Капельное орошение и удобрение картофеля раннего на светло-каштановых почвах Нижнего Поволжья

Размещено на http://www.allbest.ru/

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата сельскохозяйственных наук

Капельное орошение и удобрение картофеля раннего на светло-каштановых почвах Нижнего Поволжья

06.01.01 - Общее земледелие

06.01.02 - Мелиорация, рекультивация и охрана земель

Новиков Алексей Андреевич

Саратов-2011

Работа выполнена в ГНУ Всероссийский научно-исследовательский институт орошаемого земледелия Россельхозакадемии

Научный руководитель: доктор сельскохозяйственных наук, профессор, Заслуженный работник сельского хозяйства РФ Мелихов Виктор Васильевич

Официальные оппоненты: член-корр. РАСХН, доктор сельскохозяйственных наук, профессор, Заслуженный деятель науки РФ Бородычев Виктор Владимирович

кандидат сельскохозяйственных наук, старший научный сотрудник Фомин Геннадий Иванович

Ведущая организация Научно-исследовательский институт сельского хозяйства Юго-Востока (г. Саратов)

Защита состоится «28»декабря 2011 г. в 13.00 часов на заседании диссертационного совета Д 220.061.05 при Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Саратовский государственный аграрный университет имени Н.И. Вавилова» по адресу: 410012, г. Саратов, Театральная пл., д.1.

Е - mail: dissovet01@sgau.ru

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

Автореферат разослан « » ноября 2011 года

Ученый секретарь диссертационного

Совета Н.А. Пронько

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность исследований определяется необходимостью решения круга задач для обеспечения потребности населения в раннем картофеле путем развития производства ранних сортов в сухостепной зоне светло-каштановых почв Нижнего Поволжья с использованием систем капельного орошения и фертигации.

В современной России менее 15 % всего картофеля производится в промышленных условиях и свыше 85 % приходится на сектор хозяйств населения, где преобладает преимущественно мелкотоварные тип производства с ограниченными возможностями механизации и значительной долей ручного труда. При этом импорт картофеля за последние 10 лет вырос на 25 % и составляет в настоящем 107 млн. долларов. Торможение развития возделывания картофеля в крупных фермерских, коллективных хозяйствах и агрохолдингах в Нижнем Поволжье объясняется необходимостью снижения ресурсоемкости и повышения ресурсоэффективности производства этой культуры в промышленных условиях.

Перспективным направлением решения этой проблемы является создание естественных стимулов для расширения посевных площадей под картофелем за счет повышения ресурсоэффективности технологии возделывания его ранних сортов, с возможностью получения в регионе до 30 т/га молодых и до 50 т/га зрелых клубней. С расширением масштабов использования капельного способа орошения в регионе, задача совершенствования технологии регулирования водного и минерального режимов почвы при возделывании картофеля приобретает особую актуальность. картофель минеральный капельный орошение

Цель исследований - повышение эффективности производства раннего картофеля за счет оптимизации режимов обеспечения растений водой и элементами минерального питания, обеспечивающих при капельном орошении получение до 30 т/га молодых и до 50 т/га зрелых клубней при минимизации затрат воды на формирование урожая.

В задачи исследований входило:

- провести информационно-аналитический поиск путей совершенствования технологического процесса возделывания раннего картофеля при орошении с оценкой перспектив использования капельного способа полива и фертигации;

- определить нормы физиологических реакций и закономерностей роста, развития картофеля на изменение условий водного и минерального питания;

- оценить и количественно охарактеризовать изменение структуры и модели растения с учетом биологических особенностей ранних сортов при различных сочетаниях регулируемых в опыте факторов;

- определить оптимальные условия для формирования урожая при возделывании картофеля на молодые и зрелые клубни;

- определить особенности формирования водного режима почвы и разработать методику учета трансформации контура увлажнения при капельном орошении картофеля разными поливными нормами;

- установить закономерности водопотребления картофеля в основные фазы онтогенеза и уточнить значения биоклиматических коэффициентов при капельном способе орошения в регионе;

- определить параметры инвестиционной привлекательности потенциальных проектов возделывания картофеля в ранней культуре.

Объект исследований - посадки скороспелых сортов картофеля на орошаемых землях сухостепной зоны светло-каштановых почв Нижнего Поволжья.

Предмет исследований - элементы технологии орошения и удобрения картофеля с использованием систем капельного орошения.

Научная новизна. Впервые в регионе получен экспериментальный материал и установлены закономерности формирования агроэкологических условий выращивания, расходования водных ресурсов, удобрений, продукционного процесса картофеля с целевой функцией производства продукции в ранние сроки с использованием систем капельного орошения. Разработана методика учета трансформации зоны увлажнения почвы при капельном орошении в результате дифференцирования уровней водообеспечения.

Основные положения, выносимые на защиту:

- результаты оптимизации регулируемых урожаеобразующих факторов - водного и минерального питания, обеспечивающих формирование до 30 т/га молодых и до 50 т/га зрелых клубней картофеля;

- закономерности формирования продуктивности картофеля в зависимости от уровня водоподачи и минерального питания при капельном орошении;

- закономерности водопотребления и формирования водного режима почвы при капельном орошении картофеля в сухостепной зоне светло-каштановых почв Нижнего Поволжья;

- методика учета трансформации зоны увлажнения почвы при капельном орошении в результате дифференцирования уровней водообеспечения.

Достоверность результатов. Исследованиями использованы современные апробированные методики, получен достаточный объем экспериментальных данных, которые в целом не противоречат общим представлениям в данной области научных знаний, применены стандартные методы математического анализа и обработки экспериментальных данных.

Практическая значимость результатов исследований определяется возможностью применения в регионе оптимальных режимов водообеспечения и минерального питания, обеспечивающих при капельном орошении формирование до 30 т/га молодых и до 50 т/га зрелых клубней картофеля. Использование в формуле расчета поливной нормы установленного коэффициента позволяет формировать контур увлажнения почвы без трансформации в течение вегетационного периода.

Реализация результатов исследований. Практическая реализация результатов исследований в КФХ «В.Д. Выборнов» Ленинского района Волгоградской области подтвердило возможность получения до 30 т/га клубней картофеля в ранние сроки и обеспечения рентабельности производства на уровне185 %.

Апробация работы. Результаты исследований и основные положения диссертационной работы докладывались на международных научно-практических конференциях «Современные энерго- и ресурсосберегающие, экологически устойчивые технологии и системы сельскохозяйственного производства» (Рязань, 9 декабря 2011 г.), «Проблемы развития мелиорации и водного хозяйства и пути их решения» (Москва, 11-14 апреля 2011 г.), «Инновационные технологии в мелиорации» (Костяковские чтения, ГНУ ВНИИГиМ, Москва, 12-13 апреля 2011г.), «Новые инновационные технологии и экологическая безопасность в мелиорации» (ФГНУ ВНИИ «Радуга», 11.10.2010г.), «Мелиорация и водное хозяйство ХХI века. Наука и образование (Посвященная 170-летию Белорусской государственной сельскохозяйственной академии, 3-4 июня 2010 г., Горки), «Научные основы современного овощеводства» (Посвященная 80-летию создания ГНУ ВНИИО, 18-20 октября 2010 г., Москва), «Новые направления в решении проблем АПК на основе современных ресурсосберегающих, инновационных технологий» (ВГСХА, 26-28 января 2010 г., Волгоград).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 6 работ, в том числе 3- в изданиях, рекомендованных ВАК РФ.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 5 глав, выводов, предложения производству, списка использованной литературы и приложений. Содержание работы изложено на 226 страницах, в том числе основного текста 112 страницы. Работа содержит 35 таблиц, 21 рисунок, 49 приложений. Список использованной литературы включает 168 источника, в том числе 10 иностранных.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении показана актуальность и новизна проводимых исследований, сформулированы цели и задачи, изложены положения, выносимые на защиту.

В первой главе «Возделывание картофеля при орошении» приведен анализ современного состояния и перспектив интенсификации производства раннего картофеля в зоне сухих степей Нижнего Поволжья при орошении. Исследованиями И.П. Кружилина, В.М. Иванова, В.В. Бородычева, А.С. Мушинского, Н.П. Часовских, В.В. Мелихова, А.А. Навитней, А.И. Черемисина, В.Н. Чурзина, В.В. Коринца, И.А. Ткаченко, В.В. Борисовой, С.И. Калмыкова, М.Н. Гончарика, В.М. Жидкова, В.В. Захарова, А.Ю. Москвичева, А.А. Кучко Д.С. Ускова, А.Д. Андрианова, А.А. Кабунина, А.В. Коршунова, Т.В. Мухортовой, а также ряда других авторов обоснована возможность формирования в южных регионах России высоких урожаев картофеля в ранние сроки, разработаны и тщательно проанализирован ряд агротехнических и мелиоративных мероприятий, направленных на повышение эффективности производства картофеля в ранней культуре, показаны преимущества и недостатки способов регулирования водного и пищевого режимов почвы. Указывается, что особое внимание должно быть уделено условиям формирования водного и пищевого режимов почвы, как основных факторов, определяющих динамику продукционного процесса. Необходимым условием успешного освоения технологии возделывания раннего картофеля при капельном орошении в регионе является определение динамики водопотребления культуры, закономерностей формирования агроэкологических условий, особенностей распространения влаги в почве во взаимосвязи с ростом, развитием и формированием урожая клубней. Обобщение научного опыта и практических достижений в картофелеводстве, в том числе, при возделывании картофеля в ранней культуре, позволило разработать программу исследований, направленную на повышение урожайности клубней с соблюдением принципов водосбережения при рациональном расходовании минеральных удобрений.

Во второй главе «Программа, методика и условия проведения исследований» изложены изучаемые вопросы, программа и методики экспериментальных исследований, приводится характеристика условий, в которых проводились опыты.

Экспериментальная часть работы проводилась в 2008-2010 гг. на орошаемых землях СПК «Престиж» Ленинского района Волгоградской области. Был поставлен двухфакторный полевой эксперимент, где в составе фактора А было заложено 3 варианта по водному режиму почвы, отличающихся продолжительностью поддержания порога предполивной влажности почвы на уровне 80 % НВ: вариант А1 - поддержание дифференцированного, 70-80 % НВ порога предполивной влажности почвы, - 70 % НВ в период «посадка-начало цветения» и 80 % НВ с начала цветения картофеля; вариант А2 - поддержание дифференцированного, 70-80 % НВ порога предполивной влажности почвы, - 70 % НВ в период «посадка-начало бутонизации» и 80 % НВ с начала бутонизации картофеля; вариант А3 - поддержание дифференцированного, 70-80 % НВ порога предполивной влажности почвы, - 70 % НВ в период «посадка-всходы» и 80 % НВ с фазы всходов. Удобрения вносили дозами N45P50K0, N100P100K70, N155P150K180, N210P200K290, рассчитанными на формирование планируемого уровня урожайности соответственно 20, 30, 40 и 50 т/га (фактор В).

Агротехника возделывания картофеля разрабатывалась на основе зональных рекомендаций с учетом особенностей агротехники однолетних культур при капельном орошении с дополнением приемами изучаемых вариантов.

Почва опытного участка светло-каштановая, со среднесуглинистым гранулометрическим составом до горизонта 0,6 м и легкосуглинистым - в более глубоких слоях. Плотность сложения почвы в активном слое 1,18-1,21 т/м³, наименьшая влагоемкость 24,7-25,2 %, содержание подвижного фосфора - 24,5-26,7 мг/кг, обменного калия 307-321 мг/кг, легкогидролизуемого азота - 22,9-28,9 мг/кг почвы. По совокупности гидротермических показателей вегетационный период картофеля в 2008 году близок к среднемноголетнему уровню, в 2009 году - сухой, в 2010 году - средневлажный.

Опыт был заложен методом расщепленных делянок в 4 повторениях. Размещение вариантов в пределах фактора рендомизированное. Общая площадь опытного участка 1,08 га, площадь одного организованного повторения - 0,27 га, учетной делянки в одном повторении 210 м². Закладка полевого опыта осуществлялась в соответствии с методикой планирования эксперимента в исследованиях сельскохозяйственных процессов (С.В. Мельников, 1980 г.), методикой полевого опыта (Б.А. Доспехов, 1985 г.), методикой Госсортсети (1971 г.), методикой изучения водного режима почв (А.А. Роде, 1960 г.) и др. Гранулометрический состав почвы определяли по методике Н.А. Качинского (1970 г.), плотность сложения - с использованием цилиндров-буров для отбора проб почвы в ненарушенном состоянии, наименьшую влагоемкость - методом заливаемых площадок, содержание минеральных элементов в почве - стандартными методами (ГОСТ 26205, ГОСТ 23213). Влажность почвы определяли термостатно-весовым методом (ГОСТ 20915-75).

В третьей главе «Водный режим почвы и водопотребление картофеля при капельном орошении в ранней культуре» представлены результаты экспериментальных исследований закономерностей распространения влаги в почве и динамики влажности в границах контура увлажнения, изучены элементы формирования баланса почвенной влаги в активном горизонте и уточнены параметры прогнозной модели водопотребления раннего картофеля.

Профиль увлажнения почвы при капельном орошении является ключевым показателем, определяющим требования к параметрам системы капельного орошения, обеспечение которых необходимо для создания оптимальных условий водного питания сельскохозяйственных культур. Особенно это важно для клубневых или корнеплодных культур, так как определяет зону, в границах которой формируется урожай. Для картофеля при посадке его по технологии «сдвоенного рядка», с внутренним расстоянием между растениями 0,5 м и внешним расстоянием между сдвоенными рядками 0,9 м необходимо формирование профиля увлажнения почвы с диаметром 0,7 м и глубиной промачивания 0,4 м. Опытами установлено, что профиль увлажнения почвы с заданными геометрическими параметрами (d = 0,7 м; h = 0,4 м), при поддержании порога предполивной влажности 70 % НВ на светло-каштановых среднесуглинистых почвах обеспечивается при расходе (производительности) капельниц 2,6 л/час. Отмечено, что при увеличении предполивного уровня влажности почвы до 80 % НВ профиль увлажнения трансформируется и стабилизируется с другими геометрическими параметрами (рис. 1).

Рисунок 1 - Параметры профиля увлажнения почвы при поддержании уровня предполивной влажности 80 % НВ (а) и 70 % НВ (б)

В опыте при поддержании порога предполивной влажности почвы 70 % НВ заданная глубина промачивания почвы, 0,4 м, (при d = 0,7) обеспечивалась через 4 часа после начала полива, тогда как при поддержании предполивного уровня 80 % НВ - уже через 2 часа после начала полива. При этом диаметр профиля увлажнения составил 0,51 м.

Для обеспечения профиля увлажнения с диаметром 0,7 м при поддержании предполивного уровня влажности почвы 80 % НВ потребовалось поливать в течение 3 часов, при этом глубина профиля увлажнения увеличилась до 0,49 м. Исходя из необходимости недопущения сокращения зоны увлажнения почвы в течение вегетационного периода клубнеплодных культур и учитывая невозможность изменения производительности капельниц, при дифференцировании порога предполивной влажности почвы следует ориентироваться на трансформацию зоны увлажнения, закономерности которой установлены настоящим опытом. При этом достаточно при переходе с предполивного порога влажности почвы 70 % НВ до уровня 80 % НВ на светло-каштановых, среднесуглинистых почвах с низким содержанием гумуса и удовлетворительным мелиоративным состоянием ввести в формулу расчета поливной нормы коэффициента 1,16, учитывающего трансформацию профиля увлажнения.

Опытами установлено, что для поддержания порога предполивной влажности почвы 70 % НВ в период «посадка-всходы» требуется провести 1-2 полива, в период «посадка - бутонизация» - от 1 до 3 поливов, в период «посадка - начало цветения» - от 2 до 5 поливов по 160 м³/га (табл. 1). Для поддержания порога предполивной влажности почвы 80 % НВ с фазы всходов требуется провести от 8 до 20 поливов, с начала фазы бутонизации - о 7 до 18 поливов, с начала фазы цветения - от 6 до 15 поливов по 130 м³/га.

Главной расходной статьей баланса почвенной влаги при возделывании картофеля в природных условиях региона исследований является суммарное водопотребление. Опытами установлена зависимость суммарного водопотребления от условий водообеспечения и уровня минерального питания картофеля (табл. 2). Доказано, что повышение порога предполивной влажности почвы с 70 до 80 % НВ в фазу бутонизации сопровождается увеличением суммарного во допотребления на 1,9-3,3 %, а при повышении предполивного уровня с 70 до 80 % НВ в период «всходы - начало цветения» суммарное водопотребление возрастало на 4,6-6,8 %. При повышении дозы внесения минеральных удобрений с N₄₀P₅₀K₀ до N₂₁₀P₂₀₀K₂₉₀ суммарное водопотребление картофеля возрастало на 12,7-19,5 %. Суммарное водопотребление картофеля при сочетании факторов, обеспечивающих формирование урожайности до 30 т/га молодых клубней, составляет 2590-2760 м³/га; при формировании до 50 т/га зрелых клубней посадками расходуется 3470-3590 м³/га воды. При этом дефицит водного баланса до 70 % восполняется за счет оросительной воды.

Таблица 1 - Поливной режим картофеля при капельном орошении в ранней культуре

Таблица 2 - Водопотребление картофеля при капельном орошении (в среднем за 2008-2010 гг)

Для решения задач оперативного планирования поливного режима картофеля исследованиями уточнены значения температурных коэффициентов расхода влаги, которые приняты в качестве опорного показателя для прогнозирования суммарного водопотребления. Установлено, что при формировании до 30 т/га молодых клубней, в среднем за вегетационный период картофеля расходуется 0,204 мм влаги на каждый градус накопленных среднесуточных температур воздуха; при формировании до 50 т/га зрелых клубней расходуется не более 0,193 мм влаги на градус накопленных среднесуточных температур воздуха. В течение вегетационного периода значения биоклиматических коэффициентов возрастают с 0,127 мм/⁰С в довсходовый период до 0,227-0,242 мм/⁰С в фазу цветения с последующим снижением до 0,155-0,168 мм/⁰С с начала периода торможения роста ботвы до фазы созревания клубней (рис. 2).

В четвертой главе «Закономерности продукционного процесса картофеля при капельном орошении в ранней культуре» определены особенности развития картофеля в зависимости от режима водообеспечения и уровня минерального питания, установлены закономерности в формировании урожая молодых и зрелых клубней картофеля, представлены результаты биометрических исследований.

Опыты показали, что продолжительность периода от посадки до начала фазы сбора ранней продукции возрастает с 66-72 сут. при внесении удобрений дозой N₄₀P₅₀K₀ и поддержании предполивного уровня влажности почвы 80 % НВ с начала фазы цветения до 73-79 сут. при внесении удобрений дозой N₂₁₀P₂₀₀K₂₉₀ и поддержании предполивного уровня влажности почвы 80 % НВ с фазы всходов (таблица 3). Наряду с этим, усиление режима водообеспечения и минерального питания в опытах сопровождалось активизацией фотосинтеза, процессов роста и накопления органического вещества в растении и в клубнях.

Таблица 3 - Рост и развитие картофеля в зависимости от условий водообеспечения и уровня минерального питания (среднее за 2008-2010 гг)

Наибольшей фотосинтетической активностью в опытах характеризовались посадки картофеля на участках, где предполивной порог влажности почвы с 70 до 80 % НВ повышали с начала фазы бутонизация, а удобрения вносили дозой N₁₅₅P₁₅₀K₁₈₀. В среднем за период «всходы - начало торможения роста ботвы» продуктивность фотосинтеза при таком сочетании факторов составила 5,33 г/м² в сут., что на 15,1 % больше, чем при внесении удобрений дозой N₄₀P₅₀K₀ и на 4,5 % больше, чем при повышении предполивного уровня с 70 до 80 % НВ с начала фазы цветения.

Повышение уровня водообеспечения и удобрение картофеля обеспечило рост фотосинтетического потенциала с 1076 тыс. м²дней/га при внесении N₄₀P₅₀K₀ и поддержании предполивного порога 80 % НВ с фазы цветения до 1622 тыс. м² дней/га при внесении N₂₁₀P₂₀₀K₂₉₀ поддержании предполивного порога 80 % НВ с фазы всходов, преимущественно за счет усиления роста листового аппарата. Максимальная площадь листьев картофеля при внесении N₂₁₀P₂₀₀K₂₉₀ поддержании предполивного порога 80 % НВ с фазы всходов достигала 45,2 тыс. м²/га.

Установлено, что для обеспечения урожайности молодых клубней на уровне 23,8-29,9 т/га необходимо создать условия для формирования 38,1-44,7 тыс. м²/га максимальной площади листьев, накопления, в среднем, 1420 тыс. м² дней/га фотосинтетического потенциала и максимальной активизации фотосинтетической активности растений при накоплении не менее 5,33 г/м² сухого вещества за сутки (табл. 3-4). Такие показатели роста и фотосинтетической активности картофеля обеспечиваются при внесении удобрений дозой N₁₅₅P₁₅₀K₁₈₀ в сочетании с поддержанием предполивного уровня влажности почвы 80 % НВ с начала фазы бутонизации, что позволяет сформировать ранний урожай клубней сорта Импала за 53-57 сут. Этим же сочетанием факторов создаются условия для накопления за 72-80 суток 1890 тыс. м² дней/га фотосинтетического потенциала при средней продуктивности фотосинтеза 4,83 г/м² и получения 39,9-48,6 т/га зрелых клубней.

Таблица 4 - Урожайность картофеля в ранней культуре и в фазу полного созревания

В пятой главе «Эффективность возделывания раннего картофеля при капельном орошении» обоснованы условия водообеспечения и минерального питания для производства молодых и зрелых клубней картофеля в ранней культуре, представлены результаты анализа инвестиционной привлекательности проектов возделывания картофеля с использованием систем капельного орошения.

В качестве основных критериев для обоснования условий водообеспечения и удобрения картофеля исследованиями приняты уровень продуктивности и коэффициент водопотребления культуры: Y^, К_Е = (Е/Y)v. При прочих равных условиях производство картофеля ориентировали на минимизацию затрат водных ресурсов при изменении урожайности в пределах 10 % от максимального уровня. В качестве функций оптимизации режимов водообеспечения и удобрения картофеля были приняты регрессионные модели продукционного процесса и удельных затрат воды на формирование урожая, разработанные по результатам полевого эксперимента.

При возделывании картофеля на молодые клубни зависимость коэффициента водопотребления от исследуемых в опыте факторов описывается следующим уравнением регрессии (рис. 3): K_E=a+b·N+c·N²+d·N³+e·lnз+f·(lnз)² (1), где K_E-коэффициент водопотребления, м³/т; N - показатель, характеризующий уровень минерального питания. Численно этот показатель равен действующему веществу минерального азота, вносимого с удобрениями; з - продолжительность периода поддержания предполивного уровня влажности почвы 80 % НВ, % от продолжительности вегетационного периода; а следующие коэффициенты - a =1176; b = 0,63; c = -0,01; d = 0,00004; e = -521; f = 65,2 - получены эмпирически в результате обработки экспериментального материала. Зависимость характеризуется статистически значимым корреляционным отношением, равным 0,87.

Форма поверхности отклика, построенной по полученной зависимости, свидетельствует о комплексном влиянии условий водного и минерального питания на эффективность расходования водных ресурсов.

Согласно полученных данных коэффициент водопотребления снижается, в среднем, со 155 м³/т при внесении удобрений дозой N₄₀P₅₀K₀ и поддержании предполивного уровня влажности почвы 80 % НВ с начала фазы цветения до 104 м³/т при поддержании предполивного уровня влажности 80 % НВ с фазы бутонизации и внесении N₁₅₅P₁₅₀K₁₈₀ с последующей реставрацией значений до 170 м³/т при внесении N₂₁₀P₂₀₀K₂₉₀ в сочетании с поддержанием предполивного уровня 80 % НВ с фазы всходов (табл. 5).

Рисунок 3 - График зависимости коэффициента водопотребления раннего картофеля от уровня водообеспечения и режима минерального питания при капельном орошении

Уровень продуктивности картофеля при возделывании на молодые клубни варьирует при изменении условий обеспечения водой и элементами минерального питания по следующей зависимости (рис. 4):

Y=a+b·N+c·N²+d·N³+e·lnз+f·(lnз)² (2),

где Y - урожайность молодых клубней картофеля, коэффициенты - a = -191,1; b = -0,17; c = 0,0025; d =-8,4·10^-6; e = 105,6; f = -13,2. Корреляционное отношение зависимости 0,92.

В результате решения экстремальной задачи при следующих ограничениях: 40<N<210, 35<з<100 и Y=a+b·N+c·N²+d·N³+e·lnз+f·(lnз)², получено единственное сочетание значений N (150) и з (60 %), при которых урожайность молодых клубней картофеля Y максимальна. Допуская отклонение Y от максимального уровня в пределах 10 %, получим область поверхности отклика со следующими ограничениями: 110<N<190, 40<з<80. Исследования зависимости (1) при наложении таких ограничений показали, что поверхность отклика имеет экстремум при продолжительности периода поддержания предполивного уровня влажности почвы 80 % НВ не менее 55-60 % от продолжительности вегетационного периода и внесении минерального азота дозой 155 кг д.в./га, рассчитанной на формирование 40 т/га клубней картофеля. При этом форма зависимости характеризует динамичное повышение коэффициента водопотребления картофеля при отклонении от оптимальных режимов водного и минерального питания. Учитывая, что в рамках наложенных ограничений поверхность отклика имеет только один экстремум, следует полагать оптимальными условия водного и минерального питания, при которых он достигается.

Таким образом, формирование наибольшей урожайности молодых клубней картофеля, 23,8-29,9 т/га, при наименьших затратах воды на формирование урожая, 87-113 м³/т, при капельном орошении обеспечивается сочетанием дозы внесения минеральных удобрений N₁₅₅P₁₅₀K₁₈₀ и поддержанием порога предполивной влажности почвы 80 % НВ с начала фазы бутонизации. Исследования показали, что такое же сочетание факторов является оптимальным для формирования 39,9-48,6 т/га зрелых клубней картофеля при расходовании не более 73-90 м³/т воды на формирование урожая.

Таблица 5 - Эффективность возделывания картофеля при капельном орошении в ранней культуре

С точки зрения доходности инвестиционной деятельности выгодно производство раннего картофеля на молодые клубни. Реализация таких проектов при поддержании порога предполивной влажности 80 % НВ с начала фазы бутонизации и внесении минеральных удобрений дозой N₁₅₅P₁₅₀K₁₈₀ обеспечивает получение с 5 га за 3года чистого дисконтированного дохода 2,34 млн. руб. при индексе доходности дисконтированных затрат 1,76 и внутренней норме доходности 97,7%. При возделывании картофеля на зрелые клубни с 5 га за 3 года можно получить не более 1,19 млн. руб. при индексе доходности дисконтированных затрат 1,35 и внутренней норме доходности 55,9 %.

Рисунок 4 - График зависимости урожайности молодых клубней раннего картофеля от уровня водообеспечения и режима минерального питания при капельном орошении

ВЫВОДЫ

1. Использование капельного орошения с применением фертигации при определенных сочетаниях уровней водного и минерального питания позволяет в условиях сухостепной зоны светло-каштановых почв Нижнего Поволжья получать до 30 т/га молодых клубней картофеля и до 50 т/га зрелых клубней картофеля.

2. Урожайность молодых клубней картофеля на уровне 20 т/га обеспечивается при внесении удобрений дозой N₁₀₀P₁₀₀K₇₀ в сочетании с поддержанием предполивного уровня влажности почвы 80 % НВ с начала фазы цветения, бутонизации или с момента появления всходов, а также при внесении N₂₁₀P₂₀₀K₂₉₀ в сочетании с поддержанием предполивного уровня влажности почвы 80 % НВ с начала фазы цветения или бутонизации.

Урожайность молодых клубней картофеля до 30 т/га обеспечивается при внесении удобрений дозой N₁₅₅P₁₅₀K₁₈₀ в сочетании с поддержанием предполивного уровня влажности почвы 80 % НВ с начала фазы бутонизации. Этим же сочетанием факторов реализуется возможность получения до 50 т/га зрелых клубней.

2. При использовании капельного орошения для полива картофеля важно решить проблему сохранения геометрических параметров зоны увлажнения в период дифференцирования уровней предполивной влажности почвы. Для этого достаточно при переходе с предполивного порога влажности почвы 70 % НВ до уровня 80 % НВ на светло-каштановых, среднесуглинистых почвах с низким содержанием гумуса и удовлетворительным мелиоративным состоянием ввести в формулу расчета поливной нормы коэффициента 1,16, учитывающего трансформацию профиля увлажнения.

3. Суммарный расход воды картофелем при сочетании факторов, обеспечивающих формирование урожайности до 30 т/га молодых клубней, составляет 2590-2760 м³/га; при формировании до 50 т/га зрелых клубней посадками расходуется 3470-3590 м³/га воды. При этом дефицит водного баланса до 70 % восполняется за счет оросительной воды.

4. Для поддержания порога предполивной влажности почвы 70 % НВ в период «посадка-всходы» требуется провести 1-2 полива, в период «посадка- бутонизация» - от 1 до 3 поливов, в период «посадка - начало цветения» - от 2 до 5 поливов по 160 м³/га. Для поддержания порога предполивной влажности почвы 80 % НВ с фазы всходов требуется провести от 8 до 20 поливов, с начала фазы бутонизации - о 7 до 18 поливов, с начала фазы цветения - от 6 до 15 поливов по 130 м³/га. Для решения задач оперативного планирования поливного режима картофеля целесообразно использовать уточненные исследованиями значения биоклиматических коэффициентов.

5. Усиление минерального питания и увеличение продолжительности периода поддержания предполивного уровня влажности почвы 80 % НВ при возделывании картофеля сопровождается увеличением продолжительности межфазных периодов и активизацией процессов роста. Продолжительность периода от посадки до начала фазы сбора ранней продукции возрастает с 66-72 сут. при внесении удобрений дозой N₄₀P₅₀K₀ и поддержании предполивного уровня влажности почвы 80 % НВ с начала фазы цветения до 73-79 сут. при внесении удобрений дозой N₂₁₀P₂₀₀K₂₉₀ и поддержании предполивного уровня влажности почвы 80 % НВ с фазы всходов.

6. При поддержании предполивного уровня 80 % НВ с начала вегетационного периода в сравнении с вариантами поддержания предполивного порога 80 % НВ с фазы бутонизации или цветения наблюдаются качественные изменения процессов перераспределения сухого вещества в растении. При усилении динамики накопления сухого вещества на 2,2-15,3 % в растении в целом, масса сухого вещества в клубнях снижалась на 1,2-9,9 % %. В результате усиливается разрыв между динамикой накопления биомассы в клубнях и в растении в целом, что внешне проявляется, как более чем двукратное усиление роста ботвы.

7. Активизация процессов формирования и накопления органического вещества растениями картофеля при изменении условий водного и минерального питания обеспечивается, преимущественно, за счет усиления роста ассимиляционной поверхности и формирования фотосинтетического потенциала посадок. Повышение уровня водообеспечения и удобрение картофеля обеспечило рост фотосинтетического потенциала с 1076 тыс. м²дней/га при внесении N₄₀P₅₀K₀ и поддержании предполивного порога 80 % НВ с фазы цветения до 1622 тыс. м² дней/га при внесении N₂₁₀P₂₀₀K₂₉₀ поддержании предполивного порога 80 % НВ с фазы всходов.

8. Формирование наибольшей урожайности молодых клубней картофеля, 23,8-29,9 т/га, при наименьших затратах воды на формирование урожая, 87-113 м³/т, при капельном орошении обеспечивается сочетанием дозы внесения минеральных удобрений N₁₅₅P₁₅₀K₁₈₀ и поддержанием порога предполивной влажности почвы 80 % НВ с начала фазы бутонизации. Такое же сочетание факторов является оптимальным для формирования 39,9-48,6 т/га зрелых клубней картофеля при расходовании не более 73-90 м³/т воды на формирование урожая.

9. С точки зрения доходности инвестиционной деятельности выгодно производство раннего картофеля на молодые клубни. Реализация таких проектов при поддержании порога предполивной влажности 80 % НВ с начала фазы бутонизации и внесении минеральных удобрений дозой N₁₅₅P₁₅₀K₁₈₀ обеспечивает получение с 5 га за 3года чистого дисконтированного дохода 2,34 млн. руб. при индексе доходности дисконтированных затрат 1,76 и внутренней норме доходности 97,7%. При возделывании картофеля на зрелые клубни с 5 га за 3 года можно получить не более 1,19 млн. руб. при индексе доходности дисконтированных затрат 1,35 и внутренней норме доходности 55,9 %.

Предложения производству

- Для получения до 30 т/га молодых клубней картофеля при рациональном расходовании водных ресурсов в сухостепной зоне светло-каштановых почв Нижнего Поволжья с использованием систем капельного орошения и фертигации следует поддерживать дифференцированный порог предполивной влажности почвы: 70 % НВ - от посадки до начала фазы бутонизации с последующим увеличением предполивного уровня до 80 % НВ в сочетании с внесением минеральных удобрений дозой N₁₅₅P₁₅₀K₁₈₀. Этим же сочетанием факторов обеспечивается формирование до 50 т/га зрелых клубней с возможностью уборки через 19-23 сут. после сроков уборки ранней продукции.

- С целью сохранения геометрических параметров зоны увлажнения в период дифференцирования уровней предполивной влажности почвы при переходе с предполивного порога 70 % НВ до уровня 80 % НВ на светло-каштановых, среднесуглинистых почвах с низким содержанием гумуса и удовлетворительным мелиоративным состоянием ввести в формулу расчета поливной нормы коэффициента 1,16, учитывающего трансформацию профиля увлажнения.

СПИСОК ОПУБЛИКОВАННЫХ РАБОТ

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

- в изданиях, рекомендованных ВАК РФ:

Мелихов, В.В. Коэффициент водопотребления как критерий эффективного промышленного производства раннего картофеля / В.В. Мелихов, А.А. Новиков // Мелиорация и водное хозяйство. - 2011. - №4. - С. 38-40

Мелихов, В.В. Эффективность удобрения раннего картофеля при капельном орошении / В.В. Мелихов, А.А. Новиков // Плодородие. - 2011. - №5. - С. 25.

Мелихов, В.В. Оптимальный режим капельного орошения и минерального питания раннего картофеля / В.В. Мелихов, А.А. Новиков // Картофель и овощи. - 2011. - № 8. - С. 16-17.

- в научных трудах, материалах конференций и периодической печати:

Мелихов, В.В. Агротехника возделывания раннего картофеля в Нижнем Поволжье / В.В. Мелихов, А.А. Новиков. - Волгоград: ВНИИОЗ, 2009. - 31 с.

Технология возделывания картофеля на орошаемых землях Российской Федерации: Рекомендации / В.В. Мелихов, Т.Н. Дронова, А.А. Новиков, И.А Дергачева. - Волгоград: ВНИИОЗ, 2010. - 71 с.

Мелихов, В.В. Условия реализации потенциала продуктивности картофеля при возделывании в ранней культуре / В.В. Мелихов, А.А. Новиков // Защитное лесоразведение в Российской Федерации: материалы международной научно-практической конференции. - Волгоград: ВНИАЛМИ, 2011. - С. 223-226

Мелихов, В.В. Удобрение и продуктивность картофеля при капельном орошении в ранней культуре / В.В. Мелихов, А.А. Новиков // Современные энерго- и ресурсосберегающие экологически устойчивые технологии и системы сельскохозяйственного производства: материалы международной научно-практической конференции. - Рязань: Рязанский ГАУ, 2011. - С. 74-77.

Размещено на Allbest.ru