Содержание к диссертации
Введение
1. Особенности биологии и возделывания сои 9
1.1. Биологические особенности сои 9
1.2. Факторы, влияющие на формирование и структуру урожая, его величину и качество 12
1.3. Особенности технологии возделывания сои на орошаемых землях 21
2. Условия и методика проведения исследований 35
2.1. Характеристика почв 35
2.2. Климат 37
2.3. Агротехника, схема опытов, методика проведения исследований 44
3. Режим орошения сои 53
3.1. Динамика влажности почвы 54
3.2. Влияние режима орошения на рост, развитие и фотосинтетическую деятельность сои 63
3.3. Влияние влагообеспеченности на продуктивность сои 76
3.4. Водопотребление сои при различных режимах орошения 79
3.4.1. Суммарное водопотребление сои 80
3.4.2. Среднесуточное водопотребление сои 83
3.5. Сравнительная оценка методов определения суммарного водопотребления 87
3.6. Биоклиматические коэффициенты сои 90
3.7. Нормативы прибавок урожайности сои на зерно от орошения 93
4. Пищевой режим сои 99
4.1, Динамика питательных веществ в почве 100
4.2. Влияние удобрений на рост, развитие и продуктивность сои при различной влагообеспеченности 104
4.2. Влияние стимуляторов роста на продуктивность сои 111
43. Влияние активных соевых штаммов нитрагинов на урожай сои 118
4.4, Влияние различных доз минеральных удобрений, инокуляции и стимуляторов роста на продуктивность сои . 124
5. Экономическая эффективность и энергетическая оценка технологии возделывания сои 130
5.1. Экономическая эффективность орошения и удобрения сои . 130
5.2. Энергетическая оценка технологии возделывания сои 133
Общие выводы 138
Предложения производству 140
Список использованной литературы 141
Приложения 159
- Биологические особенности сои
- Характеристика почв
- Динамика влажности почвы
- Динамика питательных веществ в почве
- Экономическая эффективность орошения и удобрения сои
Введение к работе
Актуальность проблемы. Соя широко применяется во многих отраслях промышленности: пищевой, медицинской, химической, перерабатывающей и др. Продукты переработки сои прочно вошли в быт людей, населяющих разные уголки планеты. Это обусловлено уникальным химическим составом сои, а также практически безотходным ее использованием и доступностью ее возделывания.
Соя является одной из важнейших культур - поставщиков белка и масла. В ее семенах содержится до 50 % белка, сбалансированного по аминокислотам, 20-22 % масла, до 30 % углеводов, витамины Аь Вь В2, Д, Е, С и К. Наличие этих компонентов делает эту культуру одной из самых перспективных в решении проблем дефицита белка в питании людей, кормопроизводства и обеспечения сырьем ряда отраслей промышленности.
Основными производителями и потребителями сои в Северной и Южной Америке являются США, Бразилия, Аргентина; на Дальнем Востоке - Китай и Япония. В странах Западной Европы - Франции, Германии, Италии - производство сои неуклонно расширяется. Посевные площади сои во всем мире составляют около 70 млн. га, в том числе в России -400 тыс. га. Производство сои в России покрывает около 10 % ее потребности, остальное количество государство вынуждено импортировать, расходуя около 1 млрд. долларов ежегодно. В то же время в стране есть реальные возможности для развития соевой индустрии.
Крупной специализированной зоной производства сои, где сконцентрировано две третьих ее посевов, является Дальневосточный экономический район. Однако биологические особенности сои позволяют возделывать ее в различных природно-климатических зонах России. Условия По- волжья, Центрально-Черноземного района и особенно Северного Кавказа обеспечивают успешное возделывание сои, получение урожая до 35 ц/га. В производственных же условиях урожайность составляет на орошении около 15 ц/га. Потенциал повышения продуктивности сои заключается в разрешении вопросов регулирования факторов, влияющих на развитие растений,
В современных условиях сельскохозяйственного производства, наряду с проблемой увеличения объемов производимой продукции, важными задачами являются сохранение благоприятных экологических условий и экономия материальных и энергетических ресурсов. Одним из путей разрешения этой проблемы является разработка ресурсосберегающих экологически безопасных технологий возделывания сельхозкультур.
Цель работы - разработка элементов ресурсосберегающей технологии возделывания сои на зерно, направленных на обеспечение устойчивой урожайности, эффективное использование оросительной воды и удобрений, снижение энергозатрат и повышение рентабельности производства.
Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:
Изучить влияние различной влагообеспеченности на рост, развитие, водопотребление и продуктивность сои.
Разработать ресурсосберегающий режим орошения сои для различных лет влагообеспеченности.
Изучить влияние видов и доз применяемых удобрений на рост, развитие и продуктивность сои при различной влагообеспеченности.
Разработать ресурсосберегающий пищевой режим сои при орошении.
Выполнить экономическую и энергетическую оценку ресурсосберегающей технологии возделывания сои на орошаемых землях Ростовской области.
Методология исследований. В диссертационной работе использованы результаты многолетнего полевого эксперимента, выполненного в соответствии с методическими требованиями. При анализе и обработке экспериментальных данных применялись методы системного анализа и простейшие программы для ПЭВМ.
Научная новизна работы заключается в следующем: установлено влияние ресурсосберегающих режимов орошения на рост и развитие сои; определены критические фазы роста и развития сои, влияние вла-гообеспеченности в эти фазы на ее продуктивность; разработаны энерго- и ресурсосберегающие режимы орошения сои в условиях Ростовской области; подобраны стимуляторы роста для обработки семян перед посевом; - определены эффективные штаммы клубеньковых бактерий для инокуляции семян сои; установлены закономерности формирования урожая сои в зависимости от видов и доз применяемых удобрений при орошении; определены экономические и энергетические показатели элементов ресурсосберегающей технологии возделывания сои на зерно в условиях орошения Ростовской области.
Основные положения, выносимые на защиту: закономерности формирования урожая сои в зависимости от уровня влагообеспеченности почвы, минерального питания, применения стимуляторов роста и клубеньковых бактерий; ресурсосберегающий режим орошения сои для различных лет влагообеспеченности; ресурсосберегающий пищевой режим сои при орошении; экономически и энергетически обоснованные элементы технологии возделывания сои на орошаемых землях.
Достоверность результатов исследований подтверждается: большим объемом экспериментальных данных, полученных в результате многолетних полевых исследований; достаточным объемом расчетных данных; высокой степенью достоверности результатов экспериментальных исследований с соей на зерно при орошении.
Практическая ценность и реализация работы. Разработаны и рекомендованы производству элементы ресурсосберегающей технологии возделывания сои на зерно при орошении, направленные на экономию водных ресурсов и удобрений при сохранении ее устойчивой продуктивности.
Материалы исследований предназначены для практического использования специалистами сельскохозяйственного производства при возделывании сои на зерно на орошаемых землях.
Результаты исследований вошли в заключительные отчеты о НИР за 1991-1995 гг. по теме 8-К/26Л5.08.10.91.0 «Разработать эксплуатационные и проектные параметры технологий возделывания основных сельскохозяйственных культур при орошении в условиях Северного Кавказа» - 1991 г.; 1.1/29Л9.01.91.Б (1.1.4) «Разработать комплексные системы производства продукции растениеводства на мелиорируемых землях в единстве всех элементов для фермерских хозяйств, семейных подворий, малых сельхозпредприятий и других категорий хозяйств» - 1991-1995 гг.; по договору № 21 с МСХ Ростовской области «Усовершенствовать и внедрить зональные интенсивные ресурсосберегающие технологии возделывания сои, обеспечивающие получение экологически безопасной продукции» -1993-1995 гг.; 2.0 (1.1.1) «Разработать систему севооборотов с использованием энергосберегающих технологий обработки почвы и возделывания сельскохозяйственных культур на мелиорированных землях в соответствии с природоохранными требованиями» - 1992-1995 гг.; 1.2 (0.52.01.01.02.01 Дів) "Усовершенствовать технологическую документацию программирования выращивания урожаев зерновых, кормовых и овощных культур на мелиорированных землях по Северному Кавказу" -1986-1990 гг.
Элементы ресурсосберегающей технологии возделывания сои на зерно были внедрены в АОЗТ "Нива" Веселовского района на площади 70 га, экономический эффект составил 96,7 тыс. руб. и КСХП "Кормовое" Мартыновского района на площади 170 га, экономический эффект составил 256,7 тыс. руб.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 5 работ.
Апробация работы. Материалы исследований докладывались и получили одобрение на научных конференциях НГМА "Мелиорация, эксплуатация, охрана природы и комплексное использование водных ресурсов" (28-29 октября 1998 г.); ВНИИПЭиН "Совершенствование организационно-экономических отношений в АПК" (г. Ростов-на-Дону, 10 июля 2001 г.); совместном заседании коллегии Минсельхоза России и президиума Россельхозакадемии (14-15 июня 2001 г.); ФГНУ «РосНИИПМ» "Перспективы проведения научных исследований в области проблем мелиорации" (19 февраля 2002 г.).
Объем и структура диссертации. Диссертация состоит из введения, 5 глав, выводов и предложений производству, списка литературы и приложений к основному тексту. Содержание работы изложено на 214 страницах. Диссертационная работа содержит 45 таблиц в тексте, 10 рисунков, 22 приложения. Список использованной литературы включает 204 источника, в том числе 18 иностранных авторов.
Биологические особенности
Соя относится к семейству бобовых (Leguminosae), к роду Glycine L, который насчитывает 40 видов. Из них только один - G. hispida Мах - является культурным [59, 64, 87, 105, 196].
Культурная соя представляет собой травянистое однолетнее растение с грубым стержневым сравнительно коротким главным корнем и большим количеством длинных боковых корней, которые проникают в почву до 1,5-2 м. Главный корень толще боковых лишь в верхней части, на расстоянии 10-15 см от поверхности почвы. Тонкие корешки составляют около 60 % корней, что указывает на мощность корневой системы. Основная масса корней залегает в пахотном слое, на глубине до 30 см [59,82,105].
На корнях сои образуются клубеньки, в которых развиваются клубеньковые бактерии, способные связывать азот из воздуха и передавать часть растению, на 50-70 % обеспечивая его потребность в азоте, а часть оставлять в почве [49, 50, 123,198],
Высота куста варьирует от 20-25 см до высокорослых, в 1,5-2,0 м. Толщина стебля внизу до 22 мм, в середине - от 3-4 до 11-13 мм; длина междоузлия от 3 до 15 см; число ветвей - 2-5, редко больше, высота их прикрепления в зависимости от сорта и условий произрастания колеблется от 3 до 20 см.
Листья сложные, тройчатые (состоят из 3 листочков), различной величины и формы, с прилистниками и прилистничниками у основания. Форма и размеры листьев сои различны на разных ярусах одного и того же растения. Наиболее типичные для сорта листья размещаются в среднем ярусе [58, 82, 106, 137].
Цветки сои белые или фиолетовые, мелкие (длина венчика 7-10 мм), собраны в кисти от коротких малоцветковых, с 2-3 цветками, до многоцветковых с 15-26 и более. На ветвях цветков в кисти меньше, чем на стебле, довольно часто встречаются одиночные цветки [82, 85, 105].
Соя - самоопыляющееся растение. Цветки у нее внешне не привлекательные, почти без запаха, раскрываются после оплодотворения. Перекрестное опыление незначительно - от 03-0,5 до 3 % в условиях стресса факторов внешней среды [35, 105, 137].
Плод сои состоит из одного плодолистика, который образует боб. Бобы - прямые, изогнутые или промежуточной формы, разного размера, 3-7 см длиной, 0,5-1,5 см шириной, плоские и выпуклые, с прямой или четко видной поверхностью, на конце с клювиком; в них - от 1 до 4 семян, чаще 2-3. Бобов на растении образуется от 10 до 400 в зависимости от почвенно-климатических условий и сорта [58, 82, 103].
Семена сои разнообразны по величине и окраске. Вес 1000 семян варьирует от 40 до 500 г. Преобладает желтая окраска, встречается зеленая, коричневая и черная. Объемная масса зерна в среднем равна 0,65-0,75 кг, удельная масса (плотность) - 1,05-1,30 г/см3 [59,85,106,172].
Вегетационный период сои колеблется в пределах 70-80 у ультра раннеспелых, до 160 и более дней - у очень позднеспелых сортов в зависимости от агроклиматических условий произрастания и включает в себя следующие фенологические фазы роста: прорастание, всходы, образование первого настоящего листа, ветвление, бутонизация, цветение, появление бобов, созревание семян (молочная, восковая, полная спелость) [85, 86,171].
Прорастание семян начинается с их набухания и сопровождается разрывом кожуры; через 2-3 дня закладываются корешки первого порядка, одновременно на поверхность почвы выносятся семядоли; через 3-4 дня после выноса семядолей раскрываются примордиальные листья, которые становятся ассимилирующими зелеными органами и семядоли отпадают. При благоприятных внешних условиях этот период длится 6-8 дней.
Характеристика почв
Почвы ОПХ РООМС представлены тяжелосуглинистыми слабовы-щелоченными обыкновенными черноземами. Почвы сформированы на карбонатных тяжелых суглинках. Сильное вскипание отмечается с глубины 30-40 см, глинистых частиц в слое 0-100 см больше 60 %.
Мощность гумусного горизонта достигает 68-78 см, в метровом слое запас гумуса составляет 300 т/га [27].
В пахотном слое (0-30 см) содержится гумуса 3,6-4,7 %, легкогидролизуемого азота 2,7-5,6 мг на 100 г почвы, подвижными формами фосфора почвы средне обеспечены (1,8-3,2), калием - высоко обеспечены (39-57 мг на 100 г почвы), рН водной вытяжки нейтральное (7,3-7,6), емкость поглощения колеблется от 27,9 до 30,6 мг/экв. на 100 г почвы (таблица 1).
В пахотном горизонте почва не уплотнена, скважность 51,2 %. Максимальная гигроскопичность в корнеобитаемом слое (0-60 см) равна 11,0 %, плотность 1,31 г/см3, наименьшая влагоемкость (НВ) - 27,7 % от веса сухой почвы (таблица 2).
Содержание солей как в пахотном, так и в подпахотном горизонтах почвы на опытном участке невысокое — их сумма составляет 3,55-4,71 мг/экв. на 100 г почвы (таблица 3).
На основании приведенных данных можно заключить, что по своим агрохимическим и водно-физическим свойствам почвы ОПХ РООМС вполне пригодны для возделывания сои.
Динамика влажности почвы
Динамика влажности почвы характеризует закономерности изменения влагозапасов в почве в зависимости от погодных условий и режима орошения (приложения Б, В),
В весенний период до и после посева влажность почвы в слое 0,6 м во все годы исследований была выше 80-90 % НВ, что обеспечивало получение дружных всходов при естественных влагозапасах.
На вариантах без орошения влажность почвы в течение вегетации имела большую амплитуду колебаний и зависела от количества выпадающих осадков. В некоторых случаях наблюдалось снижение влажности почвы до 50-55 % НВ, что было близко к мертвому запасу влаги. Чаще это совпадало с критическим периодом развития сои - цветением-наливом бобов, что приводило к снижению продуктивности растений. На орошаемых вариантах влажность почвы поддерживалась на заданном нижнем пороге увлажнения. За все годы исследований заданные режимы орошения были выдержаны. Влажность почвы не опускалась ниже планируемого порога. При этом график, отражающий динамику влажности почвы, показывает возрастание влажности почвы после полива и выпадения осадков (рисунки 4, 5).
Поливной режим сои, приведенный в приложении Г, показывает количество, сроки и поливные нормы для различных вариантов режима орошения.
В опыте I количество поливов по годам варьировало от 3 до 4. Даты проведения поливов на вариантах опыта 1 т, 0,75 т и 0,5 т совпадали и различались нормой полива.
В опыте II с различными сроками поливов по фазам развития сои потребовалось проведение различного количества поливов за вегетацию с нормами, обеспечивающими соблюдение заданного режима орошения. Наибольшее число поливов в течение вегетации (6) проведено в засушливые 1994 и 1995 годы на варианте с проведением поливов в течение всей вегетации. Во влажном 1993 году на этом варианте было проведено 3 полива. В среднем за 3 года число поливов по вариантам изменялось от 2,3 до 5.
На 2-5 вариантах, где поливы проводились в отдельные фазы роста, количество поливов сокращалось, межполивные периоды увеличивались, а поливные нормы возрастали.
Так, во влажном 1993 году на 4 варианте потребовался всего один полив нормой 540 м3/га, а в среднем за три года 3 полива. На вариантах 3 и 5, необходимо было провести полив большой нормой, который проводили в два приема. В 1993 году на этих вариантах поливные нормы были 840 и 660 м3/га, а в 1994-1995 годах - 1080 и 840 м3/га, так как предполивная влажность почвы была значительно ниже.
Динамика питательных веществ в почве
Установлено, что соя при формировании урожая требовательна к условиям питания, так как поглощает относительно больше азота, фосфора, калия, серы, кальция и магния, чем другие культуры. В зависимости от условий увлажнения и наличия питательных веществ с 1 тонной сухого зерна сои выносится азота около 54 кг, фосфора -19 кг, калия - 23 кг.
Поэтому даже при оптимальных условиях увлажнения нельзя рассчитывать на получение максимального урожая, если не обеспечить растения элементами питания.
В течение вегетационного периода сои, начиная с посева, велись наблюдения за динамикой питательных веществ на удобренных и не удобренных вариантах при различных режимах водообеспеченности в пахотном (0-30 см) и подпахотном (30-50 см) слоях почвы (таблица 22, приложение П).
Динамика изменения запасов азота на вариантах с применением минеральных и органических удобрений говорит об увеличении его количества на орошаемых и неорошаемых участках в течение вегетации. Так, на участке без орошения на варианте без удобрений содержание легкогидро-лизуемого азота изменилось в пахотном слое с 3,0 до 3,2 мг на 100 г почвы к концу вегетации сои, в подпахотном горизонте содержание N составило 2,3-2,4 мг на 100 г почвы. На варианте с внесением расчетной нормы минеральных удобрений N12o Р90 Кзо содержание азота в почве составило за вегетацию 6,7-6,8 и 5,0-5,4 мг на 100 г почвы в пахотном и в подпахотном горизонтах. При внесении органических удобрений навоза нормой 60 т/га количество N в почве изменилось в течение вегетации с 6,2 до 6,4 и с 4,9 до 5,1 мг на 100 г почвы в пахотном и подпахотном горизонтах.
При расчетном режиме орошения на варианте без удобрений содержание N в пахотном горизонте в начале вегетации сои составило 3,1, а к концу 3,6 мг на 100 г почвы, что на 12 % выше, чем на варианте без орошения. На варианте с внесением минеральных удобрений содержание N в почве изменялось в пахотном горизонте с 6,7 до 7,3 мг на 100 г почвы, в подпахотном горизонте с 5,1 до 5,5 мг на 100 г почвы. При внесении органических удобрений в пахотном и подпахотном горизонтах почвы содержание N изменялось к концу вегетации с 6,1 до 6,6 и с 4,8 до 5,3 мг на 100 г почвы соответственно, что на 3 % больше, чем на варианте без орошения.
Экономическая эффективность орошения и удобрения сои
Экономическая эффективность возделывания сои нами определялась на основании фактических данных по прямым затратам. Прямые затраты складываются из затрат на проведение всего агрокомплекса и стоимости семян, ГСМ, удобрений, пестицидов, заработной платы с начислениями, амортизационных отчислений и отчислений на текущий ремонт техники и внутрихозяйственной оросительной сети.
Исходя из сложившихся цен (1 тонна зерна стоит 7000 рублей в ценах на 1.01.2002 г.) рассчитана стоимость полученной продукции, а затем определен доход как разность выручки от реализации и прямых затрат.
Для определения эффективности орошения была проведена экономическая оценка различных режимов орошения.
Необходимо отметить, что во всех опытах и на всех вариантах при изучении режима орошения основные агротехнические мероприятия были одинаковы, различие было только в количестве поливов и величине их норм.
Поэтому при экономических расчетах принято, что по вариантам опытов с режимами орошения изменяются только затраты на проведение поливов, на остальные работы затраты были одинаковы.
Расчет экономической эффективности возделывания сои в зависимости от режимов орошения приводится в таблице 42.
Анализ экономической эффективности возделывания сои в зависимости от сроков проведения поливов в различные фазы роста сои показал, что в результате сокращения количества поливов затраты на орошение снизились от 3,7 до 2,0 тыс. руб/га, что повлекло снижение общих прямых затрат от 8,2 до 6,5 тыс. руб/га.
На варианте, где поливы проводились только в период налив бобов — созревание (вариант 4) и в период всходы - налив бобов (вариант 3) затраты на орошение составили по 2,0 тыс. руб/га и оказались минимальными по сравнению с другими. Однако на этих вариантах потери урожайности по сравнению с контрольным оказались значительными - 1,02 и 1,38 т/га, в результате чего выручка от реализации снизилась по сравнению с контрольным вариантом на 1{1 и 9,7 тыс. руб/га, а чистый доход составил всего 8,6 и 6,1 тыс. руб/га. Рентабельность на этих вариантах ННП и ППН оказалась наименьшей - 132 и 94 % соответственно.
Наиболее эффективным оказался вариант, на котором поливы не проводились в фазу цветения (вариант 5), Рентабельность этого варианта составила 179 %. Экономия оросительной воды на варианте 5 составила 640 м3/га, а на варианте 3 - 300 м3/га.
Таким образом, вариант ШШ, на котором поливы проводились в фазы всходы — начало цветения и налив бобов - созревание, оказался менее ресурсоемким - доля затрат на орошение составила 37 % против 45 % в контрольном варианте при снижении урожайности - 0,39 т/га.
