Технология капельного орошения и удобрение перспективных гибридов репчатого лука в зоне сухих степей Нижнего Поволжья

Размещено на http://www.allbest.ru/

ТЕХНОЛОГИЯ КАПЕЛЬНОГО ОРОШЕНИЯ И УДОБРЕНИЕ ПЕРСПЕКТИВНЫХ ГИБРИДОВ РЕПЧАТОГО ЛУКА В ЗОНЕ СУХИХ СТЕПЕЙ НИЖНЕГО ПОВОЛЖЬЯ

06.01.02 - мелиорация, рекультивация и охрана земель

Автореферат диссертации на соискание ученой степени

кандидата сельскохозяйственных наук

Болкунов Алексей Иванович

Саратов 2009

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

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 Фомин Геннадий Иванович

Ведущая организация - Российский НИИ проблем мелиорации, г. Новочеркасск

Защита состоится «19» декабря 2009 г. в 10 часов на заседании диссертационного совета Д 220. 061. 05 при Федеральном государственном учреждении высшего профессионального образования «Саратовский государственный аграрный университет им. Н.И. Вавилова» по адресу: 410012, г. Саратов, Театральная пл., д. 1

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке университета

Автореферат разослан «___» _____________ 2009 г.

Ученый секретарь диссертационного

совета, доктор сельскохозяйственных наук Н.А. Пронько

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность исследований. Приоритетная роль в удовлетворении потребности населения в высоко витаминизированной продукции принадлежит луководству. Луковые культуры, в том числе репчатый лук занимает ведущие позиции в производстве овощной продукции. Несмотря на постоянный рост численности населения земного шара за последние 5 лет уровень производства лука в расчете на жителя планеты повысился с 8 до 9,1 кг в год. В структуре посевных площадей овощных культур в Российской Федерации лук занимает 122,91 тыс. га или 15,4 %.

В настоящее время спрос на лук превышает объемы производства, что стимулирует динамичное развитие данного сектора растениеводства. Перспективным регионом для развития производства лука в России является Нижнее Поволжье, где климатические ресурсы в сочетании с орошением обеспечивают формирование рекордных урожаев. Однако при современной практике возделывания лука средняя урожайность в регионе не превышает 40 т/га, тогда как многие современные гибриды позволяют формировать более 100 т/га стандартных луковиц. При этом технологии, ориентированной на формирование урожайности лука свыше 100 т/га, сегодня для региона Нижней Волги не существует. Создание такой технологии связано с необходимостью постановки нового спектра задач, решение которых должно быть направлено на повышение устойчивости производства (вопрос «гарантированных» урожаев), на получение продукции, отвечающей требованиям современных стандартов и нормативов. Важно определить условия, при которых возможно получение луковиц для длительного хранения, дифференцировать продукцию по критерию «сохранности» и возможности ее дальнейшего использования. Необходимо максимально использовать преимущества капельного орошения для решения вопросов ресурсосбережения и сохранения экологической стабильности. Решению этого круга задач, необходимых для разработки технологи создания высокопродуктивных луковых агроценозов, были подчинены наши исследования.

Актуальность исследований подтверждается выполнением их в соответствии с научно-технической программой РАСХН «Земледелие, мелиорация и лесное хозяйство» (2006-2010 гг.).

Целью исследований являлось обоснование элементов технологии орошения и удобрения высокопродуктивных гибридов лука с использованием систем капельного полива, обеспечивающих рациональное сочетание расходования ресурсов и выхода экологически безопасной продукции при планировании урожайности на уровне 80-120 т/га.

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

- с учетом биологических особенностей культуры установить научно-обоснованные уровни продуктивности перспективных гибридов лука и обосновать возможности их реализации;

- установить закономерности роста и развития лука, формирования урожайности стандартной продукции в зависимости от условий водного и минерального питания;

- определить динамику влажности активного слоя почвы в онтогенезе лука в различные по условиям увлажнения годы с последующим обоснованием эксплуатационных режимов орошения;

- оценить комплексное влияние орошения и удобрений, метеорологической среды региона на формирование эвапотранспирации и водный режим почвы в посевах лука;

- дифференцировать условия возделывания лука, обеспечивающие формирование продукции для длительного хранения и для немедленного использования или переработки, а также применительно к уровням продуктивности посева;

- установить закономерности накопления нитратов в луковице и определить режимы водного и минерального питания растений, которые обеспечивают формирование экологически безопасной продукции;

- выявить экономически эффективные сочетания регулируемых факторов для формирования планируемых, на уровне 80-120 т/га, урожаев лука. лук растение урожайность водный

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

Предмет исследований - элементы технологии орошения и удобрения новых высокопродуктивных гибридов лука с использованием систем капельного орошения.

Научная новизна. С учетом потенциала продуктивности новых, перспективных гибридов лука определены сочетания водного и пищевого режимов почвы, которые обеспечивают формирование урожайности 80-120 т/га. Для этого диапазона продуктивности установлены закономерности формирования эвапотранспирации лука, основные параметры режимов капельного орошения, численные значения удельных затрат воды на единицу товарной продукции. Разработана статистическая модель накопления нитратов в луковице, позволяющая контролировать условия выращивания лука с целью формирования экологически безопасной продукции. Дифференцированы условия выращивания лука, определяющие пригодность полученной продукции для длительного хранения.

Основные положения, выносимые на защиту:

- комплексная оценка основных урожаеобразующих факторов, обеспечивающих получение 80-120 т/га стандартных луковиц;

- закономерности роста и условия формирования экологически безопасной продукции при формировании урожайности лука на уровне 80-120 т/га;

- закономерности формирования водного режима почвы, водопотребления и основные количественные характеристики технологии капельного орошения лука, обеспечивающей формирование 80-120 т/га экологически безопасной продукции при рациональном использовании водных ресурсов.

Достоверность результатов исследований подтверждается большим объемом экспериментальных данных, полученных в результате трехлетних полевых опытов, которые согласуются с общими представлениями в данной отрасли научных знаний, а также широким применением апробированных современных методик и стандартных методов математического анализа.

Практическая значимость работы определяется разработкой и внедрением технологии возделывания лука, обеспечивающей формирование 80-120 т/га экологически безопасной продукции. Изученные закономерности изменения биохимического состава луковиц во взаимосвязи с ростом продуктивности посева обеспечивают контроль качества формируемой продукции и оценку возможности ее длительного хранения.

Реализация результатов исследований. Производственная проверка разработанной технологии в КФХ «Выборнов В.Д. на площади 25 га и КФХ «Зайцев В.А.» на площади 30 га подтвердила возможность устойчивого формирования урожайности лука до 120 т/га с сохранением качества при рентабельности производства 108 %.

Апробация работы. Результаты исследований и основные положения диссертационной работы докладывались на 3 - й Всероссийской конференции молодых ученых «Новые технологии и экологическая безопасность в мелиорации» (Коломна, 2006 г.), «Проблемы устойчивого развития мелиорации и рационального природопользования» (ГНУ ВНИИГиМ, Москва, 2007 г.), «Мелиорация сельскохозяйственных земель в XXI веке: проблемы и перспективы» (Минск, 2007 г.), «Экологическое состояние природной среды и научно-практические аспекты современных мелиоративных технологий» (Мещерский филиал ГНУ ВНИИГиМ, 2006 г., 2008 г.), международной научно-практической конференции «Проблемы мелиорации земель и воспроизводства почвенного плодородия» (Волгоград, 9-12 сентября 2008 г.), на научно-практических конференциях профессорско-преподавательского состава Волгоградской ГСХА (2007-2009 гг.).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 3 статьи, получено 3 патента на изобретения.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 5 глав, выводов, рекомендаций производству, списка использованной литературы и приложений. Содержание работы изложено на 237 страницах, в том числе основного текста 119 страниц. Работа содержит 41 таблицу, 20 рисунков, 51 приложение. Список использованной литературы включает 172 источника, в том числе 30 иностранных автора.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

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

В первой главе «Научно-производственный опыт и пути повышения эффективности производства лука при орошении» приведен анализ современного состояния вопросов по проблеме интенсификации производства лука, в том числе, возможности использования преимуществ капельного орошения. Показан вклад в данное направление российских и зарубежных ученых, в том числе С.Ф. Гавриш, В.А. Борисова, И.И. Ершова, С.С. Литвинова, А.М. Джамбетова, В.Ф. Пивоварова, А.Ф. Агафонова, Н.С. Авдонина, М.В. Алексеева, Н. А. Пронько, А. И. Голованова, В. В. Бородычева, А.А Казаковой, П.И. Патрона, М.Ю. Храброва, Г. В. Ольгаренко, и др. Накопленный научный опыт возделывания лука свидетельствует о возможности достижения урожайности новых перспективных гибридов этой культуры на уровне 100 т/га и выше. При этом технологии, ориентированной на формирование урожайности лука свыше 100 т/га, сегодня для региона Нижней Волги не существует. Создание такой технологии связано с необходимостью постановки нового спектра задач, решение которых составило основу диссертационной работы.

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

Работа основана на полевых и лабораторных исследованиях, выполненных в Волгоградском комплексном отделе ВНИИГиМ и КФХ «Выборнов В.Д.» Ленинского района Волгоградской области в зоне сухих степей Нижнего Поволжья. Двухфакторный эксперимент, предусматривающий регулирование водного (фактор А) и пищевого (фактор В) режимов почвы, проводили в посевах перспективных гибридов лука Бургос, Атос и Лорензос. Порог предполивной влажности почвы поддерживали на уровне 80 %НВ в течение вегетационного периода (А1), а также дифференцированно: 70-80-80 %НВ (А2), 80-70-80 %НВ (А3), 80-80-70 %НВ (А4) и 70-80-70 %НВ (А5). Удобрения (фактор В) вносили с поливной водой дозами: N₉₀P₈₀K_30, для получения 80 т/га луковиц (В1), N₁₅₀P₁₀₅K₁₂₀, для получения 100 т/га луковиц (В2), N₂₁₀P₁₃₀K₂₁₀, для получения 120 т/га луковиц (В3).

В опыте применяли зональную технологию возделывания лука с дополнением приемами изучаемых вариантов.

Почва опытного участка светло-каштановая, среднесуглинистая. Ее агрохимические и водно-физические свойства типичны для рассматриваемой почвенной подзоны: плотность сложения 1,18-1,27 т/м³, наименьшая влагоемкость в слое 0,4 м - 23,0-24,7 % от массы сухой почвы, содержание подвижного фосфора 21,3-31,2 мг/кг, обменного калия 254-307 мг/кг, легкогидролизуемого азота 24,0-36,9 мг/кг почвы.

По совокупности гидротермических показателей вегетационного периода лука 2006 год характеризуется как засушливый, 2007 год - средневлажный. Вегетационный период лука в 2008 году по метеопоказателям близок к среднемноголетним значениям.

По площади земельного участка опыт закладывался методом расщепленных делянок в 3 повторениях. Размещение вариантов в пределах фактора рендомизированное. Общая площадь опытного участка 2,25 га, площадь одного организованного повторения 0,75 га. Форма и направление делянок, а также размеры защитных полос принимались в соответствии с требованиями общепринятых методик. Гранулометрический состав почвы определяли по методике Н.А. Качинского, плотность сложения - методом режущего кольца, наименьшую влагоемкость - методом заливаемых площадок; содержание минеральных элементов в почве - стандартными методами (ГОСТ 26205, ГОСТ 26951-86); влажность почвы - термостатно -весовым методом (ГОСТ 20915-75); водопотребление лука определяли методом водного баланса (А.Н. Костяков, 1960); показатели фотосинтетической деятельности посева - по методике А.А. Ничипорововича (1979, 1985).

В третьей главе «Водный режим почвы и водопотребление при капельном орошении лука» изучены закономерности формирования водного режима почвы при капельном орошении лука, исследована динамика водопотребления культуры и методы его прогноза во взаимосвязи с уровнем формируемой урожайности.

Динамика влажности и поливной режим лука в годы исследований имели свои особенности, которые определялись изменением водопотребления культуры при формировании различных уровней урожайности, допустимым пределом иссушения почвы по горизонтам и погодными условиями. Для создания оптимальных условий и повышения полноты всходов во все годы исследований после посева лука проводили полив нормой 150 м³/га (рис. 1). Для поддержания порога предполивной влажности почвы на уровне 80 % НВ в период от посева до образования 5-го листа в опытах потребовалось провести 2-4 полива по 160 м³/га, тогда как для поддержания 70 % НВ - не более 3 поливов по 250 м³/га (табл. 1). Поддержание предполивного уровня влажности почвы 80 % НВ в период «образование 5-го листа - начало созревания луковицы» обеспечивалось проведением 11-17 поливов по 160 м³/га. Предполивной порог на уровне 70 % НВ в этот же период был выдержан проведением 6-8 поливов по 250 м³/га.

Таблица 1

Поливной режим и водопотребление лука (гибрид Бургос, среднее за 2006-2008 гг.)

Продолжительность межполивного интервала изменялась от 4-11 суток в период «посев-образование 5-го листа» до 2-5 суток в период «формирование - начало созревания луковицы» и существенно зависела от погодных условий, уровня предполивной влажности почвы и дозы внесения минеральных удобрений.

Установлено, что при продуктивности 80-120 т/га водопотребление лука составляет 4450-5540 м³/га (табл. 1). Повышение порога предполивной влажности почвы с 70 до 80 % НВ в период «посев-образование 5-го листа» сопровождается увеличением суммарного водопотребления на 160-240 м³/га. Такое же увеличение предполивного уровня в период «образование 5-го листа - начало созревания луковицы» повышает суммарное водопотребление на 850-910 м³/га или в 4 раза больше, чем при улучшении условий водообеспечения лука в период от посева до образования 5-го листа. При повышении дозы внесения минеральных удобрений с N₉₀P₈₀K₃₀ до N₁₅₀P₁₀₅K₁₂₀ суммарное водопотребление лука возрастает, в среднем, на 120-230 м³/га, а при увеличении до N₂₁₀P₁₃₀K₂₁₀ - на 300-450 м³/га, что сопровождается сокращением продолжительности межполивных интервалов и увеличением частоты проведения поливов, в среднем, на 1-2 за вегетационный период (табл. 1).

Установлено, что оросительная вода и влага атмосферных осадков являются основными статьями водного баланса, восполняющими дефицит почвенной влаги при капельном орошении лука, доля которых в формировании суммарного водопотребления достигает 92,8-98,0 % %. Соответственно, распределение оросительной воды в течение вегетационного периода лука зависит от тех же факторов, что и суммарное водопотребление. Последнее подтверждается результатами статистического анализа экспериментального материала. Отмечено наибольшее влияние на уровень использования оросительной воды метеоусловий, которое до образования 5-го настоящего листа преобладает над другими факторами (частные коэффициенты корреляции rґ= -0,69-0,92), а в последующие периоды - сравнимо с влиянием условий поддержания водного режима почвы (соответственно значения rґ равны -0,78-0,87 и 0,64-0,78). Влияния уровня минерального питания на затраты оросительной воды отмечено с начала фазы формирования луковицы (rґ=0,45), а в период созревания преобладает над другими факторами (rґ = 0,47 против 0,16-0,28 по факторам водного режима почвы и метеоусловий).

В таблице 1 приведены суммы оросительной воды и влаги атмосферных осадков, поступивших в зону увлажнения при капельном орошении лука. Приведенные данные показывают, что максимум воды в зону увлажнения при капельном орошении лука должно расходоваться при наиболее высоком уровне минерального питания, N₂₁₀P₁₃₀K₂₁₀, и поддержании постоянного порога предполивной влажности почвы не ниже 80 % НВ. При снижении предполивного порога и доз внесения минеральных удобрений уровень водообеспечения лука, необходимый для поддержания заданных порогов предполивной влажности почвы сокращается. Наименьший уровень водообеспечения, 77 % от максимальной суммы оросительной воды и влаги атмосферных осадков, потребовался для поддержания порога предполивной влажности почвы 80-70-80 % НВ в сочетании с внесением удобрений дозой N₉₀P₈₀K₃₀.

Полученные в опыте данные подтверждают целесообразность использования метода биоклиматических коэффициентов для учета метеофактора при составлении прогнозов проведения поливов. Нашими исследованиями определены температурные коэффициенты испарения влаги посевами лука, исходя из следующих соображений:

- в регионах с высокой теплообеспеченностью вариация водопотребления культур наиболее тесно связана с изменением температурного режима, а, следовательно, температурные коэффициенты испарения обладают наибольшим компенсационным потенциалом при максимальной простоте применяемого метода;

- суммы температур, на которые опираются значения данного вида биоклиматических коэффициентов, коррелируют с уровнем продуктивности посева, то есть при среднесрочном прогнозировании (до одного месяца) можно использовать суммы среднесуточных температур воздуха, которые должны быть накоплены посевом при планировании заданного уровня продуктивности.

По результатам эксперимента получена зависимость для определения биоклиматических коэффициентов лука во взаимосвязи с суммой накопленных посевами среднесуточных температур воздуха: , где t - сумма накопленных от посева лука среднесуточных температур воздуха, ⁰С, д - биоклиматические коэффициенты испарения влаги на период, к которому посевами накоплена сумма среднесуточных температур воздуха t, мм/⁰С (рис. 2). Коэффициент детерминации зависимости равен 0,83.

Учет уровня предполивной влажности почвы и условий минерального питания лука позволил уточнить значения биоклиматических коэффициентов и получить более точный прогноз на весь вегетационный период. Формула для расчета уточненных значений биоклиматических коэффициентов лука базируется на приведенной выше зависимости с включением соответствующих показателей: или , где W - порог предполивной влажности почвы в период, к которому посевами накоплена сумма среднесуточных температур воздуха t, % НВ, ш - уровень планируемой урожайности лука, принятый для расчета доз внесения минеральных удобрений, т/га. Коэффициент детерминации данной зависимости 0,96, что позволяет уверенно прогнозировать суммарное водопотребление лука с учетом меняющихся погодных условий и планируемого уровня продуктивности посева.

В четвертой главе «Закономерности роста, развития и продуктивность репчатого лука» охарактеризованы особенности продукционного посева культуры, обеспечивающего формирование урожайности на уровне 80-120 т/га, определены биометрические и физиологические показатели посева, при которых обеспечиваются планируемые уровни урожайности, во взаимосвязи с продуктивностью проанализированы закономерности формирования биохимического состава луковицы.

Исследованиями установлено, что продолжительность различных периодов и фаз роста лука неодинаково изменяется с улучшением условий водного и минерального питания растений. Например, при повышении предполивного уровня влажности почвы с 70 до 80 % НВ продолжительность периода от посева до образования 5-го листа сокращалась, в среднем на 3-4 суток, а такие же изменения режима водообеспечения в дальнейшем увеличивали на 3-5 суток продолжительность периода «5-й лист - начало формирования луковицы» (табл. 2). Таким образом, продолжительность периода интенсивного листообразования существенно возрастала, что сопровождалось увеличением площади листовой поверхности, сформированной к началу формирования луковицы. При поддержании постоянного порога предполивной влажности почвы на уроне 80 % НВ к началу формирования луковицы площадь листьев достигала 35,9-37,5 тыс. м²/га, что на 1,3-1,9 тыс. м²/га больше, чем при поддержании 80 % НВ с фазы образования 5-го листа и на 2,5-2,9 тыс. м²/га, чем при поддержании 80 % НВ в период «посев - образование 5-го листа».

Продолжительность периодов формирования и созревания луковицы возрастала с улучшением условий водного и минерального питания.

Повышение уровня предполивной влажности почвы и дозы и внесения минеральных удобрений в опыте стимулировало рост фотосинтетической активности посева (табл. 2). Чистая продуктивность фотосинтеза возрастала при увеличении предполивного уровня влажности почвы с 70 до 80 % НВ в период до образования 5-го листа на 0,10-0,19 г/м² в сут., в период «5-й лист - начало созревания луковицы» - на 0,31-0,63 г/м² в сут. и всего на 0,03-0,05 г/м² в сут. - при улучшении условий водообеспечения в период созревания. Фотосинтетический потенциал посева увеличивался при повышении порога предполивной влажности почвы с 70 до 80 % НВ в период до образования 5-го листа на 257-317 тыс. м² дней/га, в

Таблица 2

Показатели роста, развития и продуктивность лука при капельном орошении (среднее за 2006-2008 гг.)

период «5-й лист - начало созревания луковицы» - на 634-888 тыс. м² дней/га, в период созревания - на 93-132 тыс. м² дней/га. Увеличение дозы внесения минеральных удобрений с N₉₀P₈₀K₃₀ до N₂₁₀P₁₃₀K₂₁₀ сопровождалось повышением фотосинтетического потенциала посева на 127-404 тыс. м²дней/га, чистой продуктивности фотосинтеза - на 0,16-0,50 г/м² в сут., среднесуточного прироста сухого вещества - на 6-27 кг/га в сут.

Исследования показали, что урожайность лука на уровне 120 т/га с наибольшей вероятностью (более 60 %) может обеспечиваться в посевах гибрида Бургос при внесении N₂₁₀P₁₃₀K₂₁₀ и поддержании постоянного предполивного уровня 80 % НВ (табл. 3). Посевы гибрида Лорензос обеспечивали такой уровень продуктивности с вероятностью 30 %, а в посевах гибрида Атос урожайности на уровне 120 т/га луковиц не получили. Урожайность лука не ниже 100 т/га гарантированно (с вероятностью свыше 95 %) можно получать в посевах гибридов Бургос и Лорензос при том же сочетании факторов или в посевах гибрида Бургос при внесении N₁₅₀P₁₀₅K₁₂₀ и поддержании предполивного уровня влажности почвы 80 % НВ с начала образования 5-го листа с вероятностью 62-84 %. Планировать урожайность лука гибрида Атос на уровне 100 т/га рискованно, вероятность обеспечения такого уровня продуктивности посева не более 40 %. Урожайность стандартных луковиц на уровне 80 т/га может быть гарантированно получена по всем из изучаемых гибридов (Бургос, Лорензос, Атос) при внесении удобрений дозой N₉₀P₈₀K₃₀ и поддержании порога предполивной влажности почвы 80 % НВ минимум в период «образование 5-го листа - начало созревания луковицы».

Исследованиями проведен регрессионный анализ экспериментальных данных по урожайности лука в зависимости от уровня минерального питания и уровня водообеспечения. Причем фактор водообеспечения взят в долях от максимального в опыте уровня (табл. 1), где сумма оросительной воды и атмосферной влаги составила 5 тыс.м³/га. Переход от уровня предполивной влажности почвы к относительному уровню водообеспечения (представленному в долях от максимального в опыте уровня) позволяет сократить количество предикторов (а, следовательно, и сложность зависимости), а также исследовать динамику урожайности в за -

Таблица 3

Результаты вариационной оценки обеспечения планируемых уровней урожайности лука и качества луковиц

висимости от непосредственно ресурсных факторов. Анализ численного материала с применением ЭВМ и современного программного обеспечения позволил подобрать форму зависимости, наиболее отвечающей распределению фактических данных:

Y=a+b·lnЗ+c·ш+d·(lnЗ)2+e·ш 2+f·ш·lnЗ,

где Y - уровень продуктивности лука (т/га стандартных луковиц), ш - уровень планируемой урожайности лука, принятый для расчета доз внесения минеральных удобрений (т/га), З - относительный уровень водообеспечения посева, определяемый суммой оросительной воды и влаги атмосферных осадков, отнесенной к максимальному уровню водообеспечения (в долях единицы, см. табл. 1), a, b, c, d, e, f - эмпирические коэффициенты (табл. 4).

Таблица 4

Параметры зависимости урожайности лука от уровня обеспечения водой и элементами минерального питания

График зависимости на рисунке 3 позволяет наглядно оценить краевые эффекты, при минимальной и максимальной обеспеченности изучаемых факторов.

Из графика видно, что при минимальном уровне водообеспечения (необходимом для поддержания порога предполивной влажности почвы 80-70-80 % НВ) прибавка урожайности от увеличения дозы внесения минеральных удобрений меньше, чем при максимальном в опыте уровне водообеспечения. Тоже можно сказать и о зависимости урожайности лука от уровня водообеспечения при крайних значениях изучаемого диапазона доз применяемых минеральных удобрений. Надежность предложенной зависимости достаточно высока (R² = 0,94), что позволяет использовать ее для прогнозирования уровня урожайности лука в диапазоне 70-120 т/га.

Исследования показали, что при формировании высокопродуктивных агроценозов лука динамично изменяется химический состав луковиц (табл. 3). Из таблицы видно, что сочетания водного и пищевого режимов почвы, обеспечивающих формирование планируемой урожайности лука на уровне 120 т/га, не позволяют накопить в луковицах гибрида Бургос сухого вещества более 10,8-11,2 %, а в луковицах гибрида Лорензос - более 9,1 %. Для длительного хранения можно использовать лук гибрида Бургос, выращенного при поддержании предполивного уровня влажности почвы 80 % НВ до начала созревания луковицы и внесении удобрений дозами N₉₀P₈₀K₃₀ или N₁₅₀P₁₀₅K₁₂₀. При этом урожайность лука не превышает 100 т/га, а в луковице накапливается не менее 11,6-13,3 % сухого вещества.

В пятой главе «Эффективность возделывания лука при капельном орошении» определены возможности получения экологически безопасной продукции, пути снижения затрат воды на формирования урожая и повышения инвестиционной привлекательности проектов возделывания лука при капельном орошении.

С увеличением уровня минерального питания и водообеспеченности посева затраты воды на формирование урожая лука снижаются (табл. 5) по экспоненциальной зависимости: К_Е = е^f(З,ш) (рис. 4), где f(З,ш) = a+b·ln(З)/З² + c/ш², К_Е - коэффициент водопотребления лука, м³/т; ш - уровень планируемой урожайности лука, принятый для расчета доз внесения минеральных удобрений, т/га; З - относительный уровень водообеспечения посева, определяемый суммой оросительной воды и влаги атмосферных осадков, отнесенной к максимальному уровню водообеспечения, в долях единицы; a, b, c - эмпирические коэффициенты, а = 3,6, b = -0,39, c = 2471.

Коэффициент детерминации зависимости 0,83, а все компоненты уравнения значимы на 5 %-ном уровне, что свидетельствует о возможности его прямого использования в оптимизационных расчетах при планировании агроэкологических нагрузок и анализе ресурсообеспеченности технологии возделывании лука. Поддержание постоянного порога предполивной влажности почвы 80 % НВ и внесение удобрений дозой N₉₀P₈₀K₃₀ обеспечило расходование воды на формирование урожая лука не более 58,8 м³/т, при внесении N₁₅₀P₁₀₅K₁₂₀ или N₂₁₀P₁₃₀K₂₁₀ - соответственно 49,2 и 45,0 м³/т.

Наименьшее содержание нитратов в луковице отмечено при поддержании постоянного, 80 % НВ, порога предполивной влажности почвы в сочетании с внесением наименьшей в опыте дозы удобрений, N₉₀P₈₀K₃₀, и составило для гибрида Атос - 56-66 мг/кг, для гибрида Бургос - 47-60 мг/кг, для гибрида Лорензос - 51-62 мг/кг ( табл. 5). По опытным данным разработана экспериментальная модель накопления нитратов в луковице в зависимости от дозы внесения минерального азота и уровня фактической урожайности, регрессионного типа:

NO₃=a+b·Y·ln(Y)+c·Y^1,5+d·Y²+e·Y²·ln(Y)+f·Y^2,5+g·N·ln(N)+h·e^N/wn,

где NO₃ - содержание нитратов в луковице, мг/кг; Y - фактическая (вероятная) урожайность посева, т/га; N - доза минерального азота, кг д.в./га; а =569; b = 2786,1; с = -3286,5; d = 539,8; е = -81,5; f = 3,59; g = -0,32; h = 885,1; wn = 507,6. Коэффициент детерминации составляет 0,82.

Таблица 5

Эффективность возделывания лука при капельном орошении

Комплексный анализ факторов, определяющих урожайность лука и накопление нитратов в луковице показал, что при формировании урожайности около 100 т/га содержание нитратов в луковице в допустимых пределах обеспечивается при внесении удобрений дозой N₁₅₀P₁₀₅K₁₂₀ и поддержании порога предполивной влажности почвы на уровне 80 % НВ, минимум, в период «5-й настоящий лист - начало созревания луковицы». Для обеспечения содержания нитратов в пределах ПДК при формировании 120 т/га луковиц в посевах гибрида Бургос в опытах потребовалось в сочетании с внесением удобрений дозой N₂₁₀P₁₃₀K₂₁₀ поддерживать постоянный в течение вегетационного период предполивной уровень влажности почвы 80 % НВ.

Инвестиции в строительство систем капельного орошения при возделывании лука окупаются за 1 год. Расчеты показали, что наибольший чистый дисконтированный доход по инвестиционному проекту возделывания лука с расчетной площади 5 га за расчетный период 4 года (3435,36-4831,1 тыс.руб.) можно получить при поддержании постоянного, 80 % НВ, порога предполивной влажности почвы. Снижение порога предполивной влажности почвы с 80 до 70 % НВ при возделывании лука в периоды «посев - образование 5-го листа» и созревания луковицы сопровождается сокращением доходной части проектов. Таким образом, при возделывании лука на площади 5 га за 4 года можно получить около 5 млн. руб. чистого дохода. Однако, примерно столько же средств необходимо вложить в производство, о чем свидетельствуют значения индекса доходности дисконтированных затрат. Значения этого показателя, рассчитанные по опытным данным, свидетельствуют, что каждый вложенный в производство лука рубль окупается и дает 1-1,08 рубля прибыли.

ВЫВОДЫ

1. Регулирование водного и пищевого режимов почвы с использованием систем капельного орошения в посевах репчатого лука гибридов Бургос и Лорензос позволяет формировать до 120 т/га луковиц, отвечающих требованиям государственного стандарта.

2. Для формирования урожайности лука на уровне 80 т/га требуется при внесении удобрений дозой N₉₀P₈₀K₃₀ проводить 18-24 полива по 160-250 м³/га, что обеспечивает поддержание порога предполивной влажности почвы 80 % НВ минимум в период «образование 5-го листа - начало созревания луковицы», максимум - в течение вегетационного периода. При внесении N₁₅₀P₁₀₅K₁₂₀ достаточно проведения 15-17 поливов по 160-250 м³/га, что обеспечивает поддержание порога предполивной влажности почвы на уровне 80-70-80 % НВ.

Для формирования урожайности лука на уровне 100 т/га требуется при внесении удобрений дозой N₁₅₀P₁₀₅K₁₂₀ проводить 20-25 поливов по 160-250 м³/га, что обеспечивает поддержание порога предполивной влажности почвы 80 % НВ минимум в периоды «образование 5-го листа - начало созревания луковицы», «посев - начало созревания луковицы, «образование 5-го листа -техническая спелость» или в течение вегетационного периода.

Для формирования урожайности лука на уровне 100-120 т/га требуется в сочетании с внесением удобрений дозой N₂₁₀P₁₃₀K₂₁₀ порог предполивной влажности почвы на уровне 80 % НВ поддерживать в период «образование 5-го листа - техническая спелость» или в течение вегетационного периода, что обеспечивается проведением 23-26 поливов по 160-250 м³/га.

3. Суммарное водопотребление лука в посевах, обеспечивающих урожайность стандартных луковиц на уровне 80 т/га, при капельном орошении составляет 4450-5170 м³/га; при формировании 100 т/га стандартных луковиц - 5070-5350 м³/га; в посевах продуктивностью 120 т/га - 5300-5540 м³/га. При повышении дозы внесения минеральных удобрений с N₉₀P₈₀K₃₀ до N₁₅₀P₁₀₅K₁₂₀ суммарное водопотребление лука возрастает, в среднем, на 120-230 м³/га, а при увеличении до N₂₁₀P₁₃₀K₂₁₀ - на 300-450 м³/га, что сопровождается сокращением продолжительности межполивных интервалов и увеличением частоты проведения поливов, в среднем, на 1-2 за вегетационный период.

4. Экспериментально получены данные, статистическая обработка которых свидетельствует о тесной обусловленности распределения оросительной воды в течение вегетации лука в зависимости от исследуемых факторов и метеоусловий. Отмечено наибольшее влияние на уровень использования оросительной воды метеоусловий, которое до образования 5-го настоящего листа преобладает над другими факторами (частные коэффициенты корреляции rґ= -0,69-0,92), а в последующие периоды - сравнимо с влиянием условий поддержания водного режима почвы (соответственно значения rґ равны -0,78-0,87 и 0,64-0,78). Влияния уровня минерального питания на затраты оросительной воды отмечено с начала фазы формирования луковицы (rґ=0,45), а в период созревания преобладает над другими факторами (rґ = 0,47 против 0,16-0,28 по факторам водного режима почвы и метеоусловий).

5. Среднесуточное водопотребление лука за вегетацию изменяется, в среднем, от 39,7 до 48,1 м³/га в сут., возрастая с увеличением уровня обеспечения водой и элементами минерального питания. При этом с наибольшей интенсивностью, 54,1-60,5 м³/га в сут., влага посевами лука испаряется с начала формирования до начала созревания луковицы.

6. Полученные в опыте данные подтверждают целесообразность использования метода биоклиматических коэффициентов для учета метеофактора при составлении краткосрочных прогнозов проведения поливов. Исследованиями предложена статистическая модель изменения в течение вегетационного периода значений температурных коэффициентов испарения лука, которая учитывает влияние водного режима почвы и уровня минерального питания на текущее состояние посева.

7. Наименьшее количество воды на формирование урожая лука расходуется при поддержании постоянного порога предполивной влажности почвы 80 % НВ. Поддержание такого режима водообеспечения лука при внесении удобрений дозой N₉₀P₈₀K₃₀ обеспечивало расходование не более 58,8 м³ воды на формирование тонны урожая, при внесении N₁₅₀P₁₀₅K₁₂₀ или N₂₁₀P₁₃₀K₂₁₀ - соответственно 49,2 и 45,0 м³/т.

8. Для формирования 120 т/га луковиц посевами должно быть накоплено не менее 3500 тыс. м²дней/га фотосинтетического потенциала при средних значениях чистой продуктивности фотосинтеза 5,13 г/м² в сут. и средней скорости накопления органического вещества 165 кг/га в сут.

Формирование 100 т/га стандартных луковиц связано с необходимостью накопления 3000-3380 тыс. м²дней/га фотосинтетического потенциала при средних значениях чистой продуктивности фотосинтеза 4,73-5,0 г/м² в сут. и средней скорости накопления органического вещества 135-158 кг/га в сут.

Для получения 80 т/га стандартных луковиц достаточно чтобы посевы сформировали 2770-3000 тыс. м²дней/га фотосинтетического потенциала при средних значениях чистой продуктивности фотосинтеза 4,43-4,60 г/м² в сут. и средней скорости накопления органического вещества 1230-125 кг/га в сут.

9. Урожайность лука на уровне 120 т/га с наибольшей вероятностью (более 60 %) может обеспечиваться в посевах гибрида Бургос. Гибрид Лорензос обеспечивает такой уровень продуктивности посева с вероятностью 30 %, а в посевах гибрида Атос урожайность стандартных луковиц 120 т/га не обеспечивается.

Урожайность лука на уровне 100 т/га гарантированно (с вероятностью свыше 95 %) можно получать в посевах гибридов Бургос и Лорензос. Планировать урожайность лука гибрида Атос на уровне 100 т/га рискованно, вероятность обеспечения такого уровня продуктивности посева не более 40 %.

Урожайность стандартных луковиц на уровне 80 т/га может быть гарантированно получена по всем из изучаемых гибридов (Бургос, Лорензос, Атос).

10. Сочетания водного и пищевого режимов почвы, обеспечивающих формирование планируемой урожайности лука на уровне 120 т/га, не позволяют накопить в луковицах гибрида Бургос сухого вещества более 10,8-11,2 %, а в луковицах гибрида Лорензос - более 9,1 %. Учитывая характер взаимосвязи сохранности луковиц с содержанием в них сухого вещества такую продукцию следует использовать без хранения.

11. Урожайность всех изучаемых гибридов лука на уровне 80 т/га обеспечивается с приемлемым уровнем содержания нитратов в луковице при внесении удобрений дозой N₉₀P₈₀K₃₀; при формировании урожайности около 100 т/га содержание нитратов в луковице в допустимых пределах обеспечивается при внесении удобрений дозой N₁₅₀P₁₀₅K₁₂₀ и поддержании порога предполивной влажности почвы на уровне 80 % НВ в течение вегетационного периода, либо в период «5-й настоящий лист - начало созревания луковицы»; достижение урожайности лука на уровне 120 т/га связано с риском занитрачивания продукции. Для обеспечения содержания нитратов в пределах ПДК при таком уровне продуктивности в посевах гибрида Бургос требуется вносить удобрения дозой N₂₁₀P₁₃₀K₂₁₀ и поддерживать постоянный в течение вегетационного период предполивной уровень влажности почвы 80 % НВ.

12. Инвестиции в строительство систем капельного орошения при возделывании лука окупаются за 1 год. Индекс доходности дисконтированных затрат при формировании урожайности лука 80-120 т/га составляет 2,0-2,12 при росте чистого дисконтированного дохода с повышением уровня продуктивности более, чем на 50 %.

ПРЕДЛОЖЕНИЯ ПРОИЗВОДСТВУ

При использовании современного капельного оборудования с элементами систем автоматизации технологического процесса полива орошение следует сочетать с внесением расчетных доз минерального удобрения на планируемые, до 120 т/га, уровни урожайности лука:

- для получения 80-100 т/га луковиц, пригодных для длительного хранения, порог предполивной влажности почвы в посевах гибрида Бургос поддерживать на уровне 80 % НВ в период «посев - начало созревания луковицы» с последующим снижением до 70 % НВ (период созревания) в сочетании с внесением минеральных удобрений расчетной дозой, соответственно, N₉₀P₈₀K₃₀ и N₁₅₀P₁₀₅K₁₂₀;

- для получения 80-100 т/га продукции, подлежащей к использованию без хранения, в сочетании с внесением расчетных, N₉₀P₈₀K₃₀ и N₁₅₀P₁₀₅K₁₂₀, доз минерального удобрения порог предполивной влажности почвы в посевах гибридов Бургос, Атос или Лорензос поддерживать на уровне 80 % НВ в течение вегетационного периода, чем обеспечиваются наименьшие затраты воды на формирование урожая, 49,2-58,8 м³/т, при наибольшем индексе доходности вложенных в производство затрат, 2,06-2,11;

- при реализации проектов, предусматривающих использование луковиц без хранения, ориентировать производство на повышение продуктивности лука до 120 т/га, для чего в посевах гибрида Бургос внесение минеральных удобрений дозой N₂₁₀P₁₃₀K₂₁₀ сочетать с поддержанием постоянного порога предполивной влажности почвы на уровне 80 % НВ. Соблюдение указанных режимов при возделывании лука позволяет получить продукцию с содержанием нитратов в пределах ПДК.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах

1. Бородычев В.В., Выборнов В.В., Болкунов А.И. Орошение и удобрение репчатого лука // Труды Кубанского государственного аграрного университета: серия агроинженерия. 2008. №2. С. 17-21.

2. Дубенок Н.Н., Болкунов А.И., Бородычев В.В., Выборнов В.В., Афиногенов В.В. Капельное орошение и удобрение репчатого лука // Вестник сельскохозяйственной науки. 2008. № 56. С. 34-38.

3. Болкунов А.И., Выборнов В.В. Продуктивность лука при капельном орошении: сб. научных трудов / Экологическое состояние природной среды и научно-практические аспекты современных мелиоративных технологий. Рязань: Мещерский филиал ВНИИГиМ, 2008. С. 258-261.

4. Бородычев В.В., Дубенок Н.Н., Салдаев А.М., Болкунов А.И. Устройство для внесения с поливной водой микроэлементов, химмелиорантов, гербицидов, пестицидов и макроудобрений в системах капельного орошения, мобильных дождевальных машинах кругового и фронтального действия и многоопорных дождевальных машинах позиционного действия фронтального перемещения: патент РФ на изобретение № 2343681 // Изобретения. Полезные модели. 2009. № 2.

5. Рогачев А.Ф., Скитер Н.Н., Болкунов А.И., Салдаев А.М. Способ определения места высадки растений овощных культур в системе капельного орошения: патент РФ на изобретение № 2367143 // Изобретения и полезные модели. 2009. № 26.