Капельное орошение сахарной кукурузы в сухостепной зоне светло-каштановых почв Нижнего Поволжья

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени

кандидата сельскохозяйственных наук

Капельное орошение сахарной кукурузы в сухостепной зоне светло-каштановых почв Нижнего Поволжья

06.01.02 - мелиорация, рекультивация и охрана земель

Брижак Виталий Викторович

Саратов-2008

Работа выполнена в Волгоградском комплексном отделе ГНУ «Всероссийский научно-исследовательский институт гидротехники и мелиорации им. А.Н. Костякова Россельхозакадемии»

Научный руководитель: чл. корр. РАСХН, доктор сельскохозяйственных наук, профессор, Заслуженный деятель науки РФ Бородычев Виктор Владимирович

Официальные оппоненты: доктор сельскохозяйственных наук, профессор Проездов Петр Николаевич

кандидат сельскохозяйственных наук, старший научный сотрудник Морковин Валерий Тимофеевич

Ведущая организация - Российский НИИ проблем мелиорации, г. Новочеркасск

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность исследований. Качественное повышение потенциального и эффективного плодородия земель является важнейшей задачей сельского хозяйства, решаемой посредством комплексного применения мелиоративных технологий. В засушливых условиях Нижнего Поволжья одним из наиболее эффективных мелиоративных приемов, позволяющих существенно повысить продуктивность сельскохозяйственных земель и устойчивость производства сельскохозяйственной продукции является орошение. Большое значение придается выбору экологически безопасных технологий и технических средств полива, к которым относится способ капельного орошения.

Сахарная кукуруза обладает уникальной питательной ценностью, вследствие чего высоко востребована на рынке. Это одна из наиболее рентабельных и перспективных культур, капельное орошение которой в природных условиях сухостепной зоны Нижнего Поволжья позволяет сформировать значительный резерв для увеличения производства початков и зерна. Научное обоснование и разработка технологии капельного орошения этой культуры позволит существенно расширить сферу применения капельных систем и обеспечит возможность получения высоких урожаев при стабильной эффективности производства.

Исследования по технологии капельного орошения сахарной кукурузы в условиях сухостепной зоны светло-каштановых почв Нижнего Поволжья до настоящего времени не проводились. В связи с этим необходимо решить вопросы влияния капельного орошения на основные показатели роста, развития и продуктивности посевов сахарной кукурузы, в зависимости от режима орошения и уровня минерального питания. Необходимо установить закономерности водопотребления и формирования водного режима почвы посевами сахарной кукурузы при капельном орошении в различные по условиям увлажнения годы. Необходимость применения комплексного, единого подхода в методах получения опытного материала с качеством и в объемах, достаточных для четко формализованного обоснования практически значимых выводов, разработки общих схем и моделей возделывания сахарной кукурузы при капельном орошении является основным критерием актуальности проводимых исследований.

Цель исследований - обосновать параметры технологии капельного орошения и удобрения сахарной кукурузы, обеспечивающие наиболее рациональное сочетание расходования ресурсов и выхода стандартной продукции при планировании урожайности початков до 30 т/га.

В соответствии с поставленной целью программой исследований предусматривалось решение следующих задач:

- с учетом биологических особенностей сахарной кукурузы установить научно-обоснованные уровни продуктивности этой культуры и обосновать возможности их реализации;

- установить закономерности роста и развития сахарной кукурузы, формирования урожайности початков в зависимости от условий водного и минерального питания;

- установить динамику влажности активного слоя почвы в онтогенезе сахарной кукурузы в различные по условиям увлажнения годы с последующим обоснованием эксплуатационного режима орошения;

- оценить комплексное влияние орошения и удобрений, метеорологической среды региона исследований на формирование эвапотранспирации сахарной кукурузы;

- установить динамику и адаптировать методы прогнозирования водопотребления сахарной кукурузы в онтогенезе при капельном способе орошения;

- выявить экономически эффективные сочетания регулируемых факторов для формирования планируемых урожаев сахарной кукурузы;

- предложить обобщенные подходы и типизированные схемы в формировании и реализации технологии возделывания сахарной кукурузы при капельном орошении.

Объект исследований - посевы сахарной кукурузы на орошаемых землях сухостепной зоны светло-каштановых почв Нижнего Поволжья.

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

Научная новизна. Впервые в регионе исследований получен экспериментальный материал и установлены закономерности формирования агроэкологических условий выращивания, расходования водных ресурсов, удобрений, продукционного процесса сахарной кукурузы при возделывании с использованием систем капельного орошения. Разработаны методические подходы и предложены технологические решения в области создания оптимальных условий водного и минерального питания растений сахарной кукурузы в зависимости от ресурсообеспеченности производства при разных уровнях планируемой урожайности.

Основные положения, выносимые на защиту:

- комплексная оценка и оптимизация регулируемых урожаеобразующих факторов сахарной кукурузы, обеспечивающих формирование 15-25 тонн выполненных початков с гектара;

- оценка закономерностей водопотребления, динамики влажности почвы и режима капельного орошения сахарной кукурузы в условиях сухостепной зоны светло-каштановых почв Нижнего Поволжья;

- элементы технологии орошения и удобрения сахарной кукурузы с использованием систем капельного полива.

Достоверность результатов исследований подтверждается большим объемом экспериментальных данных, полученных в результате многолетних полевых опытов, выполненных с применением апробированных современных методик и стандартных методов математического анализа, а также положительными результатами производственной апробации.

Практическая значимость работы определяется разработкой и практической реализацией на орошаемых светло-каштановых почвах Нижнего Поволжья элементов технологии возделывания сахарной кукурузы с использованием систем капельного орошения, обеспечивающих устойчивое формирование урожайности початков свыше 25 т/га, при расходовании не более 130 м³/га воды и рентабельности производства до 269 %.

Реализация результатов исследований. Результаты исследований прошли производственную проверку в КФХ «Садко» Дубовского района Волгоградской области. Возделывание сахарной кукурузы с использованием систем капельного орошения при применении разработанных элементов технологии капельного полива и удобрения позволило сформировать производственные посевы продуктивностью 26,2 т/га початков при рентабельности производства 230 %.

Апробация работы. Результаты исследований и основные положения диссертационной работы докладывались научно- практических конференциях «Адаптивно-ландшафтные системы земледелия для засушливых условий Нижнего Поволжья» (НВ НИИСХ, 2005), «Экологическое состояние природной среды и научно-практические аспекты современных мелиоративных технологий» (Мещерский филиал ГНУ ВНИИГиМ, 2006), международных научно-практических конференциях «Проблемы устойчивого развития мелиорации и рационального природопользования» (Костяковские чтения, ГНУ ВНИИГиМ, 2007 г.), «Мелиорация сельскохозяйственных земель в 21 веке: проблемы и перспективы» (Минск, 2007г.).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 8 работ.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 8 глав, выводов, предложений производству, списка использованной литературы и приложений. Содержание работы изложено на 222 страницах, в том числе основного текста 134 страницы. Работа содержит 24 таблицы, 20 рисунков. Список использованной литературы включает 194 источника, в том числе 9 иностранных автора.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

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

В первой главе «Возделывание кукурузы в условиях засухи» обобщен теоретический и практический опыт возделывания кукурузы в условиях орошения.

Рассмотрены биологические особенности сахарной кукурузы, вопросы повышения ее урожайности и качества с учетом особенностей локального увлажнения почвы при капельном орошении. Показан вклад в данное направление российских и зарубежных ученых, в том числе И.П. Кружилина, В.В. Бородычева, Г.Т Балакай, В.И. Жужукина, Н.В. Кузнецовой,, Т.Ф. Завертайло, А.А. Капустина, А.В. Майер, С.Н. Новоселова, Г.Е. Усик, И.Д. Хомовского, А.С. Хроменко, М.И. Рычковой, Г.В. Седанова, А.А. Сидорова, Р.И. Шаззо. Накопленный практический и научный опыт возделывания сельскохозяйственных культур при капельном орошении свидетельствует о существенных изменениях в процессе суммарного водопотребления, в то время как в регионе исследований не установлены закономерности водопотребления сахарной кукурузы при этом способе полива.

Во второй главе «Программа, условия и методы исследований» приведены программа, методика исследований, показаны условия постановки и проведения полевого эксперимента.

Работа основана на полевых и лабораторных исследованиях, выполненных в Волгоградском комплексном отделе ВНИИГиМ и фермерском хозяйстве «Садко» Дубовского района Волгоградской области в границах сухостепной зоны светло-каштановых почв Нижнего Поволжья. Полевой эксперимент реализован по двухфакторной схеме, включая регулирование водного (фактор А) и пищевого (фактор В) режимов почвы. Водный режим почвы по вариантам опыта регулировали в двух постоянных уровнях: 70-70 % НВ и 80-80 % НВ и одном дифференцированном, 70 % НВ в течение периода «посев - выметывание метелки» с последующей активизацией поливного режима в период «выметывание метелки - молочная спелость зерна» и повышением предполивного уровня влажности почвы до 80 % НВ. Предусматривалось четыре уровня минерального питания кукурузы: В0 - N₀P₀K₀ (контроль); В1 - N₄₀P₁₀K₀; В2 -N₁₁₀P₆₀K₃₀; В3 -N₁₉₀P₁₀₀K₁₅₀. Гибрид кукурузы - Спирит F1.

Агротехника в опыте разрабатывалась на основе действующих зональных рекомендаций для возделывания кукурузы в условиях дождевания, рекомендаций по капельному орошению сельскохозяйственных культур с дополнением приемами изучаемых вариантов.

По гранулометрическому составу почва опытного участка тяжелосуглинистая. Плотность сложения пахотного слоя 1,15-1,24 т/м³, наименьшая влагоемкость 26,2-27,1 % от массы сухой почвы. Содержание легкогидролизуемых форм азота, 24,3-35,2 мг/кг, и подвижного фосфора, 29,3-32,3 мг/кг, в пахотном слое почвы низкое, обменного калия, 200,9-241,1 мг/кг, - среднее. По обеспеченности осадками вегетационный период сахарной кукурузы в 2004 и 2005 годах характеризовался как средневлажный (122,7 - 174,6 мм), 2006 году (72,1 мм) - сухой. Сумма среднесуточных температур воздуха за вегетационный период культуры изменялась от 2076 ⁰С в 2005 году до 2363 ⁰С в 2006 году.

Закладка полевых опытов осуществлялась в соответствии с методикой планирования эксперимента в исследованиях сельскохозяйственных процессов (С.В. Мельников, 1980), методикой полевых опытов в условиях орошения (В.Н. Плешаков), методикой полевого опыта (Б.А. Доспехов, 1983). На всех вариантах опыта рельеф, почвенные, гидрологические условия были идентичными. Для исключения влияния почвенных разностей была соблюдена трехкратная повторность. Водно-физические свойства почвы определяли по общепринятым методикам: гранулометрический состав - по Н.А. Качинскому, плотность сложения почвы - методом режущего кольца, наименьшую влагоемкость - методом заливаемых площадок; содержание минеральных элементов в почве - стандартными методами (ГОСТ 26205-91, ГОСТ 26951-86); влажность почвы - термостатно- весовым методом (ГОСТ 20915-75). Водопотребление сахарной кукурузы определяли методом водного баланса (А.И. Костяков, 1960); показатели фотосинтетической деятельности посева - по методике А.А. Ничипоровича (1979, 1985).

В третьей главе «Водопотребление и водный режим почвы» приведены результаты исследований по формированию водного режима почвы и суммарному водопотреблению сахарной кукурузы при капельном орошении.

Результаты исследований показывают, что формирование режима капельного орошения сахарной кукурузы определяется комплексом факторов, в частности, заданными параметрами водного режима почвы, метеорологическими условиями, уровнем продуктивности посева. В засушливый, 2006 год доля оросительной воды в общем потреблении влаги посевами составила 80,3-81,1 %, а в среднем за годы исследований изменялась от 60,5- до 64,4 % (табл. 1).

Таблица 1 - Водопотребление сахарной кукурузы при капельном орошении

сахарная кукуруза орошение удобрение

Метеорологические условия оказывают определяющее влияние в начальные период развития сахарной кукурузы. От посева до образования 3- листа поливы проводили в один из трех лет исследований (табл. 2). В период 3-5 листьев до 70 % НВ влажность расчетного слоя почвы опускалась 1 раз в 2005 году, а до 80 % НВ - по одному разу в 2004 и 2006 годах и 2 раза в 2005 году. С развитием растений сахарной кукурузы и повышением интенсивности водопотребления вероятность снижения влажности почвы до предполивного уровня возрастала. В период «выметывание метелки - молочная спелость зерна» для поддержания предполивного уровня 70 % НВ проводилось от 1 до 3-х поливов по 270 м³/га, а при 80 % НВ - 3-7 поливов по 160 м³/га. Для поддержания предполивного уровня 70 % НВ в период «посев - выметывание метелки» требуется проведение 5-9 поливов по 160 м³/га, 80 % НВ в этот же период - 12-19 поливов по 90 м³/га.

Таблица 2 - Поливной режим сахарной кукурузы, число поливов/ поливная норма, м³/га

В среднем за сутки посевами кукурузы испарялось от 25,2-27,6 м³/га в период «всходы - образование 3-го листа» до 54,2-59,6 м³/га в период «выметывание метелки - молочная спелость зерна», что существенно ниже в сравнении с интенсивностью водопотребления при других способах полива (Кружилин И.П., Кузнецова Н.В., 2000 г., Г.Т. Балакай, М.И. Рычкова, 2006 г., Braunworth W.S., Mack H.J., 1987 г.).

Исследованиями установлена сильная корреляционная связь между развитием ассимиляционного аппарата сахарной кукурузы и интенсивностью водопотребления. Корреляционное отношение равно 0,75, а взаимосвязь надежно описывается следующим уравнением регрессии (рис. 1):

, где - среднесуточное водопотребление сахарной кукурузы при создании посевом листового аппарата площадью S.

Наиболее интенсивно вода посевами сахарной кукурузы потребляется при поддержании постоянного порога предполивной влажности почвы на уровне 80 % НВ. При внесении удобрений дозой N₄₀P₁₀K₀ или N₁₁₀P₆₀K₃₀ и поддержании предполивного порога 80 % НВ, интенсивность водопотребления, в среднем, составила 34,1-34,6 м³/га, что на 3,1-3,3 м³/га больше, чем при поддержании предполивного уровня 70 % НВ.

При достаточном уровне водообеспечения, когда почвенная влага легкодоступна растениям, среднесуточное водопотребление сахарной кукурузы увеличивается в течение вегетационного периода, но изменяется неравномерно. Кривая среднесуточного водопотребления получается многовершинной, с рядом максимумов и минимумов (рис. 2).

Это свидетельствует о существенной зависимости интенсивности водопотребления от имеющихся энергетических ресурсов атмосферы, характеризующихся быстро меняющимися метеорологическими условиями. Доля дисперсии среднесуточного водопотребления по фактору метеоусловий составляет 12,3 % в общей варьируемости показателя. Дисперсия биоклиматических коэффициентов по фактору метеоусловий не превышает 3,7 % к общей варьируемости, что свидетельствует о возможности их приоритетного применения для прогнозирования водопотребления сахарной кукурузы.

Исследованиями получены модели изменения биоклиматических коэффициентов испарения влаги посевами сахарной кукурузы при капельном орошении класса регрессии (R = 0,92-0,96):

,

,

,

где - биоклиматический коэффициент испарения влаги в период роста и развития сахарной кукурузы, соответствующий сумме накопленных от начала вегетации среднесуточных температур воздуха .

Наибольшие значения биоклиматических коэффициентов сахарной кукурузы, в среднем, 0,167 мм/⁰С, формируются при поддержании постоянного порога предполивной влажности почвы, 80 % НВ, в сочетании с внесением наибольшей в опыте дозы минеральных удобрений, N₁₉₀P₁₀₀K₁₅₀. Это на 0,018 мм/⁰С или 12,1 % больше, чем при поддержании предполивного уровня 70 % НВ и том же уровне минерального питания и на 0,029 мм/⁰С больше, чем при поддержании предполивного уровня 70 % НВ на фоне естественного плодородия почвы.

Наиболее эффективно, 123-180 м³/т, вода на формирование урожая расходуется при повышении уровня минерального питания сахарной кукурузы до N₄₀P₁₀K₀ - N₁₁₀P₆₀K₃₀ в сочетании с поддержанием дифференцированного, 70-80 % НВ, или постоянного, 80 % НВ порога предполивной влажности почвы. На фоне поддержания таких порогов предполивной влажности почвы внесение минеральных удобрений дозой N₄₀P₁₀K₀ позволяет снизить коэффициент водопотребления сахарной кукурузы на 28,3-36,6 %, а внесение N₁₁₀P₆₀K₃₀ - на 42,9-53,1 % в сравнении с участками, характеризующимися естественным плодородием.

В четвертой главе «Закономерности продукционного процесса сахарной кукурузы» приведены результаты изучения закономерностей формирования урожайности початков сахарной кукурузы при капельном орошении.

Результаты проведенных исследований показывают, что накопление 200-224 кг/га органики в сутки позволяет посевам кукурузы сформировать до 17,18-17,70 т/га сухого вещества. Формирование 156-167 кг/га органического вещества в сутки позволяет посевам кукурузы накопить, в среднем, 12,51-13,55 т/га сухой массы. Это существенно ниже, чем при интенсивности накопления органики 200 кг/га в сут., так как разница достигает 4,15-4,70 т/га при НСР₀₅ = 1,40 т/га. Следующий интервал накопленного посевами кукурузы сухого вещества в опыте составил 7,88-10,01 т/га, для чего посевы должны были накопить, в среднем, 104-129 кг/га органики в сутки. Эти показатели близки к наименее продуктивным вариантам опыта, где интенсивность накопления органического вещества не превышала 81-92 кг/га в сут., а интегральные значения массы сформированного сухого вещества изменялись в пределах 6,04-7,18 т/га (табл. 3).

Интенсивность накопления органического вещества сахарной кукурузы тесно связана с фотосинтетической активностью посева, основные показатели которой приведены в таблице 3.

Таблица 3 - Синтез органического вещества сахарной кукурузы в зависимости от условий водного и минерального питания при капельном орошении

Исследования фотосинтетических показателей кукурузы показало, что повышение уровня минерального питания и улучшение условий водообеспечения с точки зрения интенсивности синтеза органического вещества наиболее эффективно в период «выметывание метелки - молочная спелость зерна». Получено уравнение математической регрессии для описания зависимости урожайности (Y) от уровня минерального питания (N), водного режима почвы (W) и массы накопленного к периоду «выметывание метелки» сухого вещества посева (М):

Исследование зависимости позволяет сделать вывод о ее высокой прогностической надежности. Коэффициент множественной детерминации для полученной зависимости составляет 0,95, а все компоненты уравнения существенны на 5%-ном уровне значимости.

На рисунках 3-4 представлены частные случаи данной зависимости, которые характеризуют закономерности изменения урожайности початков сахарной кукурузы при поддержании в период «выметывание метелки - молочная спелость зерна» предполивного уровня 70 % НВ и 80 % НВ.

Планируемая урожайность сахарной кукурузы на уровне 15 т/га початков обеспечивается при поддержании постоянного в течение вегетационного периода порога предполивной влажности почвы на уровне 70 % НВ в сочетании с внесением минеральных удобрений дозой N₄₀P₁₀K₀, рассчитанной на этот же уровень планируемой урожайности или дозой N₁₁₀P₆₀K₃₀, рассчитанной на формирование 25 т/га початков кукурузы (табл. 4). Планируемая урожайность сахарной кукурузы на уровне 25 т/га обеспечивается при поддержании дифференцированного, 70-80 % НВ, или постоянного, 80 % НВ порога предполивной влажности почвы в сочетании с внесением минеральных удобрений дозой N₁₁₀P₆₀K₃₀.

Таблица 4 - Урожайность и качество сахарной кукурузы в зависимости от условий водного и минерального питания при капельном орошении

Наибольшая урожайность, 29,6 т/га, в опыте была получена при поддержании постоянного порога предполивной влажности почвы на уровне 80 % НВ в сочетании с внесением минеральных удобрений дозой N₁₉₀P₁₀₀K₁₅₀.

Продукция с наибольшим содержанием декстринов, 5,77-5,82 % (к массе сырого вещества) и сбалансированным содержанием крахмала и сахара (8,67-9,57 % и 6,70-8,30 % соответственно) формируется при поддержании дифференцированного, 70-80 % НВ, порога предполивной влажности почвы в сочетании с внесением удобрений дозой N₁₁₀P₆₀K₃₀ или N₁₉₀P₁₀₀K_150, а также при внесении N₁₉₀P₁₀₀K₁₅₀ в сочетании с поддержанием постоянного предполивного уровня 70 % НВ. Данные сочетания обеспечивают наилучшие вкусовые качества сахарной кукурузы.

В пятой главе «Технология капельного орошения и удобрение сахарной кукурузы» представлены результаты экономической оценки рассматриваемых вариантов, предложена технология орошения и удобрения в системе возделывания сахарной кукурузы с использованием систем капельного орошения.

Экономические расчеты показывают, что максимальную доходность потенциальных проектов возделывания сахарной кукурузы обеспечивает сочетание наибольшей в опыте дозы минеральных удобрений, N₁₉₀P₁₀₀K₁₅₀, с поддержанием постоянного в течение вегетационного периода порога предполивной влажности почвы на уровне 80 % НВ. Индекс доходности затрат при этом составляет 3,69, а внутренняя норма доходности проекта при таком сочетании факторов достигает 399,3 %.

Базовая технология возделывания сахарной кукурузы при капельном орошении может основываться на типизированных регламентах возделывания этой культуры при других способах орошения в сходных по климатическим условиям регионах, которые приняты нами в качестве технологической основы.

Обобщение установленных исследованиями закономерностей позволяет оптимизировать условия водного и пищевого режимов почвы при возделывании сахарной кукурузы в условиях капельного орошения. В качестве определяющего подхода к оптимизации условий водного и минерального питания целесообразно принцип многокритериальности. Определяя вес каждого из критериев можно суммировать оптимум условий водного и минерального питания сахарной кукурузы для любой производственной ситуации.

Для обеспечения решений подобных задач в производственных условиях исследованиями предлагается использовать следующие регрессионные модели:

,

,

,

,

,

где Y - урожайность кукурузы в початках, т/га; N - доза минерального азота, как элемента лимитирующего продукционный процесс, кг д.в./га; U - уровень водообеспечения посева сахарной кукурузы, м³/га, определяемый как сумма подаваемой на участок поливной воды и естественных осадков; J - количество баллов при оценке вкусовых качеств сахарной кукурузы по 10-ти бальной шкале; М - масса початка в период молочной спелости зерна, г; К_Е - коэффициент водопотребления сахарной кукурузы; З - затраты денежных средств на производство сахарной кукурузы при капельном орошении.

В качестве обобщающего критерия, функции эффективности, при отсутствии других мотиваций целесообразно использовать регрессионную модель, описывающую закономерности изменения внутренней нормы доходности проектов возделывания сахарной кукурузы при капельном орошении в зависимости от условий водного и минерального питания растений:

,

где ВНД - внутренняя норма доходности проектов производства сахарной кукурузы.

Результаты решения регрессионных моделей позволяют заключить, что оптимум водного и минерального питания сахарной кукурузы зависит от выбранного критерия эффективности. Поддержание постоянного, 80 % НВ, порога предполивной влажности почвы в сочетании с внесением наибольшей в опыте дозы удобрений, N₁₉₀P₁₀₀K₁₅₀, позволяет получить наибольшую продуктивность посева, наилучшие товарные свойства продукции, минимальный расход воды на формирование урожая и максимальную экономическую эффективность проектов возделывания сахарной кукурузы при капельном орошении. При этом требуются наибольшие затраты на реализацию проектов, а вкусовые качества снижены по сравнению с вариантами, где влажность почвы поддерживали по дифференцированной схеме, 70-80 % НВ. Внесение минеральных удобрений дозой N₁₁₀P₆₀K₃₀, рассчитанной на формирование планируемой урожайности 25 т/га початков в сочетании с поддержанием дифференцированного порога предполивной влажности почвы 70-80 % НВ позволяет получить наилучшие вкусовые качества продукции при снижении затрат на реализацию проектов на 16600 руб./га. При этом затраты водных ресурсов на формирование урожая близки к наименьшим, но урожайность снижается на 17,2 %. К недостаткам такого сочетания факторов можно отнести формирование более мелких початков, что снижает товарный вид продукции и цену реализации. Как следствие внутренняя норма доходности проектов возделывания сахарной кукурузы при капельном орошении снизилась до 314,8 % или на 27,0 %.

Рассчитать объем затрачиваемых водных ресурсов можно по полученной исследованиями зависимости:

,

где Q - прогнозная оросительная норма, м³/га; Y - планируемый уровень урожайности сахарной кукурузы в початках, т/га; P - обеспеченность поступления атмосферных осадков для региона исследований, %.

Для заданий с конкретными параметрами разработана процедура, позволяющая рассчитать наиболее вероятные уровни потребления водных ресурсов в динамике за вегетационный период сахарной кукурузы. Для этого из уравнения вида

,

где - суммарное водопотребление сахарной кукурузы в заданный промежуток времени; - сумма накопленных среднесуточных температур воздуха в заданный период; - регрессионная зависимость для расчета биоклиматических коэффициентов испарения влаги посевами сахарной кукурузы в заданный период ее развития, определяемый накопленной суммой среднесуточных температур воздуха, находим и в зависимости от обеспеченности посева атмосферными осадками , где P - вероятность обеспечения атмосферными осадками в данный период времени, проводим расчет потребного объема оросительной воды: , где k - коэффициент эффективного использования атмосферных осадков, является величиной также зависимой от Р (в данном случае - вероятности поступления атмосферных осадков в благоприятном для использования растениями режиме). Далее подбираем регрессионную зависимость, наиболее удовлетворяющую условию: , где Y_пл. - уровень планируемой урожайности сахарной кукурузы, на который ориентировано производство. Выбранная в данной процедуре зависимость позволяет просчитать наиболее вероятные уровни подачи оросительной воды в любой период развития сахарной кукурузы с учетом климатических особенностей природных зон региона.

ВЫВОДЫ

1. В сухостепной зоне светло-каштановых почв Нижнего Поволжья капельное орошение позволяет формировать эффективное производство сахарной кукурузы при формировании до 30 т/га початков с высоким потребительским качеством.

2. Обеспечение планируемой урожайности 15 т/га початков сахарной кукурузы связано с необходимостью формирования посевом 32,4-33,4 тыс. м²/га максимальной площади листьев, 1318-1395 тыс. м²дней/га фотосинтетического потенциала, 6,8-6,9 г/м² в сут. продуктивности фотосинтеза, 9,07-9,72 т/га сухого вещества.

Урожайность 25 т/га початков сахарной кукурузы и выше обеспечивается при формировании 41,2-43,0 тыс. м²/га максимальной площади листьев, 1680-20,31 тыс. м²дней/га фотосинтетического потенциала, 7,4-7,8 г/м² в сут. продуктивности фотосинтеза, 12,51-15,85 т/га сухого вещества.

3. Наибольшая продуктивность сахарной кукурузы, 27,1- 31,7 т/га, при капельном орошении обеспечивается поддержанием постоянного предполивного порога влажности почвы 80 % НВ в сочетании с внесением минеральных удобрений дозой N₁₉₀P₁₀₀K₁₅₀.

Планируемая урожайность 25 т/га початков сахарной кукурузы обеспечивается при поддержании дифференцированного, 70-80 % НВ, или постоянного, 80 % НВ, порогов предполивной влажности почвы в сочетании с внесением минеральных удобрений дозой N₁₁₀P₆₀K₃₀.

Планируемая урожайность 15 т/га початков сахарной кукурузы обеспечивается при поддержании дифференцированного, 70-80 % НВ, порога предполивной влажности почвы в сочетании с внесением минеральных удобрений дозой N₄₀P₁₀K₀ или постоянного предполивного уровня 80 % НВ в сочетании с внесением минеральных удобрений дозой N₁₁₀P₆₀K₃₀

4. Зерно сахарной кукурузы с оптимизированным по вкусовым свойствам химическим составом формируется при повышенном фоне минерального питания (внесение минеральных удобрений дозой N₁₁₀P₆₀K₃₀ или N₁₉₀P₁₀₀K₁₅₀) в сочетании с умеренным (70-70 % НВ или 70-80 % НВ) уровнем водообеспечения.

5. Наибольшая масса початка, 306 г, и наилучшие товарные свойства продукции формируются при поддержании постоянного предполивного уровня 80 % НВ в сочетании с внесением минеральных удобрений дозой N₁₉₀P₁₀₀K₁₅₀. При поддержании дифференцированного, 70-80 % НВ, порога предполивной влажности почвы в сочетании с внесением минеральных удобрений дозой N₁₉₀P₁₀₀K₁₅₀ или N₁₁₀P₆₀K₃₀ масса початка снижается до 239-256 г.

6. Поддержание постоянного, 80 % НВ, порога предполивной влажности почвы в сочетании с внесением минеральных удобрений дозой N₁₉₀P₁₀₀K₁₅₀ требует наибольших материальных вложений в производство, соответствующих в денежном эквиваленте 159804 руб./га. При поддержании дифференцированного предполивного уровня, 70-80 % НВ, на том же фоне минерального питания материальные затраты на производство сокращаются до 152784 руб./га. Сочетание дифференцированного, 70-80 % НВ, предполивного уровня с внесением удобрений дозой N₁₁₀P₆₀K₃₀ обеспечивается при расходовании 143208 руб./га.

7. Наибольшая внутренняя норма доходности потенциальных проектов возделывания сахарной кукурузы, 399,3 %, с использованием систем капельного орошения обеспечивается при поддержании предполивного уровня 80 % НВ и внесении N₁₉₀P₁₀₀K₁₅₀. Поддержание дифференцированного, 70-80 % НВ, порога предполивной влажности почвы в сочетании с внесением N₁₉₀P₁₀₀K₁₅₀ обеспечивает внутреннюю норму доходности проектов 305,7 %, в сочетании с внесением N₁₁₀P₆₀K₃₀ - 314,8 %, в сочетании с внесением N₄₀P₁₀K₀ - 273,5 %.

8. Наиболее эффективно, 118-125 м³/га на формирование урожая сахарной кукурузы вода расходуется при поддержании предполивного уровня 80 % НВ в период «выметывание метелки - молочная спелость зерна» или в течение вегетационного периода в сочетании с внесением минеральных удобрений N_110-190P_60-100K_30-150.

9. Суммарный расход воды посевами сахарной кукурузы при сочетании факторов, обеспечивающих формирование урожайности 15 т/га початков, составляет 2790-2880 м³/га. При сочетании факторов, обеспечивающих формирование урожайности сахарной кукурузы 25 т/га початков, суммарное водопотребление возрастает до 3000-3240 м³/га. Наибольшее количество воды, 3470 м³/га, посевами кукурузы потребляется при поддержании постоянного предполивного уровня влажности почвы 80 % НВ в сочетании с внесением минеральных удобрений дозой N₁₉₀P₁₀₀K₁₅₀.

10. Для поддержания постоянного порога предполивной влажности почвы 80 % НВ, обеспечивающего наибольшую продуктивность кукурузы, требуется провести 12-19 поливов по 90 м³/га в период «посев- выметывание метелки» и 3-7 поливов по 160 м³/га в период в «выметывание метелки - молочная спелость зерна». Поддержание дифференцированного предполивного уровня 70-80 % НВ связано с необходимостью проведения 5-9 поливов по 160 м³/га в период «посев - выметывание метелки» и 3-6 поливов той же нормой в период «выметывание метелки - молочная спелость зерна».

11. Среднесуточный расход воды посевами сахарной кукурузы при поддержании дифференцированного предполивного уровня (70-80 % НВ) изменяется в пределах 31,2-34,8 м³/га, при поддержании постоянного уровня (80 % НВ) - от 32,9 до 36,6 м³/га. Изменение среднесуточного водопотребления в течение вегетационного периода характеризуется многовершинной кривой, что наиболее сильно коррелирует с поступлением метеорологических ресурсов.

12. Исследованиями определены значения биоклиматических коэффициентов испарения воды дифференцированно для условий, обеспечивающих планируемые уровни урожайности кукурузы 15-30 т/га початков. Предложены математические модели расчета биоклиматических коэффициентов сахарной кукурузы в течение вегетационного периода класса регрессии. Корреляционные отношения полученных зависимостей 0,92-0,96.

Предложения производству

- В сухостепной зоне светло-каштановых почв Нижнего Поволжья для получения до 30 т/га початков сахарной кукурузы при обеспечении наилучших товарных свойств продукции, максимальной прибыли и рациональном расходовании водных ресурсов при капельном орошении следует поддерживать постоянный уровень предполивной влажности почвы 80 % НВ в сочетании с внесением удобрений дозой N₁₉₀P₁₀₀K₁₅₀, что обеспечивается при проведении 15-26 капельных поливов нормами 90-160 м³/га.

- Получение продукции с химическим составом зерна, обеспечивающим наилучшие вкусовые качества сахарной кукурузы, связано с необходимостью снижения уровня водообеспечения. При этом для рационального расходования водных ресурсов и получения наибольшей экономической прибыли следует порог предполивной влажности снижать до 70 % НВ в период «посев - выметывание метелки», а дозу внесения минеральных удобрений сокращать до N₁₁₀P₆₀K₃₀

ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ ДИССЕРТАЦИИ ОПУБЛИКОВАНЫ В СЛЕДУЮЩИХ РАБОТАХ

1. Брижак, В.В. Режимы капельного орошения и удобрение сахарной кукурузы / В.В. Брижак // Сборник научных докладов 6-й международной школы молодых ученых "Перспективные технологии для современного сельскохозяйственного производства". - Волгоград, 2006. - С. 69-72

2. Майер, А.В. Эффективность капельного орошения при возделывании сахарной кукурузы / А.В. Майер, В.В. Брижак // Экологическое состояние природной среды и научно-практические аспекты современных мелиоративных технологий: сб. науч. тр. - Рязань: Мещерский филиал ГНУ ВНИИГиМ, 2006. - Вып. 2. - С. 166-168.

3. Майер, А.В. Капельное орошение сахарной кукурузы / А.В. Майер, В.В. Брижак // Мелиорация сельскохозяйственных земель в XXI веке: проблемы и перспективы (доклады международной научно-практической конференции). Минск: институт мелиорации, 2007. - С. 243-244.

4. Майер, А.В. Капельное орошение сахарной кукурузы на орошаемых землях Нижнего Поволжья /А.В. Майер, В.В. Брижак, Е.В Долгополова// Проблемы устойчивого развития мелиорации и рационального природопользования: материалы юбилейной научно-практической конференции (Костяковские чтения). - М.: изд. ВНИИА, 2007. - С. 268-273.

5. Бородычев, В.В. Орошение и удобрение сахарной кукурузы / В.В. Бородычев, В.В. Брижак // Плодородие. - 2007. - №4. - С. 42-43

6. Бородычев, В.В. Закономерности водопотребления и эффективность орошения кукурузы при формировании планируемых урожаев зерна / В.В. Бородычев, Е.И. Бородычева, В.В. Брижак, А.В. Майер, М.Н. Лытов // Повышение эффективности ведения сельскохозяйственного производства Юга России. - М.: Изд. «Вестник Российской академии сельскохозяйственных наук, 2008. - С. 77-98

7. Бородычев, В.В. Комплексная оценка влияния природных и регулируемых факторов на продукционный процесс кукурузы / В.В. Бородычев, Е.И. Бородычева, В.В. Брижак, А.В. Майер, М.Н. Лытов // Повышение эффективности ведения сельскохозяйственного производства Юга России. - М.: Изд. «Вестник Российской академии сельскохозяйственных наук, 2008. - С. 224-247

8. Бородычев, В.В. Обоснование параметров системы капельного орошения и удобрения сахарной кукурузы / В.В. Бородычев, В.В. Брижак, М.Н. Лытов // Плодородие. - 2008. - № 2. - С. 28-29.

Размещено на Allbest.ru