Бесплатный автореферат и диссертация по сельскому хозяйству на тему

Ресурсосберегающие приемы орошения и удобрения кукурузы в условиях Северного Кавказа

ВАК РФ 06.01.02, Мелиорация, рекультивация и охрана земель

Автореферат диссертации по теме "Ресурсосберегающие приемы орошения и удобрения кукурузы в условиях Северного Кавказа"

На правах рукописи

ВОЕВОДИН Олег Владимирович

РЕСУРСОСБЕРЕГАЮЩИЕ ПРИЕМЫ ОРОШЕНИЯ И УДОБРЕНИЯ КУКУРУЗЫ В УСЛОВИЯХ СЕВЕРНОГО КАВКАЗА

Специальность: 06.01.02 — «Мелиорация, рекультивация и охрана земель»

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата сельскохозяйственных наук

Саратов 2004

Работа выполнена в Федеральном государственном научном учреждении «Российский научно-исследовательский институт проблем мелиорации»

Научные руководители: доктор технических наук, профессор

Санников Валерий Павлович

доктор сельскохозяйственных наук, профессор, Заслуженный мелиоратор РФ Иванова Нина Анисимовна

Официальные оппоненты: доктор сельскохозяйственных наук,

профессор

Проездов Петр Николаевич кандидат сельскохозяйственных наук, старший научный сотрудник Морковин Валерий Тимофеевич

Ведущая организация: ФГОУ ВПО «Донской государственный

аграрный университет»

Защита диссертации состоится «24» декабря 2004 года в 10 часов на заседании диссертационного совета Д 220.061.05 при ФГОУ ВПО «Саратовский ГАУ» по адресу: 410600, г. Саратов, Театральная пл., 1.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГОУ ВПО «Саратовский ГАУ»

Автореферат разослан «23» ноября 2004 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета Н.А. Пронько

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Укрепление кормовой базы - одна из важнейших задач агропромышленного комплекса России. От решения этой задачи зависит не только обеспечение животноводства кормами, но и восстановление и повышение плодородия земель, поскольку при снижении уровня применения удобрений роль кормовых культур в орошаемом земледелии приобретает особую значимость.

Кукуруза является основной кормовой культурой, возделываемой на мелиорированных землях. В мире под посевами кукурузы занято более 117 млн га. Средняя урожайность зеленой массы - 250...400, высокая — 800... 1000 ц/га.

В настоящее время в условиях объективно-ограниченных ресурсов поиск путей измерения соотношений между полезными и излишними затратами при возделывании кукурузы на орошаемых землях является весьма актуальным и позволяющим научно обосновать введение в практику производства кукурузы технологических приемов, направленных на снижение затрат. Метод функционально-стоимостного анализа (ФСА) позволяет произвести поиск путей снижения затрат на технологические приемы возделывания кукурузы при орошении, а также является одним из наиболее результативных инструментов, позволяю -щих решать в комплексе задачи обеспечения экономии ресурсов, повышения качества и конкурентоспособности растениеводческой продукции.

Цель и задачи исследований заключались в разработке научно-обоснованных приемов возделывания кукурузы на силос в условиях орошения Ростовской области, обеспечивающих устойчивую урожайность при рациональном использовании ресурсов.

Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:

1. Произвести поиск путей снижения затрат при возделывании кукурузы на силос в условиях орошения на основе ФСА;

2. Выявить закономерности формирования продуктивности кукурузы на силос;

3. Определить качество биомассы кукурузы в зависимости от режима орошения и минерального питания;

4. Установить влияние режима орошения и доз минеральных удобрений кукурузы на силос на плодородие орошаемых земель;

5. Дать сравнительную оценку методам расчета суммарного водопотреб-ления кукурузы на силос;

6. Уточнить биоклиматические коэффициенты кукурузы на силос при различной водообеспеченности в условиях Ростовской области;

7. Выполнить биоэнергетическую оценку и установить технико-экономические показатели производства кукурузы на силос при орошении.

Объектом исследований являлись элементы технологического процесса возделывания кукурузы на силос в условиях орошения, обыкновенный чернозем.

Предмет исследований - закономерности и тенденции формирования элементов технологического процесса возделывания кукурузы на силос при орошении.

Методология исследований. В диссертационной работе использован метод системного анализа (ФСА) и полевой эксперимент, выполненные в соответствии с общепринятыми методическими требованиями.

Научная новизна исследований. В результате исследований впервые для условий орошаемых обыкновенных черноземов Ростовской области:

- научно обосновано направление исследований по совершенствованию приемов возделывания кукурузы на основе ФСА;

- предложено использование трехмерного визуального анализа для изучения формирования суммарного водопотребления от его структуры при разных уровнях водообеспеченности;

- установлена зависимость урожайности зеленой массы кукурузы от суммарного водопотребления и минерального питания.

Практическая ценность и реализация работы. Внедрение усовершенствованной технелогии возделывания кукурузы на силос на орошаемых землях

Ростовской области за один год позволяет повысить продуктивность гектара до 172,5 ГДж. Дополнительная прибыль на единицу площади составляет 810 руб/га, на единицу оросительной воды 0,58 руб/м3. Усовершенствованная технология внедрялась в ОПХ «Лиманское» Семикаракорского района Ростовской области в 2002 году на площади 50 га, в 2003 году на площади 100 га.

Апробация работы. Результаты исследований докладывались на конференциях и семинарах в Новочеркасской государственной мелиоративной академии и ФГНУ «РосНИИПМ» - Новочеркасск, 1997,1998,1999,2003,2004.

Материалы представленной работы являются составной частью научных исследований и отчета о НИР по теме: «Разработать экологически безопасные ресурсосберегающие технологии возделывания высокопродуктивных овощных, зерновых и кормовых культур на орошаемых землях» (№ гос. регистрации 01.99.0009023).

Публикации. Основные положения диссертации опубликованы в 6 научных работах.

Объем и структура диссертации. Диссертация изложена на 166 страницах и содержит введение, 5 глав, выводы и предложения производству, список использованной литературы из 189 наименований, в том числе 13 иностранных источников. Диссертация содержит 25 рисунков, 25 таблиц и 13 приложений. Основные положения, выносимые на защиту:

- теоретическое обоснование направления исследований по совершенствованию технологического процесса возделывания кукурузы на силос на основе ФСА;

- ресурсосберегающий режим орошения и минерального питания кукурузы на силос в условиях объективно ограниченных ресурсов;

- показатели формирования надземной и подземной биомассы кукурузы в зависимости от режима орошения и минерального питания;

- зависимости урожайности кукурузы от уровня водообеспеченности и минерального питания;

- биоклиматические коэффициенты кукурузы на силос в условиях орошения Ростовской области.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

ВЫБОР НАПРАВЛЕНИЯ ИССЛЕДОВАНИЙ

Обоснование направления исследования по совершенствованию технологического процесса (ТП) возделывания кукурузы на силос при орошении выполнялось на основе метода ФСА. В качестве исходной информации для проведения ФСА ТП возделывания кукурузы на силос была использована технологическая карта с приведенными энергетическими затратами. На основании этой карты сформулирован полный состав функций ТП и построена функциональная модель. С использованием функциональной модели произведены экспертные оценки значимости функций. Для повышения объективности экспертных оценок значимости функций ТП возделывания кукурузы на силос использован метод расстановки приоритетов, предложенный В.А Блюмбергом и В.Ф. Глушенко.

По данным энергетических затрат на операции ТП и экспертных оценок значимости функций построены функционально-стоимостные диаграммы (ФСД), как по общим энергозатратам, так и по энергозатратам на горючесмазочные материалы (ГСМ), эксплуатацию машин и труд работников. В результате анализа ФСД установлено, что в данном ТП ярко выраженное несоответствие энергозатрат и значимости наблюдается у функции Б, 1 (обеспечить водный режим; энергозатраты - 0,259, значимость - 0,025) и Р3.3 (обеспечить элементами питания; энергозатраты - 0,125, значимость - 0,056), имеющих высокие энергозатраты как общие, так и на ГСМ, эксплуатацию машин и труд работников при низкой значимости функций.

Для устранения данного несоответствия произведено выделение морфологических признаков всех важных характеристик исследуемых функций, их параметров, от которых зависит достижение поставленной цели. Руководствуясь расположением опытного участка, его почвенно-климатическими характеристиками, наличием техники и машин, а также другими организационно-хозяйственными факторами и накопленным опытом реализации элементов ТП, нами были выбраны варианты реализации функций для дальнейшего их иссле-

дования: орошение - дождеванием; нижний порог влажности - 80% НВ; глубина увлажняемого слоя - 0,7 м; доля от расчетной поливной нормы - 1,0 и 0,7; доля от расчетной дозы минеральных удобрений - 1,0,0,7,0,5 и 0.

УСЛОВИЯ И МЕТОДИКА ПРОВЕДЕНИЯ ИССЛЕДОВАНИЙ

Экспериментальные исследования выполнялись в ОПХ Ростовской областной опытно-мелиоративной станции (РООМС) Багаевского района Ростовской области в 1997-1999 гг.

Почвы опытного участка характеризуется достаточно благоприятными водно-физическими свойствами. Плотность сложения пахотного слоя составляет 1,24, подпахотного 1,37 г/см3, общая скважность почвы соответственно 51,2 и 45,9 %, наименьшая влагоемкость - 28,7 и 27,2 % от массы абсолютно сухой почвы. Мелиоративное состояние опытного участка благоприятное, содержание солей в пахотном и" метровом слоях невысокое. Грунтовые воды залегают ниже 3 м, с минерализацией 1,2 - 2,0 г/л, химический состав - гидрокарбонатно-сульфатно-кальциевый. Мощность гумусового горизонта составляет 0,7-1,0 м. Обеспеченностью почвы питательными веществами - средняя. В пахотном горизонте содержится: легкогидролизуемого азота 4,32 - 8,29, подвижного фосфора 2,93 — 4,61, обменного калия 32 - 53 мг на 100 г почвы.

Место проведения исследований характеризуется континентальным климатом. Среднемноголетнее количество осадков составляет 360 мм. Среднегодовая температура воздуха составляет +8,7°С, а за вегетационный +18,6°С. С середины апреля начинается летний период, продолжительность которого составляет 135-140 дней, с температурой воздуха выше + 15°С. Среднегодовой коэффициент увлажнения по Н.Н. Иванову 0,42. Наиболее низкая относительная влажность воздуха приходится на летние месяцы (май-август). В среднем за вегетационный период влажность воздуха составляет 68 %.

Погодные условия в годы исследований характеризовались следующим образом: 1997г. был теплым и влажным, 1998г. - жарким и сухим, 1999г. - теп-

лым и среднесухим. Обеспеченность дефицита водного баланса в 1997 г составляла 5 %, в 1998 г-73 %, 1999 г. -45 %.

Полевые исследования выполнялись на базе опытно-производственного участка площадью 11,6 га, на котором орошение проводилось дождевальной машиной ДЦА - 100 МА.

Агротехника кукурузы на силос за исключением изучаемых приемов была принята согласно зональным рекомендациям.

Схема опыта при изучении влияния режимов орошения и минерального питания на продуктивность кукурузы на силос включала 8 вариантов (табл.1). Таблица 1 Схема опыта при изучении влияния режимов орошения и минераль-

ного питания на продуктивность кукурузы на силос

Фактор А Фактор В Варианты опыта

I расчетный режим орошения поливы при пороге влажности почвы в слое 0,7 м 80% НВ Без удобрений 1

Расчетная доза удобрений (п) 2

0,7п 3

0,5п 4

II ресурсосберегающий режим орошения поливы при пороге влажности почвы в слое 0,7 м 80% НВ Без удобрений 5

Расчетная доза удобрений (п) 6

0,7п 7

0,5п 8

Поливные нормы по всем вариантам опыта рассчитывались по формуле А.Н. Костикова. Поливы назначались при достижении порога влажности 80 % НВ в слое 0,7 м. На вариантах 1-4 выдавалась полная расчетная поливная норма, на вариантах 5-8 поливная норма снижалась на 30 %, для обеспечения экологически безопасных поливных норм с верхним порогом влажности не более 95 % НВ в слое 0,7 метра. Контроль за нижним порогом влажности производился отдельно по каждому режиму орошения. Заданные режимы орошения были выдержаны.

Опыт заложен методом систематических повторений. Повторность -трехкратная. Площадь опытной делянки 0,16 га.

Основные и сопутствующие наблюдения проводились в соответствии с общепринятыми методиками («Методическим указаниям по проведению поле-

вых опытов с кормовыми культурами» ВНИИК, 1980, М.М. Горянского, 1970, Б.А. Доспехова, 1985, B.C. Астапова, 1958 и др.). Влажность почвы определялась термостатно-весовым методом, суммарное водопотребление рассчитывалось методом водного баланса. Расчетная доза минеральных удобрений рассчитывалась согласно методике, предложенной Каюмовым М.К. (Москва, 1989)

Биоэнергетическая оценка технологии возделывания кукурузы проводилась в соответствии с «Методическими рекомендациями по биоэнергетической оценке севооборотов и технологий выращивания кормовых культур» (Москва, 1989).

Экономическая эффективность изучаемых вариантов определялась согласно «Временных методических рекомендаций по оценке эффективности инвестиций в мелиорацию земель» (Новочеркасск, 2003).

Функционально-стоимостной анализ элементов технологического процесса возделывания кукурузы на силос выполнялся в соответствии с методиками В.П. Санникова (1995) и Н.А. Ивановой (2004).

При обработке и анализе экспериментального материала использовались методы математической статистики, а также стандартные программы (Statistica, Office) для персонального компьютера.

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

Влияние водного режима и доз минеральных удобрений на формирование продуктивности кукурузы на силос

При проведении исследований влажность активного слоя почвы под посевами кукурузы на силос при разных режимах орошения не опускалась ниже 80 % НВ. Количество поливов по годам исследований разнилось лишь в 1998 году, так при расчетном режиме орошения потребовалось 5 поливов, а при ресурсосберегающем режиме 6. В остальные годы исследований для разных режимов орошения количество поливов было одинаковым, что связано с компенсацией недостатка влаги за счет атмосферных осадков (рис. 1).

Рис. 1 - Динамика влажности почвы на посевах кукурузы в зависимости от уровня водообеспеченности.

Водный режим почвы тесно связан с пищевым режимом. Наблюдения за динамикой питательных веществ в почве проводились трижды за вегетационный период кукурузы: перед посевом, в середине вегетации (фаза развития «восьмой лист») и в момент уборки.

В начале вегетации содержание легкогидролизуемого азота, подвижного фосфора и обменного калия в пахотном горизонте в среднем составляло соответственно 7,9, 2,8 и 40 мг на 100 г почвы. Содержание элементов питания в почве в середине вегетации увеличивалось за счет внесенных удобрений (табл. 2). Так содержание азота повышалось до 10,49, а фосфора до 3,3 мг на 100 г почвы. На момент уборки в почве содержалось несколько меньше азота и фосфора по сравнению с серединой вегетации.

Содержание калия имело тенденцию к незначительному понижению в течение вегетационного периода в среднем на 2.. .5 мг на 100 г почвы.

Таблица 2 - Содержание питательных веществ в почве на посевах кукурузы на _силос в слое 0-30 см, среднее за 1997-1999 гг., мг на 100 г почвы.

Режим орошения

Доза удобрений

Легкогидролизуемый азот

Р205

к2о

I расчетный режим орошения

0

6,24

4,77

2,40

2,10

37

37

И-юРбо

10,49

8,3

3,30

2,65

40

39

НаРд:

9,96

6,6

2,90

2,50

38

37

Ы45Р

45г30

7,75

5,5

2,60

2,30

38

38

II ресурсосберегающий режим орошения

6,12

4,48

2,45

2,20

38

37

ИспР,

90*60

10,08

8,02

3,10

2,70

37

37

ИиР,

63*42

7,6

2,90

2,60

39

38

¡45* 30

6,98

5,99

2,78

2,60

38

38

Примечание 1 - середина вегетации; 2 - конец вегетации

Результаты выполненных исследований свидетельствуют о том, что наибольший вынос питательных веществ наблюдался на вариантах с расчетным режимом орошения, эта тенденция наиболее сильно проявилась в динамике азота и фосфора в пахотном горизонте в период вегетации кукурузы. Так по сравнению с серединой вегетации содержание в почве азота и фосфора понизилось к моменту уборки соответственно на 1,47...3,36 и 0,3...0,65 мг на 100 г почвы.

Определение содержания элементов питания в пожнивных и корневых остатках кукурузы позволило установить величину поступления в почву азота, фосфора и калия (табл. 3).

Таблица 3 - Поступление КРК с пожнивными и корневыми остатками кукуру-

зы, среднее за 1997-1999гг., кг/га

Горизонт, Расчетный режим Ресурсосберегающий режим

см орошения + ИодРбо орошения + ИвоРбо

N Р205 К,О N р2о5 К-,0

Пожнивные остатки.

30,41 10,3 49,8 33,45 8,26 41,33

Корневые остатки

0-10 58,6 16,9 109,1 93,57 20,23 106,22

10-20 18,6 3,69 15,3 11,37 2,65 13,25

20-30 8,36 2,26 10,9 8,11 1,89 9,47

30-40 6,21 2,19 6,7 6,37 1,49 7,43

40-50 ' 5,12 1,24 5,91 4,91 1,15 5,73

50-60 2,61 1,01 3,37 0,52 0,59 2,94

60-70 2,46 0,87 2,90 2,75 0,64 3,21

0-70 101,96 28,16 154,18 129,6 28,64 148,25

Пожнив, и корневые остатки 132,37 38,46 203,98 163,05 36,90 189,58

Анализ данных таблицы 3 показал, что при расчетном режиме орошения и дозе удобрений N^60 по сравнению с ресурсосберегающим режимом орошения и дозой удобрений ИадРбо содержание азота в пожнивных и корневых остатках было на 30,68 кг/га меньше, однако содержание фосфора и калия было соответственно на 1,56 и 14,40 кг/га больше. На наш взгляд, более высокие поливные нормы, предусмотренные при расчетном режиме орошения, позволяют интенсивней преобразовывать фосфор и калий в доступные формы, но, в тоже время, они способствовали вымыванию азота в нижележащие слои. Корневые и пожнивные остатки после возделывания кукурузы на силос способствуют обогащению почвы органическим веществом, что благотворно влияет на протекание сбалансированных почвообразовательных процессов на орошаемых землях.

Фенологические наблюдения за кукурузой на силос показали, что в годы исследований наблюдались незначительные различия по продолжительности межфазных периодов. Установлено, что чем выше уровень водообеспеченности

и минерального питания, тем продолжительнее период вегетации кукурузы на силос (табл. 4).

Таблица 4 - Продолжительность основных межфазных периодов кукурузы на

силос в зависимости от режима орошения и дозы удобрений, в сут-_ках, среднее за 1997-1999 гг._

Режим орошения

Доза удобрений

Фазы развития

ВСХОДЫ

5 лист Выме- Цвете- Молоч- Длина

тыва- ние но- веге-

ние воско- тац.

метел- вая спе- пе-

ки лость риода

14 41 7 27 105

16 46 9 30 117

16 44 9 30 115

15 43 8 28 110

14 41 6 26 103

15 42 8 28 109

15 42 7 28 108

14 41 7 27 105

I расчетный режим орошения

N Р

1,1 (. 1 1 А

Ж5Р30

II ресурсосберегающий режим орошения

0

N Р

1,1 п п с

Первая декада мая

16

0

N Р

4 5 ^ 3 0

Наблюдения за густотой стояния растений кукурузы в течение вегетации проводились дважды: в период полных всходов и перед уборкой. Результаты исследований показали, что в среднем по годам на всех вариантах были получены равноценные всходы в количестве 8 шт/м2. Процент выживаемости растений по вариантам опыта составил от 86 % на вариантах без удобрений до 97 % на варианте с расчетным режимом орошения и дозой удобрений К,0Р60.

Изучение корневой системы кукурузы проводилось на вариантах с расчетным режимом орошения и дозой удобрений и при ресурсосберегающем режиме орошения и расчетной дозе удобрений. В результате было установлено, что основная масса корней располагалась в слое 0,5 м. В пахотном горизонте (0-0,3 м) находилось 72,8...74,1 % массы корневой системы, что составляло 55,7...57,1 центнер корневых остатков на гектар. В более глубоких слоях почвы масса корней постепенно сокращалась до 2,7-2,5 % от общей массы.

Учет урожайности зеленой массы кукурузы проводился при достижении растениями фазы молочно-восковой спелости зерна. В среднем за годы иссле-

дований наибольшая урожайность зеленой массы наблюдалась при расчетном режиме орошения и дозе удобрений Н^Р^ - 56,8 т/га, наименьшая при ресурсосберегающем режиме орошения, без удобрений - 40,1 т/га (табл. 5).

Таблица 5 - Урожайность кукурузы на силос в зависимости от режима орошения _и дозы удобрений, среднее за 1997-1999гг._

Режим орошения Доза удобрений Урожайность, т/га Прибавка (снижение), т/га Сбор корм, ед., т/га

От режима орошения От дозы удобрений

I расчетный режим орошения 0 42,3 0 0 9,3

^оРбО 56,8 0 14,5 15,6

ИбзР42 53,9 0 11,6 12,9

Н45Рзо 51,0 0 8,7 11,7

II ресурсосберегающий режим орошения 0 40,1 -2,2 0 9,6

М9ОР60 53,9 -2,9 13,8 15,9

N<^42 50,6 -3,3 10,5 13,6

N«¿>30 47,2 -3,8 7,1 12,1

По фактору орошения НСР05 По фактору удобрения НСР0з 3,9 2,7

Информация о кормовой ценности зеленой массы кукурузы дает возможность определить оптимальный вариант возделывания культуры. По результатам содержания питательных веществ в биомассе кукурузы был определен выход кормовых единиц и обменной энергии с одного гектара. Наилучшим вариантом был признан вариант с расчетной дозой минеральных удобрений ^0Р60 и ресурсосберегающим режимом орошения, сбор кормовых единиц в нем составил 15,9 т/га.

Для наглядного представления зависимости урожайности от исследуемых факторов была построена поверхность отклика (рис. 2) по данным за весь период исследований. В результате получена трехмерная диаграмма рассеяния, аппроксимируемая полиномом второго порядка. Анализ построенной поверхности отклика позволил установить, что с увеличением дозы вносимых удобрений, урожайность увеличивается при всех значениях суммарного водопотреб-ления, однако перегиба в значениях количеств вносимых удобрений не наблюдается, что говорит о возможности увеличения доз внесения удобрений.

Анализ влияния суммарного водопотребления на урожайность позволил

установить, что при увеличении суммарного водопотребления от 2500 до 4300

м3/га на вариантах без удобрений происходит рост урожайности зеленой массы

ъ = -38,016 + 0,038-х + 6,653-у-4,420-Ю^-х2 + 0,003-х-у-4,900-у2 Я2 = 0,91

Рис. 2 - Зависимость урожайности зеленой массы кукурузы от суммарного водопотребления и минерального питания за период 1997-1999 гг.

кукурузы, при дальнейшем увеличении суммарного водопотребления от 4300 до 6000 м3/га происходит обратная тенденция, т.е. урожайность понижается. На вариантах с полной расчетной дозой удобрений, урожайность зеленой массы повышается в пределах значений суммарного водопотребления от 2500 до 4700 м3/га, а снижение наблюдается с увеличением суммарного водопотребления от 4700 до 6000 м3/га, что говорит об увеличении урожайности при росте доз вносимых удобрений и увеличении суммарного водопотребления.

Водопотребление кукурузы на силос

Для сравнительной оценки наиболее распространенных методов определения суммарного водопотребления в годы выполнения исследований были использованы экспериментальные данные, полученные в 1997-1999 гг.

Несмотря на значительное количество методов определения суммарного водопотребления и сроков назначения поливов сельскохозяйственных культур,

большинство из них или сложны, или не обладают необходимой точностью. Так, из приведенных в таблице 6 данных суммарного водопотребления кукурузы по метеорологическим показателям, в сравнении с методом водного баланса, наиболее близкими оказались показатели, установленные по методу A.M. Ал-патьева, а сходимость результатов по годам исследований и вариантам разнилась в пределах 2,4... 14,7 %. Меньшая сходимость результатов получена при сравнении показателей с методом Д.А. Штойко, Н.Н. Иванова и Г.К. Льгова. Здесь величины суммарного испарения отличались соответственно на 5,2...40,8, 1,9...37,0 и 5,4...42,5 %.

Таблица 6 - Показатели суммарного водопотребления кукурузы на силос, рас-

считанные по метеорологическим показателям в сравнении с водно-балансовым методом

Метод расчета суммарного водопотребления Расчетный режим орошения, ИЛ Ресурсосберегающий режим орошения, NooPeo

1997 1998 1999 среднее 1997 1998 1999 среднее

Водно-балансовый м3/га 5171 4151 4482 4601 4702 3159 3817 3893

H.H. Иванова у, м3/га 3736 4964 4713 4471 3552 4447 4385 4128

отклонение. % 27,8 -19,6 -5,2 2,8 24,5 -40,8 -14,9 -6,0

Д.А. Штойко м3/га 3256 4064 3976 3765 3130 3784 3890 3601

отклонение, % 37,0 2,1 11,3 18,2 33,4 -19,8 -1,9 7,5

Г.К. Льгова м3/га 4711 4813 4871 4798 4450 4501 4627 4526

отклонение, % 8,9 -15,9 -8,7 -4,3 5,4 -42,5 -21,2 -16,3

A.M. Алпатьева м3/га 5297 3996 4321 4538 5052 3624 4146 4274

отклонение, % 2,4 -3,7 -3,6 1,4 7,4 14,7 8,6 -9,8

Таким образом, для условий Ростовской области метод A.M. Алпатьева с использованием биоклиматических коэффициентов признан как наиболее приемлемый для расчетов суммарного водопотребления кукурузы на силос.

Известно, что на величину суммарного водопотребления оказывают влияние атмосферные осадки, выпадающие в течение вегетации, оросительная

норма и продуктивные запасы влаги, используемые из почвы (табл. 7). В зависимости от перечисленных структурных элементов показатели суммарного во-допотребления сильно изменялись по годам и вариантам опыта. На основании данных по оросительным нормам, осадкам и запасам почвенной влаги, построены тернарные графики (рис. 3).

Таблица 7 - Структура суммарного водопотребления кукурузы на силос, _РООМС, 1997-1999 гг._

Режим орошения Доза удобрений Статьи поступления влаги Суммарное водопотребление, всего, м3/га

Оросительная норма Эффективные осадки Из почвы

м3/га % м3/га % м3/га %

Расчетный режим орошения 0 1833 43,5 2325 55,2 57 1,4 4215

Н,аРбо 1833 39,4 2325 49,9 497 10,7 4655

N«1»« 1833 39,6 2325 50,2 473 10,2 4631

Н45Рзо 1833 41,1 2325 52,2 298 6,7 4456

Ресурсосберегающий режим орошения 0 1400 37,4 2325 62,2 15 0,4 3740

ИадРбО 1400 35,3 2325 58,5 246 6,2 3971

1400 35,8 2325 59,5 185 4,7 3910

^Рзо 1400 36,7 2325 60,9 92 2,4 3817

Примечание: W-суммарное водопотребление, х-поливы, у-осадки, z-используемые запасы влаги из почвы Рис. 3 - Зависимость суммарного водопотребления от структуры

Анализ показателей табл. 7 позволил установить, что преобладающая доля влаги от 49,9 до 62,2 % поступает с осадками и от 35,3 до 43,5 % с поливами. Причем, на вариантах, где был предусмотрен ресурсосберегающий режим орошения, при снижении доли использования оросительной воды на 3,8-6,1 % увеличивается доля использования осадков на 7,0-9,3 % и уменьшается доля влаги, поступающей из почвы на 1,0-5,5%.

Анализ тернарных графиков позволил отметить существенное отличие в формировании суммарного водопотребления от его структуры при разных поливных нормах (рис. 3). Так, при поливах расчетной нормой поверхность отклика суммарного водопотребления находится под меньшим углом к горизонтальной плоскости относительно оси «поливы». На наш взгляд, это говорит о возможном перенасыщении почвы влагой, а также о высокой доле использования влаги, поступающей с поливами и осадками, что подтверждается также значениями коэффициентов регрессии. Равнозначные показания коэффициента регрессии влаги, поступающей из почвы, с суммой коэффициентов влаги, поступающей с поливной водой и осадками, предполагает переувлажнение активного слоя почвы, с последующей потерей воды в нижележащие горизонты, т.е. приводит к нерациональному использованию оросительной воды.

При поддержании влажности почвы в заданных пределах при ресурсосберегающем режиме орошения поверхность отклика суммарного водопотреб-ления находится под большим углом к горизонтальной плоскости относительно оси «поливы», чем на вариантах с расчетным режимом орошения, это указывает на более интенсивное использование влаги поступающей с осадками и из почвы. Подтверждение этому служит также уравнение, где коэффициент регрессии влаги, поступающей из почвы, значительно выше суммы коэффициентов регрессии влаги, поступающей с осадками, и от поливов. При малых или отрицательных значениях коэффициента регрессии влаги, поступающей от поливов, на наш взгляд, объясняет процесс более полного использования запасов влаги из почвы в пределах 80... 100 % НВ, т.е. не происходит значительны« потерь оросительной воды за пределы активного 0,7 м слоя почвы.

Из вышеизложенного следует, что с увеличением поливных норм теряется возможность рационального использования поливной воды.

В среднем за годы исследований величина суммарного водопотребления как при расчетном, так и при ресурсосберегающем режимах орошения, была наибольшей там, где вносилась расчетная доза удобрений, а наименьшей, где удобрения не вносились.

Коэффициент водопотребления кукурузы на силос зависел от урожайности зеленой массы кукурузы и суммарного водопотребления, а также вносимых доз минеральных удобрений (табл. 8). Наибольший коэффициент водопотребления был получен на вариантах, где удобрения не вносились, и составлял 93100 м3/т. Увеличение дозы минеральных удобрений приводило к снижению коэффициента водопотребления.

Таблица 8 - Влияние суммарного водопотребления и минерального питания на прибавку урожая и коэффициент водопотребления кукурузы на силос, РООМС, 1997 - 1999 гг.

Режим орошения Доза удобрений Суммарное водопотребле-ние, м3/га Урожайность, т/га Коэффициент водопотребления, м3/т

I расчетный режим орошения 0 4215 42,3 100

ЭДсюРбО 3740 40,1 93

Н53Р« 4655 56,8 82

адзо 3971 53,9 74

II ресурсосберегающий режим орошения 0 4631 53,9 86

N^60 3910 50,6 77

НйР42 4456 51 87

^5Рзо 3817 47,2 81

Для практических целей более точного установления продолжительности межполивных периодов существенное значение имеет определение суммарного и среднесуточного водопотребления в основные фазы роста. В период исследований нами было установлено, что минимальное среднесуточное водопотреб-ление кукурузы соответствует периоду вегетации «посев - 5 лист». Наибольшее среднесуточное водопотребление наблюдалось при расчетном режиме орошения, величина его составила от 29,0 до 29,6 м3/га-сут, на вариантах, где приме-

нялся ресурсосберегающий режим орошения, значения его были ниже и находились в пределах 26,0...26,8 м3/га-сут. Доля от общей суммы суммарного во-допотребления в этот период составляла 16,6...28,5 %.

Сравнение результатов исследований по годам позволяет отметить, что с увеличением количества осадков доля использования влаги уменьшалась в период вегетации «посев - 5 лист» и увеличивалась в фазу «выметывание метелки — мол очно-восковая спелость».

Анализ данных по среднесуточному водопотреблению показал, что существует прямая зависимость между уровнем водообеспеченности кукурузы и ее среднесуточным водопотреблением.

В результате исследований были уточнены биоклиматические коэффициенты для кукурузы на силос, отражающие связь между суммарным водопотреб-лением, биологическими особенностями культуры и климатическими показателями. Отмечено, что величина показателей биоклиматических коэффициентов, прямо пропорциональна изменению суммарного водопотребления культуры, снижение которого ведет к уменьшению значений биоклиматических коэффициентов, рассчитанных как по дефициту влажности воздуха, так и по сумме среднесуточных температур. Более высокие значения биоклиматических коэффициентов кукурузы на силос, вычисленных по сумме среднесуточных температур и дефицитов влажности воздуха, установлены на варианте с расчетным режимом орошения и дозой удобрений которые составили соответст-

венно 0,17 и 0,45, по сравнению с ресурсосберегающим режимом орошения и дозой удобрений ИэдРбо, где биоклиматические коэффициенты равнялись 0,16 и 0,43.

Энергетическая и экономическая эффективность режимов орошения и доз минеральных удобрений при возделывании кукурузы на силос

В результате расчетов в среднем за годы исследований, определен наиболее целесообразный для исполнения вариант опыта, по коэффициенту энергетической эффективности (КЭЭ) (табл. 9).

Таблица 9 - Энергетическая оценка возделывания кукурузы на силос в зависимости от вариантов опыта, РООМС, среднее 1997-1999 гг.

Режим орошения Доза удобрений Урожайность, т/га Энергия урожая, ГДж/га Затраты совокупной энергии, ГДж/га Энергетический эквивалент, кг/МДж КЭЭ

I расчетный режим орошения 0 42,3 84,6 25,6 2,0 3,30

ИэдРбО 56,8 170,4 36,5 3,0 4,67

М63Р42 53,9 140,1 33,5 2,6 4,18

Н5Рзо 51,0 117,3 31,3 2,3 3,75

II ресурсосберегающий режим орошения 0 40,1 84,2 25,2 2,1 3,34

ИадРбО 53,9 172,5 35,9 3,2 4,80

НиР42 50,6 131,6 32,8 2,6 4,01

^Рэо 47,2 113,3 30,5 2,4 3,71

Несмотря на наибольшую урожайность биомассы кукурузы на варианте 2 равной 56,8 т/га установлено, что использование ресурсосберегающего режима орошения при полной расчетной дозе минеральных удобрений (вариант 6) обеспечивает снижение энергозатрат на 0,6 ГДж/га и увеличение энергии урожая на 2,2 ГДж/га по сравнению с вариантом 2, а снижение дозы минеральных удобрений на 30% при расчетном режиме орошения (вариант 3) приводит к снижению энергозатрат на 3 ГДж/га, и потере энергии урожая на 30,2 ГДж/га по сравнению с вариантом 2. Лучшим вариантом по отношению сбора валовой энергии с урожаем биомассы кукурузы к затратам совокупной энергии на реализацию технологии возделывания, можно считать вариант 6 с ресурсосберегающим режимом орошения и полной дозой минеральных удобрений, КЭЭ на этом варианте равен 4,80.

Выведенные переводные коэффициенты энергетических эквивалентов в стоимостные и обратно позволили установить, что стоимость 1 МДж, выраженная в рублях, значительно различается в зависимости от статей затрат. Так самая дешевая энергетическая единица получена при техническом уходе и амортизационных отчислениях равна 0,023 руб за 1 МДж, далее идет оплата труда 0,071 руб и за горюче-смазочные материалы 0,089 руб. Самые высокие оказа-

лись прямые затраты, где 1 МДж соответствовал 0,338 руб.

При исследуемых режимах орошения и дозах минеральных удобрений, экономически наиболее эффективным является возделывание кукурузы на силос при ресурсосберегающем режиме орошения и полной расчетной дозе минеральных удобрений. Этот режим и доза удобрений обеспечивает наибольший чистый доход 1606 руб/га из исследуемых вариантов и дополнительную прибыль по сравнению с базовым вариантом 810 руб/га.

По результатам трех лет исследований ресурсосберегающая технология возделывания кукурузы на силос была на 21,3 % рентабельней по сравнению с базовой. Это подтвердило правильность сделанного на основе ФСА выбора направления исследований для устранения несоответствия затрат и значимости у функций Б3 1 (обеспечить водный режим) и Рз з (обеспечить элементами питания), общепринятому в центральной орошаемой зоне Ростовской области технологическому процессу возделывания кукурузы на силос.

ВЫВОДЫ

1. При выборе направления совершенствования технологических процессов возделывания сельскохозяйственных культур на орошаемых землях с учетом снижения затрат и рационального использования ресурсов, одним из инструментов является функционально-стоимостной анализ. В результате проведения которого выполнен поиск снижения затрат при возделывании кукурузы на силос в условиях орошения и обоснованно направление полевых исследований по разработке ресурсосберегающих приемов орошения и удобрения.

2. Установлена зависимость урожая зеленой массы от уровня водообес-печенности и минерального питания ъ = - 38,016 + 0,038-х + 6,653-у - 4,420-

позволяющая установить биологически оптимальные нормы водообеспеченности и минерального питания.

Получена зависимость урожайности кукурузы на силос от продолжительности вегетационного периода и густоты стояния растений 13,771-х + 0,239-у.

3. Водный и пищевой режим почвы влияют на содержание питательных веществ в биомассе: при ресурсосберегающем режиме орошения отмечен более высокий выход кормовых единиц, который составил 15,9 т/га, что на 0,3 т/га больше по сравнению с выходом на расчетном режиме орошения.

4. Установлено, что за счет отторжения пожнивных и корневых остатков кукурузы в количестве 7,7 т/га, происходит пополнение органического вещества в почве.

5. Выполнена оценка методов определения суммарного водопотребления, в результате которой установлено, что метод A.M. Алпатьева является наиболее приемлемым для расчета суммарного водопотребления кукурузы на силос в условиях Ростовской области с использованием уточненных биоклиматических коэффициентов кукурузы на силос позволяющих оперативно корректировать режимы орошения.

6. Установлено, что на урожайность кукурузы на силос оказывают влияние не только количественные показатели оросительных норм, но и используемые продуктивные запасы влаги из почвы, продолжительность вегетационного периода, а также нормы внесенных удобрений.

7. Определено, что наиболее энергетически выгодным является ресурсосберегающий режим орошения при полной дозе минеральных удобрений азота 86...95 кг/га д.в. и фосфора 57...63 кг/га д.в., обеспечивающий наибольшее приращение валовой энергии равной 172,5 Гдж/га.

8. Обоснованы водный и пищевой режим почвы при возделывании кукурузы на силос. Установлено, что при использовании ресурсосберегающего режима орошения (снижение поливной нормы на 30 %) обеспечивается снижение энергозатрат на 0,6 ГДж/га и увеличение энергии урожая на 2,2 ГДж/га, а уменьшение дозы минеральных удобрений на 30 % приводит к снижению энергозатрат на 3 ГДж/га, и потере энергии урожая на 30,2 ГДж/га по сравнению с базовым вариантом.

ПРЕДЛОЖЕНИЯ ПРОИЗВОДСТВУ

1. В условиях объективно ограниченных энергетических и сырьевых ресурсов целесообразно при возделывании кукурузы на силос снижение поливных норм на 30 % на фоне внесения расчетной дозы минеральных удобрений.

2. При разработке инвестиционных проектов возделывания кукурузы на силос и оценке эффективности орошения и удобрения следует использовать зависимость «урожайность - водообеспеченность - доза минеральных удобрений».

СПИСОК РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕДИССЕРТАЦИИ

1. Воеводин О.В., Санников В.П. Метбд системного анализа функций при совершенствовании технологических процессов возделывании сельскохозяйственных культур // Кадры и научно-технический прогресс в мелиорации: Материалы Всерос. науч.-практ. конф.- Новочеркасск, 1997. — С. 119-121 (доля автора - 80 %).

2. Воеводин О.В. Использование ФСА при совершенствовании ТП возделывания сельскохозяйственных культур // «Мелиорация антропогенных ландшафтов: - Сб. науч. тр. НГМА». - Новочеркасск. - т.5. «Водосберегающие и почвозащитные технологии орошения на Нижнем Дону», 1998. — С.65 - 66.

3. Воеводин О.В., Иванова И.В. Приемы детерминированной логики в методологии анализа функций ТП возделывания сельскохозяйственных культур // «Мелиорация антропогенных ландшафтов: - Сб. науч. тр. НГМА». - Новочеркасск. - т.6. «Водосберегающие и почвозащитные технологии орошения на Нижнем Дону», 1999.- С.103 - 105 (доля автора 70 %).

4. Воеводин О.В., Санников В.П. Функциональная структура производства кормов // «Мелиорация антропогенных ландшафтов: - Сб. науч. тр. НГМА». -Новочеркасск. - т.6. «Водосберегающие и почвозащитные технологии орошения на Нижнем Дону». - Новочеркасск, 1999. - С.91 - 96 (доля автора - 80 %).

5. Воеводин О.В. Особенности функционально-стоимостного анализа (ФСА) технологических процессов возделывания сельскохозяйственных культур // Сб. науч. тр. по материалам региональной науч.-практ. конф., посвящ. 95-летию мелиоративного образования на Юге России.: Вып. 2. / ФГОУ ВПО НГМА - Новочеркасск, 2003. - Т. 2. - С. 139-143.

6. Воеводин О.В., Иванова НА. Оценка влияния кукурузы на плодородие орошаемых земель // Сб. науч. тр.: «Ресурсосберегающие, экологически безопасные технологии мелиорации, рекультивации и охраны земель»: материалы Международной науч.-практ. конф., - Новочеркасск, 2004 - С. 86-89 (доля автора -80 %).

Подписано в печать 19.11.04 г. Тираж 100 экз. Заказ № 567

Типография НГМА, ул. Пушкинская, 111, г. Новочеркасск

»25684