Содержание к диссертации
Введение
1. Агробиологические и мелиоративные основы возделывания риса 8
1.1 Народнохозяйственное значение риса и современное состояние рисоводства в Российской Федерации 8
1.2. Биологические особенности риса, мелиоративные требования к условиям произрастания и характеристика основных зон рисосеяния 12
1.3. Причины полегания посевов риса и пути его предотвращения 27
1.4. Эффективность возделывания риса при затоплении 34
2. Обоснование направлений совершенствования агротехнических приемов возделывания риса в условиях поймы дона на основе функциональ но-стоимостного анализа (теоретические исследования) 39
3. Объект исследований и методика проведения опытов 46
3.1. Почвенно-климатическая характеристика опытного участка 46
3.2. Изучаемые вопросы и схемы опытов 53
3.3. Методика проведения исследований 55
4. Мелиоративная агротехника, направленная на снижение полегаемости посевов риса в услови ях поймы дона (результаты исследований) 61
4.1. Мелиоративное состояние опытных участков 61
4.2. Влияние предшественников риса на полегаемость посевов и их продуктивность 64
4.3. Влияние агротехнических приемов возделывания риса на полегаемость его посевов 67
4.4. Рост, развитие растений риса и структура урожая в условиях оптимального режима орошения 97
4.5. Методика прогнозирования полегания посевов риса 104
5. Водный баланс рисового поля и водопотребленйе риса в условиях дефицита водных ресурсов 109
5.1. Водный баланс рисового поля 109
5.2. Суммарное водопотребление риса и удельный расход оросительной воды на единицу продукции 112
5.3. Ресурсосберегающий водный режим риса в период вегетации 118
6. Экономическая эффективность разработок 122
6.1. Технико-экономические показатели при проведении уборочных работ на посевах риса 122
6.2. Экономическая оценка научных разработок 126
Выводы и предложения производству 129
Список использованной литературы 132
Приложения 143
- Биологические особенности риса, мелиоративные требования к условиям произрастания и характеристика основных зон рисосеяния
- Обоснование направлений совершенствования агротехнических приемов возделывания риса в условиях поймы дона на основе функциональ но-стоимостного анализа (теоретические исследования)
- Влияние предшественников риса на полегаемость посевов и их продуктивность
- Суммарное водопотребление риса и удельный расход оросительной воды на единицу продукции
Введение к работе
Актуальность темы. В мировом сельскохозяйственном производстве рис является наиболее распространенной крупяной культурой. Он занимает одно из первых мест по валовому сбору зерна, размеру посевной площади и урожайности /1/. Рис является диетическим продуктом, обладает высокими питательными свойствами, содержит 70-80% крахмала и 7-8% белка, причем последний характеризуется исключительно высокой усвояемостью и благоприятно сбалансированным содержанием незаменимых аминокислот /2/. По урожайности рис занимает первое место среди зерновых культур, а по посевным площадям и валовому сбору зерна - второе. В России и странах ближнего зарубежья урожайность риса колеблется в пределах 1,1-4,5 т/га, составляя в среднем около 4,0 т/га. Несмотря на то, что в Российской Федерации рис не является основной продовольственной культурой, перспективная потребность в рисе составляет 6 кг рисовой крупы на душу населения. В Российской Федерации основные зоны рисосеяния расположены на юге страны, где имеются все условия для производства такого количества риса.
Сокращение площадей посевов риса сопровождается ослаблением и почти полным невыполнением соответствующих работ по агротехнике, селекции риса, а также по строительству и эксплуатации рисовых систем. Все это приводит к ухудшению мелиоративного состояния земель на рисовых оросительных системах и требует необходимости их переустройства и реконструкции.
Для обеспечения продовольственной безопасности Российской Федерации в рисовой крупе необходимо производить не менее 1 млн. т. риса сырца. В настоящее время его валовые сборы находятся в пределах 450-500 тыс. т. Вовлечение в активный сельскохозяйственный оборот малопродуктивных земель, которые непригодны для других культур без коренной мелиорации, с помощью культуры риса способствует повышению продуктивности почв со-
лонцового комплекса, особенно засоленных земель, открывает большой резерв в интенсификации сельского хозяйства.
Из 280 тыс. гектаров дельты и поймы Нижнего Дона 60% (около 170 тыс. га) засолены, из них 25 тыс. га составляют солонцовые почвенные комплексы.
В связи с изложенным, разработка высокопродуктивных технологий возделывания риса позволяющих повысить урожайность с 3,2 до 5 т/га, снизить себестоимость продукции на 20-30% и получить экологически чистый, диетический рис является актуальной задачей агромелиоративной науки.
Одной из причин низких урожаев в условиях поймы Дона является полегание посевов риса, которое приводит к значительным потерям урожая, снижению качества риса, к увеличению затрат при уборке. В связи с этим совершенствование агромелиоративных приемов, направленных на предотвращение полегаемости и повышения продуктивности посевов риса, является весьма приоритетной задачей.
В настоящей работе изложены результаты исследований, отражающие особенности возделывания риса в условиях поймы Дона.
Цель работы. Разработать агротехнические приемы возделывания и орошения риса затоплением без применения противозлаковых гербицидов, обеспечивающие устойчивость посевов к полеганию, повышение продуктивности рисовых оросительных систем с экологически чистой продукцией. Изучить элементы водного баланса рисового поля и выявить фактически полезный расход воды растением необходимый для формирования урожая.
Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:
Изучить причины полегания посевов риса и установить их влияние на урожай.
Обосновать направления совершенствования агротехнических приемов возделывания риса на основе функционально-стоимостного анализа (ФСА).
Оптимизировать агротехнические приемы возделывания риса с целью снижения полегаемости посевов и повышения их продуктивности.
Установить и научно обосновать режим орошения без применения противозлаковых гербицидов и водопотребление риса, направленные на рациональное использование оросительной воды.
Разработать методические положения прогнозирования полегаемости посевов риса на основе инерционных факторов.
Определить эффективность возделывания риса с учетом особенностей агротехники, направленной на снижение полегаемости посевов и затрат при уборке.
Научная новизна. В результате исследований впервые для условий поймы Дона на рисовых оросительных системах установлены рациональные элементы технологии и биологические закономерности:
дана оценка генетической продуктивности и устойчивости к полеганию сорта «Златый» по сравнению со стандартным сортом - «Кубань-3»;
установлено, что полегаемость посевов является фактором регулируемым внешними условиями: глубиной заделки семян, сроком посева, предшественником, нормой высева семян, водным режимом рисового поля без применения противозлаковых гербицидов;
определено водопотребление и выявлен фактически полезный расход воды растением риса, необходимый для формирования урожая;
выявлено, что инерционным фактором прогноза полегаемости посевов риса является температура воздуха в фазу кущения, вероятность прогноза - 65 %.
Практическая ценность. Разработаны и рекомендованы сельскохозяйственному производству агротехнические приемы возделывания риса, позволяющие предотвратить полегаемость посевов, повысить урожайность при снижении затрат.
Разработана природоохранная технология возделывания риса без применения противозлаковых гербицидов на промытых (от солей) и засоленных поч-
вах, которая способствует получению экологически чистой диетической продукции.
Определены экономически целесообразные оросительные нормы и выявлен полезный расход воды растениями риса для формирования урожая.
Результаты исследований могут быть использованы специалистами, занимающимися вопросами рисосеяния.
Реализация и апробация работы. Результаты исследований по изучению особенностей возделывания риса при затоплении внедрены в 1999-2001 гг. на Нижне-Маныческой оросительной системе на общей площади 150 га с получением положительного экономического эффекта.
Основные положения диссертации доложены и одобрены на научно-практических конференциях: Новочеркасск: «Проблемы коллекторно-дренажной сети на оросительных системах» (НГМА, 27-28.10,1998 г.), «Актуальные проблемы орошения и рациональной эксплуатации систем на местном стоке в современных условиях» (НГМА, 26-28.10.1999 г.); Ростов-на-Дону, РГЭУ: «Совершенствование экономического механизма хозяйствования в АПК» (24.05.2000 г.).
Публикации. Результаты исследований опубликованы в 6 научных статьях.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, шести глав, выводов и предложений производству, списка использованной литературы из 133 наименований, в том числе 13 зарубежных авторов. Работа изложена на 154 страницах машинописного текста, содержит 53 таблицы, 7 рисунков и 8 приложений.
Автор выражает благодарность за научные консультации доктору технических наук, профессору, Заслуженному деятелю науки и техники Полякову Ю.П., кандидату сельскохозяйственных наук, профессору, Заслуженному мелиоратору РФ Сенчукову ГА. и доктору сельскохозяйственных наук, профессору, Заслуженному мелиоратору РФ Ивановой Н.А.
Биологические особенности риса, мелиоративные требования к условиям произрастания и характеристика основных зон рисосеяния
Жизнь любого растения протекает в тесной взаимосвязи со средой обитания. В зависимости от этого формируется его внешний вид, физиологические особенности. Наглядно это проявляется у растений риса, которые могут возделываться в условиях различной обводненности почвы.
Основным центром возникновения современных форм культурного риса являются южные отроги Гималайского хребта. Сложный рельеф предгорий и большие уклоны приводили к значительным потерям осадков из-за повышенного поверхностного стока. С целью снижения потерь и лучшего обеспечения водой растений риса, земледельцы вынуждены были устраивать с нижней по уклону стороны участков земляные валики. Растения риса вблизи валиков после сильных дождей попадали в условия затопления. При этом земледельцы заметили, что рис обладает более высокой водоустойчивостью, чем подавляющее большинство сорных растений. Отсюда и возникла идея использовать слой дождя на полях риса как средство борьбы с сорняками /20, 21/. Известно, что рис выделяется из всех сельскохозяйственных растений по своим биологическим особенностям, морфологическому строению, поглощению питательных веществ и своеобразным способом возделывания, выработанным на протяжении тысячелетий /22, 23/.
Для произрастания семян риса, как и всех остальных растений, необходима влага, тепло и кислород. Но вследствие принятого способа возделывания риса со слоем воды, затапливаемого в то или иное время, а чаще всего от посева, рис занял особое место среди других культурных растений, и способ его возделывания обусловливает получение всходов и дальнейшее развитие в воде /24/. Рис по своей биологии заметно отличается от всех возделываемых злаков. Будучи гигрофитом, он имеет наибольшую продуктивность только при выращивании на полях со слоем воды. Приспособленностью риса к слою воды используют в агротехнических целях - для уничтожения суходольных сорняков и просянок, рассоления засоленных почв и т.д.
Растения риса относятся к семейству злаковых. Имеют мочковатую корневую систему, при возделывании на затопленной почве корни не имеют корневых волосков, а основная масса их (85-90%) сосредотачивается в слое почвы 0-15 см, и только небольшое количество корней проникает на большую глубину. При получении всходов за счет естественных запасов влаги в почве, что имеет место при посеве риса с глубокой заделкой в конце марта -начале апреля, корни риса образуют много корневых волосков и могут проникать в более глубокие слои почвы (30-40 см) /25/. Нарастание корней у риса наиболее интенсивно протекает в период от кущения до выхода растений в трубку, после чего образование новых корней практически прекращается.
Корни риса в процессе роста формируют внутри воздухоносную ткань аэренхиму, которая связана с аэренхимой влагалищ и листовых пластинок. Таким образом, у риса создается единая непрерывная воздухоносная система, обеспечивающая возможность нормального функционирования корней риса в условиях постоянного анаэробиоза, который имеет место в затопленной почве рисовых полей. В связи с наличием аэренхимы воздух, а вместе с ним и кислород, систематически подается в корни, а из них диффундирует в почву, в результате чего вокруг корней создается окисленная микрозона /26/.
В течение вегетации рис проходит несколько фаз: прорастание, всходы, кущение, выход в трубку, выметывание, цветение и созревание. Переход от одной фазы к другой происходит по биологическим законам количественных и качественных изменений в организме растения и приводит к появлению новых морфологических образований и признаков.
Прорастание семян начинается, когда содержание воды в эндосперме достигает 28-35%, а в зародыше - 50-52%. Семена набухают, поглощая воду, в них активизируются ферменты, начинается деструкция таких важнейших биополимеров, как белки и крахмал. Вслед за набуханием семян идет накле-вывание, а также образование колеоптиля разной длины, которые могут происходить при полном отсутствии кислорода, что и наблюдается в затопленной почве. В результате исследований отмечено, что если при наклевывании семян в окружающей их среде кислорода содержится менее 1%, то разрастается только колеоптиль («почечка»). Рост корешка при этом заметно тормозится. При содержании 3% кислорода в зоне прорастающих семян колеоптиль независимо от его размеров останавливается в росте, ломается и отмирает, но в это время начинают расти корни и настоящие листья. Эта физиологическая особенность семян риса положена в основу режима орошения на период получения всходов. Поэтому, как правило, слой воды, набранный после посева в чеки для их равномерного увлажнения, сбрасывается тогда, когда происходит массовое наклевывание семян с образованием колеоптилей длиной 3-5 мм /27/.
Обоснование направлений совершенствования агротехнических приемов возделывания риса в условиях поймы дона на основе функциональ но-стоимостного анализа (теоретические исследования)
Изменения в техническом уровне организации и управлении сельскохозяйственным производством, необходимые в условиях перехода к рыночным отношениям, невозможны без активизации работ в области использования нетрадиционных методических инструментов, позволяющих на системной основе решать задачи повышения эффективности использования объективно ограниченных ресурсов при производстве сельскохозяйственных культур, в том числе и риса. Одним из таких инструментов является функционально-стоимостной анализ (ФСА), получивших в настоящее время, благодаря работам профессора В.П. Санникова и его учеников, широкое распространение при исследовании процессов мелиорации сельскохозяйственных земель/101, 102,103, 104/. В качестве исходной информации для проведения функционально-стоимостного анализа технологического процесса возделывания риса были использованы разработанные во ВНИИПиН технологические карты на возделывание риса с соответствующей корректировкой для условий хозяйства ЗАО «Арпачинское» (приложение А) /105/. На их основе был сформулирован полный состав функций технологического процесса возделывания риса и построена функционально-структурная модель возделывания риса (рисунок 1). При построении функционально-структурной модели учитывалось одно из важнейших требований ФСА, заключающееся в том, что функции верхнего уровня должны являться отражением целей для функций нижестоящего уровня. В свою очередь, нижний уровень функций является средством обеспечения функций вышестоящего уровня. Функционально-структурная модель технологичебкого процесса возделывания риса позволяет не только вскрыть все существующие связи в процессе, но и дает возможность перейти к количественным оценкам значимости каждой функции и ее относительной важности для технологического процесса в целом, а затем и к определению затрат на функции.
Для оценки значимости функций технологического процесса возделы вания риса использовалась методика экспертных оценок, для обработки ко торых применен метод расстановки приоритетов, предложенный В.А. Блюм- бергомиВ.Ф. Глущенко/106/. . Методика оценки значимости основных функций технологического процесса возделывания риса и порядок их расчета представлен в таблице 6, которую следует анализировать совместно с рисунком 2. На следующем этапе аналогичная работа по оценке значимости функций была вьшолнена для нижестоящего уровня функционально-структурной модели. При определении относительной значимости каждой нижестоящей на иерархическом уровне функции, ее величина определялась по цепочке функциональной модели снизу вверх от данной функции до верхнего уровня путем перемножения соответствующих значений значимости. Нормирующим условием при оценке значимости функций, имеющих в функционально-структурной модели одну общую величину, является равенство Для определения относительных затрат на реализацию функций использовалась информация из технологической карты. При этом соблюдалось условие, что затраты на функции вышестоящих уровней в функционально-структурной модели определялись путем суммирования затрат по функциям нижнего уровня. Результаты расчетов по затратам на реализацию основных функций и их значимости для риса представлены в таблице 7.
Анализ характера распределения относительных затрат и значимости по функциям ТП возделывания риса позволяет утверждать, что наблюдается явно выраженное несоответствие между значимостью и относительными затратами у функций F2 (подготовить почву), F4 (обеспечить рост и развитие растений) и F5 (убрать урожай). В современных условиях, когда недостаточно ресурсов для обеспечения процессов уборки урожая риса, особенно при повышенной полегаемости растений, решение проблемы уборки риса является одной из важнейших. Это обусловлено, в первую очередь, потерями урожая риса, достигающими 30%. Поэтому одним из основных направлений наших исследований был поиск возможных путей снижения полегаемости риса и повышения эффективности его возделывания при затоплении.
Влияние предшественников риса на полегаемость посевов и их продуктивность
Во время проведения исследований было изучено влияние предшествующих культур на продуктивность риса и полегаемость посевов. Рис сорта «Златый» и «Кубань-3» высевался в 1 декаде мая. Посев риса производился нормой 6 млн. шт/га, глубина заделки семян 1,5-2,0 см. Режим орошения риса соответствовал варианту 1. Далее вода сбрасывалась постепенно, из расчета 1-2 см в сутки. Необходимо отметить, что 1997 год был очень влажным, и не было необходимости проводить увлажнительные поливы, так как не наблюдалось наличие корки на поверхности почвы. Изучалось влияние предшествующих культур на полегаемость и урожайность посевов риса по схеме опыта 5: Как известно из имеющейся научно-технической информации и практики рисосеющих хозяйств, рис высевают по пласту и обороту пласта многолетних трав, а также по чистым и занятым парам /114, 115/, Поэтому схемой опыта по изучению продуктивности риса по различным предшественникам были предусмотрены вышеуказанные сельскохозяйственные культуры, наиболее часто применяемые в рисовых севооборотах. В процессе исследований была установлена степень полегаемости посевов риса после различных предшественников по пятибалльной шкале (таблица 13). Анализ полученных экспериментальных данных позволил установить, что наибольшее полегание риса наблюдалось после люцерны и пара. Однако следует также отметить, что после вышеназванных предшественников (люцерна, пар) наблюдалась и наиболее высокая продуктивность (таблицы 14, 15,16). Из показателей таблицы 13 следует, что, несмотря на большую полегаемость посевов после люцерны и пара, чем после остальных предшественников, продуктивность риса наблюдалась более высокая. Это объясняется тем, что после люцерны и пара создаются наиболее оптимальные условия питания растений риса.
Поэтому при посеве риса по пласту многолетних трав и чистому пару необходимо в первую очередь и чистому пару необходимо в первую очередь соблюдать комплекс агроме-роприятий, предотвращающих полегание растений. Известно, что система агротехнических мероприятий определяет интенсивность роста и развития растений, их густоту стояния и мощность развития надземной массы, а отсюда и их устойчивость к полеганию. Технология проведения работ и система машин для возделывания и уборки риса в ЗАО «Арпачинское» представлена в приложении А. Большое влияние при этом на растения оказывают и метеорологические условия, которые усиливают или ослабляют действие агротехнических приемов. Влияние минеральных удобрений на полегаемость растений риса нами в работе не рассматривалось. В процессе исследований один из опытов был направлен на изучение влияния сроков посева риса на устойчивость к полеганию и продуктивность. Всего в опыте 1 рассматривалось пять сроков посева.
Сроки посева существенно влияют на рост и развитие растений риса, на формирование вегетативной массы растений и, как следствие, их устойчивость к полеганию /119,120,121/. Исследования полегаемости риса в различные сроки посева проводились на двух сортах: «Златый» и «Кубань-3». Способ посева - рядовой (узкорядный) с заделкой семян в почву на глубину 1,5-2,0 см. Такой посев способствует хорошему укоренению растений риса, препятствует вымыванию семян от волнобоя в период созревания, кроме этого создает более равномерную площадь питания. Норма посева 230-240 кг/га, что соответствует 6-7 млн. зерен на гектар. Сорт риса «Кубань-3» выведен Кубанской опытной рисовой станцией. Форма безостая, высота растений 100-110 см. Устойчивость против полегания средняя. Метелка компактная, слабопоникшая, плотная, средней длины 16-18 см. Устойчивость против осыпания довольно высокая. Сорт высокопродуктивный, при благоприятных условиях года на высоких агрофонах способен давать урожай зерна до 60 ц с гектара и более. Вес 1000 зерен 30-31 грамм. Зерновка белая, стекловидная с незначительным мучистым пятном. Выход крупы 65-69%. Поражаемость пирикулярией средняя. Вегетационный период длится 115-120 дней. Сорт «Златый» - среднеспелый, более устойчив к полеганию, чем сорт «Кубань-3». При правильной технологии способен обеспечить урожай более 65 ц/га. Вес 1000 зерен 26-29 грамм. Имеет среднюю высоту стебля 85-120 см. Вегетационный период равен 115-120 дням. Пригоден к получению всходов при наличии слоя воды на поле. Районирован по 6 климатическим зонам. Агротехнический комплекс на опытных участках соответствовал во все годы исследований общепринятой агротехнике.
Суммарное водопотребление риса и удельный расход оросительной воды на единицу продукции
По величине суммарного водопотребления представляется возможность определить, насколько та или иная культура является водотребова-тельной и установить соответствующий режим орошения. Определение размеров суммарного расхода воды на транспирацию и испарение с водной поверхности поля за период вегетации риса по фазам его развития имеет большое практическое значение при проектировании и эксплуатации рисовых систем. ниє с водной поверхности рисового поля наблюдается в начальный период вегетации и достигает максимума в мае, июне месяцах, в период наименьшего затенения водной поверхности растениями риса (таблица 45). Суммарное водопотребление риса складывалось из испарения с водной поверхности поля и транспирации. Из показателей таблицы 45 следует, что наибольшее водопотребление как у сорта «Златый», так и у сорта «Кубань-3» наблюдалось в фазы вегетации: колошение и молочная спелость. В фазу «всходы» вода больше расходовалась на испарение, в фазу «кущение» расход воды на испарение отставал от расхода на транспирацию. В период колошения и налива зерна расход воды на транспирацию значительно превышал на испарение. В период восковой спелости риса испарение с водной поверхности приближалось к расходу воды на транспирацию, что объяснялось резким падением транспирации в период созревания. Таким образом, в начальный период развития расход воды на транспирацию наблюдается небольшой, по мере нарастания листовой поверхности суточный расход на транспирацию увеличивается и достигает максимума в фазу колошения и налива. В этот период температура воздуха и солнечная радиация также достигают максимальных значений. Необходимо отметить, что за весь период вегетации (в среднем за три года исследований) суммар-ное водопотребление риса составило 7900-8350 м /га. В дальнейшем, в результате отмирания листьев уменьшается их общая поверхность и, соответственно, сокращается расход воды на транспирацию.
Исследования водопотребления риса показали, что наименьший расход воды приходится на начало вегетации, наибольший в период колошения и налива зерна. Суммарное водопотребление и коэффициент водопотребления показаны в таблице 46. Из показателей таблицы 46 видно, что суммарное водопотребление составило 7900-8350 м3/га при длине вегетационного периода 115-119 дней. На основании трехлетних исследований нами установлено, что коэффициент водопотребления риса в зависимости от полученного урожая на промытых и засоленных почвах составил: для сорта «Златый» - 2250 м /т на промытых от солей почвах и 2430 м3/т на засоленных почвах. Для сорта «Кубань-3» соответственно 2711 и 2859 м3/т. Изучение суммарного водопотребления риса позволило установить процент его содержания от суммы всех элементов расходной статьи водного баланса, а также среднюю из всех лет исследований его величину для условий Ростовской области для двух изучаемых сортов риса. В результате исследований установлено, что величина суммарного водопотребления изменяется в зависимости от условий развития риса и его урожая. Наибольшая величина среднесуточного водопотребления наблюдалась у сорта «Кубань-3», которая составила 120 м /га в период колошения и налива зерна. Наиболее напряженный период водопотребления у риса наблюдается во время массового колошения. С повышением урожайности риса коэффициент водопотребления снижается. С повышением уровня плодородия риса, совершенствованием агротехники, обеспечением снижения уровня полегаемости посевов риса, урожай его повышается, а коэффициент водопотребления снижается. Поэтому полученные в наших исследованиях показатели коэффициентов ченные в наших исследованиях показатели коэффициентов водопотребления должны корректироваться с учетом вышеуказанных условий.
