Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Регулирование водного режима почвы при капельном орошении плодовых питомников в Нечерноземной зоне

ВАК РФ 03.02.13, Почвоведение

Автореферат диссертации по теме "Регулирование водного режима почвы при капельном орошении плодовых питомников в Нечерноземной зоне"

На правах рукописи

РЕГУЛИРОВАНИЕ ВОДНОГО РЕЖИМА ПОЧВЫ ПРИ КАПЕЛЬНОМ ОРОШЕНИИ ПЛОДОВЫХ ПИТОМНИКОВ В НЕЧЕРНОЗЕМНОЙ ЗОНЕ

03.02.13 - Почвоведение 06.01.02 - Мелиорация, рекультивация и охрана земель

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата сельскохозяйственных наук

г л оя 2013

Москва 2013

005539232

Работа выполнена в ФГБОУ ВПО «Российский государственный аграрный университет - МСХА имени К.А. Тимирязева»

Научный кандидат сельскохозяйственных наук

руководитель: Шумакова Ксения Борисовна

Официальные Мамонтов Владимир Григорьевич - доктор биологических оппоненты: наук, профессор кафедры почвоведения, геологии и ландшафтоведения

ФГБОУ ВПО РГАУ - МСХА имени К. А. Тимирязева Бородычев Виктор Владимирович - доктор сельскохозяйственных наук, профессор, член-корреспондент РАСХН, заслуженный деятель науки РФ, директор Волгоградского филиала ГНУ ВНИИГиМ им. А.Н. Костякова Россельхозакадемии

Ведущая ГНУ Всероссийский научно-исследовательский институт

организация: орошаемого земледелия Россельхозакадемии

Защита состоится «16» декабря 2013 г. в 1430 часов на заседании диссертационного совета Д 220.043.02 при ФГБОУ-ВПО РГАУ-МСХА имени К.А. Тимирязева по адресу: 127550 Москва, ул. Прянишникова, д. 15.

Тел./факс (499)976-24-92; e-mail: dissovet@timacad.ru.

С диссертацией можно ознакомиться в ЦНБ ФГБОУ ВПО РГАУ - МСХА имени К.А. Тимирязева.

Автореферат разослан «.....» ноября 2013 года.

Ученый секретарь

диссертационного совета C.J1. Игнатьева

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Свежие и переработанные фрукты — важнейший источник минеральных веществ, витаминов и антиоксидантов для человека. В развитых странах производится свыше 100 кг плодов и ягод на человека в год. В России же этот показатель составляет 25-30 кг, ежегодно импортируется до 3,5 млн. т фруктов на сумму около 45 млрд. руб., несмотря на то, что в нашей стране имеются все условия для обеспечения населения плодово-ягодной продукцией за счет внутренних ресурсов. Одной из основных причин низкой эффективности отечественного садоводства является дефицит высококачественного посадочного материала и несовершенство существующих технологий выращивания саженцев в питомниках. В Центральном районе сконцентировано около 80% всех многолетних насаждений Нечерноземной зоны (из них 85% семечковые культуры). Непосредственно в Подмосковье реализуются главным образом саженцы яблони (67,5%), груши и рябины (27 и 5,5%), чем объясняется необходимость интенсивного развития плодовых питомников с целью обеспечения садоводов посадочным материалом высокого качества.

Влагообеспеченность саженцев в период вегетации — один из важнейших факторов, обеспечивающих их нормальное развитие, что объясняет необходимость грамотного подбора способов и режимов орошения, разработанных и адаптированных на основании результатов научных исследований, проведенных в конкретных природно-климатических зонах. На данный момент наиболее перспективно использование малообъемного орошения, основанного на принципах ресурсосбережения, оказывающего минимальное воздействие на окружающую среду. Капельное орошение отвечает всем этим условиям, и может применяться во всех зонах, где экономическими расчетами будет подтверждена целесообразность его внедрения.

Вопрос о создании благоприятного водного режима почвы при выращивании саженцев яблони не только в Московской, но и в соседних областях, в литературе практически не освещен. В связи с этим совершенствование и оптимизация режима капельного орошения саженцев на дерново-подзолистых почвах Московской области является актуальной проблемой, которой и посвящена данная диссертационная работа.

Цель исследования. Разработать рациональный, научно обоснованный режим орошения при капельном поливе саженцев яблони для получения высококачественного посадочного материала на дерново-подзолистых почвах Московской области.

Задачи исследования:

1. Изучение влияния различных режимов увлажнения на водно-физические свойства дерново-подзолистой почвы при капельном орошении.

2. Изучение распределения влаги по почвенному профилю при различных режимах капельного орошения.

3. Изучение водопотребления саженцев при различных режимах увлажнения почвы.

4. Исследование влияния водного режима почвы на биометрические характеристики саженцев, выход и качество посадочного материала.

5. Установление математической зависимости водопотребления саженцев от климатических факторов при различных режимах увлажнения почвы.

Научная новизна. На основании выполненных исследований для условий Московской области разработан и обоснован рациональный режим орошения одно-, двух- и трехлетних саженцев яблони при капельном поливе. Исследовано влияние водного режима на водно-физические свойства дерново-подзолистой почвы и качество получаемого посадочного материала при капельном орошении. Изучены контуры распределения влаги по профилю дерново-подзолистой почвы при различных режимах орошения. Получены математические зависимости для определения водопотребления саженцев при различных режимах увлажнения почвы.

Основные положения, выносимые на защиту:

1. Капельный полив при разработанных режимах орошения не оказывает отрицательного влияния на физические свойства дерново-подзолистой почвы.

2. Орошение регулярными малыми нормами при капельном поливе исключает потерю воды на инфильтрацию в нижележащие почвенные горизонты, о чем свидетельствуют полученные контуры увлажнения.

3. Разработаны режимы капельного орошения одно-, двух- и трехлетних саженцев яблони, выращиваемых на дерново-подзолистых почвах в условиях Центрального района Нечерноземной зоны.

4. Установлены зависимости водопотребления от притока суммарной солнечной радиации и суммы температур, позволяющие управлять водным режимом почвы при выращивании саженцев яблони.

5. Увлажнение почвы в диапазоне 70-90% НВ и дифференцированный режим орошения способствуют формированию качественных саженцев по биометрическим показателям с высоким процентом выхода стандартного посадочного материала.

Практическая значимость. Рекомендуемые режимы капельного орошения не ухудшают физические свойства почвы, позволяют создавать

оптимальный водно-воздушный режим почвы для развития растений при равномерном увлажнении небольшими нормами и получать высокий выход высококачественного посадочного материала плодовых культур при значительной экономии оросительной воды и сохранении почвенного плодородия.

Апробация. Основные положения диссертационной работы ежегодно докладывались на заседаниях кафедры мелиорации и геодезии РГАУ-МСХА имени К.А. Тимирязева, на Международных научных конференциях молодых ученых и специалистов РГАУ-МСХА имени К.А. Тимирязева (Москва, 2011, 2012 гг.), на XVIII, XIX, XX Международных научных конференциях студентов, аспирантов и молодых ученых «Ломоносов 2011», «Ломоносов 2012», «Ломоносов 2013»: Секция «Почвоведение» (Москва, 2011, 2012, 2013 гг.), на научно-практической конференции «Проблемы развития АПК и сельских территорий в XXI веке» (Москва, 2011г.), научной конференции молодых ученых «Presenting Academic Achievements to the World» на английском языке (Саратов, 2012 г.).

Публикации. По результатам исследования опубликовано 9 печатных работ, в том числе 2 статьи в журналах, рекомендованных ВАК РФ, 1 статья - в международном издании на английском языке.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, 6 глав основного текста, выводов, рекомендаций производству, списка литературы, включающего 200 наименований, и приложения. Основное содержание работы изложено на 177 стр. компьютерного текста и включает 33 таблицы, 45 рисунков и 27 стр. приложений. Приложение включает 20 таблиц и 13 рисунков.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обосновывается актуальность темы исследований, научная новизна, а также практическая значимость работы, сформулированы цель и задачи, положения, выносимые на защиту.

Глава 1 «Анализ современного состояния плодовых питомников, существующих способов их полива и перспективы применения капельного орошения».

Состояние питомниководческих хозяйств является основным критерием, определяющим степень развития садоводства (И.М. Куликов, И.П. Шаляпина, H.A. Беликова, 2007). Сейчас производство посадочного материала сосредоточено не в профильных высокопродуктивных питомниках, а в малоэффективных, несовременных и технически несовершенных частных

хозяйствах. Характерной особенностью отрасли является очень высокая трудоемкость, которая объясняется низким уровнем механизации (20-25%) (И.А. Минаков, 2002). Кроме того, имеющееся оборудование изношено более чем на 70%, и почти не используются инновационные технологии, ориентированные на ресурсосбережение (В.А. Гудковский, 2003). По оценкам Ассоциации производителей посадочного материала, от 80 до 90% плодовых саженцев завозятся в центральные регионы с юга России, Украины и Молдавии, и представлены слабозимостойкими, южными сортами, а в последние годы наметилась тенденция к импорту плодовых саженцев из Европы.

В данной главе подчеркивается, что орошение способствует увеличению выхода стандартных саженцев в питомниках, находящихся в зонах неустойчивого, неравномерного и недостаточного увлажнения. Прежде всего, это объясняется поверхностной корневой системой большинства саженцев, сосредоточенной в почвенном горизонте глубиной до 40 см, водный режим которого отличается наибольшей нестабильностью под влиянием атмосферных изменений. Дефицит влаги на любой стадии выращивания посадочного материала негативно сказывается на его качестве. В питомниках применяют те же способы полива, что и в садах, из них наиболее распространенным является дождевание (Н.Л. Тарасенко, 1956; Д.П. Семаш, 1987; Технология орошения садов, ягодников и питомников (рекомендации), 1987; В.Ф. Северин, 2008).

Литературные данные свидетельствуют о том, что при орошении структурное состояние почв может улучшаться, ухудшаться или не изменяться вовсе по сравнению с неорошаемыми почвами. Зачастую приходится сталкиваться с явлениями деградации, которые проявляются в ухудшении структурного состояния почвы, снижении содержания водопрочных агрегатов и коэффициента структурности, уплотнении, ухудшении аэрации, слитизации и обесструктуривании верхних горизонтов (И.А. Крупенников и др., 1985; В.А. Ковда и др., 1986; I. Накашоп, 1987; А.П. Пинчук, 1987; О.Л, Тавровская, 1987; В.В. Егоров, 1988; В.В. Медведев, 1988; ЯЛ. Суюндуков; Ф.Ш. Гарифуллин, 1997). Прежде всего, это вызвано неправильной организацией поливов, нерациональными режимами и несовершенными способами орошения. Чрезмерно большие поливные нормы при дождевании приводят к разрушению структурных элементов почвы, ее размыванию, формированию поверхностного стока и ирригационной эрозии, а также создают временно промывной режим почвы, увеличивая вероятность подъема уровня грунтовых вод и вторичного засоления. Особенно прослеживается зависимость структурного состояния орошаемых почв (верхних горизонтов) от интенсивности искусственного дождя. Данные по влиянию орошения на

структурное состояние и свойства дерново-подзолистой почвы в литературе отсутствуют вовсе.

В главе акцентируется внимание на то, что для рационального использования воды, предотвращения эрозионных процессов и сохранения плодородия почвы требуется использование принципиально новых ресурсосберегающих и экологически безопасных способов орошения. Наиболее перспективным с этой точки зрения является «малообъемное орошение», и в частности капельное (В.И. Городничев, 2005; М.Ю. Храбров, 2008; H.H. Дубенок, 2009; М.С. Григоров, A.C. Овчинников, Е.П. Боровой, А.Д. Ахмедов, 2010; O.E. Ясониди, 2011; В.В. Бородычев, 2012; Л.А. Воеводина, 2012). Правильно организованные оросительные мелиорации способствуют созданию оптимального водного и всех связанных с ним режимов почвы для полноценного роста и развития растений. Научно обоснованные режимы орошения, разработанные для почвенно-климатических условий конкретных территорий, должны обеспечивать повышение продуктивности сельскохозяйственных культур при сохранении почвенного плодородия или его улучшении за счет оптимизации различных процессов, протекающих в почве.

Глава 2 «Условия, объекты и методы проведения исследований»

содержит характеристику природно-климатических условий района проведения исследований, описание объектов и методов исследований.

Характеристика района проведения исследований. Территория Мичуринского сада РГАУ - МСХА имени К. А. Тимирязева, где в 2011 г. был заложен полевой опыт по изучению различных режимов орошения саженцев яблони, относится ко второму агроклиматическому району Московской области. Регистрация метеорологических данных осуществлялась в метеорологической обсерватории В.А. Михельсона РГАУ - МСХА имени К. А. Тимирязева, в соответствии с которыми 2011 г. характеризуется как засушливый (Р = 78%), 2012 г. - приближается к среднестатистическому (Р = 56%), а 2013 г. -влажный (Р = 6%).

Целый ряд исследователей (А.Н. Костяков, 1951, 1960; A.C. Кружилин, 1954; В.А. Колесников, 1954; О.Г. Грамматикати, 1970; В.Г. Сычев, Е.И. Кузнецова, 2004) пришли к выводу о необходимости поливов в зонах неустойчивого увлажнения, включая Центральный Нечерноземный район России. Необходимость проведения оросительных мероприятий в зоне избыточного увлажнения также обосновывается данными, приведенными во второй главе. Для оценки степени увлажненности (сухости) территории подекадно были рассчитаны значения коэффициента увлажнения по методу Д.И. Шашко (1985 г.). Анализ данных за 26-летний период свидетельствует о том, что ежегодно отмечается по 1-6 декад, характеризующихся очень сухими

(КУ Ш 0,12) или сухими (0,22 К КУ ■< 0,12) условиями. Приведенные материалы позволяют утверждать, что даже в зоне избыточного увлажнения в течение вегетации наблюдаются декады с неравномерной и недостаточной влагообеспеченностью, когда растения нуждаются в дополнительном увлажнении корнеобитаемого слоя для нормального роста и развития.

Мичуринский сад расположен на пологом (до 1°) склоне южной экспозиции. Почвообразующей породой на участке служит легкий песчаный суглинок (занимающий водоразделы и склоны) красно-бурого цвета.

Объектами исследования являются почва опытного участка и саженцы яблони двух сортов. Почвенный покров опытного орошаемого участка представлен дерново-среднеподзолистой, среднесуглинистой, глубокопахотной, глееватой, окультуренной почвой на моренном суглинке, который на глубине 140-160 см подстилается подморенными песками. Содержание гумуса достигает 2,5%, по гранулометрическому составу - это песчаный сильно уплотненный суглинок, почвенный раствор имеет слабокислую реакцию среды (РН=5,5-6). Почва хорошо обеспечена подвижным фосфором и обменным калием и относится к 5 и 4 классу соответственно по обеспеченности питательными элементами и кислотности, средне обеспечена азотом (4 класс). Повышенное плодородие почвы в Мичуринском саду объясняется ежегодным внесением (начиная с 1971 г.) большого количества органических удобрений.

Для исследований были выбраны два сорта: Белый налив - давно включен в государственный реестр и рекомендован для выращивания в Московской области с 1947 г.; Медуница - перспективный сорт, на данный момент рекомендован для любительского садоводства в нашем регионе (A.B. Исачкин, 2003). При заложении полевого опыта весной 2011 г. использовались зимние прививки указанных сортов на клоповом полукарликовом подвое 54-118 селекции МичГАУ, который отличается высокой морозостойкостью и мощностью корневой системы (A.A. Борисова, 1983; Ю.В. Трунов, 2004, 2010; A.B. Соловьев, 2010). Схема опыта приведена в таблице 1. Глубина орошаемого слоя во всех вариантах ежегодно увеличивалась на 10 см по мере развития корневой системы, таким образом, в 2011 г. расчет поливных норм осуществлялся для горизонта 0-30 см, в 2012 г. -0-40 см, в 2013 г. — 0-50 см в соответствии с фактической влажностью почвы по модифицированной формуле А.Н. Костякова согласно СНиП 2.06.03-85 «Капельное орошение». Ни в одном из вариантов влажность почвы не доводилась поливными нормами до 100% HB, поскольку в результате рекогносцировочных исследований предыдущих лет при насыщении расчетного слоя почвы влагой до 100% HB капельным способом наблюдалась фильтрация поливной воды в нижележащие горизонты.

Таблица 1

Схема опыта

Вариант Диапазон и глубина увлажнения почвы

2011 г. h = 0-30 см 2012 г. h = 0-40 см 2013 г. h = 0-50 см

I 70-90% HB 70-90% HB 70-90% HB

II 60-80% HB 60-80% HB 60-80% HB

III (дифференцированный) 70-90% HB 60-80% HB 60-80% HB

Контроль без орошения без орошения без орошения

Посадка растений в питомнике осуществлялась по схеме 0,9 х 0,33 м, обеспечивающей плотность в среднем 33,7 тыс. растений на гектар. Варианты опыта заложены в 3-кратной повторности, размещение делянок систематическое, площадь одной делянки 35 м2. Всего на общей площади опытного участка в 305 м (0,031 га) было высажено 650 саженцев яблони. Для проведения фенологических наблюдений и измерения биометрических параметров на каждой делянке было выделено по 30 учетных растений.

Методы исследований. Заложение опыта и проведение полевых исследований осуществлялись на основе методических указаний Н.Д. Спиваковского (1956), С.Н. Маркова (1985), В.Н. Плешакова (1983), В. А. Комиссарова (1982) и Б.А. Доспехова (2011).

Удобрения вносились во все варианты в приштамбовую зону в соответствии с существующими рекомендациями (A.A. Борисова, 1983; В.И. Майдебура, 1984; И.М. Мережко, 1991; В.Г. Сычев, Е.И. Кузнецова, 2004; Ю.В. Трунов, 2004, 2010; A.C. Косякин, 2006) и с учетом поправки на плодородие почвы.

Площадь листовой поверхности определялась по методу В.А. Потапова (1976), позволяющему проследить развитие листовой поверхности саженцев в динамике. Корневая система исследовалась по методике, предложенной В.А. Колесниковым (1962).

Определение физико-химических и водно-физических свойств почвы проводилось по общепринятым методикам (C.B. Астапов, 1958; А.Ф. Вадюнина, З.А. Корчагина, 1986; Е.В. Аринушкина, 1970).

Суммарное водопотребление саженцев яблони рассчитывалось по уравнению водного баланса. Запасы почвенной влаги определялись по фактической влажности почвы, которая контролировалась ежедневно, а также до и после поливов, с помощью тензиометров и почвенного влагомера-термометра TR 46908, оттарированных на основании результатов термостатно-весового метода. Более того, ежедекадно и после выпадения обильных осадков отбирались образцы почвы во всех вариантах на определение влажности

термостатно-весовым методом. Поливные нормы и время полива определялись по фактической влажности почвы.

Экспериментальные данные обрабатывались с использованием пакета прикладных программ «STRAZ», Microsoft Office Excel 2010 согласно стандартной методике математического анализа по Б.А. Доспехову, а также в программе STATISTICA 10.

В Главе 3 «Водно-физические и агрофизические свойства дерново-подзолистой почвы при различных режимах увлажнения» изложены результаты исследований по вопросу влияния разных режимов капельного орошения на почву и сравнительный анализ данных, полученных в орошаемых и неорошаемом (контрольном) вариантах. Определить состояние почв позволяют показатели деградации орошаемых земель, составленные на основе многолетних исследований Парфеновой Н. И., Кирейчевой J1. В., Зимовца Б. А, Карманова И.И.и др., к которым относятся следующие параметры: плотность почвы, плотность твердой фазы, наименьшая влагоемкость, общая пористость и пористость аэрации, содержание агрономически ценных и водопрочных агрегатов, коэффициент структурности. Обобщенные данные по физическим свойствам почвы приведены в таблице 2. Существенных изменений физических свойств почвы установлено не было ни по годам, ни между вариантами. Исключение составляет плотность сложения, которая после основной обработки почвы в начале 2011 г. в пахотном горизонте варьировала от 1,15 г/см3 (в верхнем слое 0-10 см) до 1,22 г/см3 (в слое 20-30 см). К концу вегетации произошло естественное уплотнение пахотного горизонта почвы, и значения плотности колебались в пределах 1,21-1,31 г/см . В дальнейшем на протяжении двух лет рассматриваемый параметр оставался довольно стабильным, и в 2012-2013 гг. изменялся в интервале 1,23-1,32 г/см3. Существенных различий по плотности пахотного горизонта между вариантами выявлено не было, и перечисленные колебания объясняются естественной почвенной вариабельностью, а также включениями органического вещества в результате внесения значительных доз органических удобрений. Плотность подпахотного горизонта (30-50 см) составила 1,45-1,53 г/см3 и не изменялась ни по годам, ни по вариантам опыта. В целом плотность почвы увеличивалась вниз по профилю, при этом плотность подпахотного горизонта оставалась стабильной величиной. Во всех вариантах прослеживается тенденция к уплотнению пахотного горизонта к концу третьего года исследований в среднем на 0,1 г/см3 вследствие обильных осадков, которые периодически носили ливневый характер, а также ввиду отсутствия глубокой обработки почвы на протяжении трех лет.

Таблица 2

Физические свойства пахотного горизонта дерново-подзолистой почвы _при различных режимах увлажнения (2011—2013 гг.)_

Показатель I вариант (70-90% HB) II вариант (60-80% HB) III вариант (дифф.) Контроль (без орошения)

X±t-Sü x±t-s* Х±С-5Я X±t-Sg

2011 г.

Плотность, г/см3 1,16±0,03 1,15±0,04 1,18±0,02 1,18±0,03

Плотность твердой фазы, г/см3 2,49±0,02 2,48±0,03 2,49±0,01 2,47±0,04

Общая пористость, % 51,95±1,3 52,67±0,8 52,54±1,5 52,41±1,2

Наименьшая влагоемкость, % 32,27±2,2 33,10±1,8 33,53±1,1 33,00±2,1

Максимальная гигроскопичность, % 7,9±1,3 8,1 ±0,5 8,0±0,7 8,5±0,6

2012 г.

Плотность, г/см3 1,26±0,03 1,27±0,02 1,25±0,04 1,27±0,02

Плотность твердой фазы, г/см3 2,50±0,03 2,50±0,04 2,51±0,02 2,51±0,02

Общая пористость, % 50,59±1,2 49,60±0,9 49,53±1,3 49,81±1,1

Наименьшая влагоемкость, % 31,07±1,2 31,57±1,8 30,97±1,9 31,70±1,1

Максимальная гигроскопичность, % 7,6±1,1 7,8±0,6 7,1±0,9 7,9±0,8

2013 г.

Плотность, г/см3 1,26±0,04 1,26±0,02 1,27±0,02 1,27±0,02

Плотность твердой фазы, г/см3 2,50±0,02 2,50±0,03 2,51±0,01 2,50±0,02

Общая пористость, % 49,63±0,9 49,26±1,1 49,00±1,3 49,27±1,1

Наименьшая влагоемкость, % 31,33±1,3 31,01±2,1 30,77±2,3 31,03±1,8

Максимальная гигроскопичность, % 7,1 ±0,5 7,0±0,8 7,3±0,5 7,8±0,3

Полученные данные подтверждают результаты исследований отечественных ученых (М.С. Григорова, А.Д. Ахмедова, М.Ю. Храброва), однако противоречат материалам исследований австралийских ученых (D.L. Carter, L. Clark, D.R. Currie), которые отмечают деградацию структурного состояния и водно-физических свойств красно-бурой почвы при капельном орошении виноградников, где использовались капельницы с расходом 4 л/ч, как и в нашем опыте, оросительная норма в среднем достигала 1500 м3/га. По результатам их исследований, за 2 года непосредственно под капельницами плотность почвы увеличилась с 1,2 до 1,3 г/см3 по сравнению с неорошаемым контролем.

По мере увеличения плотности почвы снижается общая пористость с 51,95-52,67% (удовлетворительная по H.A. Качинскому) до 49,00-49,63%, этот параметр напрямую зависит от плотности почвы, т.к. плотность твердой фазы -величина достаточно стабильная (2,47-2,51 г/см3).

Для определения наиболее подходящего режима орошения саженцев яблони при капельном поливе, характеризующегося оптимальным сочетанием водного и воздушного балансов, по каждому из вариантов были рассчитаны подекадные значения пористости аэрации для трех лет исследований. В I варианте в среднем за три года пористость аэрации в период орошения колеблется в оптимальных пределах (20—30% для орошаемых территорий) от 21,7 до 27,7%. Во II варианте значения по данному показателю несколько выше (от 21,2 до 29,3%), поскольку он характеризуется меньшей интенсивностью увлажнения и более редкими поливами, в III варианте - от 21,6 до 27,4%. В контроле значения пористости аэрации варьировали от 21,4 до 36,8%, причем в период с конца мая по середину августа эти значения составляли 25,6-36,8% и могут быть интерпретированы как неудовлетворительные для роста и развития саженцев (оптимум для неорошаемых почв - 20-25%). В качестве примера приведем динамику пористости аэрации пахотного горизонта в 2011 г. (рисунок 1). Из рисунка видно, что контрольный вариант отличается значительными колебаниями рассматриваемого показателя в течение вегетационного периода, т.е. почва подвергалась значительному иссушению и увлажнению, что впоследствии приводило к возникновению волн роста у саженцев неорошаемого варианта. Общее снижение пористости аэрации до 15-17% наблюдается во всех вариантах после выпадения обильных осадков ливневого характера, особенно в конце вегетации после прекращения орошения (середина августа - сентябрь).

Наибольшие общие запасы влаги в расчетном слое характерны для наиболее увлажненного I варианта и в среднем в период с 2011 по 2013 гг. составляли 890-1418 м3/га, во II варианте - 800-1316 м3/га, в III варианте - 8701337 м3/га, наименьшие значения отмечены в контроле - 640-1235 м3/га. Возрастание запасов влаги по годам связано с увеличением расчетного слоя с 30 до 50 см к 2013 г., и, следовательно, с увеличением средней плотности в расчетном слое.

Динамика запасов продуктивной влаги в 2011 г. приведена на рисунке 2, аналогичные данные получены для 2012 и 2013 гг., причем как для расчетных горизонтов (0-40 см и 0-50 см соответственно), так и для пахотного.

В контрольном варианте отмечается сильное иссушение почвы во 2-й декаде июля, когда запас продуктивной влаги составляет —18 м3/га, т.е. влажность почвы опускается ниже влажности завядания. В орошаемых вариантах запас продуктивной влаги колеблется в пределах от 250 до 650 м3/га. Запасы влаги выравниваются в конце вегетации после прекращения орошения с середины августа.

I 10,0

о

с 5,0 0,0

"I вариант

"II вариант

■III вариант

■ Контроль

1 | 2 | 3 12 3 1 1 2 | 3 12 3 12 3

Май Июнь Июль Август Сентябрь

Рисунок 1 - Динамика пористости аэрации в пахотном слое (0-30 см) в 2011 г.

Рисунок 2

Структурное состояние почвы при различных режимах увлажнения отражено в таблице 3, откуда видно, что в I варианте наблюдается некоторое снижение содержания агрономически ценных агрегатов при сухом просеивании к концу 2013 г. с 73,7% до 68,8%. В остальных вариантах подобных тенденций не прослеживается, и рассматриваемый показатель варьирует по годам исследований: во II варианте - от 70,8 до 72,5%, в III варианте - от 67,8 до 70,8%, в контроле - от 70,2 до 71,1%. Нетипично высокие значения содержания агрономически ценных агрегатов для дерново-подзолистой почвы объясняются высокой степенью ее окультуренности и многолетним (более 40 лет) внесением больших доз органических удобрений.

- Динамика запасов продуктивной влаги в почве (0-30 см) в 2011 г.

—I вариант

- 750 2 700 650 . 600 5 550 1 500 " 450 400 £ 350 § 300

и 250 §200 о 150 100 о 50 | 0 й -50

II вариант —III вариант -Контроль

Таблица 3

Влияние различных режимов увлажнения на структурное состояние пахотного горизонта дерново-подзолистой почвы опытного участка

Показатель I вариант (70-90% HB) II вариант (60-80% HB)

2011 2012 2013 2011 2012 2013

Агрономически ценные агрегаты, % 73,7 69,8 68,8 72,1 72,5 70,8

Кстр 2,80 2,31 2,21 2,58 2,64 2,42

Водопрочные агрегаты, % 49,8 41,6 37,3 47,9 40,7 38,9

III вариант дифф. (2011 г. 70-90% HB; 2012 и 2013 гг. 60-80% HB) Контроль (без орошения)

Агрономически ценные агрегаты, % 70,8 69,1 67,8 70,6 70,2 71,1

К,лр 2,42 2,24 2,11 2,40 2,36 2,46

Водопрочные агрегаты, % 49,2 41,8 35,4 51,9 43,3 41,3

Аналогичная ситуация складывается и в отношении коэффициента структурности почвы. При наиболее высоком уровне увлажнения (I вариант) коэффициент структурности снижается в период от заложения опыта до его окончания с 2,80 до 2,21. Однако, в результате дисперсионного анализа гипотеза о влиянии уровня увлажнения на рассматриваемый показатель не подтвердилась, т.к. различия между средними выборок несущественны и могут объясняться случайными ошибками и естественной вариабельностью почвы. Во всех вариантах с течением времени снижается содержание водопрочных агрегатов: в I варианте с 49,8 до 37,3%, во II варианте - с 47,9 до 38,9%, в III варианте — с 49,2 до 35,4%, в контроле - с 51,9 до 41,3%. Отсюда можно заключить, что это не связано со способом полива и уровнем увлажнения почвы, так как в контрольном варианте при естественном увлажнении прослеживается та же тенденция, а вызвано другими причинами (промывным режимом, минерализацией органического вещества). В подпахотном слое (3050 см) существенных изменений не зарегистрировано.

На основании результатов полевых и лабораторных изысканий были получены контуры увлажнения (рис. 3) при капельном поливе для каждого варианта орошения по трем годам исследований. На рисунке 3 приведен пример распределения влаги по профилю почвы при капельном орошении, аналогичные контуры получены и для варианта 60-80% HB, характеризующие распределение влаги сразу после полива, через сутки после полива и перед следующим поливом.

I I <50% НВ I I 50-55% НВ I I 55-60% НВ НЕ1 60-65% НВ ■■ 65-70% НВ 70-75% НВ ■Ш 75-80% НВ ■■■ 80-85% НВ ШШШ 85-90% НВ ■Ш 90-95% НВ ШШШ 95-100% НВ ШШ >100% НВ

Рисунок 3 - Распределение влаги в почве сразу после полива в I варианте (70-90% НВ) в 2013 г., поливная норма 60 м3/га

Полученные контуры увлажнения свидетельствуют о том, что поливная вода концентрируется в пределах орошаемого слоя в каждый год исследований, тем самым исключаются потери поливной воды на фильтрацию в нижележащие горизонты. Такой эффект достигается более частыми поливам небольшими нормами.

В Главе 4 «Водопотребление и режимы орошения саженцев яблони при капельном поливе» содержатся результаты изучения водопотребления саженцев яблони, значения рассчитанных биоклиматических коэффициентов и разработанные режимы орошения.

Основным показателем, который используется при проектировании оросительных систем и обосновании режимов орошения, является водопотребление (эвапотранспирация) сельскохозяйственных культур. Данный показатель определяет интенсивность орошения в конкретных условиях и поэтому является основой управления поливами растений.

Наибольшее водопотребление за весь вегетационный период (май-сентябрь) характерно для I варианта (3561, 3828 и 4239 м /га), наименьшее для контроля - 2301, 2344 и 2777 м3/га в 2011, 2012 и 2013 гг. соответственно. Внутрисезонный ход водопотребления определяется, главным образом, климатическими факторами, а также фазой развития саженцев яблони. Максимальные значения подекадного водопотребления отмечены в 3-й декаде июля и 2-й декаде мая (I вариант - 355-382 м3/га, II вариант - 312-314 м3/га, III вариант - 311-354 м3/га, контроль - 183-244 м3/га), когда максимальные температуры и приток солнечной радиации совпадают с фазой интенсивного роста или с периодом максимальной площади листвой поверхности.

-[вариант -II вариант III вариант -Контроль

123123123123123

Май

Июнь

Июль

Август Сентябрь

Рисунок 4 - Динамика подекадного водопотребления саженцев яблони в

2012 г.

Структура водопотребления за период с мая по август отражена в таблице 4, поскольку сентябрь характеризуется обильными ливневыми осадками и незначительным водопотреблением.

Таблица 4

Водный баланс опытного участка по вариантам водного режима почвы

Однолетние саженцы (2011 г.)

Вариант Приход влаги от осадков Использование почвенной влаги Оросительная норма Суммарное водопотребление, м3/га

м3/га % м3/га % м3/га %

I 1111 34,5 441 13,7 1665 51,8 3217

П 1111 38,1 447 15,3 1362 46,6 2920

III 1111 34,7 451 14,1 1644 51,3 3206

Контроль 1111 56,5 444 22,6 410* 20,9 1965

Двухлетние саженцы (2012 г.) за 2012 г. за 2 года

I 1771 49,7 312 8,8 1482 41,6 3565 6782

II 1771 63,1 305 10,8 733 26,1 2809 5728

III 1771 63,6 287 12,3 725 26,1 2783 5989

Контроль 1771 84,4 327 15,6 0 0,0 2098 4062

Трехлетние саженцы (2013 г.) за 2013 г. за 3 года

I 1796 45,1 724 18,2 1462 36,7 3982 10764

II 1796 55,0 708 21,7 760 23,3 3264 8992

III 1796 55,0 729 15,9 741 22,7 3266 9255

Контроль 1796 70,7 745 29,3 0 0,0 2541 6603

*Примечание: в 2011 г. после посадки во всех вариантах, включая контроль, осуществлялись приживочные поливы нормой 410 м3/га.

В засушливом 2011 г. основную долю водопотребления орошаемых вариантов составляли оросительные нормы (46,6-51,8%), в более влажные 2012 и 2013 гг. возросла доля осадков от 45,1% в орошаемых вариантах, до 84,4% в контроле. Приход влаги из почвы оставался относительно стабильным и составил 8,8—21,7% в орошаемых вариантах, 15,6-29,3% в контроле. Следует отметить III дифференцированный вариант, где за 2 года водопотребление уменьшилось на 793 м3/га, а за 3 года - на 1509 м3/га по сравнению с I вариантом, однако при этом выход и качество стандартных саженцев в этих вариантах одинаковы.

В ходе исследований для трех лет различной обеспеченности и саженцев разного возраста была установлена линейная зависимость водопотребления от таких метеорологических факторов, как приток суммарной солнечной радиации и сумма среднесуточных температур, которая описывается следующими уравнениями вида Е = а + bt + cQ. В рассматриваемых уравнениях Е -суммарное водопотребление за декаду, м3/га; t - сумма среднесуточных температур за декаду, °С; Q - приток суммарной солнечной радиации за декаду, МДж/м2; а, Ь, с - эмпирические коэффициенты, изменяющиеся в зависимости от режима орошения и возраста саженцев. Для рекомендуемого дифференцированного режима орошения зависимости выглядят следующим образом:

Е = -24,9 + 0,77t + С,69<?±4,4; R2 = 0,91 (2011 г.),

Е = -42,3 + 0,64t + 0,86(7 ± 4,5; R2 = 0,81 (2012 г.),

Е = 4,0 + 0,62t + 0,81Q ± 2,9; R2 = 0,92 (2013 г.).

Для поддержания требуемой влажности почвы в соответствии со схемой опыта разработаны соответствующие режимы орошения, определены поливные, оросительные нормы и частота поливов, продолжительность межполивного периода (табл. 5). Поливные нормы увеличивались с 40 до 59 м3/га по мере возрастания мощности орошаемого слоя. Оросительные нормы максимальных значений достигали в засушливый 2011 г. - 1644-1665 м3/га в I и III вариантах, 1362 м3/га — во II варианте, минимальные значения отмечены в I варианте 1463 м3/га (2013 г.), 725-731 м3/га - во II и III вариантах(2012 г.). Продолжительность межполивного периода увеличивалась от 2 до 7 дней в период с 2011 по 2013 гг., т.е. от более засушливого года к более влажному.

Таблица 5

Сравнительная характеристика различных режимов орошения саженцев

яблони

Вариант

Показатель I вариант (70-90 % НВ) 11 вариант (60-80 % НВ) III вариант дифференцированный

Год исследований

2011 2012 2013 2011 2012 2013 2011 2012 2013

Оросительная 3 норма, м /га 1665 1481 1463 1362 731 748 1644 725 741

Средняя поливная 3 норма, м /га 41 49 59 41 46 58 40 45 57

Число поливов 41 30 25 33 16 13 41 16 13

Межполивной период, дн. 2 3 4 3 5 7 2 5 7

Суммарное водопотребление, м3/га 3561 3828 4239 3252 3068 3519 3538 3056 3515

На рисунке 5 приведен пример разработанного режима орошения для варианта 70-90% НВ в 2012 г.

01.05.2012 01.06.2012 01.07.2012 01.08.2012 01.09.2012

^^■Поллвные нормы. мЗга ЯНН Осадки, мм

Влажность почвы. % НВ Среднесуточная температура воздуха "'С

Рисунок 5 - Динамика влажности орошаемого слоя почвы и режим орошения двухлетних саженцев яблони в 1 варианте, 2012 г.

Глава. 5 «Формирование саженцев яблони в условиях различной влагообеспеченности» содержит результаты измерений биометрических показателей саженцев при различных режимах орошения.

В качестве примера в таблице 6 приведены данные по сорту Белый налив. Наибольшая высота растений отмечена при увлажнении почвы в диапазоне70— 90% HB - 135,8-139,9 см (2011 г.), 181,3 см (2012 г.), 215, 3 см (2013 г.). Эти же варианты характеризуются наибольшими значениями диаметра штамба, влияющего на будущую урожайность, - 1,72-1,78 см, 2,38 и 2,91 см, и площади листовой поверхности - 1433-1448 см2, 3997 см и 6033 см соответственно по годам, а также хорошо развитой корневой системой. В дифференцированном варианте, несмотря на снижение влажности почвы до 60-80% HB, биометрические показатели двух- и трехлетних саженцев близки к тем, что получены в I варианте: высота - 173,8 и 213,7 см, диаметр штамба - 2,30 и 2,91 см, площадь листовой поверхности - 3715 и 5973 см2. Минимальные значения характерны для контрольного варианта.

Таблица 6

Влияние режимов орошения на формирование и продуктивность саженцев

Вариант Высота растений, см Диаметр штамба, см Площадь листовой поверхности одного саженца, см2 Выход стандартных саженцев Урожайность саженцев третьего года, кг/га

% тыс. шт./га

2011 г.

I вариант 135,8 1,78 1448 77 25,9 -

II вариант 115,7 1,63 1181 68 22,9 -

III вариант 139,9 1,72 1433 76 25,8 -

Контроль 100,3 1,30 892 39 13,1 -

НСРо.5 6,6 0,07 0,07 -

2012 г.

I вариант 181,3 2,38 3997 75 25,3 -

II вариант 156,6 1,91 3145 65 21,9 -

III вариант 173,8 2,30 3715 74 24,9 -

Контроль 146,3 1,55 2899 37 12,1 -

НСРо,5 11,7 0,08 308,8 -

2013 г.

I вариант 215,3 2,91 6033 75 25,3 154,4

II вариант 181,8 2,49 5199 65 21,9 103,

III вариант 213,7 2,88 5973 74 24,9 148,2

Контроль 169,3 2,23 4182 37 12,5 69,7

НСРо.5 21,1 0,1 472,1 -

Кроме того, на третий год саженцы вступили в фазу плодоношения, наибольшее количество плодоносящих деревьев отмечено в I варианте, 18% (Белый налив) и 26% (Медуница), и в III варианте - 17% (Белый налив) и 21% (Медуница), где была получена максимальная урожайность - 148,2-154,4 кг/га (Белый налив) и 81,7-108,9 кг/га (Медуница). Минимальная доля плодоносящих саженцев и урожайность отмечены в контрольном варианте - 6 и 5% соответственно при 27,5-69,7 кг/га.

Наибольший выход однолетних стандартных саженцев получен в варианте при увлажнении почвы в диапазоне 70-90% HB и составил 25,9 тыс. шт./га, а двух- и трехлетних - в I и дифференцированном вариантах - 24,9-25,3 тыс. шт./га.

В Главе 6 «Экономическая эффективность выращивания саженцев яблони при капельном орошении в условиях Московской области»

рассмотрены основные показатели экономической эффективности, рассчитанные по «Методическим рекомендациям по оценке эффективности инвестиционных проектов». Экономическая эффективность напрямую зависит от выхода стандартных саженцев. Следовательно, при выращивании однолетних саженцев яблони максимальная прибыль получена в I и III вариантах - 266 тыс. руб. с учетом того, что затраты на систему капельного орошения включены в расходы за первый год. При этом срок окупаемости составил 0,9 лет, внутренняя норма рентабельности (IRR) 20,5%, в контрольном варианте затраты превышают доходы. Экономически наиболее целесообразно выращивать двухлетние саженцы при дифференцированном режиме орошения, обеспечивающем высокий выход саженцев хорошего качества. Чистый доход при этом составляет 1882 тыс. руб., т.е. практически такой же, как и в I варианте — 1879 тыс. руб., однако экономия оросительной воды составляет 777 м3/га, IRR достигает 53,6%, что значительно больше 20% и делает проект привлекательным для инвесторов. При поддержании влажности на уровне 6080% HB прибыль достигает 1385 тыс. руб., IRR = 40,6%, и в варианте без орошения прибыль составляет 267 тыс. руб., IRR = 12,8%. Как правило, из общего числа посаженного материала, часть реализуется в однолетнем возрасте, часть - в двухлетнем и незначительная - в трехлетнем. Таким образом, полученная продукция распродается в течение трех лет, при этом притоки денежных средств за каждый год суммируются и увеличивают экономическую эффективность проекта в целом. Так за 3 года в I и III вариантах чистая прибыль составит 2148 тыс. руб., во II варианте - 1191тыс. руб., в контроле - 394 тыс. руб. при условии, что реализуется 100% произведенной продукции в соотношении 45%:45%:10% однолетних, двухлетних и трехлетних саженцев соответственно.

ВЫВОДЫ

1. Существующие рекомендации по орошению питомников носят противоречивый характер, не учитывают современный уровень технической оснащенности и неактуальны для зоны избыточного увлажнения и дерново-подзолистых почв.

2. Наиболее благоприятный водно-воздушный режим почвы создавался в орошаемых вариантах, где пористость аэрации за оросительный период составляла 20,2-27,7%, а запас продуктивной влаги в пахотном горизонте для I варианта в среднем составлял 431-580 м3/га, для II — 300-500, для III — 416-590 и для контроля - 175—400 м3/га.

3. При изученных режимах капельного орошения за период исследований не произошло существенных изменений водно-физических свойств почвы. Ухудшение структурного состояния почвы к концу третьего года исследований, проявляющееся в снижении количества водопрочных агрегатов с 50 до 35%, обусловлено усилением минерализации органического вещества. Увеличение плотности пахотного горизонта в среднем на 0,1 г/см3 прослеживается во всех вариантах, включая контроль. Следовательно, уплотнение вызвано естественными причинами и отсутствием глубокой обработки почвы.

4. Биометрические показатели однолетних саженцев яблони свидетельствуют о наиболее благоприятном режиме увлажнения в интервале 70-90% HB, где отмечена максимальная сила роста саженцев: средняя площадь листовой поверхности по двум сортам составляет 1366—1368 см2, диаметр штамба — 1,66-1,73 см, высота - 138 см.

5. Для двухлетних и трехлетних саженцев предпочтительнее использовать ресурсосберегающий дифференцированный режим орошения. Поскольку после снижения влагообеспеченности почвы на второй и третий годы развития сила роста саженцев не уменьшается и близка к показателям I варианта: в 2012 г. средняя площадь листовой поверхности по двум сортам в I варианте 3785 см2, в III варианте 3513 см2, в 2013 г. - 6323 и 6117 см2 соответственно, диаметр штамба в 2012 г. — 2,31 см (I) и 2,23 см (III), а в 2013 г. - 2,72 и 2,68 см, высота - 182 (I) и 176 (III) в 2012 г., 217 (I) и 215 (III) см в 2013 г.

6. Максимальное водопотребление характерно для наиболее увлажняемого I варианта (3561 м3/га в 2011 г., 3828 м3/га в 2012 г. и 4239 м3/га в 2013 г.). Причем наиболее интенсивное водопотребление отмечается в 3-ей декаде июля во всех вариантах, когда среднесуточные температуры и приток суммарной солнечной радиации достигают своего максимума.

7. Экономия оросительной воды при дифференцированном режиме орошения в период с мая по август за 2 года составила 793м3/га, за 3 года - 1509 м3/га.

8. На основании проведенных исследований разработан дифференецирован-ный режим орошения, при котором влажность и глубина увлажняемого слоя изменяется по мере развития корневой системы. В первый год при слабо развитой корневой системе влажность почвы следует поддерживать в

диапазоне 70-90% НВ в слое 0—30 см, для саженцев второго и третьего года - 60-80% НВ в слое 0-40 см и 0-50 см соответственно.

9. Для каждого варианта получены уравнения, описывающие зависимость водопотребления от притока суммарной солнечной радиации и суммы температур, позволяющие управлять водным режимом саженцев.

10.С экономической точки зрения, целесообразно выращивать однолетние саженцы при поддержании влажности в почве на уровне 70—90% НВ, а двухлетние и трехлетние - при дифференцированном режиме орощения, что обеспечивает выход стандартных саженцев 24,9-25,9 тыс. шт./га (74—77%), а система капельного орошения окупается уже в 1-й год.

РЕКОМЕНДАЦИИ ПРОИЗВОДСТВУ

1. При выращивании однолетних саженцев яблони в питомниках Московской области на дерново-подзолистых почвах целесообразно использовать капельное орошение при поддержании влажности почвы на уровне 70-90% НВ в слое 0-30 см, поскольку корневая система саженцев еще слабо развита и более требовательна к условиям увлажнения.

2. При выращивании двух- и трехлетних саженцев наиболее целесообразно поддерживать дифференцированный режим орошения, который обеспечивает максимальный выход стандартного посадочного материала и экономию воды от 757 до 1500 м3/га.

3. Для обеспечения рекомендованных режимов орошения можно пользоваться разработанными уравнениями, с помощью которых определяется водопотребление саженцев в соответствии с метеорологическими условиями.

По теме диссертации опубликованы следующие работы:

В рецензируемых журналах из списка ВАК:

1. Шумакова КБ., Бурмистрова А.Ю. Формирование саженцев яблони (Malus domestica Borkh.) в условиях различной влагообеспеченности почвы при капельном орошении в Московской области // Известия ТСХА. 2013. № 1. С. 20-28.

2. Дубенок Н.Н., Шумакова КБ., Бурмистрова А.Ю. Особенности водопотребления саженцев яблони при капельном орошении в зависимости от режимов увлажнения почвы // Мелиорация и водное хозяйство. 2013. № 5. С. 10-13.

В материалах конференций:

3. Бурмистрова А.Ю. Перспективы развития капельного орошения плодовых питомников в Нечерноземной зоне / Материалы XVIII научной конференции

студентов, аспирантов и молодых ученых «Ломоносов 2011»: Секция «Почвоведение». Тезисы докладов. М.: МАКС Пресс. 2011. С. 110-111.

4. Шумакова К.Б., Бурмистрова А.Ю. Возделывание саженцев плодовых культур при капельном орошении // Доклады ТСХА. 2012. Вып. 284. Ч. 1. С. 286-288.

5. Бурмистрова А.Ю. Капельное орошение саженцев яблони в питомниках Нечерноземной зоны / Материалы XIX научной конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Ломоносов 2012»: Секция «Почвоведение». Тезисы докладов. М: МАКС Пресс. 2012. С. 164-165.

6. Бурмистрова А.Ю. Капельное орошение плодовых питомников в Нечерноземной зоне / Сборник статей международной научной конференции молодых ученых и специалистов. Т.1. М.: Изд-во РГАУ-МСХА, 2012. С. 201-204.

7. Burmistrova A. Drip irrigation of apple tree nurseries // «Presenting Academic Achievements to the World». Natural Science. March 14-15, Saratov. 2012. P. 13-19.

8. Бурмистрова А.Ю. Водопотребление саженцев яблони, выращиваемых при капельном орошении в питомниках Московской области / Материалы XX международной научной конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Ломоносов 2013»: Секция «Почвоведение». Тезисы докладов. М: МАКС Пресс. 2013. С. 165-166.

9. Shumakova К.В., Burmistrova A.Yu. The development of rational drip irrigation schedule for growing nursery apple trees (Malus domestica Borkh.) in the Moscow region // European science and technology: materials of the IV international research and practice conference. Vol. 1. Publishing office Vela Verlag Waldkraiburg - Munich - Germany. 2013. P. 452-458.

Отпечатано с готового оригинал-макета

Подписано в печать 13.11.2013 г. Формат 60x84 'Л Усл. печ.л. 1,39. Тираж 100 экз. Заказ 530.

Издательство РГАУ-МСХА 127550, Москва, Тимирязевская ул., 44 Тел.: (499) 977-00-12, 977-26-90, 977-40-64

Текст научной работыДиссертация по биологии, кандидата сельскохозяйственных наук, Бурмистрова, Анна Юрьевна, Москва

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АГРАРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ -МСХА ИМЕНИ К.А. ТИМИРЯЗЕВА

04201451609

На правах рукописи

БУРМИСТРОВА АННА ЮРЬЕВНА

РЕГУЛИРОВАНИЕ ВОДНОГО РЕЖИМА ПОЧВЫ ПРИ КАПЕЛЬНОМ ОРОШЕНИИ ПЛОДОВЫХ ПИТОМНИКОВ В

НЕЧЕРНОЗЕМНОЙ ЗОНЕ

03.02.13 - Почвоведение 06.01.02 - Мелиорация, рекультивация и охрана земель

Диссертация на соискание ученой степени кандидата сельскохозяйственных наук

Научный руководитель: кандидат сельскохозяйственных наук, доцент Шумакова К.Б.

МОСКВА-2013

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ..............................................................................................................4

Глава I. АНАЛИЗ СОВРЕМЕННОГО СОСТОЯНИЯ ПЛОДОВЫХ ПИТОМНИКОВ, СУЩЕСТВУЮЩИХ СПОСОБОВ ИХ ПОЛИВА И ПЕРСПЕКТИВЫ ПРИМЕНЕНИЯ КАПЕЛЬНОГО ОРОШЕНИЯ....................9

1.1 Современное состояние питомниководетва и садоводства...................9

1.2 Существующие рекомендации по орошению питомников и применяемых способах полива.........................................................................15

1.4 Влияние орошения на физические свойства почвы.................................21

1.3 Капельное орошение....................................................................................25

1.3.1 Преимущества и недостатки капельного орошения..........................26

1.3.2 История развития и современные тенденции развития капельного орошения..........................................................................................................30

1.3.3 Существующие системы и технология капельного орошения сельскохозяйственных культур.....................................................................33

1.3.4 Эффективность капельного орошения при выращивании яблони... 38

Глава II. УСЛОВИЯ, ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ПРОВЕДЕНИЯ ИССЛЕДОВАНИЙ................................................................................................43

2.1 Природно-климатические условия района проведения исследований (Мичуринский сад РГАУ-МСХА имени К.А. Тимирязева)..........................43

2.2 Объекты исследования................................................................................50

2.2.1 Почвенная характеристика опытного участка....................................50

2.2.2 Сорта и подвои саженцев яблони.........................................................55

2.3. Схема опыта и методика проведения исследований...............................56

2.4 Характеристика системы капельного орошения на опытном участке... 62

Глава III. ВОДНО-ФИЗИЧЕСКИЕ И АГРОФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ДЕРНОВО-ПОДЗОЛИСТОЙ ПОЧВЫ ПРИ РАЗЛИЧНЫХ РЕЖИМАХ УВЛАЖНЕНИЯ.....................................................................................................66

3.1 Водопроницаемость дерново-подзолистой среднесуглинистой почвы опытного участка...............................................................................................67

3.2 Плотность и общая пористость дерново-подзолистой среднесуглинистой почвы.................................................................................70 <

3.3 Пористость аэрации при различных водных режимах............................76 1

3.4 Динамика запасов влаги в дерново-подзолистой почве..........................85

3.5 Агрегатный состав дерново-подзолистой почвы......................................98

3.6 Распределение влаги по почвенному профилю. Контуры увлажнения 105

Глава IV. ВОДОПОТРЕБЛЕНИЕ И РЕЖИМЫ ОРОШЕНИЯ САЖЕНЦЕВ ЯБЛОНИ ПРИ КАПЕЛЬНОМ ПОЛИВЕ..........................................................120

4.1 Особенности водопотребление саженцев яблони в условиях различной влагообеспеченности.......................................................................................120

4.2 Режимы орошения саженцев яблони при капельном поливе в условиях Московской области........................................................................................137 '

ГЛАВА V ФОРМИРОВАНИЕ САЖЕНЦЕВ ЯБЛОНИ В УСЛОВИЯХ РАЗЛИЧНОЙ ВЛАГООБЕСПЕЧЕННОСТИ...................................................149

5.1 Влияние режима орошения на диаметр штамба саженцев....................149

5.2 Площадь листовой поверхности, высота и прирост однолетних побегов саженцев при различных уровнях увлажнения почвы.................................153

5.3 Формирование корневой системы саженцев...........................................156

5.4 Выход стандартных саженцев..................................................................159

ГЛАВА VI ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ ВЫРАЩИВАНИЯ САЖЕНЦЕВ ЯБЛОНИ ПРИ КАПЕЛЬНОМ ОРОШЕНИИ В УСЛОВИЯХ МОСКОВСКОЙ ОБЛАСТИ...............................................................................163 '

ВЫВОДЫ.............................................................................................................171 '

РЕКОМЕНДАЦИИ ПРОИЗВОДСТВУ.............................................................173

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ...................................................................................174

ПРИЛОЖЕНИЕ...................................................................................................196

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность проблемы. ^Основой рационального питания человека являются свежие и переработанные фрукты - важнейший источник' минеральных веществ, витаминов и антиоксидантов. В развитых странах производится свыше 100 кг плодов и ягод на одного человека в год. В России же этот показатель в три раза меньше и составляет 25-30 кг [130, 131, 132], в связи с этим Россия ежегодно вынуждена импортировать до 3,5 млн. т фруктов, в том числе 0,5 млн. т яблок [46, 109, 144]. Отечественное садоводство характеризуется низкой эффективностью и не соответствует основным требованиям мирового производства, к высшему и первому товарному сорту можно отнести не более 30% выращенных плодов [131, 132]. Среди факторов, объясняющих низкую эффективность садоводства,'

I

выделяют: дестабилизацию водно-температурного режима почвы в наиболее важные периоды развития растений, неграмотное размещение насаждений без учета рельефа и уровня залегания грунтовых вод, дефицит высококачественного посадочного материала и его неудовлетворительное фитосанитарное состояние, несовершенство существующих технологий выращивания саженцев в питомниках [131, 132].

Рассмотрим главный регион интенсивного садоводства в Нечерноземной зоне - Центральный район, где выращивается около 80 %

I

всех многолетних насаждений зоны, из них 85 % представлено семечковыми культурами. В Центральном районе и непосредственно в Подмосковье реализуются главным образом саженцы яблони, доля которых составляет 67,5%, остальная доля приходится на саженцы груши и рябины - 27 и 5,5%» соответственно [49], чем и объясняется необходимость интенсивного развития плодовых питомников с целью обеспечения садоводов посадочным материалом высокого качества.

Влагообеспеченность плодовых растений в период вегетации - один из важнейших факторов, обеспечивающих их нормальное развитие и высокую продуктивность [147]. Несмотря на избыточное увлажнение, Нечерноземная зона характеризуется крайне неравномерным распределением осадков в течение вегетационного периода, что негативно сказывается на качестве, посадочного материала [49, 109, 118]. Все это указывает на необходимость, грамотного подбора способов и режимов орошения, разработанных и адаптированных на основании результатов научных исследований, проведенных с саженцами различных видов плодовых культур в данной конкретной природно-климатической зоне. При этом в рамках концепции устойчивого развития следует внедрять в практику научно-технические достижения, осваивать . технологии, отвечающие принципам ресурсосбережения, и в целом модернизировать производство.

В соответствии с Федеральной целевой программой «Развитие, мелиорации земель сельскохозяйственного назначения России на 2014 - 2020 ' годы» один из путей интенсификации сельскохозяйственного производства заключается в повышении эффективности использования поливной воды, земельных, энергетических и других ресурсов [8, 9, 90, 109, 118, 187]. Решению поставленной задачи может способствовать расширение небольших на сегодняшний день площадей под капельным орошением, в частности в питомниках, поскольку этот высокоэффективный и технологичный способ является весьма перспективным и широко внедряется во всем мире. <

Необходимо отметить, что для почвенно-климатических условий' Московской области на данный момент отсутствуют научно обоснованные рекомендации по режиму орошения саженцев яблони при капельном поливе, в связи с этим совершенствование и оптимизация режима орошения саженцев является актуальной проблемой, которой и посвящена данная диссертационная работа.

Цель исследования состоит в разработке рационального, научно обоснованного режима орошения при капельном поливе питомника для ' получения высококачественного посадочного материала на дерново-' подзолистых почвах Московской области.

Для достижения поставленной цели программой исследования предусматривается решение следующих задач:

1. Изучение влияния различных режимов увлажнения на водно-физические свойства дерново-подзолистой почвы при капельном орошении.

2. Изучение распределения влаги по почвенному профилю при различных режимах капельного орошения.

3. Изучение водопотребления саженцев при различных режимах увлажнения ' почвы.

4. Исследование влияния водного режима почвы на биометрические характеристики саженцев и качество посадочного материала.

5. Установление математической зависимости водопотребления саженцев от климатических факторов при различных режимах увлажнения почвы.

Научная новизна работы. На основании выполненных исследований для условий Московской области разработан и обоснован рациональный режим орошения саженцев яблони при капельном поливе. Исследовано влияние водного режима на водно-физические свойства дерново-подзолистой , почвы и качество получаемого посадочного материала при капельном орошении. Изучены контуры распределения влаги по профилю дерново-подзолистой почвы при различных режимах орошения. Получены математические зависимости для определения водопотребления саженцев при различных режимах увлажнения почвы. Проведена сравнительная оценка экономической эффективности внедрения капельного орошения в процесс производства посадочного материала в питомниках Московской области. ,

Основные положения, выносимые на защиту.

1. Капельный полив при разработанных режимах орошения не оказывает отрицательного влияния на физические свойства дерново-подзолистой, почвы.

2. Орошение регулярными малыми нормами исключает потерю воды на инфильтрацию, о чем свидетельствуют полученные контуры увлажнения.

3. Разработанные режимы капельного орошения одно-, двух- и трехлетних саженцев яблони, выращиваемых на дерново-подзолистых почвах в условиях Центрального района Нечерноземной зоны.

4. Зависимости водопотребления от притока суммарной солнечной радиации и суммы температур, позволяющие управлять водным режимом почвы при выращивании саженцев яблони. <

5. Наилучшие биометрические показатели качества саженцев формируются в 1 условиях оптимальной влагообеспченности при разработанных режимах капельного орошения.

Практическая значимость работы заключается в получении высококачественного посадочного материала плодовых культур при использовании ресурсосберегающего, локального способа орошения -капельного. Предлагается использовать различные режимы орошения в зависимости от возраста реализуемых саженцев (для однолетних целесообразно поддерживать влажность почвы в пределах 70-90% НВ, а для ' двухлетних и трехлетних - дифференцированный режим увлажнения, т.е. 70-' 90% НВ в первый год развития растений, а во второй и третий - 60-80% НВ). Рекомендуемые режимы орошения позволяют создавать оптимальный водно-воздушный режим почвы для развития растений при равномерном увлажнении небольшими нормами и получать высокий выход стандартных саженцев при значительной экономии оросительной воды и сокращении затрат на ее подачу.

Личный вклад автора состоит в постановке и проведении полевого опыта, лабораторных анализов и теоретических изысканий. Материалы, изложенные в диссертационной работе, получены в ходе полевых работ и экспериментальных исследований в период с 2011 по 2013 гг. в результате математической обработки, обобщения и анализа опытных данных.

Апробация работы. Основные аспекты диссертационной работы ежегодно докладывались на заседаниях кафедры мелиорации и геодезии ' РГАУ-МСХА имени К.А. Тимирязева, Международной научной; конференции молодых ученых и специалистов РГАУ-МСХА имени К.А. Тимирязева в 2011 и 2012 гг., на XVIII, XIX, XX Международных научных конференциях студентов, аспирантов и молодых ученых «Ломоносов 2011», «Ломоносов 2012», «Ломоносов 2013»: Секция «Почвоведение» (МГУ имени М. В. Ломоносова, 2011, 2012, 2013 гг.), научно-практической конференции «Проблемы развития АПК и сельских территорий в XXI веке» (РГАУ-МСХА имени К.А. Тимирязева, 2011г.), научной конференции молодых ученых «Presenting Academic Achievements to the world» на английском языке (СГУ 1 им. Н.Г. Чернышевского, 2012 г.). По теме диссертации опубликовано 9 ' работ, в том числе 2 работы - в изданиях, рекомендованных ВАК, 1 работа -в международном издании на английском языке.

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, 6 глав основного текста, выводов, рекомендаций производству, списка литературы, включающего 200 наименований, и приложения. Основное содержание работы изложено на 177 стр. компьютерного текста и включает 33 таблицы, 45 рисунков и 27 стр. приложений. Приложение

I

включает 20 таблиц и 13 рисунков.

ГЛАВА I. АНАЛИЗ СОВРЕМЕННОГО СОСТОЯНИЯ ПЛОДОВЫХ ПИТОМНИКОВ, СУЩЕСТВУЮЩИХ СПОСОБОВ ИХ ПОЛИВА И ПЕРСПЕКТИВЫ ПРИМЕНЕНИЯ КАПЕЛЬНОГО ОРОШЕНИЯ

1.1 Современное состояние питомниководства и садоводства

Неукоснительный рост населения приводит к возрастанию потребности в продуктах питания, и, следовательно, требуется увеличение их производства. Таким образом, перед наукой и практикой ставятся задачи по разработке резервов увеличения производства сельскохозяйственных продуктов.

Состояние питомниководческих хозяйств является основным критерием, определяющим степень развития садоводства [144]. Сорта и подвои определяют технологии производства плодов в тех или иных природно-климатических условиях, а значит, перспективы садоводства напрямую зависят от внимания, уделяемого питомниководству. Основная задача питомников - выращивание различного по назначению высококачественного посадочного материала всех видов растений, допущенных к использованию пород и сортов для ремонта и закладки новых садов в производственных масштабах, а также для продажи населению. От сортового и подвойного состава, качества саженцев зависят урожайность, долговечность и состояние садов, а также в целом структура и направление всей отрасли садоводства. Из чего следует, что плодовые питомники служат основой и источником развития садоводства. Питомниководство - сложная индустрия садоводства, «где создаются средства производства». Исходя из специфики применения, а также сложности и своеобразия используемых средств, целесообразно выделение питомниководства, как отдельной отрасли садоводства. [128, 131, 134, 144].

Высокое содержание незаменимых для человека витаминов, минералов и микроэлементов в плодово-ягодной продукции определяет высокую важность ее применения в питании.

В настоящее время отрасль не может обеспечить растущие потребности

населения страны в плодово-ягодной продукции. В последние годы валовый

1

объем производства плодов и ягод в РФ составляет около 3 млн. т [144]. Годовое потребление плодов и ягод в нашей стране достигает 30-40 кг на душу населения, в свою очередь, в экономически развитых странах оно достигает 100-120 кг, при медицинской норме - 81 кг на душу населения в год [125, 84, 85, 86, 144]. По статистическим данным, более 70% населения России испытывает недостаток витаминов. Собственное производство страны обеспечивает лишь 25-30% минимально необходимого количества фруктов. Таким образом, основная социальная задача отрасли пока далека от

i

решения [144].

I

На сегодняшний день в садоводстве по-прежнему преобладают негативные тенденции и, в частности, постоянно снижающаяся товарность. Качество продукции значительно уступает качеству ведущих мировых производителей. В связи с этим на российском рынке лидирующие позиции занимает иностранная продукция [139, 144]. Россия сегодня находится на шестом месте в мире по импорту фруктов (до 3,5 млн. т на сумму около 45 млрд. руб.), при этом 34% в импорте занимают яблоки, груши, виноград, т.е. то, чем нас могут обеспечить отечественные сельхозпроизводители [46, 144]. В связи с этим, как нельзя более актуальным остается вопрос замены импортных плодов и ягод на российские аналоги. Этому способствуют специфические особенности страны, такие, как наличие достаточного количества земель, пригодных для организации садов, и соответствующих условий для выращивания семечковых, косточковых и ягодных культур.

Сейчас производство посадочного материала и продукции садоводства сосредоточено не в профильных высокопродуктивных питомниках, а в малоэффективных, несовременных и технически несовершенных частных хозяйствах, где сконцентрировано 72% общей площади садов и ягодников, f выращивается 85-87% плодов [144]. При этом сокращаются площади,

плодово-ягодных насаждений и, как следствие, количество производимой продукции в специализированных предприятиях. Как видно из табл. 1.1, в период с 1980 по 2005 гг. наблюдается снижение площади на 223 т