Содержание к диссертации
Введение
1. Анализ современного состояния развития капельного орошения в Астраханской области 7
2. Обзор исследований и практики применения капельного орошения 20 при выращивании томатов
3. Методика и условия проведения опытов 34
3.1. Особенности климатических и почвенных условий аридной зоны Нижнего Поволжья 34
3.2. Методика проведения исследований , 42
Результаты исследований 49
4. Влияние режима орошения на урожайность томатов 49
4.1. Характеристика дифференцированных режимов орошения томатов 49
4.2 Влияние режимов орошения на продуктивность томатов 59
4.3. Влияние режима орошения на засоренность посевов томатов 64
4.4. Оценка сбережения водных ресурсов при капельном орошении. 68
Мероприятия по водосбережению при капельном орошении
5. Сравнение хозяйственно-ценных признаков разных сортов томата в условиях капельного орошения
5.1. Фенологические наблюдения за ростом и развитием растений томатов при капельном орошении
5.2. Характеристика биометрических показателей томатов разных сортов при капельном орошении
5.3. Сравнение урожайных свойств томатов разных сортов при капельном орошении
5.4. Характеристика качества плодов томатов разных сортов при капельном орошении
6. Экономическая и энергетическая оценка эффективности возделывания томатов при капельном орошении в условиях Нижней
Волги
Выводы 98
Предложения производству 101
Библиографический список 102
- Особенности климатических и почвенных условий аридной зоны Нижнего Поволжья
- Характеристика дифференцированных режимов орошения томатов
- Влияние режима орошения на засоренность посевов томатов
- Фенологические наблюдения за ростом и развитием растений томатов при капельном орошении
Введение к работе
Актуальность темы. Климатические особенности Астраханской области предоставляют огромные возможности в производстве сельскохозяйственной продукции, особенно теплолюбивых культур, в том числе томатов. Для борьбы с аридностью, характерной для нашего региона, применяется целый комплекс мероприятий, в числе которых одно из самых важных мест занимает орошение. При интенсивных технологиях выращивания сельскохозяйственных культур, когда размер и качество получаемого урожая напрямую зависит от точности поддержания влажности почвы и режима питания растений, эффективным является применение капельного орошения. Актуальность перехода на капельное орошение как водосберегающую технологию возделывания сельскохозяйственных культур объясняется следующими причинами: - ресурсы пресной воды, которые могут быть использованы при орошении, в ряде районов близки к исчерпанию, - расточительность водопользования в сельском хозяйстве приводит к нежелательным экологическим последствиям: из-за переливов происходит вторичное засоление земель, наблюдается эрозия, подтопление, оползни.
В Астраханской области идет активное внедрение капельного орошения при выращивании картофеля и овощных культур, в том числе томатов. Однако ряд вопросов технологии возделывания томатов при капельном орошении в условиях Нижней Волги остается нерешенным: не установлено влияние разных режимов орошения на урожайность томатов; не разработана водосберегающая схема полива томатов при капельном орошении, не обоснован подбор перспективных сортов томата для выращивания при капельном орошении. Все это требует научного обоснования и разработки, что определяет актуальность проведенного исследования.
Цель и задачи исследований. Целью исследований является научное обоснование и усовершенствование водосберегающих элементов технологии возделывания томатов в условиях Нижней Волги.
Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:
провести анализ современного состояния развития капельного орошения в Астраханской области;
выяснить влияние разных режимов орошения на урожайность томатов;
изучить водопотребление дифференцированных режимов орошения томатов, обосновать водосберегающую схему полива томатов при капельном орошении, дать оценку сбережения водных ресурсов при выращивании томатов;
дать сравнительный анализ наиболее часто выращиваемых в Астраханской области сортов томата и обосновать подбор перспективных сортов томата для выращивания при капельном орошении;
провести экономическую и энергетическую оценку эффективности возделывания томатов при капельном орошении.
Научная новизна работы. Впервые проведен анализ современного состояния развития капельного орошения в Астраханской области; определено влияние разных режимов орошения на урожайность томатов; обоснована водосберегающая схема полива томатов при капельном орошении, дана оценка сбережения водных ресурсов при выращивании томатов; проведен сравнительный анализ наиболее часто выращиваемых сортов томата и научно обоснован подбор перспективных сортов томата для выращивания при капельном орошении; определена энергетическая и экономическая эффективность возделываемых томатов при орошении в аридных условиях Нижней Волги.
Практическая значимость исследования заключается в том, что изучены и предложены производству сорта томатов отечественной селекции
для условий аридной зоны при капельном орошении. Рекомендованы хозяйствам водосберегающие элементы технологии возделывания томатов при капельном орошении, обоснована оросительная норма полива при капельном орошении для условий Нижней Волги.
Обоснованность научных положений и выводов диссертационной работы подтверждена многолетним их использованием в хозяйствах региона, рекомендациях и предложениях. Материалы диссертационного исследования использованы для получения стабильно высоких урожаев томата в хозяйствах Астраханской области; что нашло отражение в актах о внедрении. Основные положения диссертации легли в основу монографий и рекомендаций. Результаты исследования используются при чтении лекционных курсов по следующим дисциплинам: «Интенсивные технологии овощеводства», «Растениеводство», «Основы научных исследований в агрономии» и ряда других при подготовке студентов специальностей «Агрономия», «Почвоведение» и «Технология производства и переработки сельскохозяйственной продукции» аграрного факультета Астраханского государственного университета.
Основные положения, выносимые на защиту:
анализ изменения урожайности томатов в зависимости от режимов орошения;
водосберегающая схема полива томатов при капельном орошении и оценка сбережения водных ресурсов;
сравнительный анализ наиболее часто выращиваемых сортов томата и подбор перспективных сортов томата для выращивания при капельном орошении;
экономическая и энергетическая оценка эффективности возделывания томатов при капельном орошении.
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы доложены на международной научно-практической конференции по
пасленовым культурам (Астрахань, 2004), на научно-практической конференции «Опыт, проблемы, перспективы функционирования агропромышленного комплекса» (Астрахань - Камызяк, 2005), на итоговых научных конференциях Астраханского государственного университета (Астрахань, 2004-2007), на заседаниях ученого совета Всероссийского НИИ орошаемого овощеводства и бахчеводства (Камызяк, 2004-2006), на заседаниях кафедры агрономии Астраханского государственного университета (2005-2007). По теме диссертационного исследования автором опубликовано 12 работ, в том числе 2 монографии, 5 рекомендаций, 5 научных статей, из них 1 статья в ведущем рецензируемом журнале.
Объём работы и структура диссертации. Работа изложена на 118 страницах машинописного текста, состоит из введения, обзора литературы, 6 глав, выводов, рекомендаций производству, списка литературы, включающего 158 наименований, в том числе 30 на иностранном языке. Работа содержит 30 таблиц, 3 рисунка.
Особенности климатических и почвенных условий аридной зоны Нижнего Поволжья
Климат Астраханской области находится под воздействием следующих факторов: географическое положение; циркуляционные процессы в атмосфере; характер подстилающей поверхности и удаленность от океанов [4]. Астраханская область располагается «срединно» между Экватором и Северным полюсом (45ЗГ и 4852 северной широты), что обуславливает достаточное солнечное освещение в течение года.
Плоский и равнинный рельеф области, осложненный песчаными массивами, не нарушает общей циркуляции воздушных масс, но наличие на ее территории Волго-Ахтубинской поймы, дельты Волги, а также соседство Каспийского моря создают особый мезоклимат.
Территория Астраханской области, благодаря своему географическому положению, получает много тепла. Продолжительность солнечного сияния составляет 2200-2400 часов за год. Количество суммарной радиации, поступающей на данную территорию, колеблется от 113 ккал/см на севере области до 118 ккал/см2 на юге.
Климат области засушливый и континентальный. Температура воздуха имеет резко выраженный годовой ход. Годовая амплитуда экстремальных температур воздуха составляет 70 - 80 С.
Тепловые ресурсы области велики. Суммы активных температур воздуха выше 10С в южной половине области составляют 3500 -3600 С. С продвижением на север и северо-запад количество тепла убывает и в северных и северо-западных районах сумма температур составляет 3300 -3400 С.
Продолжительность теплого периода (перехода с температуры воздуха выше 0С) по территории составляет 230-260 дней. Безморозный период длится от 160 -170 дней на севере и до 200 дней - на побережье.
Относительная влажность воздуха имеет ярко выраженный годовой ход. Наименьшие ее значения отмечаются в июле - порядка 40-50 %, минимальные в отдельные дни могут снижаться до 15-25% и ниже.
Годовое количество осадков колеблется от 160-180 мм на побережье Каспия до 240-260 мм - на северо-западе области. Малое количество осадков, в сочетании с высокими температурами, определяет сухость воздуха и почвы. Средняя испаряемость за год составляет 1350 мм. Повсеместно высокая испаряемость не обеспечена влагой, поэтому в течение года наблюдается дефицит влаги (табл. 7). Весна, являющаяся в области наиболее коротким сезоном года, наступает во второй половине марта. К этому времени разрушается устойчивый снежный покров, оттаивают верхние слои почвы. Полное оттаивание почвы отмечается в конце марта. Нарастание тепла весной идет очень быстро. В апреле резко увеличивается число ясных дней, идет быстрое подсыхание верхних слоев почвы. Характерной особенностью весны является наличие засушливых периодов. Восточные ветры, холодные и влажные зимой, весной становятся теплыми и сухими. Сильные и даже умеренные ветры могут вызывать пыльные бури.
Весной, в районе поймы и дельты Волги, почти ежегодно наблюдаются солевые бури. Они возникают при сильном южном и юго-восточном ветрах. Источником образования этих бурь являются соленые озера и ильмени. При солевых бурях воздух до такой степени насыщается частицами пыли и солей, что даже образуются солевые туманы и мгла. Поздней весной (в конце апреля) нередко наблюдаются заморозки.
Лето наступает в первой декаде мая. Длится оно 130-150 дней. Лето жаркое и сухое. Летом над территорией Астраханской области устанавливается малоградиентное барическое поле с преимущественным давлением. Нередко это положение нарушается прохождением барических ложбин от циклонов, перемещающихся по средним широтам. Тогда вместо восточных ветров кратковременно устанавливаются западные, более влажные.
Средняя месячная температура воздуха в июле достигает 25 С. В первой половине июня средняя суточная температура воздуха переходит через 20 С и сохраняется выше этого предела в течение 80-100 дней. Максимальные температуры воздуха в этот период могут достигать 38-42С, а поверхность почвы нагревается до 60-70 С.
Характеристика дифференцированных режимов орошения томатов
Важнейшим вопросом растениеводства в орошении является обеспечение потребности растений в воде, что связано с величиной урожая. Многочисленными исследованиями в различных почвенно-климатических зонах установлено, что для поддержания определенного уровня насыщения клеток растений водой в течение вегетационного периода требуется различное количество воды для каждого ряда и вида растений, в том числе томатов [4, 9, 10, 13, 25, 29, 56, 61, 71, 80, 87, 106]. Несмотря на бесспорный факт, что высокий урожай сельскохозяйственных культур, том числе и томатов, можно получить лишь при оптимальном водоснабжении, нельзя забывать об экономии в расходовании поливной воды, о ее продуктивном использовании томатами.
Режим орошения культур формируется под влиянием природных производственно-экономических факторов: почвенно-климатических условий, биологических особенностей сельскохозяйственных культур, способа и техники полива, водообеспеченности, уровня агротехники [26,49].
Успех орошения во многом зависит от того, насколько своевременно проводится каждый полив. При установлении режима орошения томатов и особенно сроков полива следует учитывать особенности отношения культуры к недостаточному их увлажнению почвы и биологические особенности этой культуры во время «критического периода» [20, 22, 57,111].
«Критический период» связан с высокой чувствительностью к обезвоживанию зачатков генеративных органов (бутонов, цветков, завязей), которые быстро опадают при ослаблении в них тургора. Это уменьшает число плодов и снижает их урожай, что особенно отрицательно сказывается на выращивании первых зрелых плодов.
«Критический период» исследователи связывают с формированием у растений зачатков генеративных органов. У томатов длительность срока цветения и завязывания плодов растягивается при капельном орошении от 40 до 50 дней, значит и «критический период», с которым связано появление первых бутонов и цветков, у них длинный [31,32].
Изменение требований растений к влаге по мере роста и развития обусловило разработку так называемых дифференцированных режимов орошения. При этом вегетация делится на три периода - начальный средний и завершающий. Для каждого из них устанавливается свой нижний порог оптимальной влажности. В качестве основного критерия для установления сроков полива принимается нижний предел оптимальной влажности почвы (НВ). Границы допустимого снижения влажности почвы в предполивной период для томатов в период приживания рассады - 80-75% НВ, в фазу бутонизация - начало цветения - 75-70% НВ и в фазу образования и роста плодов - 80-75%о НВ. Влажность почвы и количество поливов зависит от нижнего порога влажности для этой культуры.
Эффективность вегетационных поливов зависит от почвенно-климатических условий, биологических особенностей, сорта, предпосевного запаса влаги в почве и других факторов.
В проведенные нами в 2003-06 гг. полевых исследованиях изучалось влияние режима орошения на урожайность томата сорта отечественной селекции Новичок.
Наибольшее количество осадков, выпавших за вегетационный период, отмечается в 2004 году - 65 мм, наименьшее в 2005 году - 57 мм, 2003 и 2006 годы были близки по этому показателю - 63,2 мм и 63,4 мм соответственно.
В традиционной технологии выращивания томатов при высадке рассады в грунт используют влагозарядковый полив, обеспечивающий лучшее приживание рассады и повышение урожайности томатов. Опыт проводили по схеме: 1 вариант - влагозарядковый полив + дождевание; 2 вариант - влагозарядковый полив + капельное орошение; 3 вариант - капельное орошение.
Определение полевой влажности почвы, поливной и оросительной нормы проводили по В.Г. Дементьеву, 1979 [39].
Характеристика режима влажности почвы и поливных норм при сочетании влагозарядкового полива и дождевания представлена в таблице 12.
Влияние режима орошения на засоренность посевов томатов
Одним из преимуществ капельного орошения является резкое уменьшение сорняков на полях, что также является одной из причин повышения урожайности растений при их выращивании на капельном орошении. Поэтому при изучении влияния режимов орошения на урожайность томатов мы выяснили, как изменяется засоренность посевов томатов в вариантах опыта.
В самом начале развития растениеводства человек столкнулся с необходимостью защищать культурные растения от сорняков, вредителей и болезней. Способы и методы такой защиты от примитивных и единичных в далеком прошлом доросли в наши дни до интегрированных систем. На орошаемых землях для ликвидации засоренности посевов сельскохозяйственных культур затрачивается от 150-700 чел.-час./га.
Способность семян и плодов сорняков передвигаться и сохранять жизнеспособность в воде открытых оросительных систем и водоисточников приводит к быстрому и интенсивному засорению поля при поливах [76,111].
Сорные растения в условиях орошения способны дать очень много семян, которые могут распространяться с поливной водой. С каждым кубометром оросительной воды на поля поступает до 2 тыс. семян сорняков. При поливной норме 600 м /га это составляет 120 семян на 1 м. Оросительная вода нередко приносит семена сорняков, которых на поле раньше не было. Занос семян во время половодья способствует сильному засорению [25,38].
Основной вред, причиняемый сорными растениями, состоит в резком снижении урожаев сельскохозяйственных культур с одновременным ухудшением качества получаемой продукции. Это происходит в результате конкуренции между культурными и сорными растениями за основные факторы жизни — воду, свет и питательные вещества.
Потери урожая от сорняков, болезней, вредителей различных культур в мире очень велики и составляют у овощей 78—79 млн.т, что составляет 30 — 40% общего сбора продукции и оценивается астрономической цифрой — 75 млрд.долларов. У томатов потенциальный урожай рассадных томатов за счет воздействия сорных растений снижается в 3 раза [25].
Снижение урожаев засоренных посевов объясняют ухудшением условий жизни культурных растений. Сорняки, развивая мощные корневые системы, могут поглощать огромные количества влаги. Ухудшая условия жизни культурных растений, сорняки отрицательно влияют на качество урожая. В посевах овощных культур нередко произрастает значительное количество сорных растений, которые конкурируют с культурными растениями за влагу, питательные вещества, тепло и свет [111].
Томаты очень чувствительны к засоренности при их выращивании. Борьбу с сорняками приходится вести до завязывания плодов.
Известно, что для формирования 1 кг сухого вещества сорняки поглощают от 250 до 1000 л воды, и, как правило, это превосходит аналогичный показатель для культурных растений. На засоренных полях влажность почвы в корнеобитаемом слое снижается на 3—4%. У многих сорняков корневая система развивается быстрее, в результате они раньше начинают потреблять воду и питательные элементы, усваивая их нередко в больших количествах, чем культурные растения.
Сорные растения также заглушают посевы, вьющиеся вызывают полегание. Затеняя почву и потребляя из нее огромное количество воды, они снижают температуру почвы, что вызывает ослабление деятельности микроорганизмов, вследствие чего замедляются процессы разложения органического веществ и снабжение растений питательными веществами.
Поливы повышают засоренность в десятки и сотни раз, причем количество побегов сорных растений увеличивается с возрастанием норм полива (с 8 шт. без орошения до 480 и 813 шт./м при нормах полива, соответственно, 800 и 1800 м3/га) [76,118].
При определении влияния режимов орошения на засоренность посевов томатов выяснилось, что сорные растения встречаются на всех вариантах опыта. Данные представлены в таблице 18.
Фенологические наблюдения за ростом и развитием растений томатов 75 при капельном орошении
В сельскохозяйственной практике томат - однолетняя культура. В онтогенезе растения томата проходят следующие фазы: появление всходов, появление первого настоящего листа, образование бутонов, начало и массовое цветение, начало формирования плодов, начало и массовое созревание плодов [2,20,24, 28].
При благоприятных температурных условиях и наличии влаги семена прорастали на 3-4 день. Сначала появляется корешок и внедряется в землю. Семядольные листочки выходят на поверхность почвы и сразу же раскрываются. После всходов дальнейший рост идет за счет точки роста, в которой закладывается один за другим настоящие листья. Первый лист появился через 6 - 10 дней, а затем быстрее - через каждые 3-5 дней. Одновременно с формированием листьев растут стебель и корни [113].
За ростом и развитием растений велись фенологические наблюдения. Наступление фаз развития представлено в таблице 22.
В 2003 году фаза начала цветения наступила через 27 дней после посадки, массовое цветение растения томатов при капельном орошении наступило через 33 дней. Период от массового цветения до массового плодообразования длился 43 дня, плоды томата начали созревать через 76 дней, массовое созревание наступило через 89 дней от посадки в грунт. Продолжительность вегетационного периода составила 113 дней.
Массовое цветение растения томатов в 2004 году при капельном орошении наступило через 31 день после посадки, период от массового цветения до массового плодообразования длился 41 день. У растений томата плоды начали созревать через 68 дней, массовое созревание наступило через дней от посадки в грунт. Продолжительность вегетационного периода в среднем составила 100 дней.
В 2005 году фаза начала цветения наступила через 31 день после посадки, массовое цветение растения томатов при капельном орошении наступило через 37 дней. Период от массового цветения до массового плодообразования длился 50 дней, плоды томата начали созревать через 84 дня, массовое созревание наступило через 92 дня от посадки в грунт. Продолжительность вегетационного периода составила 117 дней.
В 2006 году фаза начала цветения наступила через 27 дней после посадки, массовое цветение растения томатов при капельном орошении наступило через 33 дней. Период от массового цветения до массового плодообразования длился 43 дня, плоды томата начали созревать через 76 дней, массовое созревание наступило через 89 дней от посадки в грунт. Продолжительность вегетационного периода составила 114 дней.
Учетный сбор томатов проводился 21 августа в период массового созревания плодов.
Растения томатов характеризуются наличием округлого, прямостоячего стебля. При образовании множества ветвей и под тяжестью плодов он изгибается и полегает. Рост главного и боковых побегов заканчивается цветочной кистью. Соцветие формируется только из верхушечных почек различных побегов. Корневая система имеет явно выраженный стержневой корень. От главного корня отходят корни первого порядка, от них - корни второго порядка. Бывают также корни третьего и четвертого порядка. Все корни покрыты густой массой корневых волосков. Листья обыкновенные (рассеченные), располагаются поочередно. Также как и стебли, они покрыты железистыми волосками [12, 21,24].
Наши исследования показали, что благоприятный водный режим при капельном орошении способствовал нарастанию вегетативной массы, увеличению высоты растений, количества листьев и их площади, образованию боковых побегов и закладки генеративных органов (цветению кистей).
В проведенных полевых исследованиях мы изучили биометрические показатели роста и развития растений томатов 3 сортов отечественной селекции - Новичок, Волгоградский 5/95, Дар Заволжья - и 2 гибридов голландской селекции - Классик Fi и Бенито Fi, наиболее часто выращиваемых в условиях капельного орошения в хозяйствах Астраханской области (табл. 23).
