Оптимизация водного и пищевого режимов светло-каштановых почв Нижнего Поволжья при капельном орошении перца

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени

Оптимизация водного и пищевого режимов светло-каштановых почв Нижнего Поволжья при капельном орошении перца

06.01.02 - мелиорация, рекультивация и охрана земель

кандидата сельскохозяйственных наук

Пантюшина Татьяна Владимировна

Саратов - 2007

Работа выполнена в Волгоградском комплексном отделе государственного научного учреждения Всероссийского научно-исследовательского института гидротехники и мелиорации и Федеральном государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Волгоградская государственная сельскохозяйственная академия»

Научный руководитель: доктор сельскохозяйственных наук, профессор Овчинников Алексей Семенович

Официальные оппоненты: доктор сельскохозяйственных наук, профессор Денисов Евгений Петрович

кандидат сельскохозяйственных наук, старший научный сотрудник Фомин Геннадий Иванович

Ведущее учреждение: Государственное научное учреждение «Всероссийский научно-исследовательский институт орошаемого овощеводства и бахчеводства»

Защита диссертации состоится «18» мая 2007 г. в 10⁰⁰ часов на заседании диссертационного совета Д 220.061.05 при Федеральном государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Саратовский государственный аграрный университет имени Н.И. Вавилова» по адресу: 410012, г. Саратов, Театральная пл., 1.

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

Автореферат разослан «_» 2007 г.

доктор с.-х. наук, профессор Н.А. Пронько

капельный орошение перец биоклиматический

Общая характеристика работы

Актуальность исследований. Современное производство перца на орошаемых землях Волгоградской области не в полной мере удовлетворяет потребности населения. Объемы производства этой овощной культуры в последние годы существенно сократились, а производственная себестоимость выросла более чем в два раза. Основным фактором, лимитирующим производство перца в регионе является недостаточная влагообеспеченность территории.

Существенное значение в системе мероприятий по рационализации и совершенствованию использования генетического потенциала перца приобретают водо- и энергосберегающие технологии и способы орошения. Одним из оптимальных способов является капельное орошение, который обеспечивает подачу поливной воды и питательных веществ непосредственно в зону корневого питания растений.

При применении капельного орошения на посевах перца в Нижнем Поволжье, имеется ряд нерешенных вопросов:

Нет сведений реакции современных гибридов перца на регулирование водного и пищевого режимов.

Недостаточно изучено влияние режимов капельного орошения на основные параметры роста, развития и продуктивность посевов перспективных гибридов сладкого перца в зависимости от режима орошения и уровня минерального питания. Изучение этих вопросов весьма актуально.

Актуальность исследований подтверждается выполнением их в соответствии с научно-технической программой РАСХН «Мелиорация и водное хозяйство» (2001…2005 гг.).

Цель исследований - совершенствование элементов технологии капельного орошения и удобрения гибридов сладкого перца, обеспечивающих с учетом почвенно-климатических ресурсов региона получения 40…70 т/га плодов стандартного качества.

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

Дать оценку современного состояния и перспективы развития капельного орошения овощных культур с обоснованием технологических приемов производства сладкого перца в Нижнем Поволжье.

Дать количественную оценку параметров технологии капельного орошения перца с учетом почвенно-климатических ресурсов региона исследований.

Оценить комплексное влияние режимов капельного орошения и удобрений на показатели роста, развития и продуктивности посевов перца.

Уточнить динамику биоклиматических коэффициентов испарения по межфазным периодам.

Установить закономерности водопотребления и формирования водного режима почвы при капельном орошении перца.

Дать экономическую оценку эффективности производства продукции сладкого перца при капельном орошении.

Научная новизна. Обоснована и подтверждена возможность эффективного возделывания гибридов сладкого перца при капельном орошении в условиях Нижнего Поволжья. На основании многолетних исследований, выполненных в многофакторных опытах, предложена технология капельного орошения перца, установлены закономерности водопотребления культуры в зависимости от водообеспеченности и уровня минерального питания. Разработан ряд технических решений по следующим элементам систем капельного орошения: система подготовки воды и подачи питательной смеси, капельные водовыпуски. Новизна принятых решений и полученных результатов исследований подтверждена 2 патентами Российской Федерации.

Практическая значимость работы. Использование в производстве разработанной технологии капельного орошения перспективных гибридов сладкого перца обеспечивает повышение урожайности культуры до 60 т/га и экономию оросительной воды до 32 % по сравнению с дождеванием.

Полученные результаты и рекомендации могут быть использованы при проектировании и эксплуатации мелиоративных систем нового поколения.

Основные положения, выносимые на защиту:

- рекомендуемое сочетание урожаеобразующих факторов гибридов сладкого перца, обеспечивающих в условиях капельного орошения формирование 40…70 тонн плодов с 1 га;

- закономерности роста, развития, формирования урожайности и качества плодов перца при разных сочетаниях водного и пищевого режимов почвы, и складывающихся погодных условий;

- закономерности в динамике водного режима почвы и водопотреблении, оказывающие основное влияние на режим капельного орошения перца при разных уровнях урожайности;

- закономерности водопотребления и формирования водного режима почвы, определяющие режим капельного орошения перца при разных уровнях урожайности

Реализация результатов исследований. Производственная проверка результатов исследований по возделыванию гибридов сладкого перца при капельном орошении в фермерском хозяйстве «Садко» Дубовского района Волгоградской области подтвердила возможность получения урожая на уровне 60 т/га.

Апробация работы. Результаты исследований и основные положения диссертационной работы докладывались на международных научно-практических конференциях: «Агроэкологическое состояние АПК: опыт, поиск, решения» (Саратов, 20050; «Экологическое состояние природной среды и научно-практические аспекты современных мелиоративных технологий» (Мещерский филиал ГНУ ВНИИГиМ имени А.Н.Костякова, Рязань, 2006); «Инновации молодых ученых - развитию АПК России» (Великолукский ГСХА, Великие Луки, 2006).

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 6 работ, получено 2 патента РФ на изобретения № 2296460, № 22998316.

Структура и объем диссертации. Диссертация изложена на 184 страницах компьютерного текста, содержит 29 рисунков, 56 таблиц, состоит из введения, 5 глав, выводов и предложений производству. Библиография включает 205 наименований, в том числе 14 иностранных авторов.

Доля личного участия автора в получении результатов исследований составляет не менее 80 %.

Содержание работы

Во введении отражены актуальные вопросы, связанные с тематикой исследований, сформулированы цели и задачи исследований, практическая значимость, новизна, обоснованы положения, выносимые на защиту.

В первой главе «Возделывание перца на орошаемых землях» проведен анализ современного состояния вопроса по проблемам производства овощей на орошаемых землях в условиях Нижнего Поволжья, показаны место и народнохозяйственное значение перца в комплексе овощеводческого производства. Рассмотрены биологические особенности роста и развития перца, вопросы повышения его урожайности и качества с учетом особенностей локального увлажнения активного слоя почвы и удобрения при капельном орошении. Показан вклад в данном направлении ведущих отечественных ученых Б.Б. Шумакова, А.С. Кружилина, И.П. Кружилина, М.С. Григорова, О.Е. Ясониди, Г.В. Ольгаренко, Е.В.Кузнецова, В.В. Бородычева, А.С.Овчинникова, Ю.В. Кузнецова, Ю.И. Кружилина, А.И.Голованова, В.В.Коренца, О.В.Данилко и других.

Приоритетной задачей в комплексе мероприятий по повышению эффективности производства перца является обоснование параметров капельного орошения обеспечивающих с учетом почвенно-климатических ресурсов региона получения 40…70 т/га плодов перца стандартного качества.

Во второй главе «Методика проведения исследований» дана характеристика погодных условий, схема постановки и проведения полевых опытов, методика исследований.

Экспериментальная часть исследований выполнялась в фермерском хозяйстве «Садко» Дубовского района Волгоградской области в 2003…2005 гг.

Полевой опыт проводился по двухфакторной схеме, где в факторе А изучали влияние водного режима почвы, а в факторе В - влияние уровня минерального питания на продуктивность гибрида сладкого перца «Gemini F1».

Схема опыта по фактору А, в соответствии с биологическими особенностями возделываемой культуры, включала четыре варианта режима орошения перца: А₁ - 60 % НВ, А₂ - 70 % НВ, А₃ - 80 % НВ, А₄ - 90 % НВ, поддерживаемые на протяжении всего вегетационного периода. Расчетный слой увлажнения почвы изменяли в зависимости от фазы развития растений. Так в фазу «посадка-бутонизация» увлажнялся слой почвы 0,30 м, а в период «бутонизация - биологическая спелость» - слой почвы 0,50 м.

Схема опыта по пищевому режиму почвы (фактор В) предусматривала четыре варианта внесения удобрений, рассчитанных на получение четырех различных уровней урожайности перца: В₁, - N₈₀P₄₅K₅₀ - на получение урожайности 40 т/га, В₂ - N₁₃₀P₈₀K₁₁₀ - на получение урожайности 50 т/га, В₃ - N₁₈₀P₁₁₅K₁₇₀ - на получение урожайности 60 т/га, В₄ - N₂₃₀P₁₅₀K₂₃₀ - на получение урожайности 70 т/га.

Исследования проводились с использованием оборудования системы капельного орошения производственного объединения ОАО «Ортех».

На площади земельного участка в 1 га опыт был заложен в четырехкратной повторности. Учетная площадь делянок по водному режиму почвы - 625 м², по пищевому - 156 м². Ширина защитных полос 3 м.

В основе полевого опыта и проведении полевых наблюдений руководствовались методиками и рекомендациями Б.Д. Доспехова, В.Н. Плешакова, методиками и рекомендациями ВАСХНИЛ (1978г.), методиками ВНИИОЗ и др.

По результатам гранулометрического анализа образцов почвы опытного участка почвенный покров характеризуется светло-каштановыми почвами различной степени солонцеватости. Содержание гумуса уменьшается вниз по профилю с 2,1 % в горизонте А до 0,18 % в горизонте С. Реакция почвенного раствора слабощелочная (рН = 6,2…7,0). По содержанию доступных форм элементов питания почвы опытного участка характеризуются низкой обеспеченностью азотом 22…44 мг на 1 кг сухой почвы, фосфором 25…35 мг на 1 кг сухой почвы и высокой обеспеченностью обменным калием - 255…328 мг на 1кг сухой почвы. На всех вариантах опыта рельеф, почвенные и гидрологические условия были идентичными.

По обеспеченности осадками вегетационный период перца в 2003 году характеризуется как влажный (155,4 мм), в 2004 году - сухой (88,4 мм), в 2005 году - средне-влажный (161,4 мм). Сумма активных температур воздуха за вегетационный период изменялась от 2476⁰С в 2003 году до 2805⁰С - в 2005 году.

На формирование водного режима активного слоя почвы и продукционный процесс перца не влияла глубина залегания грунтовых вод, так как на опытном участке она составляет более 8 м.

В третьей главе «Влияние режима капельного орошения на рост, развитие и продуктивность перца» приведены результаты экспериментальных исследований по вопросам влияния водного режима почвы на динамику роста, развития и формирования урожая плодов сладкого перца, приведены показатели фотосинтетической деятельности посевов.

Основными управляемыми факторами, воздействия на фотосинтетическую деятельность, являются водный и питательный режимы. Влажность почвы во все годы исследований поддерживалась в пределах, установленных схемой опыта (рис. 1). Отклонение не превышало 3…5 %.

Поддержание предполивного порога влажности почвы на уровне 60 % НВ обеспечивалось проведением 8…9 поливов, при чем в фазу «посадка -бутонизация» поливные нормы были ниже, так как увлажнялся слой почвы 0…0,30 м. Поливные нормы составили соответственно 190 м³/га и 312 м³/га. Оросительная норма изменялась в зависимости от погодных условий вегетационного периода от 2496 до 2686 м³/га.

При поддержании предполивного порога влажности почвы на уровне 70 % НВ проводилось 12…13 поливов, поливными нормами 142 м³/га и 234 м³/га. Оросительная норма изменялась от 2559 до 2858 м³/га.

На участке с предполивным порогом 80 % НВ проводилось 19…24 полива нормами 94 м³/га и 155 м³/га. Оросительная норма составила 2823…3598 м³/га.

На уровне 90 % НВ поддержание предполивного порога влажности почвы обеспечивалось проведением 41…50 поливов, поливные нормы составляли 47 м³/га и 78 м³/га. Оросительная норма изменялась по годам исследований от 3043 м³/га до 3714 м³/га.

Из полученных опытных данных видно, что водный режим почвы оказывал существенное влияние на накопление корневой массы растений. В среднем за годы исследований в почвенном горизонте 0…0,30 м она составила 0,99…2,0 т/га.

Повышение предполивной влажности почвы от 60 до 90 % НВ способствует постепенному увеличению накопления к концу вегетации массы сухих корней в слое 0…0,50 м в среднем за годы исследований на 1,01 т/га.

Исследования показали, что на участках, где поливы проводились при повышении влажности почвы до 90 % НВ, в верхнем 0…0,30 м слое, располагалось 89 % обшей массы корней. Повышение уровня минерального питания от N₈₀P₄₅K₅₀ до N₂₃₀P₁₅₀ K₂₃₀ способствовало увеличению массы корневой системы перца на 1,2 т/га. Увеличение массы корней согласуется с накоплением надземной вегетативной массы растений и урожайностью плодов перца.

Установлена корреляционная зависимость водного режима почвы, роста, развития и продуктивности фотосинтеза растений перца (рис.2). Так, при поддержании предполивной влажности почвы на уровне 90 % НВ фотосинтетические показатели возросли: максимальная площадь листьев на 11,9…14,7 тыс. м²/га, продуктивность фотосинтеза возросла на 19…23 % и среднесуточный прирост биомассы перца увеличился на 55…80 % в сравнении с вариантом, где поливы проводились при снижении порога поливной влажности до 60 % НВ. Условия минерального питания также оказывают значительное влияние на формирование ассимиляционного аппарата растений. На вариантах с внесением доз минеральных удобрений N₂₃₀P₁₅₀K₂₃₀ в годы исследований максимальная площадь листьев изменялась в пределах 31,3…43,2 тыс. м²/га, при дозе удобрений (N₁₈₀P₁₁₅K₁₇₀) - 28,3…42,5 тыс. м²/га, при (N₁₃₀P₈₀K₁₁₀) - 23,1…37,8 тыс. м²/га. С внесением минеральных удобрений дозой N₈₀P₄₅K₅₀ максимальная площадь листьев изменялась в пределах 22,7…37,2 тыс. м²/га, что на 1,7…8,6 тыс. м²/га меньше по сравнению с вариантом (N₂₃₀P₁₅₀ K₂₃₀).

Наилучшие показатели ЧПФ получены на участке с режимом орошения 80 % НВ и внесением доз минеральных удобрений N₁₈₀P₁₁₅K₁₇₀ - 3,58 г/м² сут. На варианте с самым жестким режимом орошения 60 % НВ на фоне минимальных доз внесения удобрений N₈₀P₄₅К₅₀, в среднем за 2003…2005 гг. чистая продуктивность фотосинтеза не превышала 2,40 г/м² сут. При поддержании предполивной влажности почвы на уровне 90 % НВ в сочетании с внесением минеральных удобрений N₁₈₀P₁₁₅K₁₇₀ показатели чистой продуктивности фотосинтеза растений сладкого перца в среднем за годы исследований не превышала 3,53 г/м² сут. (табл. 1).

Водный режим почвы оказывает существенное влияние на массу плодов. При изменении порога влажности от 60 % НВ до 90 % НВ масса плодов на одном растении в среднем возрастает на 0,31…0,43 кг. Средняя масса одного плода изменяется от 0,105…0,120 кг до 0,125…0,165 кг, а за счет увеличения доз внесения минеральных удобрений от N₈₀P₄₅К₅₀ до N₂₃₀P₁₅₀K₂₃₀ масса плодов на одном растении увеличивается, в среднем на 0,27…0,39 кг, а общее количество плодов на растении возрастает на 0,6…1,7 шт.

Данные опытов свидетельствуют, что наибольший выход товарной продукции 62,8 т/га формируется на варианте, сочетающем более благоприятный. водный режим почвы, где влажность активного слоя

не опускалась ниже 90 % НВ на фоне внесения минеральных удобрений N₂₃₀P₁₅₀K₂₃₀, но наиболее рациональным будет использование варианта с режимом орошения 80 % НВ и внесением дозы удобрений нормой N₁₈₀P₁₁₅K₁₇₀, где получены также высокие результаты и урожайность составила 62,5 т/га.

Исследованиями выявлено статистически значимое влияние на урожайность перца уровня предполивной влажности почвы (фактор А), условий минерального питания растений (фактор В), а также взаимодействия факторов водного и минерального питания (взаимодействия факторов А и В) (рис. 3).

Статистическая обработка всех полученных результатов при различных сочетаниях водного и пищевого режимов позволила определить уравнение регрессии описывающее зависимость урожайности от данных показателей следующего вида

z = 0,176х + 6,803у -0,001х² - 0,041у² + 0,02ху -254,7

R² = 0,99

где z - урожайность, т/га; y - уровень предполивной влажности, % НВ.;

x - уровень минерального питания (дозы азотного удобрения), кг д. в./га.

Рис. 3 График изменения урожайности перца в зависимости от уровня влажности почвы и доз внесения азотных удобрений

В наших исследованиях было запланировано четыре уровня урожайности 40, 50, 60, 70 т/га. Полученное уравнение позволяет прогнозировать урожайность перца в этих пределах, при поливе капельным способом в различных сочетаниях водных и пищевых режимов.

Получение планируемой урожайности 40 т/га с отклонениями в пределах ±10 % возможно в трех случаях (табл. 1). Такая урожайность получена при внесении дозы удобрений N₂₃₀P₁₅₀K₂₃₀ с предполивным порогом влажности 60 % НВ и при внесении наименьшей в эксперименте дозы минеральных удобрений N₈₀P₄₅К₅₀ с поддержанием предполивной влажности почвы на уровне 70 и 80 % НВ.

Получение урожайности 50 т/га плодов перца достигается в четырех случаях. Сочетание доз внесения минеральных удобрений N₁₃₀P₈₀K₁₁₀, N₁₈₀P₁₁₅K₁₇₀, N₂₃₀P₁₅₀К₂₃₀ при поддержании предполивного порога влажности почвы на уровне 70 % НВ и при внесении минеральных удобрений нормой N₁₃₀P₈₀K₁₁₀ с влажностью почвы на уровне 80 % НВ

Планируемая урожайность 60 т/га достигается в трех сочетаниях. При пищевом режиме N₁₈₀P₁₁₅K₁₇₀, N₂₃₀P₁₅₀K₂₃₀ и пороге влажности почвы 80 % НВ, а также при увеличении порога влажности до 90 % НВ с дозой удобрений N₁₈₀P₁₁₅K_170.

В четвертой главе «Основные закономерности водопотребления перца при разных режимах капельного орошения» представлены результаты экспериментальных исследований по вопросам суммарного водопотребления и формирования режима капельного орошения перца при разных уровнях предполивной влажности почвы в зонах локального увлажнения.