Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Краткий обзор литературных источников 5
1.1. Биологические и агротехнические особенности 6
1.2. Предшественники проса 14
1.3. Удобрение проса 17
Заключение 19
Глава 2. Биоклиматический потенциал продуктивности проса 20
2.1. Приход ФАР и урожайность проса 21
2.2. Влагообеспеченность и урожайность проса 23
2.3. БКП и урожайность проса 26
Заключение 28
Глава 3. Условия и методика проведения исследований 29
3.1. Цель и задача исследований 29
3.2. Агрохимическая характеристика почв опытного участка и обоснование схемы опыта 30
3.3. Анализы и учеты в исследованиях 34
3.4. Агрометеорологические условия зоны и характеристика сорта Камышинское 67 35
3.5. Технология возделывания проса 42
Заключение 45
Глава 4. Фотометрические параметры посевов проса 45
4.1. Площадь листьев 46
4.2. Фотосинтетический потенциал 51
4.3. Накопление сухой биомассы посевами 54
4.4. Чистая продуктивность фотосинтеза 60
4.5 Продуктивность работы листьев 64
Заключение 67
Глава 5. Водопотребление посевов проса 68
5.1. Суммарное водопотребление 69
5.2. Коэффициенты водопотребления 71
5.3. Приемы оптимизации водного режима растений 73
Заключение 75
Глава 6 . Минеральное питание растений проса 77
6.1. Содержание питательных веществ в растениях 78
6.2. Потребление NPK растениями 85
6.3. Вынос NPK растениями 91
6.4. Использование NPK из почвы и удобрений 96
6.5. Окупаемость урожая 99
Заключение 100
Глава 7 . Урожайность проса, ее структура и качество зерна 101
7.1. Урожайность проса 101
7.2. Элементы структуры урожая 103
7.3. Качество зерна 105
Заключение 107
Глава8. Использование ФАР посевами проса 107
8.1. Аккумулирование и использование ФАР 108
8.2. Энергетическая оценка возделывания проса 110
Заключение 112
Выводы 113
Предложения производству 115
Список литературных источников 115
Приложения 132
- Биологические и агротехнические особенности
- Приход ФАР и урожайность проса
- Цель и задача исследований
- Площадь листьев
Введение к работе
В хозяйствах северо-западной зоны Волгоградской области просо является высокоурожайной культурой и имеет большое продовольственное значение, а также кормовое значение. Отходы крупяного производства, а также просяная солома по своим питательным свойствам являются лучшими в ряду других культур. Просяное сено и солома не уступают по питательности сену луговых и однолетних трав. В годы, неблагоприятные для перезимовки озимых и их гибели, просо является лучшим растением для пересева. Оно является хорошей покровной культурой для многолетних бобовых трав. Перспективным является посев проса на зерно в качестве повторных посевов на орошаемых землях в годы, благоприятные по погодным условиям, особенно после озимой ржи на корм. Просо имеет хорошую способность противостоять поражению грибными болезнями, большинству насекомых и сусликам. При сильном распространении клопа-черепашки нередко взамен сильно пораженных этим вредителем колосовых хлебов высевают просо. По своему хозяйственному значению, биологическим свойствам и агротехническим требованиям просо занимает положение страховой культуры в засушливые годы. Кроме того, оно выгодно для урожая: использует и поздние осадки и благодаря позднему севу и созреванию уменьшает напряжение в период посева весной и уборки урожая осенью, позволяет более равномерно распределять труд и машинную технику.
Из проса получают пшено, в котором белка больше, чем в рисовой, перловой, гречневой, ячневой крупах, а по содержанию крахмала оно не уступает другим крупам. Например, крахмала в среднем в пшене содержится 81%, белка - 12 - 13%, жира - 3,5 - 4,0%, сахара - 0,15%, клетчатки - 1,04%.
Передовые хозяйства выращивают высокие урожаи проса и продают государству большое количество зерна этой крупяной культуры. Однако, проблема крупяных культур, и в первую очередь проса, еще не решена. Недостаточно внимания производству этих ценных культур уделяется в Саратовской, Воро-
нежской, Волгоградской и других областях. Основная причина низких урожаев проса заключается в неудовлетворительной агротехнике его возделывания, которая не соответствует биологическим особенностям этой культуры. В настоящей работе изложены результаты исследований по изучению особенностей формирования урожая проса, проведенных в условиях СПК «Староаннинский» Новоаннинского района Волгоградской области. Урожайность проса в Волгоградской области остается низкой и составляет 5-10 ц/га зерна. Низкая урожайность объясняется нарушением технологии ее возделывания.
Нами проводились исследования по обоснованию норм удобрения с учетом величины программируемой урожайности и агрохимических параметров почвы.
Исследования проводились по плану научно-исследовательских работ агрономического факультета Российского государственного аграрного заочного университета на 2000 - 2002 гг.
В результате проведенных в 2000 - 2002 гг. исследований выявлены следующие положения:
расчет норм удобрений под запрограммированный урожай с учетом выноса NPK, эффективного плодородия почв, использования NPK из почвы и вносимых туков обеспечивает получение 60 - 65 ц/га зерна проса;
расчетные нормы удобрений позволяют быстро создавать посевы с оптимальной площадью листьев с высокой фотосинтетической деятельностью в течение всего периода вегетации;
высокопродуктивные посевы проса формируют 2 - 3 кг зерна на каждую тысячу единиц ФП.
Биологические и агротехнические особенности
Биологические особенности возделывания проса исследованы достаточно полно и более подробно освещены в работах (Елагина И. Н., 1991; Золотухина Е. Н., 1999; Лысова В. Н, 1968; Корнилова А. А., 1960 и др.). В своих исследованиях авторы отмечают, что просо с момента посева и до полного созревания требует определенных условий внешней среды для каждой стадии развития, причем по мере прохождения данных стадий развития эти требования резко изменяются. В силу своих биологических особенностей просо изменяет некоторые свойства и качественные признаки под воздействием определенных погодных условий. На эту сторону указывают многие авторы, в частности (Просвир-кина А. Г., 1987; Мальчиков П. Н., Ильин В. А., Кумаков В. А., 1991; Зауралов О. А. и др., 1994; Ремесло В. Н., 1966; Сагдиева Л. Г., Хисамутдинов С. Ш., 1997 и др.). Влияние условий внешней среды на развитие животных и растительных организмов отмечают в своих трудах великие ученые (Дарвин Ч., 1928; Мичурин И. В., 1946; Тимирязев К. А., 1948 и др.).
Несмотря на обширное освещение в литературе материала по изучаемому вопросу, отдельные элементы изменения роста и развития проса в зависимости от складывающихся погодных условий изучены мало.
Просо - культура жаркого и засушливого климата и для построения новых тканей и клеток, наряду с интенсивной ассимиляцией углекислого газа требуется постоянная обеспеченность влагой. Большинство исследователей отмечают, что при высокой температуре семена проса через 2 суток начинают прорастать, для чего требуется 25 - 27% воды от веса семян. Растения проса экономно расходуют почвенную влагу. В среднем транспирационный коэффициент проса составляет 200 ед., тогда как у ячменя он достигает 400 ед., яровой пшеницы - 420, овса - 470 ед.
В литературе отмечается, что по анатомическому строению корня, стебля и листьев просо имеет сходство с известными ксерофитами - житняком и другими растениями. Исследователи относят просо к наиболее засухоустойчивой группе растений (Вавилов П. П., Гриценко В. В., Кузнецов В. С, Третьяков Н. Н., Шатилов И. С. 1986;. Костикова Н. О, Цуканов А. Ф., 1992; Давидян Н. И., Гусейнов Т. Л., Инойкин Д. С, 1991; Crowly..., 1957 и др.).
В ряде работ исследователями вопрос об устойчивости растений к засухе прослеживается не только практическим, но и теоретическим путем. Так, например, П. А. Генкель (1982) под засухоустойчивостью понимал способность протоплазмы растительного организма выдерживать обезвоживание с незначительным нарушением нормальных физиологических свойств и функций. Но по исследованиям О. А. Зауралова (1994) просо переносит временно глубокое обезвоживание тканей. В период засухи просо задерживает или даже приостанавливает свой рост, уменьшает испарение влаги путем свертывания листьев вдоль средней жилки листа.
А. И. Щукин в своей работе «Влияние засухи на физико-химические изменения культурных растений в условиях различной влажности почвы» в 1930 г. писал, что «проблема зависимости урожая от засухи является одним из основных вопросов Юго-Востока, где количество влаги в почве дает главный фон для развития растений, а засухоустойчивость является непременным условием высокой продуктивности сельскохозяйственных культур». В результате своих исследований автор пришел к выводу, что засухоустойчивость растений - это такое свойство растения, которое позволяет временно переносить недостаток влаги в почве и высокую температуру воздуха. Этим свойством, этой способностью хорошо обладает культура проса, характеризующаяся максимальной способностью задерживать воду в своем организме.
Сравнительно небольшая потребность к влаге у проса установлена исследователями по транспирационному коэффициенту (Чамышев А. В., 1990;. Мур-замадиева М. А, 1986 и др.). Использования растениями проса летних осадков приведены в публикациях (Романов В. А., 1958, 1967; Ильин В. А., 1958, 1960). Отдельные авторы отмечают различное отношение к влаге различных ботанических форм проса. Развесистое просо считается наиболее влаголюбивым, по сравнению с пониклыми и кормовыми формами Б. А. Арнольд (1916, 1920, 1923). В исследованиях отмечается, что недостаток влаги в почве тормозит прохождение световой стадии и развитие растений, снижает число колосков, число развитых цветков и зерен в метелке. Своими исследованиями Т. А. Эмих (1959) подтверждает вышесказанное и отмечает, что недостаток влаги в почве в период образования элементов цветка сильно сказывается на число развитых колосков соцветия. Условие влажности влияет и на химический состав зерна. Д. А. Сабинин (1963) в своих исследованиях отмечает, что содержание азота в просе зависит от суммы осадков и температурных условий за период вегетации. Наиболее высокое содержание азота в зерне проса совпадает с малым количеством осадков, высокой температурой и коротким вегетационным периодом. В. А. Ильин (1958) установил, что содержание белка в зерне проса обратно пропорционально величине осадков.
Просо относится к группе теплолюбивых культур и многие исследователи в своих работах указывают на большую роль температурных условий при возделывании проса (Елагин И.Н., 1987; Ильин В.А., 1958; Мальчиков П.Н., Ильин В.А., Кумаков В.А.,1991;Сагдиева Л.Г., Хисамутдинов Н.Ш., 1997 и др.).
Большое влияние на развитие проса в первый период жизни оказывает температура воздуха и почвы (Зауралов О. А., 1998; Кульков В. Ф., 1997). К. А. Тимирязев (1962) писал, что повышение температуры до оптимума ускоряет развитие растений и сокращает вегетационный период. Повышение оптимальной температуры подавляет физиологические процессы в растении, а это в свою очередь приводит к замедленным темпам роста и развития. Для нормального роста и развития каждому виду растений, в том числе и растениям проса, требуются определенные условия. Просо всходит при температуре +10... +12С на 5 - 10-ый день после посева.
Приход ФАР и урожайность проса
«Каждый луч солнца, не уловленный нами, а бесплодно отразившийся назад в мировое пространство - кусок хлеба, вырванный изо рта отдаленного потомка, а вместе с тем станет понятно, что владение землей не право только или привилегия, а тяжелая обязанность, грозящая ответственностью перед судом потомства» (Тимирязев К. А., 1948).
Программирование - составная часть интенсивно развивающейся новой науки об управлении. Суть ее - разработать оптимальную программу и систему ее решения. Программирование урожаев предусматривает разработку оптимального варианта технологии возделывания культуры, в которой все операции четко регламентированы во времени, количественно и качественно, взаимосвязаны с биологией развития растений, с почвенными и климатическими факторами.
Первые опыты по программированию урожаев по картофелю были проведены А. Г. Лорхом (1939), по озимой пшенице - М. С. Савицким (1956). Лорх разработал график нарастания сухой биомассы картофеля, регулировал в соответствии с ним питание, водоснабжение и углекислотный обмен растений. Савицкий заранее составлял структурную формулу урожая, а также густоту стояную массу зерна, рассчитал норму удобрений под заданный уровень урожая, проводил орошение при необходимости. Урожайность картофеля оказалась равной 528 ц/га клубней, озимой пшеницы - 99,8 ц/га зерна (по Шатилову И. С, 1973).
Вследствие широкого внедрения в сельскохозяйственное производство достижений точных наук, современных приборов и ЭВМ программирование урожаев получило дальнейшее развитие. Программа экспериментальных исследований стала обогащаться новыми показателями роста и развития растений. Одним из важнейших стал показатель фотосинтетической деятельности растений. К. А. Тимирязев (1948) считал, что «...предел плодородия земли определяется не количеством вносимых удобрений и подаваемой воды, а количеством световой энергии, посылаемой Солнцем на данную поверхность». Следовательно, от объема фотосинтетической деятельности растений, от величины коэффициента использования ими солнечной энергии зависит их продуктивность и в конечном счете урожай (Шатилов И. С, Столяров А. И., 1986; Устенко Г. П., 1963; Мальчиков П. Н., Ильин В. А., Кумаков В. А., 1991; Ничипорович А. А., 1956; Falisse A., Bodson В., 1989 и др.).
Потенциальный, или максимально возможный, урожай (Упу) проса можно определить при помощи математической модели продукционного процесса и формирования урожая. Для его оценки используют формулу (Каюмов М. К., 1989; Тооминг X. Г., 1978; Шатилов И.С., Каюмов М. К., 1978): Кт - коэффициент хозяйственной эффективности урожая, или Кхоз; EQ - суммарный за период вегетации приход ФАР, кДж/см2; q - теплотворная способность биомассы, кДж/кг; 104 - 10000 (коэффициент для перевода урожая в ц/га). По данным Волжской метеорологической станции, приход суммарной ФАР составляет за год 235,7 кДж/см , в том числе за период вегетации проса (с 20 мая по 28 августа) 108,8 кДж/см . При сжигании 1 кг зерна проса выделяется 19259 кДж энергии. Соотношение зерна к соломе обычно составляет 1:2. Этому соотношению соответствует Кт - 0,333 (1:3) при определении урожайности абсолютно сухого зерна, Кт для урожая 14%-ной влажности равен 0,387 (0,333 : 86% х 100%). Если посевами аккумулируется 2% ФАР, то урожай составит:
Прежде агрономы-опытники годами довольствовались тем урожаем, который вырастет в данных природных условиях, лишь бы были некоторые различия между контролем и изучаемым вариантом. Метод программирования ставит перед агрономической наукой качественно новую задачу - заранее определить конечные результаты опыта и соответственно формировать его условия (Каюмов М. К., 1989; Шатилов И. С, 1977 и др.).
Процесс логического развития учения об урожае как сложной функции многих процессов и факторов, определяющих его количественные и качественные характеристики, отражает программирование урожаев. Этот метод позволяет заранее рассчитать технологический процесс получения заданного урожая: норму высева, густоту стояния растений, площадь листьев, фотосинтетический потенциал, нормы удобрений, режимы орошения и др. с учетом климатических условий, генетического потенциала сортов и естественного плодородия почвы (Зиганшин А. А., 1985; Шатилов И. С, Столяров А. И., 1989; Каюмов М. К., 1989; BadouxS, 1988 и др.).
Академик И. С. Шатилов (1977) отмечает, что теоретическое обоснование и практическое создание высокопродуктивных посевов, которые способны в разных условиях усваивать энергию солнечной радиации с максимально возможным для этих условий КПД ФАР, - один из важнейших принципов программирования урожая.
Цель и задача исследований
Цель исследований заключалась в обосновании норм удобрений под запрограммированную урожайность 25 - 65 ц/га зерна проса и уточнении норм высева в почвенно-климатических условиях Новоаннинского района Волгоградской области. В задачу исследований входило: - определение теоретически возможной урожайности проса по приходу фотосинтетически активной радиации (ФАР), БКП и эффективному плодородию почвы; - определение действительно возможного урожая (ДВУ) по лимитирующему урожай фактору - влагообеспеченности почвы и растений; - изучение фитометрических параметров посевов; - определение суммарного водопотребления и коэффициентов затрат воды на 1 ц биомассы и зерна; - прогнозирование водопотребления по фазам роста и развития растений; - выявление выноса и использования питательных веществ растениями; - обоснование норм удобрений на различные уровни программируемых урожаев проса с учетом биологических особенностей сорта, коэффициентов использования питательных веществ из почвы и удобрений; - разработка рекомендаций по программированию урожаев проса; - проведение энергетической оценки возделывания проса; - разработка комплекса агротехнических мероприятий, уточнение и совершенствование элементов интенсивной технологии возделывания проса.
Агрохимическая характеристика почв опытного участка и обоснование схемы опыта Исследования проводились в 2000 - 2002 гг. на полях СГТК «Староаннинский» Новоаннинского района Волгоградской области. Почва опытного участка представлена среднемощным глинистым и тяжело-суглинистым южным черноземом. Механический состав почвы приведен в приложении 1. Подробное описание почв Волгоградской области приведено в книге (Дегтярева Е. Т., Жуми-дова А. Н., 1970).
Агрохимические показатели почвы были следующими: рН составляет 6,7, содержание гумуса по Тюрину - 5,23%, легкогидролизуемого азота по Тюрину и Кононовой - 5,4 мг/100 г, подвижного фосфора по Кирсанову - 14,6 мг/100 г, обменного калия по Масловой - 25,8 мг/100 г, сумма поглощенных оснований -33,4 мг.-экв. на 100 г почвы.
Опыт закладывался в 4-кратной повторности. Размер делянки 125 м2 (длина 25 м, ширина 5 м), учетная площадь делянки - 100 м (длина 25 м, ширина 4 м). Расположение вариантов систематическое. Расчетные нормы NPK вносили весной зерновой сеялкой СЗ-3,6. Использовали аммиачную селитру, гранулированный суперфосфат и калийную соль. Предшественник - черный пар. Норма высева - 2,0 млн. семян. Посев проводили в 2000 г. - 18 мая, в 2001 г. - 28 мая, в 2002 - 20 мая. Межфазный период посев - всходы составлял в 2000 г. - 11 дней, в 2001 г. - 11 дней, в 2002 г. - 11 дней. В среднем -11 дней. С учетом КПД ФАР и вносимых туков нами была обоснована и принята к реализации следующая схема опыта по расчету норм удобрений под запрограммированную урожайность проса.
Схема опыта с нормами удобрений была следующей: 1-ый вариант - без удобрений (уровень программируемой урожайности Различают два вида плодородия: первый - потенциальное, второй - эффективное. Потенциальное плодородие - это способность почвы формировать урожай в течение столетия, тысячелетия. Эффективное плодородие - это свойство почвы формировать урожай в течение одного года, т. е. за период вегетации культуры от посева до уборки. В данном случае ограничивающим фактором выступают питательные вещества почвы, или один из ее элементов, который содержится в минимальных количествах. По данным химического анализа почвы величина возможной урожайности рассчитывается по каждому элементу питания. Отмечаем, что в условиях севооборота в этой урожайности находится и действие ранее внесенных под предшественник удобрений, а также последействие пожнивных и корневых остатков, питательные вещества которых после минерализации поступают в почвенно-поглощающий комплекс и становятся дополнительной статьей баланса NPK. Обоснование норм NPK осуществляли по формуле (5). Рассчитывали величину возможного урожая по азоту, фосфору и калию почвы (Каюмов М. К., 1989): По картограммам обеспеченности питательными веществами на участке, где закладывался опыт с удобрениями, в южном черноземе среднемощном глинистом и тяжелосуглинистом в почве содержалось:
Площадь листьев
Поглощение и аккумулирование фотосинтетически активной радиации, а также продуктивность посева находятся в прямой зависимости от величины ассимилирующей поверхности и продолжительности ее работы. Однако при очень большой площади ассимилирующей поверхности посева возможно снижение общей и зерновой продуктивности, вследствие снижения интенсивности фотосинтеза и ухудшения условий для формирования и созревания зерна. За 47 данная продуктивность посева достигается при определенной площади листьев, зеленых стеблей и метелок. Результаты наших исследований по динамике нарастания площади листьев проса по фазам роста и развития приведены в таблице 5. Анализ наших исследований показывает, что в фазу кущения площадь листьев незначительная. В варианте без удобрений она составляла 10,1 тыс. м /га, что было ниже второго варианта на 2,7 тыс. м /га, меньше третьего - на 6,8 тыс. м /га, ниже четвертого - на 9,8 тыс. м /га и меньше пятого - на 12,0 тыс. м2/га. Уже в начальной фазе заметна роль повышающихся норм NPK. Разница между крайними вариантами была существенной и колебалась в 2,18 раза. В фазу выхода растений в трубку эти показатели оказывались значительно выше, в первом варианте в 2,50 раза, во втором варианте в 2,32 раза, в третьем - в 2,18 раза, в четвертом - в 2,25 раза и в пятом - в 2,30 раза. 5. Площадь листьев проса при разном уровне питания (средняя за 3 г.), тыс. м /га Уровень питания Кущение Выход в трубку Выметывание метелки Цветение Молочная спелость Восковая спелость Полная спелость В этой и в последующих таблицах 1-ый уровень урожая - вариант без удобрений, 2-ой - N47P30K43 ПД урожай 35 ц/га, 3-ий - под урожай 45 ц/га (N88P54K8o), 4-ый - 55 ц/га (N124P73K114) и 5-ый уровень урожая - 65 ц/га зерна (Ni55P88Kl43) За межфазный период выход в трубку - выметывание метелки эти показатели составляли соответственно 1,16; 1,19; 1,14; 1,15 ив 1,14 раза, достигнув максимальных значений.
В течение межфазного периода выметывание метелки - цветение происходило отмирание листьев нижних ярусов. В связи с этим во всех вариантах опыта уменьшилась площадь ассимилирующей поверхности: в первом варианте - на 5,4 тыс. м /га, во втором - на 5,8 тыс. м /га, в третьем - на 6,0 тыс. м /га, в четвертом - на 7,3 тыс. м /га и в пятом - на 8,0 тыс. м /га. От фазы цветения до молочной спелости продолжалось отмирание листьев и снижение их деятельной поверхности. По сравнению с предыдущими показателями она стала меньше в первом варианте в 1,37 раза, во втором - в 1,29, в третьем - в 1,28, в четвертом - в 1,26 и в пятом - в 1,25 раза. Резкое уменьшение площади листьев наблюдалось в наших исследованиях за межфазный период молочная - восковая спелость. Лист снижает свою деятельную поверхность независимо от обеспеченности посевов питательными веществами. В процессе фотосинтеза участвовали лишь флаговые листья. В варианте без удобрения она уменьшилась в 2,57 раза, во втором - в 2,42, в третьем - в 2,16, в четвертом - в 2,10 и в пятом - в 2,03 раза (табл. 5, рис. 3). Следует отметить, что уменьшение площади листьев начиная с фазы выметывания метелки происходило в меньших размерах в вариантах с более высокими нормами удобрений. Такие растения оказывались более жизнестойкими и фотосинтетически активными при внесении NPK. В приложении 5 приведены приросты площади листьев проса по фазам роста и развития, а также данные по их уменьшению от максимума. Анализ приведенных данных показывает, что к фазе выхода в трубку рас у тения проса по вариантам увеличили площадь листьев на 15,2 - 28,8 тыс. м /га. Этот период следует назвать периодом максимального накопления ассимилирующего аппарата. Межфазный период выход в трубку - выметывание метелки в среднем длился 25 дней. Прирост составлял 4,1 - 7,6 тыс. м /га. В этот период площадь листьев максимально фотосинтезировала и обеспечивала получение заданной биомассы. От фазы выметывание метелки до цветения продолжительность работы листьев проса составляла в среднем 16 дней и в этот период она снижалась на 5,0-8,0 тыс. м2/га. Межфазный период цветение - молочная спелость короче предыдущего в среднем на 4 дня. За этот период площадь листьев снизилась на 6,5 - 10,1 тыс. м2/га. Значительное сокращение ассимилирующей поверхности наблюдалось в межфазный период молочная - восковая спелость. За это время площадь листь-ев уменьшалась на 10,7 - 20,5 тыс. м /га. От фазы восковой спелости до полной спелости листья практически отмирали полностью, их площадь в эту фазу по вариантам опыта уменьшалась на 5,9-18,1 тыс. м2/га. Из выше изложенного вытекает заключение о том, что для получения высокой продуктивности посева необходимо как можно быстрее сформировать оптимальную площадь листьев и создать условия для их продолжительной работы.
Похожие диссертации на Агротехнические особенности программирования урожайности проса в условиях северо-запада Поволжья
