Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Состояние изученности проблемы 7
1.1. Биологические особенности облепихи крушиновой 7
1.2. Перспективность способов содержания почвы в садах 15
1.3. Некоторые вопросы интенсификации садоводства 20
1.4. Изыскание способов и технических средств уборки урожая облепихи 25
1.5. Технология возделывания облепихи 28
Глава 2. Условия, объекты и методы проведения исследований 30
2.1. Агроклиматическая характеристика колочной степи Алтайского края 30
2.2. Почвенные условия проведения опытов 33
2.3. Объекты и методы исследования 36
Глава 3. Почвоулучшающая роль облепихи в условиях колочной степи Западной Сибири 45
3.1. Особенности распространения корневой системы облепихи 45
3.2. Симбиотическая активность облепихи крушиновой 51
Глава 4. Эффективность способов содержания почвы в облепиховых насаждениях 63
4.1. Изменения агрофизических и химических свойств почв в зависимости от системы ее содержания в облепиховом саду 63
4.2. Способы содержания почвы в облепиховых садах и развитие эрозионных процессов 89
4.3. Рост и плодоношение облепихи при различных системах содержания почвы 99
4.4. Способы содержания почвы в молодом облепиховом саду 130
Глава 5. Уплотнение насаждений как способ интенсификации возделывания облепихи 135
5.1. Условия роста и плодоношения облепихи при разной плотности посадки 135
5.2. Оптимальные схемы размещения облепихи в насаждениях интенсивного типа при механизированном сборе плодов 148
Глава 6. Состояние и перспективы разработки технологии механизированной уборки урожая облепихи 180
6.1. Уборка урожая облепихи самоходным комбайном 180
6.2. Уборка урожая облепихи способом срезки ветвей 192
6.3. Восстановление насаждений облепихи после сбора урожая способом срезки плодоносящих ветвей 198
6.4. Критерии пригодности сортообразцов облепихи и их подбор для механизированной уборки урожая 217
Выводы 228
Рекомендации производству 230
Список литературы 232
Приложения 289
- Изыскание способов и технических средств уборки урожая облепихи
- Симбиотическая активность облепихи крушиновой
- Способы содержания почвы в облепиховых садах и развитие эрозионных процессов
- Оптимальные схемы размещения облепихи в насаждениях интенсивного типа при механизированном сборе плодов
Введение к работе
Цель исследований. Совершенствование технологии возделывания сортов облепихи, пригодных для механизированной уборки, соответствующей идеям рационального природопользования, обеспечивающей существенное увеличение производства плодов и повышение рентабельности культуры.
Задачи исследования.
Разработать методику отбора образцов для определения уровня азот-фиксации.
Разработать эффективную защитную систему содержания почв насаждений облепихи.
Выявить и оценить пригодность сортообразцов облепихи для механизированного сбора плодов.
Установить рациональные схемы размещения растений облепихи для механизированного сбора плодов.
5. Выявить прогрессивные способы механизированной уборки урожая
облепихи.
Изучить возможности восстановления плантации облепихи после сбора урожая способом срезки ветвей.
Дать экономическое обоснование способов возделывания облепихи.
Научная новизна. Впервые получены количественные данные азотфик-сации.
Определены противоэрозионная эффективность различных способов содержания почвы в облепиховых насаждениях и влияние их на водно-физические, химические свойства почвы.
Подобраны сортообразцы облепихи для разных способов механизированной уборки урожая и выявлены рациональные схемы их размещения.
На защиту выносятся:
Азотфиксирующая активность симбиотического аппарата облепихи в зависимости от содержания азота в почве.
Обоснование различных типов задернения междурядий и водозадержи-вающих устройств постоянного действия для предотвращения водной эрозии в насаждениях облепихи.
Уплотненное размещение растений облепихи на плантациях, экспериментальное доказательство теоретически обоснованных физико-механических параметров растений и плодов для механизированного сбора урожая.
Практическая значимость работы На основе проведенных многолетних исследований обоснованы наиболее эффективные способы возделывания облепихи в условиях колочной степи Западной Сибири. Показано, что задер-нение в междурядьях облепихи на эродированных участках восстанавливает плодородие почв. Задернение рекомендуется в различных условиях увлажнения. Для оценки уровня азотфиксации предложена методика отбора образцов .Рекомендованы схемы посадки для ручного и машинного сбора плодов. Подобраны сортообразцы облепихи для механизированных способов уборки урожая.
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и получили одобрение на научно-практических конференциях, семинарах, совещаниях: международных (Барнаул, 1993, 2002; Улан-Удэ, 1998), всероссийских (Мичуринск, 1985; Новосибирск, 1999; Абакан, 1992; Нальчик, 1994; Курган, 1995), региональных (Барнаул, 1985, 1988, 1999, 2000, 2002), заседаниях ученого совета НИИСС им. М.А. Лисавенко (1978-2003 гг.).
Публикации. Результаты исследований по теме диссертации и её основные положения изложены в монографии «Прогрессивные способы возделывания облепихи на юге Западной Сибири» и в 50 опубликованных работах.
Полученные материалы вошли в рекомендации: «Технология интенсивного возделывания облепихи в Сибири» (1989), «Противоэрозионные способы возделывания садов Сибири» (1990), «Эффективные агроэкосистемы промышленных садов Сибири» (1991).
Получены три патента на способы возделывания облепихи (в соавторстве): № 2074607 от 10.03.97 г., № 2090052 от 20.09.97 г., № 2242865 от 27.12.04 г.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 6 глав, выводов и предложений производству. Изложена на 323 страницах, содержит 113 таблиц, 22 рисунка и 10 приложений. Список использованной литературы включает 540 источников, в том числе 48 иностранных.
Особую благодарность автор выражает научному руководителю академику РАСХН, д.с.-х.н. С.Н. Хабарову, а также глубокую признательность за помощь при обсуждении результатов исследований и ценные консультации академику, Д.С.-Х.Н. И.П. Калининой, д.с.-х.н. Е.И. Пантелеевой, д.с.-х.н. В.И. Усенко, Д.С.-Х.Н. И.Т. Трофимову, д.с.-х.н. Л.М. Бурлаковой, к.т.н. В.Д. Бартеневу, к.с-х.н. П.Р. Шотту и лаборанту Н.П. Петуховой, которая многие годы непосредственно участвовала в выполнении полевых и лабора-торно-аналитических работ, В.Л. Третьяковой, принявшей участие в оформлении диссертации.
Изыскание способов и технических средств уборки урожая облепихи
Культура облепихи для садоводства Сибири становится важной не только ввиду богатого биохимического состава, но и регулярного, устойчивого плодоношения.
Сейчас производство лекарственных препаратов сдерживается недостатком сырья - плодов облепихи. Следовательно, все больше возрастает необходимость увеличения сбора плодов. Одна из причин, сдерживающих расширение площадей под облепихой, низкая производительность труда при уборке урожая, и нет способов, которые могли бы существенно ее повысить. На ручной сбор плодов расходуется 86% всех затрат на выращивание плодов (Харламов, 1973). Поэтому для увеличения валового сбора плодов облепихи, наряду с расширением насаждений, выведением новых сортов, необходимо решать проблему механизированного сбора урожая.
В настоящее время уборка плодов облепихи производится следующими основными способами: вручную отрыванием каждого плода облепихи и ош-мыгиванием плодов с помощью пружинистых крючков (Бартенев и др., 1981). В НИИСС облепиху собирают только первым способом, в специализированных хозяйствах облепиху убирают крючками. Но и уборка с помощью крючков тоже не решает проблему сбора, так как производительность труда увеличивается лишь в 2-3 раза по сравнению с обычным. Вместе с плодами удаляются однолетние побеги, а оставшиеся часто повреждаются, что ведет к снижению урожайности облепихи до 40% (Бартенев и др., 1983). В Бурятии, Туве, Монголии широко распространен способ сбора плодов облепихи зимой ударом палкой по кусту или отдельной ветви (Сократова, Фаустов, 1974; Авдай, 1975), однако таким способом возможно убирать урожай в малоснежных районах, где рано наступают морозы более 16 С. В Алтайском крае, где снега в начале зимы выпадает много, а сильные морозы наступают позже, этот способ малоприемлем. Недостатком зимнего сбора урожая является трудность сохранения плодов от птиц.
Для уборки плодов в состоянии биологической спелости Дагтег (1952) предложил ручной пресс, при помощи которого выдавливается сок из ягод непосредственно на кустах и сливается в емкость. Этот способ отличается низкой производительностью и большими потерями сырья.
В Монголии изучали сбор плодов облепихи вручную, выдавливанием сока ручным прессом, счесыванием плодов вилкой, отряхиванием замороженных плодов. Наименее производителен первый способ. Однако его преимущество состоит в том, что растения не повреждаются и урожайность в будущем не снижается. Все остальные способы ведут к повреждению растений и существенному снижению урожайности в следующем году (Кошевников, Авдай, 1976).
С 60-х годов в НИИ садоводства Сибири (г. Барнаул); ВИСХОМе, ВИЛАРе (г. Москва); НИИ механизации лесного хозяйства, (г. Красноярск); в экспериментальном хозяйстве ВИУА (г. Гусь-Хрустальный); АЛИ, АНИИЗИСе (г. Барнаул); на Новосибирской плодово-ягодной станции (г. Бердск) ведутся поисковые работы по разработке технических средств для сбора плодов облепихи.
Исследования работы пневмовакуумных установок различных конструкций, вращающихся щеточных барабанов, предназначенных для «счесывания» плодов, показали неприемлемость этих способов уборки урожая облепихи ввиду низкой производительности труда и сильного повреждения плодов (Бартенев и др., 1976,1977; Земляков и др., 1974; Милованова, 1980; Бахарев и др., 1981; Варламов и др., 1981; Бахарев, 1993). Испытание в Швеции на уборке урожая облепихи смородиноуборочных комбайнов показало недостаточную полноту съема плодов (Wahlberg, 1994).
В результате поисковых работ в НИИСС наметилось два способа машинной уборки облепихи: путем отряхивания плодов комбайном и путем срезки плодоносящих ветвей с последующим съемом плодов.
Почти во всех существующих плодоуборочных машинах в нашей стране и за рубежом используются рабочие органы вибрационного типа. Предварительные исследования вибрационного способа уборки плодов облепихи показали, что он может оказаться наиболее перспективным и высокопроизводительным (Бартенев и др., 1975; Вишняков, 1980; Бартенев, Поляков, 1985; Михайлова, 2003). Известно, что отделение плодов от ветвей при вибрационном способе уборки происходит в результате действия инерционных сил, приложенных к плодам, возникающих от колебания точки подвеса плода в горизонтальной и вертикальной плоскостях; соосной растягивающей силы; усталостных разрушений плодоножки в месте прикрепления к ветви или плоду, а также в результате кручения плода относительно места его прикрепления к плодоножке. Величины инерционных сил зависят от ускорения, с которым движется плодоносящая ветвь или плод, а также от массы плода (Варламов, 1978).
Изготовленные вибраторы позиционного типа с захватом за скелетные ветви, штамбы позволили повысить производительность труда в 10-12 раз и поэтому решить полностью проблему уборки урожая облепихи не могут. Про блема уборки облепихи может быть решена только при повышении производительности труда в 70-100 раз по сравнению с ручным сбором (Бартенев и др., 1976). Такой производительности можно достичь при создании машины непрерывного действия, когда все операции выполняются в едином технологическом цикле.
Симбиотическая активность облепихи крушиновой
Наиболее надежным показателем активности процесса азотфиксации является активность нитрогеназы - основного фермента в процессе связывания молекулярного азота. Ацетиленовый метод определения активности нитрогеназы, предложенный Hardy et. (1968) благодаря высокой чувствительности и сравнительной простоте находит все большее распространение. Метод основан на способности ферментного азотофиксирующего комплекса-нитрогеназы восстанавливать помимо молекулярного азота в аммиак, ряд других соединений с тройной связью (в том числе ацетилена в этилен) в количествах прямо пропорциональных уровню восстановления азота. Молекула азота черезвычайно прочна и химически инертна, вследствие этого необходимы большие затраты энергии, чтобы превратить его в аммиак (Кретович и др., 1983). Жизнедеятельность клубеньковых бактерий в условиях симбиоза находится в тесной связи с физиологией высшего растения-хозяина, которая имеет ярко выраженный суточный ритм всех процессов. В наибольшей степени суточные ритмы проявляются в процессе фотосинтеза, интенсивность которого играет немаловажное значение для продуктивности симбиотической азотфиксации и рассматривается как главный лимитирующий фактор. Максимум продуктивности азотфиксации связан с периодом активного поступления в дневные часы продуктов фотосинтеза в корни, а при их истощении в ночное время суток активность процесса азотфиксации резко снижается. На тесную связь этих двух процессов указывали М.В. Федоров (1952); Н.В. Михайлова (2002).
Факторы, повышающие продуктивность фотосинтеза, такие, как освещенность, температура воздуха и почвы, влажность почвы, в равной мере спо собствует более высокой активности азотфиксации. Результаты измерения азотфиксации у облепихи показаны на сорте Чуйская (рис. 2). Кривые суточной фиксации азота с максимумом в период от 12 до 18 часов и минимумом от 1 до 5 часов хорошо коррелируют с суточной кривой температуры воздуха. За период максимальной температуры фиксируется 40-56% суточного азота. Наиболее продуктивным временем суток является промежуток между 8 и 21 часа. В это время фиксируется 65-73% азота, накапливаемого за сутки. На вторую половину суток приходится 20-35% симбиотически связываемого азота.
За период максимума фиксации атмосферного азота температура воздуха повышалась в мае - июне до 33С, освещенность увеличивалась с 320000 до 670000 люкс, транспирация достигала в мае 0,35мг/г в час, в июне 1,1мг/г в час, что привело к увеличению фотосинтеза и в равной мере способствовало более высокой активности азотфиксации.
То, что интенсивность азотфиксации в клубеньках контролируется интенсивностью фотосинтеза подтвердилось во время дождя в июне 2001 г. когда при снижении температуры воздуха с 32С до 10С и притока ассимилян-тов произошло уменьшение азотфиксаци с 84,6 до 49,9 мг/час на одно растение. Срезка плодоносящих ветвей, с целью уборки урожая, приводит из-за отсутствия листового аппарата весной к снижению уровня азотфиксаци в 4-5 раз по сравнению с необрезанными растениями и составляет 5,1-11,5 мкг азота в час на грамм клубеньков. По мере восстановления ассимиляционной поверхности, а значит увеличения интенсивности фотосинтеза, азотфиксация на обрезанных кустах повышается и к началу августа достигает 105мкг азота в час на грамм клубеньков, что в 3 раза выше контроля. Об этом же свидетельствуют исследования по клеверу белому (Rule и др., 1985). После срезания его побегов наблюдалось уменьшение интенсивности азотфиксации более чем на 70%, интенсивности фотосинтеза на 83-96 %, интенсивности дыхания на 30-40 %, уровень азотфиксации находился в тесной корреляционной зависимости со скоростью отрастания и увеличением возможностей растений к осуществлению фотосинтеза. А.И. Чундерова, СМ. Алисова (1979), И.Н. Андреева и др. (1981, 1986), М.В. Вильяме и др. (1985), также выявили тесную взаимосвязь между фотосинтетической способностью листьев и азотфиксирующей активностью клубеньков на растениях сои и люпина.
Изучение динамики азотфиксации позволило обнаружить различия в активности этого процесса в разные фазы развития облепихи. Начало фиксации атмосферного азота было отмечено в апреле, затем шло ее нарастание. Наиболее высокого уровня этот показатель достигает в фазу цветения и в начале образования плодов (2962-3008 мг азота на растение в сутки), в остальные фазы развития облепихи идет процесс снижения (рис. 3). Так, в 2000 г. к моменту созревания плодов активность азотфиксации снизилась на 42% по сравнению с фазой цветения и завязывания плодов, в 2001г. в момент полной зрелости она составляла 38% от уровня в фазу плодообразования.
Способы содержания почвы в облепиховых садах и развитие эрозионных процессов
Склоновое размещение садов в континентальных условиях Западной Сибири обеспечивает активный рост надземных органов, корневой системы и устойчивое плодоношение многолетних культур. В тоже время из-за интенсивного стока снежной воды, ливневых осадков, проявляется развитие эрозионных процессов, что обусловлено низкими фильтрационными свойствами, слабой устойчивостью почвы к смыву.
Облепиха в силу своих биологических особенностей (мутовчатого строения кроны) снижает скорость ветра и тем самым обладает высокой способностью удерживать снег (Васильченко, 1978).
С.Н. Хабаров (1991) на основании многолетних наблюдений предложил классификацию садовых культур по влиянию их на развитие водной эрозии, в которой облепиховые насаждения относятся к наиболее эрозионноопасньш в колочной степи Алтайского края. За годы наших исследований даже вне зоны лесной полосы запасы воды к периоду снеготаяния достигали 158 мм (табл. 27, рис. 9). Особенно много снега накапливалось на заветренной стороне«защитных полос (до 395 мм). Такое локальное скопление зимних осадков вызывало снеголомы (с 5 по 18 куст) и облепиха почти не давала урожая, а в период снеготаяния усиливало разрушение почвы (рис. 10).
Размер твердого стока в большей степени зависел от характера распределения осадков, чем от объема поверхностного стока. При равномерном распределении снега на участке смыв почвы заметно уменьшался, при неравномерном - увеличивался (Хабаров, 1991). Это связано с тем, что до появления проталин вода идет под снегом, по мерзлой почве, имеет невысокую скорость и смыва в этот период почти не наблюдается, а при появлении проталин мутность воды возрастает (Уваров, 1981 г.). Смыв почвенной массы в насаждениях облепихи, в основном, происходил за счет таяния снега, расположенного в зоне действия лесной полосы, который сохранялся на 1-10 дней больше, чем вне зоны лесной полосы (табл. 28).
В связи с этим потоки воды идут по уже растаявшей почве, сильно разрушая ее. А.Д. Орловым (1974) отмечено, что интенсивность стаивания во многом определяется солнечной радиацией и температурным режимом. На черном пару и на сплошном задернений она почти одинаковая и составила 3,3-7,5 см/сутки (табл. 29).
Пологие, но большой протяженности склоны в садах, в отличие от полевых условий, являются более эрозионноопасными из-за высокого снегонакопления. Установлено, что степень проявления эрозионных процессов находится в прямой зависимости от увлажнения почв с осени (Хабаров, 1985; Михайлова, 2000,2003). При хорошем увлажнении сток возрастает, при более низком -уменьшается. По нашим наблюдениям за период 1981-1987 гг., выпадающие осадки осенью увлажняли почву до 98-105% НВ.
В результате уменьшалась величина свободной пористости, что отрицательно повлияло на водопроницаемость и сток. Сплошное задернение и задер-нение через междурядье облепихового сада существенно снижали смыв почвы, однако уменьшения стока после посева трав не было отмечено, так как использованная травосмесь имела поверхностную корневую систему и не смогла обеспечить достаточной дренированности верхних слоев почвы.
Поэтому после посева трав в саду пришлось устраивать бульдозером углубления (чеки-лиманы) длиной 8-12 м и глубиной 10-12 см, которые оказались эффективны, так как их объем сохранялся, и продолжительность полива увеличивалась до 2-2,5 часов. Благодаря аккумулирующему действию чеков во время поливов и дождей на вариантах с задернением стока не было. Чеки-лиманы, изготовленные на участках черного пара, оказались недостаточно надежными. В отличие от вариантов задернения, на черном пару отмечалось быстрое их заиливание. Во время полива, продолжительность которого составляла I час, выдавали 170 м3/га воды, периодический сток на черном пару начинался через 20 минут, постоянный через 35 минут. За 25 минут полива смыв почвы в 1985 г. составил 1,79 т/га, в 1987 г. за 6 минут было смыто около 0, 4 т/га почвы, В то время как на задернений сплошном и полосном сток отсутствовал (табл. 30).
Растительность своим наземным пологом ослабляет силу дождевых капель, и в связи с этим снижается скорость водотоков, в то же время дерново-перегнойный слой удерживает большое количество воды, тем самым уменьшает поверхностный сток (Гольдштейн,1974).
Оптимальные схемы размещения облепихи в насаждениях интенсивного типа при механизированном сборе плодов
В связи с тем, что в НИИ садоводства Сибири начали разрабатывать первые образцы облепихоуборочных машин, возникла необходимость выявления оптимальной схемы посадки для уборки облепихи способом срезки плодоносящих ветвей и способом вибрации, поэтому в 1988 г. был заложен опыт № 2.
Наблюдение за снежным покровом в насаждениях облепихи при разной степени загущения показали, что схемы посадки не оказали существенного влияния на распределение зимних осадков. Ветви в ряду на всех вариантах к этому времени сомкнулись, поэтому не было перераспределения снега в связи с разной степенью уплотнения. Так, высота снега за последние три года на контроле составила 74,1 см и на самой плотной схеме посадки 2,5 х 0,8 - 74,3 см, соответственно плотность снега 0,22 и 0,21 г/см3 и запасы воды в снеге 159 и 153 мм.
При оценке водного режима почвы не выявлено четкой зависимости водообеспеченности от степени уплотнения насаждений. Большое влияние на уровень увлажнения почвы оказали выпадающие осадки. Весной 1991 г. снеготаяние шло очень медленно (35 дней), поэтому талая вода поступала преимущественно в почву, что при выпадающих дождях обеспечило до июля оптимальный уровень увлажнения в корнеобитаемом слое до 71-74% НВ (рис. 15). Однако отсутствие дождей в июле, августе привело к водному дефициту в почве, который сохранялся до конца вегетации. В 1992 г. осенне-зимние осадки при отсутствии стока обеспечили высокий уровень влаги весной, но длительная засуха в начале вегетации уже в июне снизила влагозапа-сы до 57-61% НВ, выпавшие осадки в июле в размере 117,3 мм улучшили водный режим, затем в августе он снова снизился. В 1993 г. осенне-зимние осадки и выпадающие дожди в мае и июне обеспечили хорошее увлажнение почвы до июля.
При анализе почвы на изучаемых схемах посадки не выявлено существенных различий в содержании основных элементов питания (табл. 70). Так, обеспеченность аммиачным и нитратным азотом, доступным фосфором на всех схемах посадки сохранялась почти на одном уровне в течение вегетации. Весной, когда процессы нитрификации подавлены низкими температурами, в почве преобладает аммиачный азот. По мере прогревания почвы содержание аммиачного азота снижалось, а нитратного - повышалось. По наличию азота почвы относятся к низкообеспеченным. Содержание подвижного фосфора зависит от микробиологических процессов в почве, и по мере повышения температуры подвижность его повышается. Исследуемые почвы по содержанию подвижного фосфора и азота относятся к низкообеспеченным.
На плотной схеме посадки (2,5 х 0,8 м) на четвертом году жизни сада растения сорта Чуйская стали отставать от контроля в росте за счет уменьшения (на 32%) количества побегов (табл. 71).
На схемах посадки с междурядьями 3 метра количество побегов уменьшилось на 3-20 %, а длина прироста - на 12-19%. Уменьшение длины прироста в связи с уплотненным размещением растений отмечено и на пятом году жизни сада, но в меньшей степени. Начало вегетационного периода 1992 г., когда шел интенсивный рост побегов, было засушливым, это оказало влияние на величину прироста.
Смыкание ветвей в рядах у сорта Чуйская на всех схемах произошло на второй год после посадки. В четырехлетнем саду на самой плотной схеме посадки 2,5 х 0,8 м ширина светового коридора составила 36-53 см в зависимости от сорта, при трехметровом междурядье - 79-127 см и четырехметровом - 178-209 см. Отношение высоты кроны к ширине светового коридора у сорта Чуйская на плотной схеме размещения было 5,0 у сорта Пантелеевская -2,2. С увеличением ширины междурядий происходило его уменьшение до 0,9-1,3 в зависимости от сорта (табл. 72). Фиксирующий угол у сорта Чуйская на четвертый год посадки был на схеме размещения 2,5x0,8 - 67, 3,0x0,8 - 56 и на контроле (4,0x1,0) - 42 (рис. 16). В семилетнем возрасте у сорта Чуйская на контроле он составил 46. По мере уплотнения увеличивался до 76. В семилетнем возрасте ширина светового коридора при четырехметро вом междурядье находилась в пределах 152-199 см, при трехметровом - 60 102 см в зависимости от сорта.
