Обоснование режима капельного орошения риса на светло-каштановых почвах волго-донского междуречья Абду Наср Махмуд Ахмед

Содержание к диссертации

Введение

ГЛАВА I. Состояние изученности вопросов по возделыванию риса (обзор литературы) 11

1.1 Состояние и перспективы производства и потребления риса 11

1.2 Технологии и особенности орошения риса 14

1.3 Затраты оросительной воды при возделывании риса затоплением чеков 17

1.4 Дефицит водных ресурсов и его влияние на перспективы развития рисоводства 19

1.5 Водосберегающие технологии орошения риса 21

1.6 Удобрение и проблемы орошения аэробного риса 25

1.7 Обоснование направления исследований 34

ГЛАВА II. Цель, задачи, условия и методика проведения исследований 36

2.1 Целевая направленность и вопросы, поставленные к изучению, схема опытов 36

2.2 Описание системы капельного полива риса на опытном участке 41

2.3 Особенности погодных условий в годы проведения исследований 43

2.4 Почвы опытного участка и её водно-физические и агрохимические свойства 48

2.5 Агротехника на опытных посевах риса 51

2.6 Методика проведения исследований 52

ГЛАВА III. Обоснование водного режима почвы и дозвнесения макроудобрений для получения планируемой урожайности аэробного риса 57

3.1 Динамика влажности почвы и сроки проведения поливов по вариантам водного режима 57

3.2 Формирование корневой системы аэробного риса по вариантам водного режима и дозам макроудобрений 70

3.3. Урожайность аэробного риса при различных водных режимах и дозах внесения макроудобрений 73

3.4 Сочетание водного режима почвы и доз внесения макроудобрений для получения планируемой урожайности риса 76

3.5 Показатели характеристики растений риса, обеспечивающие получение планируемой урожайности 78

3.6 Динамика фотосинтетических показателей в связи с формируемым уровнем урожайности аэробного риса 85

3.7 Структура урожая аэробного риса 89

ГЛАВА IV. Водопотребление аэробного риса при капельном орошении 95

4.1 Связь суммарного водопотребления с уровнем формируемой урожайности риса 95

4.2 Среднее за сутки водопотребление аэробного риса при разных уровнях урожайности 102

4.3 Динамика биоклиматических коэффициентов испарения 106

4.4 Коэффициенты водопотребления и удельные затраты оросительной воды на формирование урожая риса 109

ГЛАВА V. Экологическая безопасность и экономическая эффективность возделывания аэробного риса при капельном орошении 115

5.1 Экологические преимущества возделывание риса при капельном орошении по сравнению с поливами затоплением и дождеванием 115

5.2. Экономическая эффективность возделывания аэробного риса при капельном орошении

Заключение 120

Рекомендации производству 123

Список литературы

• Затраты оросительной воды при возделывании риса затоплением чеков
• Особенности погодных условий в годы проведения исследований
• Формирование корневой системы аэробного риса по вариантам водного режима и дозам макроудобрений
• Динамика биоклиматических коэффициентов испарения

Введение к работе

Актуальность исследований. Рис (Oryza sativa L.) как продовольственная культура в мировой иерархии продуктов питания занимает особое место. Для более половины человечества он служит основным продуктом, потребляемым в пищу. Его выращивают в 120 странах мира на площади более 160 млн. га.

Рис отличается высокой биологической пластичностью и адаптационной способностью, что в мировом земледелии позволяет возделывать его в широком диапазоне климатических условий и способов полива, к которым относятся затопление, периодические поливы и суходольные условия.

В мировой практике орошения риса наибольшее распространение получил способ полива продолжительным затоплением чеков слоем воды. По такой технологии в настоящее время рис возделывается на площади более 100 млн. га, на что расходуется около 50% от общего объема оросительной воды, или 24 - 30% имеющихся в мире запасов пресной воды. Ооросительная норма риса, выращиваемого по такой технологи, находится в пределах от 20 до 25 тыс. м³/га и более, что значительно превосходит биологическое потребление воды рисовым агроценозом. Значительная часть ее теряется на фильтрацию, сброс и боковой отток.

Водообеспечение орошаемых земель, в особенности рисовых, на современном этапе в Азии, Российской Федерации, Египте и других странах испытывает определенное ограничение забора воды на орошение из-за дефицита водных ресурсов. В ближайшей перспективе в связи с глобальным изменением климата и увлечением его аридаизации, продолжающимся приростом населения, нарушением экологических ограничений природопользования проблема дефицита пресной воды и продовольствия может обостриться до критических значений. В связи с этим к 2025 году 35-40 млн. га посевной площади риса при сохранении традиционной технологии орошения будет страдать от нехватки воды. Поэтому поиск путей снижения затрат воды на орошение риса, как самой водозатратной культуры, имеет большое экономическое, социальное и экологическое значение.

Водосберегающее орошение риса решалось различными способами. Для снижения оросительных норм риса использовали периодическое и укороченное затопление. В последние годы в мировой аграрной науке актуализировались исследования по орошению аэробного риса. Аэробный рис – это возможность его возделывания в ненасыщенной водой почве с подержанием влажности от 70 до 100% НВ в течение всего жизненного цикла растений.

Исследования по водосберегающим технологиям орошения аэробного риса в основном базировались на использовании полива по полосам, бороздам и дождеванием. Однако и этим способам увлажнение почвы свойствены некоторые недостатки, связанные с потерями воды. По этому показателю они существенно проигрывают системам капельного орошения. Несмотря на это, использование систем капельного орошения на рисовых полях пока даже в мировой практике изучено очень мало. Поэтому наши исследования были направлены на обоснование водного режима почвы и обеспечивающих его поливных режимов, а также доз внесения удобрений, сочетание которых способствует получению на системах капельного орошения планируемой урожайности.

Работа выполнялась в рамках фундаментальных научных исследований Федерального агентства научных организаций по теме (проект) № 0714-2014-0008 «7. Разработать теоритические основы периодического орошения риса при различных способах полива».

Степень разработанности темы. Результаты исследований по орошению аэробного риса по полосам, бороздам и дождеванием на оросительных системах общего назначения изложены в работах Величко Е.Б., Шумаковой К.П., 1972; Кружилина И.П. 2002 – 2015; Ганиева М.А., 1995-2015; Родина К.А., 2003-2015; Зуевой И.Н., 2009; Любушкина С.Н., 2010 и никоторых других авторов. Наши исследования, в отличие от выше названных авторов, были направленны на обоснование возможности возделывания риса на системах капельного орошения, параметров режима поливов, обеспечивающих поддержание необходимого водного режима почвы, сочетание которого с внесением определенных доз макроудобрений позволяет получить экономически эффективную урожайность без снижения качества товарной продукции и негативного влияния на окружающую среду.

Цель исследований сводилась к обоснованию экономической и экологической целесообразности возделывания риса на системах капельного орошения, сочетания водного режима почвы и обеспечивающих его регламентов полива с дозами внесения макроудобрений для получения 5, 6 и 7 т/га зерна. В процессе исследований определялись основные параметры характеристики растений по фазам развития (сроки наступления, формирование габитуса растении, продуктивность метелки и др.), как эталонных показателей для контроля и оценки возможности выхода агроценоза на планируемую урожайность или, при наличии отклонений, внесения в технологию возделывания необходимых корректирующих агро- и гидромелиоративных приемов.

Для достижения поставленной цели в исследованиях поэтапно решались следующие задачи:

1. Обосновать целесообразность дифференциации расчетного слоя про-мачивания почвы поливами и предполивной влажности с учетом изменяющихся глубины проникновения корневой системы и потребности риса в воде;

2. Определить нормы реакции риса на изменение водного режима почвы и доз внесения макроудобрений при капельном орошении;

3. Определить динамику показателей характеристики растений риса, которые обеспечивают выход на формирование урожайности 5, 6 и 7 т/га;

4. Обосновать режимы капельного орошения риса, обеспечивающие поддержание рекомендованного для получения запланированного уровня урожайности водного режима почвы в различные по степени природного увлажнения годы;

5. Уточнить дозы внесения макроудобрений по дефициту доступного растениям наличия макроэлементов в почве и выноса с планируемым урожаем риса;

6. Определить с учетом особенностей капельного орошения динамику численных значений потребления воды растениями по межфазным периодам и за вегетационный период при разных уровнях урожайности;

7. Установить динамику численных значений биоклиматических коэффициентов испарения для разных уровней урожайности с последующим ис-

пользованием их для оптимизации водного режима почвы на системах капельного орошения риса;

8. Определить структурные показатели характеристики зерна риса при различных уровнях урожайности;

9. Дать эколого-экономическое обоснование эффективности возделывания риса при капельном орошении.

Научная новизна результатов исследований состоит в том, что впервые не только в Нижнем Поволжье, но и в Российской Федерации, нами в многолетних опытах получены положительные результаты возделывания аэробного риса на системах капельного орошения. Обоснованы дифференцированные по глубине увлажнения и предполивному порогу влажности почвы водные режимы и позволяющие в сочетании с рекомендованными дозами макроудобрений получать конкурентоспособную урожайность при снижении затрат оросительной воды по сравнению с традиционной технологией орошения в 2,5 - 5,0 раз и на 20 - 25% при дождевании. Рекомендовано сочетание управляемых факторов (водный режим почвы и дозы макроудобрений) для получения при капельном орошении урожайности риса на уровнях 5, 6 и 7 т/га зерна, определены суммарное и среднесуточное по межфазным периодам и за весь цикл вегетации во-допотребление, биоклиматические коэффициенты испарения воды, динамика эталонных показателей характеристики растений рисового агроценоза, обеспечивающих выход на получение запланированного урожая.

Теоритическая и практическая значимость работы. Полученные новые знания по нормам реакций риса на уровень предполивной влажности и глубину увлажнения почвы по показателям роста и развития, формирования урожайности, динамике численных значений эвапотранспирации в межфазные природы и в целом за вегетацию, некоторым другим позволили сформулировать научную гипотезу экономически эффективного и экологически безопасного управления водным режимом почвы проведением поливов, обеспечивающих на системах капельного орошения в сочетании с дозами внесения макроудобрений получение запланированных урожаев. Научная гипотеза сертифицирована результатами экспериментальных исследований, изложенных в диссертации. Практическая значимость их характеризуется исключением необходимости строительства для возделывания риса специализированных оросительных систем, потерь оросительной воды на поверхностный сброс, фильтрацию, а следовательно, и утилизацию их, получением высокой эконмической эффективности без негативного влияния на окружающую среду.

Методология и методы исследования. В полевых исследованиях использовались наблюдения, учеты и измерения проводились по методикам опытного дела Роде А.А., 1960; Костякова А.Н., 1960;Никитенко Г.Ф., 1982; Доспехова Б.А., 1985 и др. Определение водно-физических и агрохимических свойств светло-каштановой тяжелосуглинистой почвы выполнялось по методикам С.В. Астапова (1958 г.), А.Ф. Вадюниной, З.А. Корчагиной (1986 г.), Е.В. Аринушкиной (1962 г.). Поливные нормы для капельного орошения рассчитывали по формуле А.Н. Костякова в модификации И.П. Кружилина и др. (2003 г.).

Результаты экспериментальных данных подвергали статистической обработке методом дисперсного и корреляционного анализа по Б.А. Доспехову с

использованием программ «Microsoft Offise Excel 2007» и «STATISTICA 10». Экономическая эффективность возделывания аэробного риса рассчитывалась с учетом особенностей способа полива по технологическим картам.

Положения, выносимые на защиту:

S Утверждение возможности использования систем капельного орошения для возделывания аэробных сортов риса;

^ Обоснование водных режимов почвы, обеспечивающих в сочетании с дозами внесения макроудобрений получение на системах капельного орошения урожайности риса 5, 6 и 7 т/га зерна;

Режимы орошения риса, способствующие поддержанию необходимого водного режима почвы в различные по обеспеченности осадками в период вегетации годы;

S Численные показатели характеристики растений риса по фазам развития необходимые для контроля и управления продукционным процессом с целью выхода агроценоза на формирование планируемой урожайности;

S Суммарное и среднесуточное водопотребление аэробного риса при капельном орошении;

S Биоклиматические коэффициенты испарения, использование которых с учетом прогноза метеоусловий позволяет планировать сроки наступления очередных поливов;

S Влияние различного сочетания факторов на показатели структуры урожая риса;

S Экологическая безопасность и экономическая эффективность возделывания аэробного риса.

Степень достоверности и апробация результатов исследований под-тверждается использованием фундаментальных законов мелиоративной и растениеводческой науки, апробированных методик полевых и лабораторных экспериментов, статистической обработкой полученных результатов. Основные положения и результаты исследований докладывались на международных научных конференциях «Научная конференция молодых ученых и специалистов РГАУ-МСХА имени К.А. Тимирязева, посвященная 170-летию со дня рождения К.А. Тимирязева» (2013 г.) и «Научное наследие академика Д.Н. Прянишникова и современные проблемы агрохимии» (2015 г.) в Российской Федерации, Египте и получили положительную оценку, экспонировались на выставке «Золотая осень 2014 и 2015» в г. Москва и удостоены Золотой медалью.

Личный вклад автора заключается в постановке и проведении полевых исследований, обработке полученных опытных данных и лабораторных анализов, написании научных статей и диссертации, в общей сложности он составляет не менее 80%.

Публикация работ По материалам диссертационной работы опубликовано 2 научные работы в журналах, рекомендованных ВАК Минобрнауки РФ.

Объём и структура диссертации. Диссертационная работа включает введение, 5 глав, заключение, рекомендации производству, список литературы, который состоит из 211 наименований, куда входят 113 иностранных источников и 9 приложений. Изложена она на 155 страницах, включает 25 рисунков и 25 таблиц.

Затраты оросительной воды при возделывании риса затоплением чеков

Цель исследований сводилась к обоснованию по результатам многофакторного полевого опыта оптимального сочетания управляемых факторов роста и развития риса, обеспечивающих на фоне капельного орошения получение урожайности 5, 6 и 7 т/га зерна. В процессе выполнения исследований определялись нормы реакции риса на различное сочетание водного и пищевого режимов почвы, сочетание управляемых факторов роста и развития растений, обеспечивающих полу-чение планируемых урожаев с обоснованием для каждого уровня урожайности числа, норм и сроков проведения поливов в разные по погодным условиям годы.

Для выполнения поставленной цели необходимо было поэтапное решение следующих задач: 1. Обосновать целесообразность дифференциации расчетного слоя прома-чивания почвы поливами и предполивной влажности с учетом изменяющихся глубины проникновения корневой системы и потребности риса в воде; 2. Определить нормы реакции риса на изменение водного режима почвы и доз внесения макроудобрений при капельном орошении; 3. Определить динамику показателей характеристики растений риса, которые обеспечивают выход на формирование урожайности 5, 6 и 7 т/га; 4. Обосновать режимы капельного орошения риса, обеспечивающие под-держание рекомендованного для получения запланированного уровня урожайности водного режима почвы в различные по степени природного увлажнения годы; 5. Уточнить дозы внесения макроудобрений по дефициту доступного растениям наличия макроэлементов в почве и выноса с планируемым урожаем риса; 6. Определить с учетом особенностей капельного орошения динамику численных значений потребления воды растениями по межфазным периодам и за вегетационный период при разных уровнях урожайности; 7. Установить динамику численных значений биоклиматических коэффициентов испарения для разных уровней урожайности с последующим использованием их для оптимизации водного режима почвы на системах капельного орошения риса; 8. Определить структурные показатели характеристики зерна риса при различных уровнях урожайности; 9. Дать эколого-экономическое обоснование эффективности возделывания риса при капельном орошении. Исследования по разработке основных показателей управления водным режимом почвы при орошении капельной системой с внесением макроудобрений проводились на посевах аэробного риса сорта Волгоградский в двухфакторном полевом опыте и включали следующие варианты (рис. 2.1.1):

По первому фактору (водный режим) изучались варианты: 1. В течение всего периода вегетации риса влажность почвы в слое почвы 0,6 м поддерживался поливами не ниже 80% НВ; 2. Вегетационные поливы проводились при предполивном пороге влажности 80 % НВ в период от посева до конца фазы кущения в слое - 0,4 м, а от выхода растений в трубку до полной спелости зерна - 0,6; 3. Поддержание влажность почвы не ниже 80% НВ в период от посева до конца фазы кущения в слое 0,4 м, а от выхода растений в трубку до восковой спелости - 0,6 м и от восковой до полной спелости зерна не ниже 70% НВ в том же слое. 1-я

Второй фактор опытов включал 3 варианта оценки влияния уровней минерального питания на продуктивность риса. Дозы макроудобрений по вариантам рассчитывались по методике В.И. Филина (1994) на получение урожайности 5, 6 и 7 т/га зерна. В таблице 2.1.1 представлен расчет доз и схема внесения удобрений.

Коэффициент возмещения азота с учетом хорошей окультуренности почв опытного участка по предшественнику картофель принимали по рекомендации В.И. Филина (1994) равный 0,8. По фосфору и калию с учётом степени обеспеченности почвы этими элементами учитывали коэффициент возмещения выноса из почвы урожаем, которые составили соответственно 1,0 и 0,6.

Расчётную дозу фосфора в качестве аммофоса, содержащего Р205 45% и N 10%, и калия с действующим веществом К20 56% вносились полностью осенью перед вспашкой почвы. Азот в виде аммиачной селитры, содержащей 34% действующего вещества, вносили частями: половинную часть рассчитанной дозы, включая поступление с аммофосом, под осеннюю перепашку, а остальное одинаковыми дозами в период подкормок в фазе кущения и трубкования (табл. 2.1.1).

Норма посева риса составляла 5 млн. всхожих семян на 1 га, посев проводили сеялкой СН-16 узкорядным способом при необходимом прогревании почвы на глубине заделки семян до 13 0С, в 2013 и 2014 г. - 28 апреля, в 2015 г. - 8 мая.

Опыт закладывали методом расщепленных делянок при одноярусном систематическом расположении вариантов по режимам орошения и рендомизиро-ванно - по минеральному питанию. Повторность опыта трехкратная, учетная площадь делянок по режиму орошения 630 м2 и минеральному питанию 203 м2. Способ полива - капельное орошение (рис. 2.1.1).

При возделывании аэробного риса применяли систему капельного орошения, которая была поставлена РГАУ-МСХА имени К.А. Тимирязева. На рисунке 2.2.1 схематично показана подача поливной воды на капельное орошение. Сюда входит, трубопровод магистральный (1), распределитель давления (6), шланг LFT 100 (7), фильтр грубой (11) и тонкой очистки (3), манометр давления поливной воды (4), запорная арматура в виде задвижек и кранов (5, 8, 9), фитинги т-т х кр х LFT (9), капельные трубки (10). Фильтр (11) для очистки поливной воды из трубопровода магистрального (1) выполнен двухступенчатым. Фильтр необходим для грубой очистки с выведением ржавых частиц диаметром до 0,5 мм из трубопровода магистрального и сделан в виде гидроциклона (2).

Особенности погодных условий в годы проведения исследований

В межфазной период «вымётывание» и «молочная спелость» падение влаго-запасов до 80 % НВ происходило 5 раз, а периоды между поливами составляли 2 -4 дня. В фазе «восковая спелость» 15 августа запасы влаги в расчетном слое почвы до 80% НВ снизились последний раз. В этом варианте водного режима разница между поливами составила 2 - 10 дней. К концу жизненного цикла влагозапасы составили 81,7% НВ, что соответствует запасу влаги в почве 1507 м3/га. Во втором варианте влагозапасы до запланированного пределе опускались 18 раз. Первый раз это произошло в 0,4 м слое почвы 20 мая в фазе «один-два листа». От посева до первого полива продолжительность составила 22 дня. Второе падение влажности в том же слое произошло 29 мая в фазу «двух-трёх листьев». Следующее снижение влаги в почве состоялось в фазе «кущения» 7 июня. В эту фазу влагозапасы до планового предела снижались ещё два раза, 12 и 17 июня. При снижении глубины увлажнения до 0,6 м и интенсивного накопления биомассы в период от трубкования до выбрасывания метелки запасы влаги до допустимого предела снижался 6 раз (22 и 26 июня, 1, 5, 9, 13 и 17 июля). В этом изучаемом варианте уровень влажности в почве до необходимого предела снижалась ещё 4 раза в фазу «вымётывание» 21 июля, «молочная спелость» 24 и 29 июля и 2 августа. Заключительное падение влагозапасов в расчетном слое до запланированного предела случилось 15 августа, в фазе «восковой спелости». Здесь промежутки между поливами изменялась от 2 до 9 дней. К 18 августа (конец периода вегетации) влажность в слое почвы 0,6 м составила 83,4% НВ, это соответствует присутствующей влаги в почве 1534 м3/га.

Из графического изображения на рисунке 3.1.2 видно, что в третьем варианте водного режима влагозапасы до расчетного предела опускались 16 раз. Первое иссушение влаги из почвы до 80% НВ сложилось, так же как и во втором варианте водного режима. Последующая динамика в этом варианте влагозапасов происходил идентично второму варианту до 29 июля, завершения в фазы «молочной спелости». 100

Измениение влажности в регулируемых слоях почвы по изучаемым вариантам водного режима в 2015 г. При снижении, согласно схеме опыта, предполивного порога влажности почвы до 70% НВ в слое 0,6 м в фазу «восковая спелость» последнее снижение запасов влаги до предельного уровня произошло 6 августа. В фазу «полной спелости зерна» почвенная влага уменьшалась до 1114 м3/га или 86,2% НВ.

Выпавшие в 2015 году перед посевом весенние осадки увеличили почвенные запасы влаги и к 8 маю, когда проводили посев аэробного риса, они в расчётных слоях 0,4 и 0,6 м составляли 1185 и 1672 м3/га или 93,7 и 90,8% НВ (рис. 3.1.3). Хочется также отметить, что в мае и первой декаде июня выпавшие атмосферные осадки в количестве 74,1 мм, также значительно увеличили почвенные запасы влаги и отодвинули первый полив на всех вариантах водного режима, по сравнению с другими годами, на 38 - 39 дней.

В первом варианте снижение влажности почвы до 80% НВ в слое 0,6 м прослеживалось 13 раз. Впервые до запланированного предела она снижалась через 39 суток после посева семян, в фазу «кущения», а последнее снижение - за 2 суток до полной спелости (рис. 3.1.3). Разница в межполивных периодах здесь составила 2 - 12 дней, а почвенные запасы влаги к уборке уменьшались до 90,5% НВ, или 1667 м3/га.

На графическом изображении рисунка 3.1.3 показано, что во втором варианте почвенные запасы влаги, снижались до установленного предела 15 раз. Первоначально это случилось 16 июня в фазе трёх листьев, через 38 дней после посева. Второе достижения почвенных запасов влаги до установленного уровня было в фазе «кущение». В межфазный период от выхода в трубку до выбрасывания метёлки падение почвенных запасов влаги наблюдалось с интервалом в 2 - 4 дня еще 6 раз. В «восковую спелость» 29 августа, за 2 дня до завершения жизненного цикла растений почвенные запасы влаги в слое 0,6 м упали до планового предела. После того как был проведён первый полив промежутки между поливами изменялись от 2 до 12 дней. Конечные данные по почвенным запасом влаги в этом варианте водного режима составили 90,2% НВ или 1662 м3/га.

В третьем варианте водного режима почвенные запасы влаги, как видно из графического изображения на рисунке 3.1.3, до фазы «восковая спелость» не отличались от второго варианта, где поливы назначались при поддержании влажности почвы не ниже 80% НВ с переменной глубиной увлажнения 0,4 и 0,6 м. Заключительный полив здесь провели в период «восковой спелости», когда почвенные запасы воды снизились до запланированного предела 29 августа, за 10 дней до полной спелости зерна. Период «посев-первый полив» в данном варианте в 2015 году продлился 38 дней, а после его проведения промежутки между поливами изменялась от 2 до 12 дней. К периоду уборки почвенная влажность на изучаемом варианте составила 1241 м3/га или 96,0% НВ.

В таблицах 3.1.1 - 3.1.3 представлены сведения по датам сделанных поливов, их значения и оросительные нормы в зависимости от водного режима. Эти данные показывают, что влага в расчётных слоях почвы не опускалась ниже установленных схемой опытов пределов. Отсюда следует, что фактические поливные нормы соответствовали расчётным.

Анализ изучаемых вариантов показал, что в рассматриваемые годы из-за различных климатических условий поддержание предполивной влажности на установленных схемой опытов пределах сопровождалось различным числом и сроками проведения поливов.

В варианте водного режима почвы с предполивной влажностью 80% НВ в слое 0,6 м в среднесухой 2014 год было дано 15 поливов по 370 м3/га, сред-невлажном 2015 - 13, а во влажном 2013 году - 12 (табл. 3.1.1). В 2015 году выпавшие атмосферные осадки перед посевом риса и после в мае и первой декаде июня в количестве 74,1 мм пополнили почвенную влагу, вследствие чего первый полив был сделан 17 июня, в фазе кущения. В дальнейшем от фазы трубкование до вымётывания метёлки, в связи с интенсивным накоплением биомассы количество поливов составило 5. В фазе «вымётывание» было сделано 2 полива, а в период образования и налива зерна - 5.

Формирование корневой системы аэробного риса по вариантам водного режима и дозам макроудобрений

Рису, как и всем культурным растениям, для перехода от одной жизненной фазы к другой нужна необходимая сумма температур. При обработке полученных экспериментальных данных по длительности межфазных периодов позволило выяснить потребность аэробного риса в необходимой сумме среднесуточных температур, как по межфазными периодами, так и за весь жизненный цикл.

Независимо от метеоусловий в годы проведения опытов средняя суточная сумма температур воздуха в отдельно взятом периоде между фазами во всех вариантах водного режима почвы и дозах внесения удобрений практически была одинаковой (табл. 3.5.4, прил. 8). Так, в период «посев - всходы», независимо от водного режима или доз удобрений, потребность в тепле в среднем составила 188,3С с колебаниями за проведённые годы опытов в пределах 187,8 - 188,9С. Отсюда следует, что основным фактором для набора нужной суммы температур в данный период считаются метеорологические условия. Таблица 3.5.4 - Сумма средних за сутки температур по периодам между фазами,

В период «всходы - кущение» с повышением средней суточной температуры воздуха и увеличением прирастающей биомассы растений начинает возрастать потребность растений в водообеспечении. Так, во втором и третьем вариантах водного режима благодаря проведенным в период от посева до конца кущения поливам растениям аэробного риса от фазы всходов к фазе кущения потребовалось в среднем за трёхлетний период сумма среднесуточных температур 587,3 с колебаниями от 579,2 до 593,30С.

В период «восковая - полная спелость» уменьшение предполивного порога почвенной влажности сопровождалось уменьшением длительности вегетации аэробного риса. Так, в этом варианте опыта сумма средних за сутки температур воздуха от посева до полного созревания зерна за проведённые годы опытов по сравнению со вторым вариантом водного режима уменьшилась с 2609,4 до 2556,8С. В варианте водного режима с предполивной влажностью 80% НВ в слое 0,6 м растения аэробного риса для завершения периода вегетации накапливали необходимую сумму средних суточних температур воздуха, за трёхлетний период в среднем 2476,3 с колебаниями от 2473,7 до 2478,7С.

Данные опытов по сумме средних суточных температур воздуха свидетельствует о том (прил. 8), что в варианте дифференцированного водного режима 80 и 70% НВ и глубиной увлажнения почвы на 0,4 и 0,6 м внесённые минеральные макроудобрения под посев риса сорта Волгоградский начинают своё действие с периода «всходы - кущение». При внесении Ni09 Рб2 К75 (5 т/га) накопленная сумма средних суточных температур воздуха от фазы всходов до фазы кущения составила за трёхлетний период в среднем 563,8С. В вариантах внесения N131 Р74 К90 (6 т/га) и N157 Р90 К108 (7 т/га) необходимость растений аэробного риса в тепле повысилась на 23,5 и 48,5 С соответственно. Растениям риса для созревания зерна на фоне внесения N109 Рб2 К75 (5 т/га), N131 Р74 К9о (6 т/га) и N157 Рэо Кю8 (7 т/га) сумма средних суточных температур воздуха, за проведённые годы опытов составила в среднем соответственно 2451,8, 2556,8 и 2639,8С.

3.6 Динамика фотосинтетических показателей в связи с формируемым уровнем урожайности аэробного риса

Самым важным биохимическим процессом, который проходит в растительном организме считается фотосинтез. В результате данного процесса световая энергия преобразуется в химическую, которая с избытком покрывает расходы на дыхание и даёт возможность для создания материальной базы для развития и оставления после себя потомства риса в виде зерна.

Опытные данные таблицы 3.6.1 наглядно показывают, что численные показатели максимальной листовой поверхности на посевах аэробного риса в исследовательские годы варьировало в зависимости от изучаемых водных режимов и внесения макроудобрений (табл. 3.6.1). Так, в первом варианте водного режима максимальные показатели листовой поверхности растительного организма в среднем за период проведённых исследований составили 35,56 тыс.м2/га. В третьем варианте водного режима максимальная листовая поверхность растительного организма была больше на 0,86 м2/га относительно первого варианта, но на 0,36 м2/га меньше второго варианта.

Из приведенных данных видно (табл. 3.6.1), что внесение различных доз макроудобрений также влияет на показатели площади листовой поверхности. Так, в третьем варианте водного режима при внесении N157 Р90 Кш (7 т/га) максимальная листовая площадь растительного организма за три года составила в среднем 37,64 тыс.м2/га. В варианте внесения N131 Р74 К90 ( т га) на экспериментальный участок максимальная площадь листьев растительного организма уменьшилась на 1,22 тыс.м2/га за рассматриваемые годы и составила 36,42 тыс.м2/га. При внесении минимальной дозы Ni09 Р62 К75 (5 т/га), предусмотренной схемой опытов максимальная площадь листьев растительного организма уменьшилась по сравнению с максимальной дозой NPK, на 2,88 тыс.м2/га. В среднем за годы исследований она составила 33,46 тыс.м2/га.

Опытами установлено (табл. 3.6.1), что чистая продуктивность фотосинтеза на изучаемых водных режимах была разной. Так, при поливах по первому варианту значение чистой продуктивности фотосинтеза за проведённый период исследований составило 5,91 г/м2 сутки. В третьем варианте, где почвенная влажность не снижалась ниже 80% НВ в слоях промачивания почвы сначала в 0,4 а затем в 0,6 м чистая продуктивность фотосинтеза была выше на 0,25 г/м2 сутки по сравнению с первым вариантом, но относительно второго варианта была ниже на 0,06 г/м2 сутки.

Приведённые в таблице 3.6.1 данные показывают, что при внесении макроудобрений дозой N157 Р90 К108 (7 т/га) на растения риса провацировали с наибольшей продуктивностью фотосинтеза. В среднем за трёхлетний период исследований она составила 6,47 г/м2 сутки. Внесение пониженных доз макроудобрений (Кізі Р74 К90 и N109 Рб2 К75) снизило, по сравнения с максимальной дозой NPK, значение чистой продуктивности фотосинтеза на 0,31 и 0,78 г/м2 сутки соответственно, и составило за период проведённых опытов 6,16 и 5,69 г/м2 сутки соответственно.

Отсюда следует, что изменения численных значений чистой продуктивности фотосинтеза при оптимизации водного и пищевого режимов почвы с целью получения планируемых урожаев зерна аэробного риса в наших опытах были незначительны, что позволяет среднее значения их использовать для управления формированием программируемых урожаев.

Опытами также установлено (табл. 3.6.1), что минимальные числовое значение фотосинтетического потенциала в среднем за трёхлетний период исследований, 2180,66 тыс.м2 дней/га растения аэробного риса сформировали в первом варианте поддержания почвенной влажности. В третьем варианте дифференцированного водного режима почвы фотосинтетический потенциал повысился до 2297,97 тыс.м2 дней/га. Во втором варианте почвенной влажности сформировался максимальный фотосинтетический потенциал, который за рассматриваемые годы составил 2385,29 тыс.м2 дней/га.

Внесение NPK также способствовало повышению фотосинтетического потенциала. Так, в третьем варианте водного режима при внесении N157 Р90 Kios (7 т/га) был получен максимальный фотосинтетический потенциал и за три опытных года составил 2502,60 тыс.м2 дней/га. С внесением на экспериментальный участок Nisi Р74 К90 (6 т/га) фотосинтетический потенциал уменьшился на 204,63 тыс.м2 дней/га и составила за рассматриваемые годы 2297,97 тыс.м2 дней/га. На фоне внесении минимальной дозы Ni09 Р62 К75 (5 т/га) предусмотренной схемой опытов фотосинтетический потенциал уменьшился, по сравнению с максимальной дозой NPK на 479,56 тыс.м2 дней/га и в среднем за проведённые годы исследований составил 2023,04 тыс.м2 дней/га

Динамика биоклиматических коэффициентов испарения

Максимальное значение коэффициентов наблюдалось во втором и третьем вариантах водного режима и за трёхлетний период составило 0,426 мм/С. После окончания периода между фазами выметывания и молочная спелость расходуемая влага на тепловую единицу на всех изучаемых режимах орошения постепенно снижалась. В первом варианте водного режима почвы с предполивной влажностью 80% НВ в слое 0,6 м он снижался до 0,197 - 0,236 со средним значением 0,222 мм/0С.

Во втором варианте водного режима почвы, в среднем за три года понизился до 0,220 мм/0С. Минимальный его показатель прослеживался в третьем варианте дифференцированного по предполивному порогу режима увлажнения 80 и 70% НВ в слое 0,4 и 0,6 м с колебаниями в пределах 0,186 - 0,214 при среднем значении 0,213 мм/0С.

Следовательно, зная длительность вегетации культуры для завершения цикла вегетации и необходимую сумму температур с помощью биоклиматических коэффициентов испарения удастся определять потребность в воде на эвапотранс-пирацию аэробного риса как за отдельные периоды между фазами, так и за весь жизненный цикл растений. Тем самым представляется возможным с использованием прогноза погоды и биоклиматического коэфициента испарения прогнозировать сроки и нормы проведения поливов.

Для определения насколько эффективно растительный организма и потребляется вода на формирование уражая, нужно рассчитать, сколько её затрачивается на единицы полученние продукции, то есть коэффициент водопотребления. Числовые показатели его непостоянны и связанны с многочисленными факторами, такими как погодные условия за жизненный цикл растений, созданные условия по обеспечению их влагой, уровень почвенного плодородия, агротехнологические приёмы возделывания культуры, способы, а также техника орошения. Однако самым главным фактором, влияющим на числовые показатели коэффициента водопотребления, является количество получаемого урожая (Шумаков Б.А., 1954,1957; Костяков А.Н.,1960; Льгов Г.К. ,1966; Алпатьев A.M.,1974; Багров М.Н., 1970; КузникА.И.,1979).

Исследованиями установлено, что на посевах аэробного риса в варианте внесения макроудобрений, которые рассчитаны на 6 т/га, при сборе зерна 5,59 -5,79 т/га и поддержании дифференцированного водного режима 80 и 70% НВ и глубины увлажнения почвы 0,4 и 0,6 м отмечался самый низкий коэффициент во-допотребления, который за трёх летний период опытов составил 1073,9 с колебаниями в разное годы от 1060,2 до 1073,9 м3/т (табл. 4.4.1).

Коэффициент водопотребления и затраты поливной воды по вариантам водного режима почвы (доза макроудобрений на получение урожайности 6 т/га) Годы исследований Эвапо-транспира-ция,м3/га Урожайжай-ность,т/га Ороси-тель-наяаянормаа, м3/га Коэффициентэвапотранспи-рации,м3/т Затраты оросительной воды,м3/т

В варианте сбора урожая 6,12 - 6,40 т/га зерна при поддержании почвенной влажности не ниже 80% НВ до конца фазы кущения в слое 0,4 м с дальнейшим 111 его увеличением до 0,6 м коэффициент водопотребления возрос и составил в среднем 1071,0 с изменениями за период опытов от 1079,2 до 1063,7 м3/т. При урожайности 5,59 - 5,79 т/га зерна в варианте водного режима почвы 80% НВ с постоянной глубиной увлажнения на 0,6 м отмечался самый высокий удельный расход воды, который составил за трёхлетние опыты 1095,2 с изменениями за период исследований от 1074,8 до 1095,2 м3/т.

Одним из основных показателей, определяющих эффективность орошения любой сельскохозяйственной культуры, служат затраты поливной воды на единицу полученной продукции.

Опыты свидетельствуют (табл. 4.4.1), что максимальные затраты поливной воды на одну тонну полученной продукции отмечались в варианте водного режима, где почвенная влажность не снижалась ниже 80% НВ в слое 0,6 м и составляли в среднем 865,7 м3/т. За трёхлетние опыты затраты оросительной воды здесь изменялись в пределах от 773,5 до 992,8 м3/т. В варианте поддержания почвенной влажности не ниже 80% НВ при глубине промачивания до конца фазы кущения 0,4 с последующим увеличением до 0,6 м прослеживалось уменьшение затрат поливной воды на тонну зерна и за трёхлетний период опытов изменялись от 764,2 до 990,2 м3/т при среднем численном значении 861,4 м3/т. В варианте с дифференцированным пред поливами порогом почвенной влажности 80 и 70% HВ и глубиной увлажнения h = 0,4 и 0,6 м на получение 1 тонны зерна аэробного риса использовано минимальное количество поливной воды. Здесь на 1 тонну риса-сырца вылили на исследовательское поле в среднем 805,1 м3 воды с колебаниями за период опытов от 745,4 до 913,6 м3/т.

Значит, с дифференциацией слоя увлажнения почвы при капельном орошении продуктивность, посевов аэробного риса увеличилась с общими затратами воды из расчета на единицу площади, однако коэффициент потребления воды растениями и затраты поданной на поле оросительной воды на полученный урожай снижались. Затраты поливной воды, мЗ/т Рисунок 4.4.1 - Уравнение связи коэффициента водопотребления и затрат поливной воды с уровнем формируемой урожайности аэробного риса (с 2013 по 2015 гг.) Обработанные опытные данные, которые были получены по результатам проведённых за трёхлетний период исследований, дали возможность получить аппроксиматическое уравнение связи между коэффициентом водопотребления и затратами поливной воды (Кв и К3, м3/т) и урожайностью аэробного риса (У, т/га), которые описываются кривыми полиномиального типа второй степени: Кв = 21,623У2 - 432ДЗУ + 2895,5 К3 = 18,23У2 - 355,18У + 2322,5

Полученное в результате обработанных данных уравнения определяется высокой величиной достоверности аппроксимации - 0,9347 и 0,902 соответственно (рис. 4.4.1). Таким образом использование данных аппроксимативных уравнений позволило определить, что для получения урожайности 5 т/га зерна коэффициент водопотребления и затраты поливной воды за жизненный цикл растений аэробного риса должны быть на уровне 1275,4 и 1002,3 м3/т соответственно.