Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Режим орошения плодоносящего сада яблони 6
1.1. Обоснование выбора темы исследований 6
1.2. Роль орошения в жизни плодовых культур 10
1.3. Влияние различных факторов внешней среды на рост, развитие и урожайность плодовых культур 16
1.4. Потребность плодовых культур в воде, суммарное водопотребление 20
1.5. Оптимизация режима орошения плодовых культур для наиболее полного удовлетворения их потребности в воде 26
1.6. Влияние режима орошения на различные показатели 30
1.6.1. Линейный рост побегов 30
1.6.2. Развитие корневой системы 32
1.6.3. Микробиологические показатели, влияющие на плодородие почвы 34
1.6.4. Продуктивность фотосинтеза 36
1.6.5. Урожайность 38
ГЛАВА 2. Условия проведения исследований, объекты наблюдений, схема опытов и методика исследований 40
2.1. Характеристика района исследований 40
2.2. Климатические условия 40
2.3. Рельеф и почвы 52
2.4. Объекты наблюдений 55
2.4.1. Биологические особенности яблони 56
2.4.2. Особенности биологии слаборослых деревьев 57
2.4.3. Характеристика сортов 59
2.4.4. Характеристика подвоев 61
2.4.5. Пищевая ценность и лечебные свойства плодов яблони 63
2.5. Схема опыта и методика исследований 64
ГЛАВА 3. Результаты исследований 72
3.1. Динамика влажности активного слоя почвы 72
3.2. Расчет суммарного водопотребления 78
3.3. Распределение влаги в почвенном профиле 82
3.4. Линейный рост побегов 87
3.5. Прирост окружности штамба 100
3.6. Активность корневой системы 101
3.7. Микробиологическая активность и токсичность почвы опытного участка 105
3.8. Продуктивность фотосинтеза
3.9. Урожай плодов 112
3.9.1. Учет весенней завязи 116
3.9.2. Учет урожая 118
3.9.3. Объем кроны деревьев и удельная урожайность яблони 123
3.9.4. Расчетная урожайность сада яблони при рекомендуемой схеме посадки 127
3.9.5. Средние показатели урожайности и коэффициент водопотребления за годы исследований 129
3.9.6. Качество плодов 133
3.9.7. Масса плодов 135
ГЛАВА 4. Биоэнергетическая эффективность производства плодов яблони 137
Выводы 145
Библиографический список использованной литературы
- Влияние различных факторов внешней среды на рост, развитие и урожайность плодовых культур
- Климатические условия
- Распределение влаги в почвенном профиле
- Микробиологическая активность и токсичность почвы опытного участка
Введение к работе
Актуальность исследований. Ведущая плодовая культура в нашем регионе - яблоня, занимает более 90 % площади всех садов области. Так, по данным за 1995 год, плодовые культуры в Волгоградской области, занимают 30,1 тыс. га, из них 26,1 тыс. га - плодоносящие. Из общей площади садов 6,8 тыс. га принадлежат специализированным садоводческим хозяйствам (из них плодоносящих 5,0 тыс. га), а 1,2 тыс. га - другим хозяйствам общественного сектора (0,7 тыс. га из которых плодоносящие).
Сортовые различия плодовых культур разнообразны. Ареал яблони велик и свидетельствует о достаточной широте пределов максимальных и минимальных значений параметров водного режима. Каждый сорт имеет генетически обусловленные особенности водообмена, реакции на водообеспечение. Различны требуемые им количества воды, расходуемые на единицу создаваемой фи-томассы и КПД использования влаги в продукционном процессе. Все это нужно учитывать при назначении сроков и норм поливов.
Как известно, рекомендации по режиму орошения, разработанные для одних культур и почвенно- климатических условий, нельзя механически переносить на другие. На сегодняшний день практически не существует научно-обоснованных рекомендаций по оптимизации режима орошения плодоносящих садов яблони в условиях Волго - Ахтубинской поймы, а между тем зона эта является наиболее благоприятной для выращивания плодовых и ягодных культур в Волгоградской области.
Цель и задачи исследований. Целью наших исследований было установление оптимального режима орошения для плодоносящего сада яблони в засушливых условиях Волгоградской области.
Ставились задачи: определить водопотребление сада яблони при поддержании различных уровней влажности почвы;
изучить распределение влаги в почвенном профиле междурядья сада при поливе;
установить влияние заданных режимов орошения на линейный рост побегов, прирост окружности штамба, активность корневой системы, микробиологическую активность и токсичность почвы, продуктивность фотосинтеза, урожайность деревьев, качество плодов.
Научная новизна. К новым результатам можно отнести:
Установление оптимального режима орошения садов яблони в условиях Волго- Ахтубинской поймы и необходимых для этого оросительных норм и числа поливов;
Исследование распределения влаги в почвенном профиле междурядья при поливе по двум глубоким бороздам;
Выявление реакции деревьев яблони и изменения микробиологической активности и токсичности почвы в саду при различных уровнях увлажнения.
Практическая ценность работы заключается в том, что на основе проведенных исследований установлен оптимальный режим орошения плодоносящих садов на различных типах подвоев для промышленного садоводства в засушливых условиях.
Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы доложены на научно- практических конференциях профессорско- преподавательского состава ВГСХА (1993, 1996 гг.), на Межвузовских конференциях студентов и молодых ученых Волгоградской области (1994, 1995,1996 гг.), на Российской научно- практической конференции "Экология, здоровье и природопользование" в г. Саратове (1997 г.).
Публикации. По материалам исследований опубликованы статьи, содержащие основные положения диссертации:
Экономическая эффективность орошения садов яблони в Волгоградской области // Тез. докл. I Межвуз. конф. студ. и молод, уч. Волгогр. обл. Волгоград: ВСХИ. - 1994. - С. 146-147.
Режим орошения яблони в Волгоградском Заволжье // Сб. тр. Производство продукции растениеводства и охрана оружающей среды. Волгоград: ВГСХА. - 1995. - С. 78-81 (в соавторстве с М.С.Григоровым).
Влияние режима орошения на продуктивность яблони // Тез. докл. II Межвуз. конф. студ. и молод, уч. Волгогр. обл. Волгоград: ВСХИ. - 1995. - С. 188-195.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, 4-х глав: обзора литературы по теме исследований; условий, объектов и методики проведения опытов; результатов исследований; биоэнергетической оценки производства), выводов, библиографического списка использованной литературы и приложения. Работа изложена на 164 страницах машинописного текста, включает 14 рисунков и 34 таблицы. Библиографический список использованной литературы содержит 159 источников отечественных и зарубежных авторов.
Влияние различных факторов внешней среды на рост, развитие и урожайность плодовых культур
Ф.Кобель (1954) пишет, что построение новых тканей зависит от находящихся в распоряжении растения строительных веществ, от температуры, от притока воды и других факторов. Плодовые деревья могут проявлять недостаточный рост из-за чрезмерной урожайности в прошлом году, неблагоприятных условий в прошлые годы и т.д.
В практическом плодоводстве стараются выяснить, какой из факторов находится в минимуме, если встает вопрос об увеличении продуктивности сада.
Р.П.Кудрявец (1987), отмечая высокую зависимость продуктивности яблони от прихода солнечной радиации, то есть от прихода ФАР (фотосинтетической активной радиации) на площадь, освоенную кронами деревьев, суммы эффективных температур, приводит выявленные существенные корреляции между количеством осадков и величиной биологического урожая. Отмечает он также резкую отрицательную зависимость урожая текущего года от количества осадков в первую половину предшествующего года, которая тем рез че, чем урожайнее сорт. То есть, если в предшествующем году сложились благоприятные условия влажности и был получен высокий урожай, то в текущем году он будет тем ниже, чем выше был урожай в прошлом году. Дефицит влаги в растениях может быть вызван изменением любого фактора внешней среды - ветра, света, температуры.
А.Леопольд (1964) пишет, что при этом начинают страдать старые ткани растения. "Неизвестно, - пишет он, - каким образом молодые растущие части растений первыми "захватывают" наличную воду; однако не вызывает сомнения тот факт, что засуха поражает главным образом старые ткани и листья".
Плодовые культуры требуют более обильного водоснабжения, чем зерновые или луговые культуры. Однако затопление может причинить не меньший вред.
Дж.Дженик (1975) указывает, что избыток воды приводит к значительным повреждениям у садовых культур, за исключением таких водолюбивых растений как клюква, которая растет на заболоченных участках. Прежде всего повреждаются корни в связи с недостаточностью кислорода в почве, а также возникает проблема болезней, так как при высокой влажности активно развиваются многие виды грибов. О труднопреодолимой проблеме, создаваемой излишками влаги пишет также Х.Бейкер (1980). Из-за частых дождей и высокой влажности листья долго остаются мокрыми, что способствует грибным заболеваниям. Плоды начинают гнить, не дозрев. Если переувлажнится почва, могут загнить и корни. Например, в районах, где средний уровень выпадения осадков превышает 800 мм, получить хороший урожай яблок, не пораженных паршой или раком, можно только проводя систематическое опрыскивание. Правда, некоторые сорта выдерживают подобные условия: плоды идущих на переработку сортов, для которых внешний вид и вкус не столь важны, лучше переносят избыточную влагу, чем десертные сорта.
У яблони, персика, вишни и других культур наблюдается растрескивание плодов при избыточной влажности в период созревания. В результате избыточного увлажнения почвы из-за постоянного вымывания имеют низкое плодородие.
Х.Штрайтберг (1975) указывает, что в почве, накопившей слишком много воды, нарушается как воздушный, так и тепловой режимы, что приводит к затруднению дыхания в корнеобитаемой зоне, то есть к недостатку кислорода и избытку углекислого газа. Изменяются также биохимические и физические процессы в растении, возникают нарушения в поглощении питательных веществ, усиленная транспирация. Избыточное водоснабжение обусловливает слабое развитие корней и вызывает нарушение их активности.
J.G.Huguet и P.Orlando (Франция, 1987) установили, что избыточные поливы могут вызвать дефицит водного питания из-за уменьшения поглощения влаги корневой системой в условиях недостаточной аэрации почвы.
Исследования, проведенные в 1982 - 1985 гг. W.C.Olien (NLLIA, 1987) в Монмуте, по влиянию сезонного переувлажнения почвы на рост и плодоношение яблонь показали, что при шестинедельном переувлажнении (особенно осенью) скорость диффузии кислорода уменьшалась с 0,35 (в контроле без пе-реувлажнения) до 0,16 мкг/см . Переувлажнение в летний период уменьшало сухую массу листьев и молодых плодов на 48 %, корней - на 43 %, на сухую массу побегов не влияло. Средняя урожайность в контроле составила 12,5, при переувлажнении весной - 6,0, летом - 9,4, осенью - 8,4 кг с 1 дерева. Эффектив-ность урожая была соответственно 0,6; 0,35; 0,55; 0,42 кг/см , масса плодов 148, 147, 118, 120 г, число плодов на 1 дерево - 100, 59, 90, 86 шт. Переувлажнение почвы весной снижало продуктивность яблонь на 52 %. На качество плодов при уборке переувлажнение оказывало незначительное влияние. Величина снижения урожая при переувлажнении почвы увеличивалась по годам опыта во всех вариантах.
Климатические условия
Климат Волгоградской области отличается континентальностью, что является важным показателем оценки местности с точки зрения перезимовки плодовых насаждений. Рассчитанный по формуле Н.Н.Иванова показатель континентальное равен 206 - 250 %, что характеризует климат как очень континентальный. Лето теплое, недостаточно увлажненное, зима холодная, малоснежная. Характерной особенностью климата является наличие сильных восточных ветров и суховеев. Самый жаркий месяц лета - июль. Среднемесячная температура воздуха составляет 23,5 - 24,5, абсолютный максимум 39 - 45.
Самый холодный месяц зимы - январь. Среднемесячная температура воздуха составляет 10,0 - 12,0 мороза, абсолютный минимум -36, -41. Однако такие крайние значения температур воздуха наблюдаются редко. Продолжительность солнечного сияния составляет 1800 - 2400 часов в год, периода вегетации растений - 160-180 дней.
Среднегодовое количество осадков 270 - 300 мм. В теплый период года (с апреля по октябрь) выпадает 2/3 осадков. Дожди летом большей частью носят ливневый характер. По характеру увлажнения территория, на которой проводились исследования, расположена в зоне неустойчивого увлажнения. Имеются определенные трудности ведения здесь устойчивого земледелия в связи с большой изменчивостью суммы выпадающих осадков по годам. Продолжительность бездождных периодов в разные годы и месяцы составляет от 10 - 15 до 30 суток, а в 1972 году осадки не выпадали в течение двух- трех месяцев.
Показатель естественного увлажнения территории по методике Д.И.Шашко равен 0,10-0,15, что соответствует полусухой зоне незначительного увлажнения. Испаряемость с поверхности почвы за апрель- сентябрь составляет 843 - 997 мм, что в несколько раз превышает сумму выпавших атмосферных осадков.
Район исследований является очень морозоопасным.
Основными факторами климата, определяющими условия произрастания сельскохозяйственных культур, являются тепло и влага. Данные о распределении осадков, ходе температур, влажности воздуха за годы исследований получены на метеостанции Волгоградской государственной сельскохозяйственной академии, ближайшей к месту проведения опытов.
Для характеристики погодных условий каждого года использовались следующие метеорологические показатели: среднесуточная, максимальная и минимальная температура, относительная влажность и дефицит влажности воздуха, количество выпавших осадков и соответствующие среднемноголетние данные, а также определялись отклонения их от среднемноголетних, чтобы уста н овить степень аномальности погодных условий в данном году в районе проведения исследований. Из табл. 2.2.1 видно, что температура воздуха за период вегетации в 1993 г. была несколько ниже соответствующих среднемноголетних величин, в 1994 г. незначительно превышала их в апреле и сентябре, в 1995 г. была на 3,4 и 3,7 выше в апреле и июне, а в мае и сентябре - незначительно. В 1996 г. в мае, июле и августе температура превышала среднюю многолетнюю на 2,5, 2,4 и 0,3 соответственно. Среднегодовая температура и средняя температура вегетационного периода за годы исследований колебалась вокруг средних многолетних. Разница между крайними значениями составила 3.
Осадки (табл. 2.2.2) за месяцы вегетационного периода 1993 г. превышали среднемноголетние показатели на 11,6-255,5 %. За вегетационный период выпало 346,9 мм, что вдвойне превышает норму. В 1994 г. осадков выпало в 2,5 - 9,9 раза меньше среднемноголетних показателей, только в июне наблюдалось превышение на 21,2 %. В сентябре осадков не выпадало. Количество осадков за год на 5 % превысило норму, но большинство из них пришлось на холодное время года, а за период вегетации выпало всего 75,7 мм, что составило 44 % от соответствующей средней многолетней. В 1995 г. в мае количество осадков было близко к среднемноголетнему (95,4%), в сентябре - превысило почти в 2,4 раза. Остальные месяцы были обеспечены осадками на 47,3 - 72,1 %. За счет сентябрьского избытка сумма осадков за вегетационный период близка к сред-немноголетней, а за год, как и в 1994 г., даже наблюдалось некоторое превышение. В апреле, июле и августе 1996 г. осадков было мало (38,7 %, 19,1 и 28,7 % соответственно), в остальные месяцы вегетационного периода их количество превысило норму, особенно в июне и сентябре - на 184,4 и 206,3 %, так что в сумме за период вегетации выпало 130,7 % от среднего многолетнего их количества.
Распределение влаги в почвенном профиле
Суммарное водопотребление, в среднем за годы исследований, прямо пропорционально количеству поданной воды и изменяется следующим образом от I к IV варианту: 8065, 7416, 6389 и 3350 м /га. На IV варианте, без проведения вегетационных поливов, отмечено самое низкое суммарное водопотребление (2423 - 3591 м3/га), кроме 1993 г., который отличался значительным количеством осадков за вегетационный период и по влажности почвы был равен III варианту (4602 м3/га). В разрезе лет тенденция увеличения суммарного во-допотребления с ухудшением гидро- термических условий года наблюдается на каждом варианте. То есть, минимальное суммарное водопотребление деревьев яблони отмечено во влажные годы, а максимальное - в сухие. Исключение составляет I вариант влажного 1993 г., когда суммарное водопотребление было на 480 м3/га больше, чем в засушливый 1994 г. В этом случае можно говорить об избыточном водопотреблении деревьев яблони на этом варианте. Исследования В.Фидлера (1967), Х.Штрайтберг и К.Хоффмана (1972 - 1973) подтверждают наши наблюдения (см. раздел 1.4).
Таким образом, суммарное водопотребление деревьев яблони за годы исследований уменьшалось при снижении уровня влажности почвы и составляло, в среднем, в I - III вариантах 8065; 7416 и 6389 м3/га. Без проведения вегетаци 82 онных поливов отмечалось самое низкое суммарное водопотребление: 2423 -3591 м /га. Исключением был нехарактерный для нашей зоны влажный 1993 г. -4602 м /га. Наблюдалось увеличение суммарного водопотребления при ухудшении гидро- термических условий года, кроме 1993 г., когда суммарное водо-потребление на 480 м /га превышало соответствующий показатель 1994, засушливого, года. Поддержание высокого уровня влажности почвы (выше 85 % НВ) во влажные годы ведет к избыточному водопотреблению деревьев яблони, хотя такие годы нетипичны для нашей засушливой зоны. Это может иметь неблагоприятные последствия при последующем ухудшении условий их водоснабжения, а также из-за развития грибных болезней, как на I варианте наших опытах в 1993 г., что потребовало проведения дополнительной обработки деревьев фунгицидами.
Полив по бороздам распространен в садах плодовых культур не только в нашей стране, но и за рубежом и дает хорошие результаты. В опытах Э.Ханку-лиева (Туркменистан, 1989) количество впитавшейся в почву оросительной воды при бороздковом поливе было в 2 раза больше, чем при дождевании.
В наших опытах полив ведется по 2 - м глубоким проточным бороздам длиной 300 - 400 м. Глубина борозды - 50 см. Для подачи воды от гидранта в борозды нарезается временный ороситель. Устройство борозд производят при помощи КЗУ - 0,3. При этом способе имеются преимущества по сравнению с традиционным поливом по бороздам. Ток воды смачивает непосредственно только середину междурядья. Увлажнение корнеобитаемой зоны деревьев происходит капиллярно, не ухудшая воздушный режим почвы.
Исследования З.Поповой (Болгария, 1990) показали, что потери воды на глубинную фильтрацию при поливе по бороздам зависят от предполивной влажности почвы. С увеличением равномерности увлажнения почвы, при высокой предполивной влажности потери на глубинную фильтрацию составляют 0 -14 % поданного объема водоподачи, при средней - 2 - 22 %, при низкой - 21 %. Причем, при одновременной подаче воды в 5 борозд суммарные потери на глубинную фильтрацию и сток возрастают и составляют 1 - 20, 5 - 40 и 28 -68 % соответственно при высокой, средней и низкой предполивной влажности почвы. Таким образом, при поливе по 2-м бороздам и повышении уровня влажности почвы существенно уменьшаются потери воды на глубинную фильтрацию, являющуюся одним из основных недостатков полива по бороздам.
Кроме того, почва в саду не нарезается, а, в основном, сдвигается для устройства гребней борозд, что исключает повреждение корней, расположенных близко к поверхности.
Из восьми специализированных садоводческих хозяйств Волгоградской области, имеющих орошаемые сады, семь используют описанный способ полива плодовых насаждений, который сравнительно дешев и удобен. Однако ранее не проводились исследования данного способа полива с целью определения обеспеченности влагой корнеобитаемой зоны деревьев.
Нами была определена влажность почвы в разрезе междурядья сада до- и через 3 дня после полива на глубину 1,2 м. Ширина междурядья 7 м. Крайние скважины располагались напротив штамбов деревьев, остальные - через 1 м друг от друга. Таким образом, учет влажности почвы проводился в 8-й скважинах дифференцировано по глубине, так как ввиду ограниченной подвижности почвенной влаги могут создаваться существенные различия во влажности почвы по ее вертикальному профилю. Полученные данные представлены на рис. 8 и 9.
Микробиологическая активность и токсичность почвы опытного участка
В мае проводился подсчет завязи по всем модельным деревьям (табл. 3.9.1). Приведенные в таблице 3.9.1 данные о количестве завязи в полной мере не могут соответствовать урожайным данным, так как после майского учета идет июньское осыпание завязи (фенологическая фаза). Но этот учет дает возможность предварительно оценить величину урожая в саду.
Как отмечал Гейнике (цит. по Кобелю Ф., 1957), если сразу после цветения опадает у сорта до 80 % цветков, то в период июньского опадения всего лишь 3 - 5 % и наоборот. То есть деревья регулируют судьбу урожая в зависимости от питания и погодных условий. Поэтому этот процесс называют "самоочищением", "регулирующим урожай" и т.д. У яблони, как и у большинства плодовых пород, в плодоносящем возрасте формируется избыточное количество репродуктивных органов (цветков, завязей). У семечковых пород полноценный урожай могут обеспечить 5 - 10 % полезной завязи от общего количества цветков на дереве. Остальные же цветки и завязи впоследствии осыпаются.
При большом количестве удержавшихся до полной зрелости завязей наблюдается мельчание плодов, а также ухудшение дифференциации цветковых почек для урожая следующего года, а также зимостойкости деревьев из-за обильного урожая деревьев (Якушев В.И., 1985).
По исследованиям Лаквилла (1952) различают 3 периода сбрасывания завязи, хотя многие ученые - плодоводы находили 4 и даже 5 таких периодов. Хорошо изучен также вопрос о том, что все сброшенные завязи - до июньского - это неоплодотворенные цветки и молодые плоды. Июньское же сбрасывание -это преимущественно оплодотворенные завязи, в опадающих плодах семян всегда меньше, чем в оставшихся на дереве (Гейнике, цит. по Ф. Кобелю, 1957).
Июньское сбрасывание последнее/Степень его и возможность удержать плоды на дереве зависят от многих причин. В числе их обрезка, хорошие приросты побегов в предшествующем году, удобрения и в частности обильное снабжение азотом. Установленным фактом является также корреляция завязывания плодов от обеспеченности дерева водой.
Урожай плодов учитывался по каждому модельному дереву, после чего вычислялся средний урожай по каждой сорто -подвойной комбинации варианта. Масса падалицы по годам исследований составляла около 5 -7 % от массы плодов на деревьях. Этот показатель не коррелировал с вариантами опыта, а зависел, в основном, от кратности обработок ядохимикатами и по всем вариантам был примерно одинаковым. При учете урожая масса падалицы суммировалась с массой снятого урожая этих деревьев. Данные по урожайности представлены в табл. 3.9.2.
В 1993 г. урожай сорта Мелба (табл. 3.9.2) на I варианте составлял 74,5 кг с дерева; на II - 56,7; на III - 30,2 кг/дер. По осеннему сорту Россошанское полосатое и по зимнему - Авроре крымской большая урожайность была во II варианте (119,2 и 113,1 кг/дер.), чем в I - соответственно 115, 5 и 99,5 кг/дер. В варианте без орошения -61,8и71,3 кг/дер.
В 1994г. в целом урожай был по всем сортам значительно выше, чем в 1993 г. По I и II вариантам урожай сильнорослых деревьев был от 114,6 до 131,2 кг/дер. Максимальный средний урожай с дерева 131,2 кг был у сорта Мелба.
На III варианте урожай колебался от54,4 до 69,4 кг/дер., на IV варианте (без вегетационных поливов) от 15,2 до 21,3 кг/дер.
По исследованиям сотрудников Молдавского НИИ Садоводства, виноградарства и виноделия (МНИИСВиВ, 1975), максимальный урожай за все годы плодоношения у сорта Мелба на сильнорослом подвое составил 155 кг/дер.
