Совершенствование технологии регулирования водного и пищевого режимов светло-каштановой почвы при возделывании кормовой свеклы в Волгоградском Заволжье

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата сельскохозяйственных наук

Совершенствование технологии регулирования водного и пищевого режимов светло-каштановой почвы при возделывании кормовой свеклы в Волгоградском Заволжье

06.01.02 - мелиорация, рекультивация и охрана земель

Коробов Юрий Владимирович

Саратов 2007

1. Общая характеристика работы

Актуальность исследований. Реализация национального проекта развития агропромышленного комплекса России в области животноводства требует существенного укрепления кормовой базы. В современных экономических условиях эта задача достаточно сложная и требует тесной консолидации производства с наукой. Одной из основных кормовых культур, способной в короткие сроки обеспечить поставки значительной доли кормовых единиц, является кормовая свекла.

Корнеплоды кормовой свеклы, являясь отличным энергетическим кормом, могут в значительной мере экономить расход концентрированных кормов. По кормовой ценности 25 кг свеклы заменяют 3 кг концентратов. Благодаря высокому содержанию углеводов, пектиновых веществ, а также воды, связанной с протоплазмой клеток, кормовая свекла способствует улучшению работы пищеварительного тракта животных. Поэтому эта культура является диетическим кормом, увеличивающим продолжительность жизни и хозяйственного использования животных. Немаловажно, что кормовая свекла имеет хорошую облиствленность. Даже при урожайности корнеплодов 60 т/га за счет листьев обеспечивается сбор до 2000-3000 корм. ед./га.

Расширение производства кормовой свеклы в Нижнем Поволжье требует решения задачи снижения затрат на проведение поливов, составляющие до 65 % всех трудовых и энергетических ресурсов. В связи с этим модернизация технологических аспектов производства кормовой свеклы должна, прежде всего, коснуться комплексов, обеспечивающих регулирование водного режима почвы.

Другой важной задачей является необходимость учета значительной дифференциации сельхозтоваропроизводящих хозяйств региона по степени ресурсного обеспечения. В связи с этим, актуальными являются научное обоснование дифференциации основных элементов технологии производства кормовой свеклы, обеспечивающих возможность выращивания культуры в хозяйствах с разным уровнем доходности.

Цель и задачи исследований. Цель исследований заключалась в совершенствовании основных элементов технологии возделывании кормовой свеклы при орошении, позволяющей повысить урожайность корнеплодов, снизить ресурсо- и энергоемкость производства.

В соответствии с целью исследований были поставлены к решению следующие задачи:

- определить закономерности роста и развития кормовой свеклы в зависимости от уровня и условий водообеспечения при разных уровнях минерального питания;

- установить взаимосвязи между фотосинтетическими показателями посева и уровнем формируемой урожайности корнеплодов кормовой свеклы;

- определить сочетания факторов, обеспечивающих формирование 80-120 т/га корнеплодов кормовой свеклы;

- исследовать особенности изменения влагосодержания почвы в активных горизонтах в течение первого года развития при разных режимах орошения и дозах удобрения;

- установить закономерности водопотребления кормовой свеклы и, связанные с ними, особенности формирования водного режима почвы при разных уровнях ее предполивной влажности;

- установить сочетания урожаеобразующих факторов, обеспечивающих наиболее экономное расходование водных ресурсов при разных уровнях планируемой урожайности корнеплодов;

- определить экономические и биоэнергетические показатели эффективности возделывания кормовой свеклы при разных сочетаниях урожаеобразующих факторов.

Научная новизна. Установлены закономерности водопотребления и формирования водного режима почвы в условиях дифференцированного водообеспечения кормовой свеклы, влияние режимов орошения и доз внесения удобрений на рост, развитие и продуктивность посева, установлены закономерности изменения урожайности корнеплодов при разных водных режимах почвы и уровнях минерального питания. Теоретически обоснована и экспериментально подтверждена возможность снижения энергоемкости и себестоимости продукции кормового назначения за счет совершенствования технологии водных мелиораций при возделывании кормовой свеклы.

Основные положения, выносимые на защиту:

- закономерности влияния влагообеспеченности посевов и пищевого режима почвы на рост, развитие и хозяйственную продуктивность кормовой свеклы;

- сочетания водного и пищевого режимов почвы, обеспечивающие формирование планируемых урожаев корнеплодов на уровне 80-120 т/га при наименьшей ресурсо- и энергоемкости производства;

- особенности и параметры формирования энергоэффективных режимов орошения кормовой свеклы для получения планируемых урожаев на уровне 80-120 т/га корнеплодов.

Практическая значимость. Внедрение результатов исследований в производство позволяет реализовать дифференцированные подходы при возделывании кормовой свеклы в хозяйствах с разным уровнем ресурсного обеспечения и регулировать продуктивность культуры от 80 до 140 т корнеплодов с 1 га, оптимизировать уровень энергоемкости и ресурсоемкости производства, снизить себестоимость корнеплодов до 290 р./т за счет перехода на ресурсооптимальные режимы и технологии орошения и применения рациональных доз минеральных удобрений.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались на международных научно-практических конференциях «Экологические проблемы природопользования в мелиоративном земледелии» (Новочеркасск, 2006), «Мелиорация сельскохозяйственных земель в ХХ1 веке: проблемы и перспективы» (Минск., 2007) и ежегодных научно-практических конференциях Волгоградской ГСХА (Волгоград, 2005-2007).

Публикация результатов исследований. По материалам диссертации опубликовано 4 статьи.

2. Содержание работы

Во введении дана общая характеристика работы.

В первой главе «Производство корнеплодов свеклы кормового назначения» приводится аналитический обзор научного и производственного опыта в области орошаемого кормопроизводства, в том числе возделывания кормовой свеклы, определены основные трудности и пути их преодоления, обоснованы задачи, включенные в программу исследований.

Показан вклад в данное направление ведущих ученых М.Н. Багрова, М.С. Григорова, П.П. Вавилова, А.Н. Вовченко, Е.А. Гольц, А.В. Петрова, С.М. Григорова, Е.Н. Дольникова, В П. Зосимович, С.В. Казаченко, В.М. Киреева, А.И. Козловского, В.Т. Красочкина, И.В. Массино, В.П. Овсяникова, М.П. Тарасова, Х.Г. Терегулова. Доказана возможность эффективного производства кормовой свеклы при орошении, разработаны технологические регламенты возделывания кормовой свеклы для ряда регионов Российской Федерации.

Наряду с этим анализ имеющегося материала позволяет сделать заключение о недостаточности количественных данных по влиянию разных доз удобрений на урожай кормовой свеклы, позволяющих сформировать хотя бы самые простые численные модели. Крайне мало достоверной информации по синергетическим эффектам взаимодействия минеральных удобрений с другими агротехническими мероприятиями, и особенно - в условиях орошения. Вопросы, касающиеся регулирования водного режима почвы в условиях полива не рассматривались с той точки зрения, которая предусматривает гибкие, дифференцированные подходы к ресурсным возможностям хозяйствующих субъектов. А уровень агротехники возделывания кормовой свеклы, напрямую связанный научно-техническими достижениями в агропромышленном комплексе в сочетании с естественным экологическим потенциалом региона определяет и эффективность использования удобрений, и оросительной воды, и уровень продуктивности кормовых корнеплодов. Необходимость решения этих вопросов определило постановку и реализацию наших исследований.

Во второй главе «Схема, методы и условия проведения исследований» определена программа и методы проведения исследований, в том числе в экспериментальной части, приведен краткий анализ условий, в которых проводили полевой опыт.

В соответствии с программой опыты были заложены, исходя из формирования дифференцированных технологических циклов, обеспечивающих получение планируемых, в пределах 80-160 т/га корнеплодов кормовой свеклы при разных уровнях ресурсного обеспечения.

Экспериментальный участок территориально расположен в СП «Красносельский» Быковского района Волгоградской области в Заволжской сухостепной зоне. Метеоусловия в годы проведения исследований изменялись в широком диапазоне: по теплообеспеченности - от слабо обеспеченных (2996 ⁰С, 2004 г.), до очень жарких (3224 ⁰С, 2005 г.), по влагообеспеченности - от среднесухих (129 мм, 2004, 2006 гг.) до влажного (2002, 2005 г.). Сложившиеся погодные условия подтверждают континентальностью климата, являющегося характерной особенностью региона исследований.

Почвы опытного участка типичные для региона, светло-каштановые. среднесуглинистые. Плотность сложения в пахотном слое 1,23-1,24 т/м³, скважность 51-52 %. Влажность почвы при наименьшей влагоемкости 25,1-26,5 % от массы сухой почвы, при устойчивом завядания растений 13,0-13,5 % от массы сухой почвы. Содержание азота (7,2…17,0 мг/кг почвы) в почве низкое, содержание фосфора, 41,3…51,4 мг/кг почвы, и калия характеризуется как среднее (257,2…270,3 мг/кг почвы).

Грунтовые воды находятся на глубине больше 7 м, поэтому наблюдения за их динамикой не проводили.

Схема опыта по фактору А (дозы удобрений) включала четыре варианта:

А1 - расчетные дозы для формирования 80 т/га корнеплодов кормовой свеклы (N₇₀P₉₀K₀ );

А2 - расчетные дозы для формирования 120 т/га корнеплодов кормовой свеклы (N₁₅₀P₁₆₀K₂₀) ;

А3 - расчетные дозы для формирования 160 т/га корнеплодов кормовой свеклы (N₂₃₀P₂₃₀K₂₇₀) ;

Дозы минеральных удобрений, рассчитывали на обеспечение урожайности 80-160 т/га общепринятым методом, сущность которого изложена в трудах В.И. Филина (1994 г.).

Схема опыта по фактору В (предполивная влажность почвы) предусматривала два варианта:

В1 - поддержание постоянной в течение вегетационного периода предполивной влажности почвы в расчетном слое на уровне 70 % НВ;

В2 - поддержание постоянной в течение вегетационного периода предполивной влажности почвы в расчетном слое на уровне 80 % НВ;

Схема опыта по фактору С (активный слой почвы) содержала три варианта:

С1 - 0,3 м, С2 - 0,5 м, С3 -дифференцированная мощность глубины промачивания 0,3-0,5 м.

Исследования проводились на посевах кормовой свеклы сорта Полтавская белая. Поливы проводили дождевальной машиной ДДА-100МА.

Опыты закладывали методом расщепленных делянок при рендомизированном размещении вариантов по уровню минерального питания (фактор А) и систематическом размещении вариантов по режиму орошения (факторы В и С). Повторность опыта четырехкратная. Общая площадь опытного участка 3,7 га. Учетная площадь единичной делянки образуемой сочетание всех трех исследуемых в опыте факторов 200 м². Ширина защитных полос по водному режиму почвы - 10 м. Ширина защитных полос по дозам внесения минеральных удобрений - 3,5 м.

Плотность сложения почвы определялась по методике Качинского Н.А, плотность твердой фазы - пикнометрическим методом. Наименьшую влагоемкость почвы определяли методом заливки площадок; влажность почвы - термостатно-весовым методом. Фактическое количество подаваемой на поле воды учитывали с помощью дождемеров Ф.Ф. Давитая, которые расстанавливались через каждые 5 м по ширине захвата дождевальной машины в трехкратной повторности. Суммарное водопотребление определялось методом водного баланса по уравнению А.Н. Костякова

Содержание гумуса определяли по методу Тюрина, подвижных форм фосфора и калия - по Мачигину, азота амонийного и нитратного - ионометрически по методу ЦИНАО, рН - потенциометрически; содержание поглощенного натрия - по методу Антипова - Каратаева И.Н. и Мамаевой А.Я.

Фенологические наблюдения проводили на всех вариантах опыта на специально выделенных учетных растениях. Учет густоты стояния растений в посевах проводили по всходам, в течение вегетационного периода подекадно, при уборке. Определение числа растений осуществляли на специально закрепленных площадках по 0,25 м² в четырехкратной повторности. Наблюдения за динамикой роста растений, нарастанием зеленой массы, накоплением сухого вещества проводили по методике ВНИИ кормов. Площадь листьев определяли методом высечек.

Результаты наблюдений и измерений подвергали дисперсионному анализу по методике Доспехова Б.А. Биоэнергетическая оценка технологии производства кормовой свеклы выполнена по методике ВАСХНИЛ.

В третьей главе «Влияние условий водного и минерального питания на рост, развитие и формирование урожайности корнеплодов кормовой свеклы» изучены особенности изменения влагосодержания почвы в активных горизонтах в течение первого года развития культуры, установлены закономерности роста, развития растений формирования и функционирования фотосинтетического аппарата кормовой свеклы, определены сочетания, позволяющие получить максимальный уровень урожайности, а также планируемую урожайность на уровне 80-120 т/га корнеплодов.

Формирование оптимального водного режима почвы при орошении кормовой свеклы определяется, как минимум, двумя основными факторами: биологией культуры и ресурсной обеспеченностью хозяйства. Достижение биологического оптимума требует бесперебойного снабжения растений водой, что обеспечивается при применении очень гибких ресурсонасыщенных технологий, использование которых позволяет делать частые поливы в зону почвы, где располагается основная масса корней. Реализация таких технологий производства требует высокой надежности гидромелиоративных систем, так как при сокращении увлажняемого объема почвы корни растений распространяются очень компактно, и снижается буферная (защитная) емкость активного слоя почвы. Почва иссушается более динамично и увеличивается риск не обеспечения соответствующего режима поливов культуры. Полив большей поливной нормой, рассчитанной на увлажнение большего объема почвы, способствует формированию разветвленной кормовой системой. Водный режим почвы в зоне набольшего распространения корней при этом имеет значительный интервал изменений, но в среднем для всего увлажняемого объема почвы изменяется с большей инерцией, что обеспечивает нам некоторый страховой период времени. Реализация такой технологии производства возможна при применении менее надежных гидромелиоративных систем, однако биологический оптимум для растений не достигается. На опытном участке водный режим почвы был выдержан в пределах, установленных схемой опыта (рис. 1).

Для обеспечения заданного водного режима почвы при некоторых сочетаниях факторов потребовалось проведение частых поливов, в связи с чем дождевальный агрегат был полностью привязан к опытному участку. Например на участке, где порог предполивной влажности почвы поддерживали на уровне 80 % НВ в слое 0,3 м за вегетацию требовалось провести 20-24 полива по 210 м³/га. При снижении порога предполивной влажности почвы до 70 % НВ число поливов сокращалось до 10-13 нормой 320 м³/га; такое же количество поливов, но при норме 350 м³/га, проводилось для поддержания предполивного уровня 80 % НВ в слое 0,5 м. Наименьшее количество поливов, 5-6 по 530 м³/га, требуется для поддержания предполивного уровня 70 % НВ в слое 0,5 м. Поддержание заданных уровней предполивной влажности почвы в горизонтах дифференцированной мощности, 0,3-0,5 м, явилось комбинированием рассмотренных выше режимов орошения в следующих временных пределах: 0,3 м - в период от посева до образования 20 листа, 0,5 м - в период «образование 21 листа - хозяйственная спелость корнеплода».

Рис. 1 Динамика влажности почвы в посевах кормовой свеклы (2005 год)

Исследования показали, что улучшение условий водообеспечения при повышении порога предполивной влажности почвы и уменьшении мощности горизонта промачивания, а также повышение уровня обеспечения растений элементами минерального питания способствует интенсификации ростовых процессов и увеличению продолжительности вегетационного периода кормовой свеклы (рис. 2).

Рис. 2. Продолжительность периодов роста и развития кормовой свеклы при разных режимах орошения и дозах удобрений в зависимости от сочетания регулируемых факторов

Продолжительность вегетационного периода свеклы возрастала с 110 сут. при поддержании предполивного уровня влажности 70 % НВ в слое 0,5 м до 131 сут. при поддержании предполивного порога 80 % НВ в слое 0,3 (доза удобрений N₇₀P₉₀K₀). На участках, где удобрения вносили дозой N₁₅₀P₁₆₀K₂₀, продолжительность вегетационного периода кормовой свеклы возрастала по фактору водного режима почвы с 123 до 151 сут., а при внесении N₂₃₀P₂₃₀K₂₇₀ - с 127 до 152..Приведенные данные свидетельствуют о существенном влиянии уровня минерального питания на процесс вегетации культуры при повышении вносимых доз в пределах N₇₀P₉₀K₀ до N₁₅₀P₁₆₀K₂₀.

Из рисунка 2 видно, что наиболее существенно за вегетацию изменяется продолжительность периодов «образование 41-последнего листа» и «образования последнего листа - хозяйственная спелость корнеплода». Продолжительность периода новообразования листьев при повышении уровня минерального питания с N₇₀P₉₀K₀ до N₂₃₀P₂₃₀K₂₇₀ возрастает на 11,7-16,6 %, при повышении порога предполивной влажности почвы с 70 до 80 % НВ - увеличивается на 7,9-12,8 %, при увеличении увлажняемого горизонта почвы с 0,3 до 0,5 м - снижается 9,0-12,3 %.

Из рисунка 3 видно, что повышение уровня минерального питания способствует существенному увеличению не только периода новообразования листьев, но и росту их площади и их ассимилирующей функции. Продуктивность фотосинтеза посева при увеличении дозы внесения удобрений с N₇₀P₉₀K₀ до N₂₃₀P₂₃₀K₂₇₀ возрастала на участках с порогом предполивной влажности 70 % НВ на 1,2-7,1 % в период «всходы-образование 20 листа» и на 13,2-16,1 % в период «образование 21 листа - хозяйственная спелость корнеплода». На участках с предполивной влажностью почвы 80 % НВ при повышении уровня минерального питания продуктивность фотосинтеза возрастала в эти же периоды соответственно на 12,4-14,4 % и 19,3-27,2 %. Таким образом, действие удобрений на функционирование ассимилирующего аппарата кормовой свеклы возрастает в период высокой облиствленности растений и на участках с высокой доступностью растениям почвенной влаги.

Установлено, что площадь листьев кормовой свеклы увеличивается при повышении уровня минерального питания в разные период развития на 18,4-27,0 %, при увеличении порога предполивной влажности почвы с 70 до 80 % НВ - на 2,6-9,6 %, при увеличении мощности увлажняемого горизонта почвы с 0,3 до 0,5 м - снижается на 1,5-3,8 %. Растущая площадь листового аппарата определяет формирование фотосинтетического потенциала кормовой свеклы, который существенно возрастал при улучшении условий водного и минерального питания растений (табл. 1).

Повышение порога предполивной влажности почвы от 70 до 80 % НВ увеличивало фотосинтетический потенциал посева с 3397-3836 до 4069-4598 тыс. м² дней/га или на 19-21 %, уменьшение горизонта промачивания почвы от 0,5 до 0,3 м повышало значение этого показателя с 3397-4069 до 3836-4598 тыс. м² дней/га или на 8-11 %. При увеличении дозы внесения минеральных удобрений с N₇₀P₉₀K₀ до N₂₃₀P₂₃₀K₂₇₀ на фоне орошения фотосинтетический потенциал посева увеличивался с 2802-3284 до 3890-4827 тыс. м² дней/га или на 26-30 %.

Таблица 1 Фотосинтетический потенциал кормовой свеклы в зависимости от уровня обеспечения регулируемых в опыте факторов

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис. 3 Показатели формирования и функционирования фотосинтетического аппарата кормовой свеклы по вариантам опыта

Комплексный корреляционный анализ показателей роста и функционирования фотосинтетического аппарата и урожайности корнеплодов кормовой свеклы показал, что наиболее тесная корреляционная связь формируется между урожайностью и динамикой накопления фотосинтетического потенциала посевами. Коэффициенты детерминации полученных взаимосвязей в этом случае достигали 0,93, что позволяет применять зависимости для уточнения прогнозируемого уровня продуктивности посева (рис. 4).

Для получения урожайности корнеплодов на уровне 80 т/га посевы должны сформировать в период «образование 10-20 листа» около 200 тыс.м²дней/га фотосинтетического потенциала, в период «образование 20-30 листа» - 520 тыс.м²дней/га, в период «образование 30-40 листа» - 650 тыс.м²дней/га, в период «образование 40 - последнего листа» - 730 тыс.м²дней/га, в период «образование последнего листа - хозяйственная спелость корнеплода» - около 800 тыс.м²дней/га фотосинтетического потенциала.

Рис. 4. Взаимосвязь урожайности корнеплодов кормовой свеклы с динамикой накопления фотосинтетического потенциала посевами

За вегетационный период посевы кормовой свеклы должны накопить 2800-3300 тыс. м²дней/га фотосинтетического потенциала, что обеспечивается при внесении удобрений дозой N₇₀P₉₀K₀ в сочетании с поддержанием порога предполивной влажности почвы 80 % НВ в слое 0,3, 0,3-0,5, 0,5 м или при поддержании предполивного уровня 70 % НВ в слое 0,3 или 0,3-0,5 м (табл. 2).

Таблица 2 Урожайность кормовой свеклы при орошении, т/га

Для получения урожайности корнеплодов на уровне 120 т/га посевы должны сформировать в период «образование 10-20 листа» около 250 тыс.м²дней/га фотосинтетического потенциала, в период «образование 20-30 листа» - 630 тыс.м²дней/га, в период «образование 30-40 листа» - 810 тыс.м²дней/га, в период «образование 40 - последнего листа» - 1150 тыс.м²дней/га, в период «образование последнего листа - хозяйственная спелость корнеплода» - около 1250 тыс.м²дней/га фотосинтетического потенциала. За вегетационный период посевы кормовой свеклы должны накопить не менее 3900 тыс. м²дней/га фотосинтетического потенциала, что обеспечивается при внесении удобрений дозой N₁₅₀P₁₆₀K₂₀ в сочетании с поддержанием порога предполивной влажности почвы 80 % НВ в слое 0,3, 0,3-0,5, 0,5 м или при внесении удобрений дозой N₂₃₀P₂₃₀K₂₇₀ в сочетании с поддержанием предполивного уровня 70 % НВ в слое почвы 0,3-0,5 м.

При повышении предполивного уровня влажности почвы с 70 до 80 % НВ урожайность корнеплодов кормовой свеклы увеличивалась на 11,0-27,0 т/га или на 15,0-25,2 %. Увеличение мощности увлажняемого горизонта почвы с 0,3 до 0,5 м снижало урожайность на 5,9-7,0 т/га или 4,1-8,2 %. При увеличении уровня минерального питания на орошаемых участках, в пределах, установленных схемой опыта, урожайность корнеплодов возрастала на 52,2-68,5 %. Наибольшая урожайность корнеплодов, 137,6-144,5 т/га, формируется при внесении удобрений дозой N₂₃₀P₂₃₀K₂₇₀ и поддержании порога предполивной влажности почвы 80 % НВ в слое 0,3 м.

В четвертой главе «Использование водных ресурсов при поливе кормовой свеклы дождеванием» приводится анализ потребление водных ресурсов, в том числе поливной воды, изучены динамика водопотребления и его взаимосвязи с уровнем продуктивности посева и метеорологическими условиями.

Исследования показали, что расходование поливной воды на поддержание заданных режимов влажности почвы возрастает при усилении водопотребления кормовой свеклы, а доля оросительной воды к суммарному водопотреблению составляет 50,5-77,1 % (табл. 3). За счет атмосферных осадков возмещается 20,1-36,1 % потребляемой посевами влаги. Из почвы, как правило, расходуется не более 2,2-12,4 %, а в отдельные годы - до 20,5 % воды, из которой формируется суммарное водопотребление. Следовательно, ни почвенная влага, ни атмосферные осадки в регионе исследований не могут обеспечить достаточный запас водных ресурсов для возделывания кормовой свеклы. Основной приходной статьей водного баланса является поливная вода.

Наибольшие значения суммарного водопотребления у кормовой свеклы отмечены на участках, где порог предполивной влажности почвы поддерживали на уровне 80 % НВ, а минеральные удобрения вносили дозой N₂₃₀P₂₃₀K₂₇₀ (6140-6620 м³/га). При поддержании такого же порога предполивной влажности в сочетании с внесением минеральных удобрений дозой N₁₅₀P₁₆₀K₂₀ значения суммарного водопотребления изменялись в пределах от 5860 до 6500 м³/га, а при внесении N₇₀P₉₀K₀ - сокращалась до 5850-6310 м³/га. При увеличении порога предполивной влажности почвы от 70 до 80 % НВ суммарное водопотребление кормовой свеклы возрастало с 4850-5690 до 5850-6620 м³/га, при увеличении мощности увлажняемого горизонта почвы от 0,3 до 0,5 м - снижалось с 5470-6620 до 4850-6140 м³/га.

Определенные выше интервалы водопотребления кормовой свеклы имеют существенную варьируемость в зависимости от складывающихся погодных условий, а интенсивность водопотребления тесно связана с состоянием и периодом развития посева. Максимальных значений среднесуточное водопотребление у кормовой свеклы достигает в период «образование 30-40 листа», когда в среднем за сутки посевами расходуется 53,2-58,7 м³/га влаги (рис. 5).

Таблица 3 Водопотребление и использование водных ресурсов посевами кормовой свеклы при орошении

Рис. 5. Динамика среднесуточного водопотребления кормовой свеклы при: А - высоком (80 % НВ), В - умеренном (70 % НВ) уровне водообеспечения

В среднем за вегетационный период амплитуда вариаций среднесуточного водопотребления по годам исследований достигала 5 м³/га в сут., что составляет более 12 % от абсолютных значений. Таким образом, исследования подтверждают, что интенсивность водопотребления существенно определяется энергетическими ресурсами атмосферы, с чем связана значительная изменчивость среднесуточного водопотребления по годам исследований. В разные периоды роста кормовой свеклы изменение интенсивности водопотребления в зависимости от метеоусловий выше, чем в среднем за вегетацию, и достигает 30-40 %.

Приняв основным энергетическим показателем атмосферы среднесуточные значения температуры воздуха мы определили биоклиматические коэффициенты для орошаемых посевов кормовой свеклы в регионе. При поддержании порога предполивной влажности почвы 70 % НВ в слое 0,3-0,5 м значения температурных коэффициентов испарения возрастают с 0,123 мм/⁰С в период «всходы-образование розеточных листьев» до 0,187 мм/⁰С в период «образование 11-20 листа» и далее до максимума (0,238 мм/⁰С) в период «образование 31-40 листа» с последующим постепенным снижением до 0,201 мм/⁰С в период « образование 41-последнего листа» и до 0,156 в период «образование последнего листа- хозяйственная спелость корнеплода» (рис. 6).

При повышении порога предполивной влажности почвы до 80 % НВ на каждый 10⁰ среднесуточной температуры воздуха испаряется 0,5-1,4 м³/га влаги больше, чем при поддержании предполивного уровня 70 % НВ. При поддержании порога предполивной влажности почвы 80 % НВ в слое 0,3-0,5 м значения температурных коэффициентов испарения возрастают с 0,128 мм/⁰С в период «всходы-образование розеточных листьев» до 0,198 мм/⁰С в период «образование 11-20 листа» и далее до максимума (0,252 мм/⁰С) в период «образование 31-40 листа» с последующим постепенным снижением до 0,214 мм/⁰С в период « образование 41-последнего листа» и до 0,169 в период «образование последнего листа- хозяйственная спелость корнеплода».

Анализ опытных данных показывает, что для получения 70-80 т/га корнеплодов кормовой свеклы посевам требуется израсходовать 5100-5150 м³/га воды, при формировании 100 т/га корнеплодов суммарное водопотребление, в среднем возрастет до 5300 м³/га, а получение 120 т/га корнеплодов связано с необходимостью расходования не менее 5900 м³/га влаги (рис. 7). Таким образом, рост урожайности корнеплодов кормовой свеклы связан с повышением затрат водных ресурсов, причем зависимость носит полиномиальный характер.

Из сочетаний регулируемых в опыте факторов, обеспечивающих формирование 80 т/га корнеплодов кормовой свеклы наиболее эффективно, 71,5 м³/т, на формирование урожая вода расходуется при внесении удобрений дозой N₇₀P₉₀K₀ и поддержании порога предполивной влажности почвы на уровне 70 % НВ в слое 0,5 и 0,3-0,5 м. Таким образом, из сочетаний, обеспечивающих формирование урожайности корнеплодов, близкой к 120 т/га, наиболее эффективно вода расходуется при внесении удобрений дозой N₂₃₀P₂₃₀K₂₇₀ и поддержании порога предполивной влажности почвы на уровне 70 % НВ в слое 0,3-0,5 м (48,2 м³/т).

Рис. 7. Зависимость водопотребления кормовой свеклы при орошении дождеванием от уровня продуктивности посева

При этом, однако, требуется вносить повышенную дозу удобрений (N₂₃₀P₂₃₀K₂₇₀), которая рассчитана на формирование более высокого уровня урожайности, 160 т/га. Следовательно, при высокой эффективности расходования водных ресурсов, минеральные удобрения тратятся нерационально.

Поэтому целесообразно в качестве альтернативного рассматривать вариант, где удобрения вносятся дозой N₁₅₀P₁₆₀K₂₀, а порог предполивной влажности почвы поддерживается на уровне 80 % НВ в слое 0,3-0,5 м. При этом обеспечивается планируемая на уровне 120 т/га урожайность корнеплодов кормовой свеклы, а коэффициент водопотребления не превышает, в среднем, 51,0 м³/т.

В пятой главе «Энергетическая и экономическая эффективность приемов возделывания кормовой свеклы при орошении дождеванием» определены энергетически и экономически оптимальные сочетания регулируемых в опыте факторов, показано распределение энергетических и экономических показателей при альтернативных сочетаниях водного и пищевого режимов почвы.

Важнейшими критериями, позволяющими анализировать баланс между растущими затратами совокупной энергии и выходом энергии в основной и побочной продукции, являются коэффициенты з₁ и з₂. Величина коэффициентов показывает во сколько раз накопленная в урожае (з₁) и в общей массе (з₂) энергия превышает затраты совокупной энергии понесенные в результате реализации данной технологической схемы. Наибольшая величина критерия з₁ (3,12) получена на участках, где удобрения вносили дозой N₁₅₀P₁₆₀K₂₀, а влажность почвы поддерживали в слое 0,3-0,5 и 0,5 м не ниже 80 % НВ. Величина критерия з₂, характеризующего отношение выхода энергии с учетом побочной продукции к затратам совокупной энергии, при этом составила 3,53. Это сочетание является энергетически наиболее выгодным при производстве кормовой свеклы и обеспечивает формирование 120 т/га корнеплдодов.

Из сочетаний, обеспечивающих формирование 80 т/га корнеплодов, энергетически выгодно при внесении удобрений дозой N₇₀P₉₀K₀ порог предполивной влажности почвы поддерживать в слое 0,3-0,5 м на уровне 70 % НВ. Величина коэффициента з₁ при этом составила 2,19, а з₂ - достигала 2,48.

Научно обоснованное ведение производства, в том числе кормопроизводства, невозможно без планирования и систематического анализа себестоимости, в процессе которого изучается уровень, структура, выявляются резервы снижения, устанавливается перерасход или экономия.

Исследования показали, что доля затрат на орошение кормовой свеклы возрастает при увеличении порога предполивной влажности почвы с 70 до 80 % НВ на 7,3 % и достигает 43,5 %. В денежном выражение затраты увеличились с 9872 до 15516 р./га. Доля затрат на удобрение кормовой свеклы при внесении дозой N₇₀P₉₀K₀ не превышают 16,5 %, при внесении N₁₅₀P₁₆₀K₂₀ - увеличиваются до 18,2 %, а при внесении N₂₃₀P₂₃₀K₂₇₀ - достигают 27,8 %. С улучшением условий водного и минерального питания и ростом продуктивности посева существенно увеличиваются затраты на уборку. Например, при сочетании факторов, обеспечивающих формирование 80 т/га корнеплодов кормовой свеклы затраты на уборку не превышали 4281 р./га, при формировании 120 т/га корнеплодов - 5055 р./га. А при сочетании наибольшей в опыте дозы минеральных удобрений, N₂₃₀P₂₃₀K₂₇₀, с поддержанием порога предполивной влажности почвы не ниже 80 % НВ, чем обеспечивалось формирование 137,9 т/га корнеплодов затраты на уборку кормовой свеклы возросли до 6130 р./га. Вместе с тем доля уборки в общих затратах на реализацию технологии возделывания кормовой свеклы практически остается неизменной (14-15,7 %). Доля затрат на обработку почвы, посев, уход за посевами при общем увеличении затрат сокращалась.

Из сочетаний регулируемых в опыте факторов, обеспечивающих формирование планируемого на уровне 80 т/га урожая корнеплодов, продукция наименьшей себестоимости получена при внесении минеральных удобрений дозой N₇₀P₉₀K₀ на участках, где порог предполивной влажности почвы поддерживали в слое 0,3-0,5 м на уровне 70 % НВ (378 р./т). При внесении такой же дозы удобрений в сочетании с поддержанием в слое 0,3-0,5 м порога предполивной влажности почвы 80 % НВ или в сочетании с поддержанием предполивного уровня 70 % НВ в слое 0,5 м себестоимость корнеплодов кормовой свеклы составила 383-389 р./т.

Сочетание факторов, обеспечивающих формирование планируемого уровня урожайности корнеплодов 120 т/га способствовали существенному снижению себестоимости до 292-363 р./т. Продукция наименьшей себестоимости (292 р./т) из этой выборки была получена при внесении удобрений дозой N₁₅₀P₁₆₀K₂₀ в сочетании с поддержанием порога предполивной влажности почвы в слое 0,3-0,5 м не ниже 80 % НВ.

Выводы

1. В агроклиматических условиях подзоны светло-каштановых почв Нижнего Поволжья, формирование водного режима почвы в пределах, обеспечивающих биологически оптимальные условия для роста и формирования урожая кормовой свеклы, возможно только при орошении.

2. С улучшением условий водообеспечения растений при повышении уровня минерального питания увеличивается продолжительность периода формирования листьев, периода их продуктивной работы, возрастает продолжительность вегетационного периода кормовой свеклы. Продолжительность периода новообразования листьев при повышении уровня минерального питания с N₇₀P₉₀K₀ до N₂₃₀P₂₃₀K₂₇₀ возрастает на 11,7-16,6 %, при повышении порога предполивной влажности почвы с 70 до 80 % НВ - увеличивается на 7,9-12,8 %, при увеличении увлажняемого горизонта почвы с 0,3 до 0,5 м - снижается 9,0-12,3 %. Продолжительность периода от образования последнего листа до хозяйственной спелости свеклы, определяется, преимущественно, погодными условиями, и варьирует от 20-27 до 25-37 суток.

3. Эксперимент показал отсутствие устойчивой закономерности изменения показателей, характеризующих интенсивность накопления сухого вещества на единицу площади посева и на единицу площади фотосинтезирующего аппарата посева, при увеличении уровня предполивной влажности и изменении горизонта промачивания почвы, направленность которых не сохранялась по годам исследований и фазам развития растений. Устойчивые закономерности получены по показателям, характеризующим рост фотосинтезирующего аппарата и формирование фотосинтетического потенциала посева. Повышение порога предполивной влажности почвы от 70 до 80 % НВ увеличивает фотосинтетический потенциал посева с 3397-3836 до 4069-4598 тыс. м² дней/га или на 19-21 %, уменьшение горизонта промачивания почвы от 0,5 до 0,3 м повышает значение этого показателя с 3397-4069 до 3836-4598 тыс. м² дней/га или на 8-11 %. При увеличении дозы внесения минеральных удобрений с N₇₀P₉₀K₀ до N₂₃₀P₂₃₀K₂₇₀ на фоне орошения фотосинтетический потенциал посева увеличивается с 2802-3284 до 3890-4827 тыс. м² дней/га или на 26-30 %.

4. Усиление минерального питания растений обеспечивает повышение всех показателей, характеризующих формирование и функционирование фотосинтетического аппарата кормовой свеклы, включая продуктивность фотосинтеза и среднесуточные значения накопления органической массы. Продуктивность фотосинтеза в зависимости от условий водообеспечения и в разные фазы роста растений при усилении минерального питания возрастает на 1,2-16,1 %, среднесуточные значения прироста сухой массы кормовой свеклы - на 4-55 %.

5. Установлена сильная корреляционная взаимосвязь между урожайностью и динамикой накопления фотосинтетического потенциала посевами кормовой свеклы (значения коэффициентов детерминации по фазам развития растений до 0,93).

Для формирования планируемой урожайности корнеплодов 80 т/га посевы кормовой свеклы должны накопить 2800-3300 тыс. м²дней/га фотосинтетического потенциала, что обеспечивается при внесении удобрений дозой N₇₀P₉₀K₀ в сочетании с поддержанием порога предполивной влажности почвы 80 % НВ в слое 0,3, 0,3-0,5, 0,5 м или при поддержании предполивного уровня 70 % НВ в слое 0,3 или 0,3-0,5 м.

Для формирования планируемой урожайности корнеплодов 120 т/га посевы кормовой свеклы должны накопить не менее 3900 тыс. м²дней/га фотосинтетического потенциала, что обеспечивается при внесении удобрений дозой N₁₅₀P₁₆₀K₂₀ в сочетании с поддержанием порога предполивной влажности почвы 80 % НВ в слое 0,3, 0,3-0,5, 0,5 м или при внесении удобрений дозой N₂₃₀P₂₃₀K₂₇₀ в сочетании с поддержанием предполивного уровня 70 % НВ в слое почвы 0,3-0,5 м.

Формирование урожайности корнеплодов на уровне 160 т/га в опыте не обеспечивалась.

6. При повышении предполивного уровня влажности почвы с 70 до 80 % НВ урожайность корнеплодов кормовой свеклы увеличивается на 11,0-27,0 т/га или на 15,0-25,2 %. Увеличение мощности увлажняемого горизонта почвы с 0,3 до 0,5 м снижает урожайность на 5,9-7,0 т/га или 4,1-8,2 %. При увеличении уровня минерального питания на орошаемых участках, в пределах, установленных схемой опыта, урожайность корнеплодов возрастает на 52,2-68,5 %. Наибольшая урожайность корнеплодов, 137,6-144,5 т/га, формируется при внесении удобрений дозой N₂₃₀P₂₃₀K₂₇₀ и поддержании порога предполивной влажности почвы 80 % НВ в слое 0,3 м.

7. Для поддержания порога предполивной влажности почвы 80 % НВ в слое 0,3-0,5 м требуется проведение 3-4 поливов по 210 м³/га в период «посев- образование 20 листа» и 9-11 поливов по 350 м³/га в период от образования 20 листа до хозяйственной спелости корнеплода. Для поддержания порога предполивной влажности почвы на уровне 70 % НВ в слое 0,3-0,5 м в период «посев- образование 20 листа» необходимо провести 1-2 полива по 320 м³/га, в период «образование 21 листа- хозяйственная спелость» - 4-6 поливов по 530 м³/га. Для поддержания предполивного уровня 70 % НВ в слое почвы 0,5 м за вегетационный период требуется провести 5-6 поливов по 530 м³/га.

8. Расходование поливной воды на поддержание заданных режимов влажности почвы возрастает при усилении водопотребления кормовой свеклы, а доля оросительной воды к суммарному водопотреблению составляет 50,5-77,1 %.

9. Водопотребление кормовой свеклы с повышением порога предполивной влажности почвы и уменьшением горизонта ее промачивания возрастает во все периоды роста культуры; однако наиболее заметно - начиная с периода образования 20-го листа. Суммарное водопотребление кормовой свеклы при увеличении порога предполивной влажности почвы от 70 до 80 % НВ возрастает с 4850-5690 до 5850-6620 м³/га, при увеличении мощности увлажняемого горизонта почвы от 0,3 до 0,5 м - снижается с 5470-6620 до 4850-6140 м³/га. С усилением уровня минерального питания в пределах, установленных схемой опыта, суммарное водопотребление кормовой свеклы возрастает на 3,9-5,0 %.

10. Значения среднесуточного водопотребления кормовой свеклы существенно изменяются в зависимости от складывающихся погодных условий. В среднем за вегетационный период амплитуда вариаций среднесуточного водопотребления достигает 5 м³/га в сут., что составляет более 12 % от абсолютных значений.

11. Исследованиями уточнены биоклиматические коэффициенты испарения влаги посевами кормовой свеклы. При поддержании порога предполивной влажности почвы 70 % НВ в слое 0,3-0,5 м значения температурных коэффициентов испарения возрастают с 0,123 мм/⁰С в период «всходы-образование розеточных листьев» до 0,187 мм/⁰С в период «образование 11-20 листа» и далее до максимума (0,238 мм/⁰С) в период «образование 31-40 листа» с последующим постепенным снижением до 0,201 мм/⁰С в период «образование 41-последнего листа» и до 0,156 в период «образование последнего листа- хозяйственная спелость корнеплода».

При повышении порога предполивной влажности почвы до 80 % НВ на каждый 10⁰ среднесуточной температуры воздуха испаряется 0,5-1,4 м³/га влаги больше, чем при поддержании предполивного уровня 70 % НВ.

12. Из сочетаний регулируемых в опыте факторов, обеспечивающих формирование 80 т/га корнеплодов кормовой свеклы наиболее эффективно, 71,5 м³/т, на формирование урожая вода расходуется при внесении удобрений дозой N₇₀P₉₀K₀ и поддержании порога предполивной влажности почвы на уровне 70 % НВ в слое 0,5 и 0,3-0,5 м.

Из сочетаний регулируемых в опыте факторов, обеспечивающих формирование 120 т/га корнеплодов кормовой свеклы наиболее эффективно, 48,2 м³/т, на формирование урожая вода расходуется при внесении удобрений дозой N₂₃₀P₂₃₀K₂₇₀ и поддержании порога предполивной влажности почвы на уровне 70 % НВ в слое и 0,3-0,5 м. При внесении удобрений дозой N₁₅₀P₁₆₀K₂₀ в сочетании с поддержанием порога предполивной влажности почвы 80 % НВ в слое 0,3-0,5 м на формирования тонны корнеплодов расходуется 51,0 м³ воды.

13. Энергетически наиболее эффективно сочетать поддержание порога предполивной влажности почвы 80 % НВ в слое 0,3-0,5 м с внесением удобрений дозой N₁₅₀P₁₆₀K₂₀. При этом количество энергии, накопленной в хозяйственно-ценной части урожая (корнеплодах) в 3,12 раз больше затраченной совокупной энергии на возделывание кормовой свеклы.

Из сочетаний регулируемых в опыте факторов, обеспечивающих формирование 80 т/га корнеплодов кормовой свеклы энергетически целесообразно поддержание порога предполивной влажности почвы 70 % НВ в слое 0,3-0,5 м в сочетании с внесением удобрений дозой N₇₀P₉₀K₀. При этом в корнеплодах накапливается в 2,19 раз больше энергии, чем затрачивается при возделывании культуры.

14. Продукция наименьшей себестоимости, 292 р./т, обеспечивается при внесении удобрений дозой N₁₅₀P₁₆₀K₂₀ в сочетании с поддержанием порога предполивной влажности почвы 80 % НВ в слое 0,3-0,5 м, что гарантирует получение урожайности корнеплодов на уровне 120 т/га. При реализации технологического комплекса возделывания кормовой свеклы, ориентированного на получение 80 т/га корнеплодов их себестоимость возрастает до 378 руб./т.

Предложения производству

1. Для получения корнеплодов кормовой свеклы наименьшей себестоимости (292 р./т) при наибольшем энергетическом эффекте (коэффициент энергетической эффективности 3,12) и расходовании не более 51,0 м³ воды на каждую тонну урожая необходимо сочетать поддержание порога предполивной влажности почвы, 80 % НВ, с внесением минеральных удобрений дозой N₁₅₀P₁₆₀K₂₀, чем обеспечивается формирование урожайности на уровне 120 т/га.

2. Для получения наибольшей урожайности корнеплодов кормовой свеклы, 140 т/га, удобрения следует вносить дозой N₂₃₀P₂₃₀K₂₇₀ при поддержании порога предполивной влажности почвы 80 % НВ, чем обеспечивается максимальная эффективность использования водных ресурсов (48,2 м³/т), с учетом, что себестоимость продукции возрастает до 317 р./т.

3. При недостаточном ресурсном обеспечении сельскохозяйственных предприятий планируемый уровень урожайности кормовой свеклы можно снижать до 80 т/га, что обеспечивается при внесении удобрений дозой N₇₀P₉₀K₀ и поддержании предполивного уровня влажности почвы 70 % НВ, с учетом повышения себестоимости продукции до 378 р./т, снижения эффективности использования водных ресурсов (71,5 м³/т) и коэффициента энергетической эффективности до 2,19.

4. Водный режим почвы при проведении поливов поддерживать ...