Содержание к диссертации
Введение
1. Особенности возделывания кукурузы в зонах недостаточного и неустойчивого увлажнения 9
1.1 Распространение и классификация кукурузы 9
1.1.1 Происхождение и распространение кукурузы 9
1.1.2 Систематика кукурузы 12
1.1.3 Подвид сахарная кукуруза 14
1.2 Биологические особенности 15
1.2.1 Морфология и анатомия 15
1.2.2 Особенности развития растений кукурузы 18
1.2.3 Требования к факторам жизни 20
1.3 Опыт орошения и удобрения кукурузы 26
1.4 Особенности капельного способа орошения. Обоснование направления исследований 32
2. Программа, условия и методы исследований 38
2.1 Программа исследований и схема полевого эксперимента 38
2.2 Агротехника возделывания кукурузы в опыте 41
2.3 Методика проведения исследований 43
2.4 Почвенно-климатические условия проведения исследований 47
3. Водопотребление и водный режим почвы 57
3.1 Суммарное водопотребление и формирование водного режима почвы при капельном орошении сахарной кукурузы 57
3.2 Интенсивность и прогноз водопотребления сахарной кукурузы при капельном орошении 75
3.3 Эффективность использования воды для формирования урожая сахарной кукурузы при поливе капельным способом 90
4. Закономерности продукционного процесса сахарной кукурузы 96
4.1 Закономерности формирования и накопление органического вещества сахарной кукурузы 96
4.2 Основные факторы активизации фотосинтетической деятельности сахарной кукурузы при капельном орошении 110
4.2.1 Формирование максимальной площади листьев 110
4.2.2 Фотосинтетический потенциал сахарной кукурузы при капельном орошении 113
4.2.3 Чистая продуктивность фотосинтеза сахарной кукурузы в зависимости от условий водного и уровня минерального питания 124
4.3 Реализация потенциала продуктивности сахарной кукурузы при капельном орошении 131
4.4 Качество початков кукурузы при капельном орошении 140
5. Технология капельного орошения и удобрение сахарной кукурузы 146
5.1 Оценка экономической эффективности капельного орошения сахарной кукурузы 146
5.2 Технология капельного орошения и удобрения в системе возделывания сахарной кукурузы 156
Выводы 168
Предложения производству 171
Список литературы 172
Приложение 195
- Требования к факторам жизни
- Интенсивность и прогноз водопотребления сахарной кукурузы при капельном орошении
- Фотосинтетический потенциал сахарной кукурузы при капельном орошении
- Технология капельного орошения и удобрения в системе возделывания сахарной кукурузы
Введение к работе
Актуальность исследований. Качественное повышение потенциального и эффективного плодородия земель является важнейшей задачей сельского хозяйства, решаемой посредством комплексного применения мелиоративных технологий. В засушливых условиях Нижнего Поволжья одним из наиболее эффективных мелиоративных приемов, позволяющих существенно повысить продуктивность сельскохозяйственных земель и устойчивость производства сельскохозяйственной продукции является орошение. Большое значение придается выбору экологически безопасных технологий и технических средств полива, к которым относится способ капельного орошения.
Сахарная кукуруза обладает уникальной питательной ценностью, вследствие чего высоко востребована на рынке. Это одна из наиболее рентабельных и перспективных культур, капельное орошение которой в природных условиях сухостепной зоны Нижнего Поволжья позволяет сформировать значительный резерв для увеличения производства початков и зерна. Научное обоснование и разработка технологии капельного орошения этой культуры позволит существенно расширить сферу применения капельных систем и обеспечит возможность получения высоких урожаев при стабильной эффективности производства.
Исследования по технологии капельного орошения сахарной кукурузы в условиях сухостепной зоны светло-каштановых почв Нижнего Поволжья до настоящего времени не проводились. В связи с этим необходимо решить вопросы влияния капельного орошения на основные показатели роста, развития и продуктивности посевов сахарной кукурузы, в зависимости от режима орошения и уровня минерального питания. Необходимо установить закономерности водопотребления и формирования водного режима почвы посевами сахарной кукурузы при капельном орошении в различные по условиям увлажнения годы. Необходимость применения комплексного, единого подхода в методах получения опытного материала с качеством и в объемах, достаточных для четко формализованного обоснования практически значимых выводов, разработки общих схем и моделей возделывания сахарной кукурузы при капельном орошении является основным критерием актуальности проводимых исследований.
Цель исследований – обосновать параметры технологии капельного орошения и удобрения сахарной кукурузы, обеспечивающие наиболее рациональное сочетание расходования ресурсов и выхода стандартной продукции при планировании урожайности початков до 30 т/га.
В соответствии с поставленной целью программой исследований предусматривалось решение следующих задач:
– с учетом биологических особенностей сахарной кукурузы установить научно-обоснованные уровни продуктивности этой культуры и обосновать возможности их реализации;
– установить закономерности роста и развития сахарной кукурузы, формирования урожайности початков в зависимости от условий водного и минерального питания;
– установить динамику влажности активного слоя почвы в онтогенезе сахарной кукурузы в различные по условиям увлажнения годы с последующим обоснованием эксплуатационного режима орошения;
– оценить комплексное влияние орошения и удобрений, метеорологической среды региона исследований на формирование эвапотранспирации сахарной кукурузы;
– установить динамику и адаптировать методы прогнозирования водопотребления сахарной кукурузы в онтогенезе при капельном способе орошения;
– выявить экономически эффективные сочетания регулируемых факторов для формирования планируемых урожаев сахарной кукурузы;
– предложить обобщенные подходы и типизированные схемы в формировании и реализации технологии возделывания сахарной кукурузы при капельном орошении.
Объект исследований – посевы сахарной кукурузы на орошаемых землях сухостепной зоны светло-каштановых почв Нижнего Поволжья.
Предмет исследований – элементы технологии орошения и удобрения сахарной кукурузы с использованием систем капельного орошения.
Научная новизна. Впервые в регионе исследований получен экспериментальный материал и установлены закономерности формирования агроэкологических условий выращивания, расходования водных ресурсов, удобрений, продукционного процесса сахарной кукурузы при возделывании с использованием систем капельного орошения. Разработаны методические подходы и предложены технологические решения в области создания оптимальных условий водного и минерального питания растений сахарной кукурузы в зависимости от ресурсообеспеченности производства при разных уровнях планируемой урожайности.
Основные положения, выносимые на защиту:
– комплексная оценка и оптимизация регулируемых урожаеобразующих факторов сахарной кукурузы, обеспечивающих формирование 15-25 тонн выполненных початков с гектара;
– оценка закономерностей водопотребления, динамики влажности почвы и режима капельного орошения сахарной кукурузы в условиях сухостепной зоны светло-каштановых почв Нижнего Поволжья;
– элементы технологии орошения и удобрения сахарной кукурузы с использованием систем капельного полива.
Достоверность результатов исследований подтверждается большим объемом экспериментальных данных, полученных в результате многолетних полевых опытов, выполненных с применением апробированных современных методик и стандартных методов математического анализа, а также положительными результатами производственной апробации.
Практическая значимость работы определяется разработкой и практической реализацией на орошаемых светло-каштановых почвах Нижнего Поволжья элементов технологии возделывания сахарной кукурузы с использованием систем капельного орошения, обеспечивающих устойчивое формирование урожайности початков свыше 25 т/га, при расходовании не более 130 м3/га воды и рентабельности производства до 269 %.
Реализация результатов исследований. Результаты исследований прошли производственную проверку в КФХ «Садко» Дубовского района Волгоградской области. Возделывание сахарной кукурузы с использованием систем капельного орошения при применении разработанных элементов технологии капельного полива и удобрения позволило сформировать производственные посевы продуктивностью 26,2 т/га початков при рентабельности производства 230 %.
Апробация работы. Результаты исследований и основные положения диссертационной работы докладывались научно- практических конференциях «Адаптивно-ландшафтные системы земледелия для засушливых условий Нижнего Поволжья» (НВ НИИСХ, 2005), «Экологическое состояние природной среды и научно-практические аспекты современных мелиоративных технологий» (Мещерский филиал ГНУ ВНИИГиМ, 2006), международных научно-практических конференциях «Проблемы устойчивого развития мелиорации и рационального природопользования» (Костяковские чтения, ГНУ ВНИИГиМ, 2007 г.), «Мелиорация сельскохозяйственных земель в 21 веке: проблемы и перспективы» (Минск, 2007г.).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 8 работ.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 8 глав, выводов, предложений производству, списка использованной литературы и приложений. Содержание работы изложено на 222 страницах, в том числе основного текста 134 страницы. Работа содержит 24 таблицы, 20 рисунков. Список использованной литературы включает 194 источника, в том числе 9 иностранных автора.
Требования к факторам жизни
Кукуруза является теплолюбивой и влаголюбивой культурой, требовательной к почвенному плодородию и условиям освещенности растений. Непродолжительный заморозок до -3С повреждает всходы сахарной кукурузы, но они способны вновь отрасти. Действие ночных заморозков до -1С не сразу проявляется на состоянии двух-, трехнедельных растений кукурузы, но через несколько дней листья делаются тонкими, приобретают ржаво-красную окраску и покрываются светлыми желтыми полосами [104]. При повреждении заморозком до 25% листовой поверхности растения довольно быстро восстанавливаются и в дальнейшем нормально вегетируют. При повреждении больше 50% листовой поверхности восстановление наблюдается редко [74].
Для прорастания семян необходимо оптимальное сочетание тепла, влаги и кислорода. Согласно большинству наблюдений, прорастание семян активизируется при температуре почвы 10-12С и выше. Отдельные холодостойкие гибриды, прорастают и при 6С [34]. Однако семена при этом прорастают очень медленно и легко поражаются патогенными микроорганизмами. Чем выше температура почвы в посевном слое, тем быстрее прорастают семена. Например, при температуре 20-25 С всходы появляются через 5 суток , 10-15 С -через 10-12 дней, 7-11 С через 15-17 дней после посева.
Семена кукурузы нуждаются в хорошей аэрации, так как крупные зародыши поглощают много кислорода при прорастании [128]. Они хорошо поглощают влагу, для полного набухания необходимо 48-50 % воды от их абсолютно сухого веса. При такой влажности зародыш семени трогается в рост. Семена легко плесневеют при влажности 20-23 % и температуре ниже 10С[126].
Оптимальная температура воздуха для развития кукурузы - 25-30 С. Исследованиями [79] выявлена прямая зависимость между продуктивностью работы листьев и среднесуточной температурой воздуха. Чем выше температура в мае, тем выше во влажные годы урожайность початков и их вкусовые качества. В засушливые годы температурные условия, как правило, благоприятные, но урожай невысок из-за недостатка влаги.
Если в начале вегетации кукуруза длительное время развивается при среднесуточной температуре воздуха ниже 15С, то и вдальнейшем она растет медленно, имеет желтоватую окраску, плохо развитую корневую систему, продолжительный период вегетации. Такие посевы легко поражаются болезнями и снижают урожай [50].
Однако и очень высокая температура также неблагоприятна для роста и развития кукурузы. При температуре выше 32-3 5С и относительной влажности воздуха около 30 % ростовые процессы у кукурузы замедляются, растения испаряют много воды, корневая система не успевает подавать ее в надземную часть. Растения испытывают значительный водный дефицит, страдают от засухи. Если такие условия складываются во время цветения, то пыльца в течение 1-2 часов теряет жизнеспособность, быстро завядают нити початка, снижается восприимчивость рылец к пыльце. Низкая влажность пестичных нитей (рылец) недостаточна для прорастания пыльцы и как причина плохого завязывания семян, может иметь большее значение, чем отсутствие жизнеспособной пыльцы. Происходит неполное оплодотворение женских цветков, образуется череззерница. Исследованиями [34] в условиях высоких температур воздуха даже при возделывании с орошением отмечены ожоги верхушечных листьев.
Кукуруза отличается экономным расходованием почвенной влаги на создание органической массы [44]. В начальные фазы роста растения потребляют небольшое количество воды. Умеренная почвенная засуха в период от всходов до фазы 7-8 листьев вызывает снижение урожая вегетативной массы, но не снижает или даже несколько повышает урожай зерна при достаточном водоснабжении в дальнейшем. Объясняется это тем, что дифференциация конуса нарастания наступает на 22-26 день после появления всходов, и при ранней засухе, до начала формирования репродуктивных органов, растения успевают закалиться. Все это сказывается положительно на их дальнейшем росте и развитии. С улучшением условий водоснабжения початки формируются выполненными, так как депрессия, вызванная недостатком влаги и подавившая процессы роста и дифференциацию зачаточных початков, обратима [128]. В природных условиях региона Нижней Волги транспирационный коэффициент кукурузы равен примерно 280-350, тогда как яровой пшеницы 400-450, ячменя - 280-400, овса - 340-500. Даже у такого засухоустойчивого растения, как просо, он на 10% выше, чем у кукурузы. Однако в течение вегетационного периода кукуруза расходует много воды на создание органической массы. В период интенсивного роста взрослое растение при одиночном стоянии испаряет в течение суток до 2-4 л воды.
Исследования [63] показали, что снижение урожая при засухе обусловлено, прежде всего, подавлением ростовых процессов. При недостатке воды в почве корни медленнее подают ее в растение, расход воды путем транспира-ции превышает ее поступление, растение начинает испытывать водный дефицит и впадает в состояние завядания. Завядание вызывает нарушение нормального обмена веществ и осмотических свойств клеток, увеличивает проницаемость плазмы, уменьшает сосущую силу. Эти нарушения усиливают процессы гидролиза и распада крахмала, других углеводов и белковых веществ, вызывают потерю тургора, прекращают синтез новых масс протоплазмы, что очень сильно отражается на ростовых процессах, вплоть до полной их остановки [55]. Засуха задерживает рост растений, уменьшает листовую поверхность, что соответственно приводит к меньшему накоплению растением органического вещества и снижению урожая. В результате подавления ростовых процессов замедляется отток из листьев продуктов фотосинтеза, снижается интенсивность фотосинтеза. Растения, испытывающие длительный и глубокий водный дефицит, тратят повышенное количество сухого вещества и в процессе дыхания. При водном дефиците медленнее теряют воду хлоропласты, в которых осуществляется процесс усвоения и превращения солнечной энергии. При сильном водном стрессе относительная оводнен-ность хлоропластов в десятки раз превышает общее содержание воды в клетке [44]. Это приспособительное культуры свойство имеет большое значение для восстановления нормального уровня фотосинтеза после засухи. Высокие урожаи кукурузы возможны при условии оптимальной обеспеченности растений влагой в течение всего вегетационного периода. Отмечают несколько критических этапов, в течение которых она особенно чувствительна к недостатку влаги. Первым из них является фаза 9-12-го листа, когда на конусе нарастания формируется початок. Недостаточная водообеспе-ченность в начале цветения сдерживает интенсивный рост стебля и развитие листовой поверхности. Недостаток влаги в период цветения и налива семян неблагоприятно сказывается на величине урожая: початки формируются меньшего диаметра, задерживается образование новых цветков, снижается количество полноценных зерен [129, 143].
Особенно резко на засуху кукуруза реагирует в том случае, когда примерно в течение 22-26 дней после всходов растет в условиях оптимальной влажности почвы, а затем ее дефицита. Объясняется это тем, что благоприятные условия развития на первых этапах морфогенеза способствуют максимальному развитию числа листьев на конусе нарастания [34]. Соответственно формируется большое число листьев, удлиняется продолжительность вегетационного периода, повышается общая продуктивность растения. Впоследствии, в условиях засухи, в первую очередь уменьшается листовая поверхность (листья недоразвиты, а при очень жестких условиях быстро высыхают нижние). Если к началу засухи дифференциация генеративных органов еще не закончилась, на конусе нарастания уменьшается величина початка, а если закончилась, урожай зерна катастрофически снижается главным образом из-за череззерницы [34].
При возделывании в засушливых условиях, когда засуха проявляется в период прорастания, формируется более мелкое растение с меньшим (в пределах нормы реакции данного генотипа) числом листьев, но при этом складываются наиболее благоприятные условия для роста и развития генеративных органов и формируется удовлетворительный урожай зерна [102].
Интенсивность и прогноз водопотребления сахарной кукурузы при капельном орошении
Интенсивность водопотребления кукурузы увеличивается пропорционально росту растений и накопления посевами органической массы [22, 34, 148], и затухает в период созревания зерна. Значения среднесуточного водопотребления сахарной кукурузы, возделываемой при капельном орошении приведены в таблице 3.7, и подтверждают общие закономерности водопотребления для сортов зернового направления.
Особенностью сахарной кукурузы является то, что ее убирают в период молочной спелости зерна. Поэтому затухания интенсивности водопотребления ее посевов в опыте не отмечено.
Анализ результатов полевого эксперимента и проведенные численные расчеты подтвердили, что капельное орошение позволяет сократить долю непродуктивно расходуемой влаги. В частности существенно снижается доля влаги испаряемой с поверхности почвы, так как есть возможность при капельном орошении не увлажнять междурядья. Поэтому в среднем за сутки посевами сахарной кукурузы испарялось от 25,2-27,6 м /га в период «всходы
- образование 3-го листа» до 54,2-59,6 м /га в период «выметывание метелки
- молочная спелость зерна».
Результаты исследований доказывают, что при улучшении условий во-дообеспечения интенсивность водопотребления возрастает. Это тесно коррелирует с закономерностями роста и развития сахарной кукурузы, в частности, с развитием площади ассимиляционной поверхности.
Листья кукурузы активно регулируют динамику испарения влаги в зависимости от ее наличия в почве и доступности растениям [34, 44]. В свою очередь, чем сильнее развивается листовой аппарат кукурузы, тем в большей степени возрастает испаряющий потенциал посева. Корреляционное отношение между площадью листьев и интенсивностью водопотребления кукурузы равно 0,75 а взаимосвязь надежно описывается следующим уравнением регрессии (рис. 3.4)
Однако и различия в интенсивности водопотребления сахарной кукурузы наблюдаются уже в начальные периоды развития. В среднем за годы исследований в период «всходы-формирование 3-го листа» среднесуточное во-допотребление кукурузы изменялось с 25,2 м /га на участках, где поддержи-вали порог предполивной влажности почвы 70 % НВ до 27,1 м /га на участках, где предполивной уровень составлял 80 % НВ. То есть интенсивность водопотребления возрастала, в среднем, на 2,4 м7га в сут. В последующие периоды на более водообеспеченных вариантах влага посевами испарялась также более интенсивно, чем при умеренной водоподаче. В период «формирование- 3-5-го листа» рост интенсивности водопотребления сахарной кукурузы составил 3,8 м /га в сут., в период «формирование 5-7-го листа» - 3,1 м /га в сут., в период «формирование 7-9-го листа» - 4,2 м /га в сут., в период « формирование 9-11 -го листа» - 3,4 м3/га в сут., в период «формирование 11-го листа - выметывание метелки» - 7,5 м /га в сут.
Наиболее интенсивно вода посевами сахарной кукурузы испаряется в период «выметывание метелки - молочная спелость зерна». При капельном орошении на участке, где поддерживали постоянный предполивной уровень влажности почвы 70 % НВ, интенсивность водопотребления сахарной куку-рузы в этот период изменялась от 53,8 до 54,4 м /га в сут., а в среднем за годы исследований составила 54,2 м3/га в сут. При поддержании в период «выметывание метелки - молочная спелость зерна» порога предполивной влажности почвы 80 % НВ на участках дифференцированного режима орошения, 70-80 % НВ, в среднем за годы исследований в этот период испарялось 56,8 м /га в сут. воды, что на 2,4 м /га в сут. больше, чем при 70 % НВ. При поддержании постоянного, на уровне 80 % НВ, порога предполивной влажности почвы среднесуточное водопотребление кукурузы возросло до 59,6 м /га, что на 5,4 м /га больше, чем при поддержании 70 % НВ и на 1,8 м /га больше, -ем при поддержании дифференцированного предполивного уровня 70-80 % НВ.
В среднем за вегетационный период среднесуточное водопотребление сахарной кукурузы, возделываемой при капельном орошении, изменялось от 29,8 до 37,2 м /га в сут. (табл. 3.8). В большинстве случаев это ниже, чем при возделывании в условиях орошения дождеванием сортов зерновой кукурузы [97, 139, 143, 149,].
Наименьшие значения среднесуточного водопотребления сахарной ку-курузы, 30,0-32,5 м /га в сут., отмечены в посевах, где порог предполивной влажности почвы в течение вегетационного периода поддерживали на уровне 70 % НВ. При поддержании дифференцированного предполивного порога, 70-80 % НВ, интенсивность водопотребления сахарной кукурузы увеличива лась на 4,0-7,1 %, причем тем больше, чем выше на этом участке уровень минерального питания. Например, на фоне естественного плодородия почвы среднесуточное водопотребление сахарной кукурузы увеличилось на 1,2 м /га в сут., при внесении удобрений дозой N40P10K0 или гЧпоРбоКзо - на 1,5-1,7 м /га в сут., при внесении максимальной в опыте дозы, NICJOPIOOKISO, - на 2,3 м /га в сут.
Наиболее интенсивно вода посевами сахарной кукурузы потреблялась при поддержании постоянного порога предполивной влажности почвы на уровне 80 % НВ. На фоне естественного плодородия почвы при таком уровне предполивной влажности почвы, в среднем, потреблялось 32,9 м /га в сут, что на 2,9 м3/га в сут. больше, чем при поддержании порога предполивной влажности почвы на уровне 70 % НВ в течение всего вегетационного периода. При внесении удобрений дозой N40P10K0 или ІМцоРбоКзо и поддержании предполивного порога 80 % НВ, интенсивность водопотребления, в среднем, составила 34,1-34,6 м /га, что на 3,1-3,3 м /га больше, чем при поддержании предполивного уровня 70 % НВ. При сочетании наибольшего в опыте уровня минерального питания, N190P100K150, с поддержанием постоянного порога предполивной влажности почвы 80 % НВ интенсивность водопотребления сахарной кукурузы составила 36,6 м /га в сут. Это на 4,1 м /га в сут. или 12,6 % больше чем при поддержании постоянного предполивного уровня 70 % НВ на том же фоне минеральных удобрений, или на 6,6 м /га в сут. больше, чем при поддержании предполивного уровня 70 % НВ на фоне естественного плодородия почвы.
Анализ экспериментального материала и расчетных данных показал существенную зависимость среднесуточного водопотребления сахарной кукурузы от складывающихся метеорологических условий, что хорошо согласуется с общими представлениями о водопотреблении сельскохозяйственных растений. Метеорологические условия определяют энергетические ресурсы атмосферы, а связь между энергетическими ресурсами атмосферы и водопотреблением сельскохозяйственных культур убедительно подтверждается теоретическими выкладками и многочисленными данными полевых и лабораторных экспериментов [8, 9, 10, 11, 12, 21, 31, 97, 102, 121, 148]. В том числе для культуры зерновой кукурузы, возделываемой при дождевании в регионе исследований [11, 97, 102, 148].
Фотосинтетический потенциал сахарной кукурузы при капельном орошении
Фотосинтетический потенциал ассимиляционной поверхности сельскохозяйственных культур, в том числе и сахарной кукурузы, определяется, собственно, растущей площадью листьев и продолжительностью их активного функционирования. Исследования показали, что продолжительность прохождения основных фаз роста, вегетационного периода и, соответственно, активной работы листьев сахарной кукурузы увеличивается с улучшением водообеспечения и повышением уровня минерального питания (табл. 4.6-4.8).
Период от появления массовых всходов до наступления у зерна состояния молочной спелости в зависимости от условий водного и минерального питания в опыте изменялся от 71 до 86 сут. Существенное влияние на продолжительность вегетационного периода кукурузы оказывают метеоусловия. Наименьшая продолжительность вегетационного периода, 70-80 сут., у кукурузы наблюдалась в 2005 году, а наибольшая, в 2004 году составляла 78-86 суток. Различия в сумме температур в эти годы были существенно меньше, что подтверждает гипотезу о наибольшей корреляции динамики развития кукурузы с тепловым фактором, нежели со световым. Улучшение условий водного питания повышало и продолжительность вегетационного периода кукурузы и сумму накопленных среднесуточных температур воздуха, увеличивая тем самым требовательность культуры к теплообеспеченности.
На фоне естественного плодородия почвы повышение предполивного уровня ее влажности с 70 до 80 % НВ в период «выметывание метелки - молочная спелость зерна» повышало продолжительность вегетационного периода в годы исследований на 1-3 сут. При увеличении порога предполивной влажности почвы с 70 до 80 % НВ в течение всего периода вегетации кукурузы его продолжительность возрастала на 2-4 сут.
Внесение минеральных удобрений обеспечивает увеличение продолжительности вегетационного периода кукурузы на 2-7 сут., а в сочетании с повышением уровня водообеспечения посева формирует положительный си-нергетический эффект. При внесении удобрений дозой ТЯпоРбоКзо увеличение порога предполивной влажности почвы с 70 до 80 % НВ в течение всего периода вегетации кукурузы повышало его продолжительность на 4-6 сут., то есть, в среднем, на 2 сут. больше, чем на фоне естественного плодородия почвы.
В начале вегетационного периода площадь листового аппарата сахарной кукурузы невелика и мало зависит от условий произрастания (рис. 4.4, прилож. 13-15). К началу формирования 3-го листа площадь ассимиляционной поверхности посева изменялась в зависимости от условий водного и ми-нерального питания кукурузы от 2,0 до 3,3 тыс. м /га в 2004 году, от 1,8 до 3,0 тыс. м7га в 2005 году и от 1,6 до 2,7 тыс. м /га в 2006 году (приложение 13-15). К началу образования 5-го настоящего листа площадь листьев кукурузы возрастала, но в среднем не превышала 2,9-7,2 тыс.м2/га.
Вследствие малого развития листового аппарата фотосинтетический потенциал сахарной кукурузы в период «всходы-нормирование 3-го листа» в среднем за годы исследований не превышал 10-16 тыс.м2 дней/га, а в период «образование 3-5-го листа» - 22-46 тыс.м дней/га (табл. 4.9, прилож. 17-19). Синтезируемые в листьях кукурузы вещества в этот период интенсивно расходуются на формированрте корневой системы, рост стебля и развитие ассимиляционного аппарата.
Рост листьев заметно усиливается в период образования 5-7-го листа, в начале образования 7 го листа площадь ассимиляционного аппарата сахарной кукурузы изменялась от 5,1-12,5 тыс.м /га в 2006 году до 5,8-14,2 тыс. м7га в 2004 году. Различия площади листьев кукурузы в посевах между вариантами опыта в этот период уже достаточно существенны. В 2004 году при увеличении уровня предполивной влажности почвы с 70 до 80 % НВ в течение всего периода вегетации на фоне внесения удобрений дозой N190P100K150 площадь листьев кукурузы возрастала с 11,7 до 14,2 тыс. м /га. Увеличение уровня минерального питания с N0PoK0 до N190P100K150 на фоне высокого, 80 % НВ, уровня водообеспечения способствует росту площади ассимиляционной по-верхности кукурузы с 5,3-6,0 тыс.м /га до 12,5-14,2 тыс. м7га или более, чем в 2 раза.
В период образования 9-го и 11-го листа различия в площади ассимиляционной поверхности кукурузы в зависимости от условий водного и мине-рального питания усиливались. Например, в период образования 9-го листа площадь фотосинтезирующего аппарата кукурузы по фактору минерального питания возрастала при поддержании порога предполивной влажности почвы на уровне 70 % НВ с 8,3-11,1 до 15,9-21,2 тыс. м /га, а при поддержании предполивного уровня 80 % НВ - с 8,9-11,9 до 18,7-24,9 тыс. м2/га. В период образования 11 листа площадь ассимиляционного аппарата кукурузы увеличивалась про фактору минерального питания на фоне поддержания высокого, 80 % НВ, уровня водообеспечения, в среднем, с 16,1-21,4 до 29,0-38,7 тыс.м2/га.
При средней продолжительности этих периодов 9-12 сут., посевами с таким развитием ассимиляционного аппарата кукурузы накапливалось, в среднем, от 74 до 283 тыс. м дней/га фотосинтетического потенциала. Причем в период образования 7-9 листа средние за годы исследований значения фотосинтетического потенциала кукурузы изменялись от 74 до 189 тыс.м дней/га, в период образования 9-11 листьев - от 138 до 283 тыс. м2 дней/га.
Максимальных значений площадь листового аппарата сахарной кукурузы достигала к началу созревания зерна при состоянии молочной спелости зерна. Однако в посевах, где порог предполивной влажности почвы на уровне 80 % НВ поддерживали с начала вегетационного периода, в период массового выметывания метелки площадь листьев достигала значений, близких к максимальным или максимальных. На участках, где порог предполивной влажности почвы поддерживали на уровне 70 % НВ в течение всего вегетационного периода, недостаток влаги в период «выметывание метелки - молочная спелость зерна» обусловил снижение площади ассимиляционной поверхности к началу созревания зерна. При поддержании дифференцированного порога предполивной влажности почвы, 70-80 % НВ, площадь листьев возрастала с 22,6-37,0 тыс.м2/га в период выметывания метелки до 23,9-47,9 тыс. м2/га в период, когда зерно в початках находится в состоянии молочной спелости.
Формирование развитого листового аппарата кукурузы в фазы выметывания метелки и состояния молочной спелости зерна позволяют сформировать в эти периоды большой фотосинтетический потенциал. В среднем за годы исследований за период от начала выметывания метелки до наступления фазы молочной спелости у зерна посевами кукурузы накапливалось 435-852 тыс. м дней/га фото синтетического потенциала. Это составляет 42,0-47,6 % от суммарного за вегетационный период фотосинтетического потенциала сахарной кукурузы.
Технология капельного орошения и удобрения в системе возделывания сахарной кукурузы
Агротехнические приемы возделывания сельскохозяйственных культур, составляющие технологию их возделывания в условиях, отличающихся определенной устойчивостью, исторически формируются в течение длительного периода времени и используют обширную базу накопленного практического и научного опыта. В современном мире активно используется практика создания базовых технологий возделывания сельскохозяйственных культур, эффективность агротехнических приемов в которых проверена в конкретном интервале условий с использованием общепринятых научных методов.
Базовые технологии направлены, как правило, на максимальный уровень обеспечения биологических потребностей растительного организма. Они включают наиболее полный перечень и регламенты выполнения агротехнических приемов возделывания сельскохозяйственных культур. В практике, однако, рекомендуется использовать технологию, которая состоит из равного или меньшего количества агроприемов, что определяется конкретными условиями возделывания и материальной обеспеченностью сельскохо 157 зяйственного производства. В этом смысле технологии можно разделить на несколько групп [19, 25, 58, 102].
В первых это интенсивные технологии. Это технологии, наиболее приближенные по составу к базовым. Она предусматривает всестороннюю, научно-обоснованную систему основной, предпосевной и послепосевной обработки почвы, подготовки семенного материала, высококачественное выполнение агротехнических операций, систематический контроль за состоянием посевов в течение большей части вегетационного периода. Интенсивная технология предусматривает систему оперативного воздействия на состояние посевов с целью оптимизации условий для осуществления продукционных процессов до максимально возможного уровня. Реализация интенсивной технологии позволяет решать задачу систематического повышения плодородия почвы и улучшения экологической обстановки.
Ко второй группе можно отнести экстенсивные технологии. Это технологии возделывания сельскохозяйственных культур в сложных природных условиях на не мелиорированных или частично мелиорированных участках. Данная технология не предусматривает получение максимально возможного урожая, предполагается сохранение почвенного плодородия. Применение технологий данной группы- обуславливается, прежде всего, природными условиями, возделывать в которых сельскохозяйственные культуры по интенсивной технологии невыгодно.
Третья группа технологий ориентирована на задачу всесторонней экономии ресурсов. Агротехнические приемы при данной технологии сводятся к упрощенной схеме «посев-уборка», а продуктивность посевов при этом заведомо невысокая. Важная задача при реализации такой технологии - ингиби-ровать процесс снижения почвенного плодородия. Технологии данной группы могут рассматриваться как временные.
Базовая технология возделывания сахарной кукурузы при капельном орошении может основываться на накопленном опыте возделывания этой культуры при других способах орошения в сходных по климатическим уело 158 виям регионах. Обязательными являются комплексы основной и предпосевной обработки почвы, ранневесеннее боронование, междурядные культивации, система мер по защите растений от вредителей и болезней, борьба с сорной растительностью, свои особенности имеют посев и уборка початков. Эти операции не являются уникальными при капельном орошении сахарной кукурузы и приняты нами в качестве технологической основы.
Проведение этих агротехнических операций в регионе исследований позволяет получить дружные, равномерные всходы и обеспечить растение комплексом необходимых для жизни факторов. Климат региона позволяет надежно обеспечить развитие сахарной кукурузы теплом, а использование широкорядного способа посева и сеялок точного высева позволяет оптимизировать радиационное питание растений. Применяемый при дождевании комплекс защиты растений от вредителей и болезней обеспечивает сохранность растений и при капельном способе орошения. В сухо-степной зоне светло-каштановых почв Нижнего Поволжья основными лимитирующими урожая факторами являются острый дефицит естественного влагообеспече-ния и низкое плодородие почвы. Этим, в частности, объясняется высокая эффективность высокая эффективность оросительных мелиорации.
Орошение и удобрение являются наиболее действенными приемами повышения урожайности сахарной кукурузы в регионе исследований. Однако, применение капельного способа определяет целый ряд особенностей орошения сахарной кукурузы, которые в регионе исследований не были ранее изучены. Применение капельного способа полива определяет существенные изменения в технологии орошения, в формировании водного режима почвы и, соответственно, физиологической реакции растений. Изучению закономерностей изменения продукционного процесса, качества продукции, водопотребления, ресурсопотребления были посвящены предыдущие разделы диссертации. Обобщение установленных закономерностей позволяет оптимизировать условия водного и пищевого режимов почвы при возделывании сахарной кукурузы в условиях капельного орошения.
В качестве определяющего подхода к оптимизации условий водного и минерального питания сахарной кукурузы при капельном способе орошения принят принцип многокритериальности. Определяя вес каждого из критериев можно суммировать оптимум условий водного и минерального питания сахарной кукурузы для любой производственной ситуации. Для удобства оптимизации условий водного и минерального питания при возделывании сахарной кукурузы разработаны математические модели класса уравнений регрессии, которые с высокой степенью надежности описывают установленные закономерности.
Модель формирования урожайности в зависимости от уровня водообеспе-чения и минерального питания аппроксимирована нами по опытным данным регрессионным уравнением второй степени
Результаты решения полученных моделей и приведенные в таблице 5.4 данные позволяют заключить, что оптимум водного и минерального питания сахарной кукурузы зависит от выбранного критерия эффективности. Поддержание постоянного, 80 % ИВ, порога предполивной влажности почвы в сочетании с внесением наибольшей в опыте дозы удобрений, NigoPiooKiso, позволяет получить наибольшую продуктивность посева, наилучшие товарные свойства продукции, минимальный расход воды на формирование урожая и максимальную экономическую эффективность проектов возделывания сахарной кукурузы при капельном орошении. При этом требуются наибольшие затраты нам реализацию проектов, а вкусовые качества снижены по сравне-нию с вариантами, где влажность почвы поддерживали по дифференцированной схеме, 70-80 % НВ. Внесение минеральных удобрений дозой ТцоРбоКзо, рассчитанной на формирование планируемой урожайности 25 т/га початков в сочетании с поддержанием дифференцированного порога предпо-ливной влажности почвы 70-80 % НВ позволяет получить наилучшие вкусовые качества продукции при снижении затрат на реализацию проектов на 16600 руб./га. При этом затраты водных ресурсов на формирование урожая близки к наименьшим, а урожайность снижается на 17,2 %. К недостаткам такого сочетания факторов можно отнести формирование более мелких початков, что снижает товарный вид продукции и цену реализации. Как следствие внутренняя норма доходности проектов возделывания сахарной кукурузы при капельном орошении снизилась до 314,8 % или на 27,0 %.
Важными параметрами технологии орошения и удобрения сельскохозяйственных культур является объемы и распределение во времени затрат ресурсов, в частности, поливной воды. Исследованиями установлены закономерности изменения урожайности и водопотребления сахарной кукурузы в зависимости от условий формирования водного и пищевого режимов почвы. Установлена тесная взаимосвязь между уровнем формируемой продуктивности посева и объемами затрачиваемой поливной воды. Наряду с этим доказана необходимость учета метеофактора, в частности, поступление влаги в почву с атмосферными осадками. Математическое обобщение имеющегося экспериментального материала и установленных закономерностей позволяет выразить зависимость объема затрачиваемых водных ресурсов уравнением регрессии вида (рис. 5.1)
