Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Обзор литературы (требования культуры томата к факторам внешней среды) 7
1.1. Световой режим 12
1.2. Воздушно-газовый режим 15
1.3. Тепловой режим 16
1.4. Режим минерального питания 18
1.5. Режим влажности субстрата и воздуха 22
Глава 2. Задачи исследований, условия схема и методика проведения опыта 31
2.1. Обоснование темы, цель и задачи исследований 31
2.2. Условия, схема опыта и методика исследования 32
2.3. Технология промышленного производства томата в зимневесеннем обороте при капельном орошении
Глава 3. Режим орошения и водопотребления культуры томата 44
3.1. Влажность субстрата при выращивании томата 44
3.2. Число поливов и поливные нормы в период.вегетации томата 48
3.3. Оросительные нормы за период вегетации томата при капельном поливе в зависимости от режима орошения "
3.4. Суммарное и среднесуточное водопотребление 57
3.5. Коэффициент водопотребления 64
Глава 4. Режим минерального питания растений томата 68
4.1. Физиологическая активность элементов питания 69
4.2. Суммарный расход питательных веществ в зависимости от режимов орошения
Глава 5. Особенности роста и развития растений томата и формирования корневой системы при различных режимах орошения 79
5.1. Рост и развитие растений томата 79
5.2. Формирования корневой системы томата при капельном режиме орошения
Глава 6. Урожайность и качество плодов томата в зависимости от режима капельного орошения 88
6.1. Качество плодов томата 90
Глава 7. Экономическая эффективность режима капельного орошения при возделывании томата в условиях защищенного грунта в связи с изучаемыми приемами
Выводы и предложения производству 103
Список используемой литературы 109
Приложения 124
- Режим минерального питания
- Условия, схема опыта и методика исследования
- Число поливов и поливные нормы в период.вегетации томата
- Суммарный расход питательных веществ в зависимости от режимов орошения
Введение к работе
Актуальность. При выращивании культур в условиях защищенного грунта на фоне ограниченного активного слоя нередко наступает дефицит влаги, которая является лимитирующим фактором в получении высоких урожаев тепличных культур, так как от влагообеспеченности почвогрунта зависят условия питания растений, эффективность вносимых удобрений и использование оросительной воды.
Анализ ранее проведенных исследований свидетельствует, что данные по этому вопросу для четвертой световой зоны практически отсутствуют, а рекомендации, используемые для других световых зон, не в полной мере учитывают региональные особенности климата и экономические особенности производства.
Цель исследований сводилась к разработке водо-сберегающего режима капельного орошения томат на основе дифференциации пред-поливного порога влажности в период вегетации томата, который позволил бы в сочетании с режимом минерального питания получать запланированный урожай при рациональном использовании материальных ресурсов.
В задачу проводимых исследований входило:
1. разработать водо-сберегающий режим капельного орошения томата с учетом дифференциации предполивного порога влажности субстрата в период вегетации томата.
2. установить оптимальное сочетание режима минерального питания и орошения. Определить условия формирования урожая томата при капельном поливе.
3. разработка водосберегающего режима орошения томата с использованием капельного полива, который бы обеспечивал рациональное использование материальных, энергетических ресурсов и получение экономически выгодных урожаев этой культуры.
Научная новизна работы заключается в том, что разработан дифференцированный режим орошения при капельном поливе томата с учетом периодов роста и развития растений. Установлены суммарное и среднесуточное водопотребление, особенности роста и развития растений, урожайность и качество продукции, в связи с изучаемыми приемами, и эффективность использования оросительной воды.
Практическое значение заключается в экономическом обоснованном, ресурсосберегающем дифференцированном режиме капельного орошения томата, по периодам вегетации культуры. Полученные результаты позволяют рекомендовать производству оптимальный капельный режим орошения томатов позволяющий повысить урожайность до 36,5 кг и рентабельность до 150 %.
Реализация результатов исследований. Производственная проверка результатов исследований, проведенная в тепличном, хозяйстве ГУП ВСХП «Заря» г. Волгограда, подтвердила высокую экономическую эффективность разработанного автором дифференцированного капельного режима орошения томата.
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы доложены на научно - практических конференциях. Материалы ме ждународной научно - практической конференции, посвященной 60-летию Победы в Великой Отечественной войне (2005г), на Международной научно - практической конференции молодых ученых г. Пенза (2006 г), на XI региональной конференции молодых исследователей Волгоградской области (2007г.), на Межрегиональной научно - практической конференции посвященной 75-летию со дня открытия Чувашской ГСХА г. Чебоксары (2006г).
Основные положения диссертационной работы, выносимые на защиту:
1. дифференцированный режим капельного орошения томата на фоне субстрата старый грунт + компост в условиях защищенного грунта.
2. особенности и закономерности формирования суммарного и среднесуточного водопотребления культуры томата и эффективность использования оросительной воды при различных условиях влагообес-печенности субстратов.
3. ресурсосберегающий режим питания растений при выращивании томата.
4. особенности экономической эффективности технологии возделывания томатов на фоне различной предполивной влажности в условиях защищенного грунта.
Публикации результатов исследований. Результаты исследований опубликованы в 7 работах, в том числе одна работа опубликована в центральном журнале из списка ВАК. Работа выполнена при кафедре общего и орошаемого земледелия Волгоградской государственной сельскохозяйственной академии, а экспериментальная часть в ГУП ВОСХП «Заря» г. Волгоград.
Особая благодарность за участие и поддержку научному руководителю профессору В.М. Жидкову, директору Ю.Н. Киселеву, главному агроному В.Н. Дубкову ГУП ВОСХП «Заря».
Режим минерального питания
При формировании режима минерального питания для выращивания томата в защищенном грунте, необходимо учитывать его биологические особенности по фазам развития и сезоны выращивания, исходя из особенностей используемых грунтов (М.Л. Гайлитис, 1986). Для контроля пищевого режима субстрата проводят агрохимические анализы, визуальную оценку растений, тканевую диагностику листьев и пасынков (R. Morard, A. Roucolle, 1983). При пониженной освещенности, в зимнее время томат поглощает больше калия, а при высокой освещенности, когда быстро нарастает вегетативная масса и завязываются плоды - азот, в связи, с чем соотношение указанных элементов питания меняют: зимой N:K составляет 1:3, а летом 1:1. Калий - наиболее подвижный элемент в растении, он не входит в состав каких либо стабильных органических веществ, но играет активную регуляторную роль. Установлена ведущая роль калия в регуляции водного обмена, биоэлектрических явлений в растении, транспорте нитратов и органических веществ, накоплении Сахаров в запасающих органах и плодах. Калий оказывается вездесущим и в метаболизме корня в качестве фактора ферментов, ответственных за активизацию Сахаров, перед их включением в процессы дыхания, образование амидов, синтеза полипептидов (B.C. Доля, 1955, Е.П. Алешин, Н.В. Пильщинова, 1998).
Азот входит в состав большого количества жизненно важных соединений: аминокислот, белков, нуклеиновых кислот, АТФ, липидных компонентов мембран, витаминов, гормонов. Содержание азота в белках растительного происхождения колеблется от 14,7 до 19,5 %. Наиболее богаты белком семена растений (А.В. Питербургский, 1964).
Включение минерального азота в органические вещества -функция столь же уникальная, как фотосинтез (Н.В. Пильшиковой, 1998). При содержании азота свыше 151 мг на кг абс. сухой почвы снижается содержание сухих веществ, Сахаров и аскорбиновой кислоты в плодах, увеличивается содержание органических кислот. Избыточное азотное питание приводит к увеличению числа цветков в соцветиях и способствует появлению растрескиванию плодов. (Е. Manang; 1982)- и вершинной гнили. Избыток азота приводит к активному вегетативному росту, замедляет формирование генеративных органов, снижает устойчивость к болезням, приводит к израстанию соцветий (Л.Г. Мамонова, 1984). Благодаря тому, что азот распределяется в растениях томата не равномерно, даже при высоких дозах удобрений количество нитратов в плодах находится в пределах 4,1. .16,7мг на кг сырой массы (С. Гюров, 1982). У томата азот по выносу стоит на втором месте (В.И. Глухова, 1966; В.Д. Голубев, 1977). Азот в наибольшем количестве потребляется в период активного формирования вегетативных органов и роста плодов (В.Л. Ершова, 1980; А.В. Алпатьева, 1981; Ш.Г. Бексеев, 1989). В первой половине вегетации, всходы - завязь на первом соцветии, томату требуется умеренное азотное питание и повышенное содержание фосфора. Фосфор оказывает значительное влияние на характер цветения и плодоношения (К.А. Бритиков, Н.А. Мусатова, 1964). Увеличение доз фосфора приводило к снижению сухой массы, как надземной части растений, так и корневой. Однако масса свежих плодов увеличивалась (С. Gibson, W. РШ, 1983). Фосфорный обмен, несмотря на его, очень большое значение для энергетики растения, сводится к присоединению и отщеплению фосфорного остатка, что происходит очень быстро. При недостатке фосфора происходят нарушения энергетики и азотного обмена. Потребление растениями томата фосфора невысокое (Н.В. Пилыцикова, 1998; В.А. Шуваев, 2002). Низкое содержание Са на фоне повышенного содержания N, К, Mg и колебания влажности почвы провоцирует появление вершинной гнили (F. Stewart, 1976). Недостаток кальция приводит к опадению завязи, залому соцветий (A. Kroger, 1978). Избыток Са может задерживать цветение и снижать за счет этого урожайность. Поэтому рекомендуется подкармливать растение Са только в период начала плодоношения (Y. Borkowski, 1982). v Повышение содержания MgSC 4 в почве улучшило усвоение N и Р, снизило поглощение Са, на поглощение К практически не повлияло (R. Brun, 1974). Mg в повышенных дозах ускоряет развитие томатов, повышает продуктивность, улучшает биохимический состав плодов. Так, по данным Л.Г Мамонова и Л.К. Хренова (1984), наибольшая ранняя и общая урожайность отмечалась при одноразовом внесении 50 г/м" MgS04, где каждые 10 г обеспечивали прибавку урожая 0,7кг/ мг. Для контроля, пищевого режима грунта проводят агрохимические анализы, визуальную оценку растений, тканевую диагностику листьев и пасынков (R. Morard, A. Roucolle, 1983). Внесение удобрений под планируемый урожай с учетом выноса, коэффициентов использования и запасов питательных веществ в грунте, является более прогрессивным методом по сравнению с удобрением согласно рекомендаций в зависимости от содержания органического вещества в грунте и дает, обычно, большую прибавку урожая на 1 кг действующего вещества (Л.Н. Макаренко, 1977; 1978).
Изменение пищевого режима может влиять на продолжительность вегетационного периода и отдельных этапов развития (И.Б. Га-ранько и др., 1985). Большое влияние на рост и развитие томатов оказывают микроэлементы.
Большое влияние на урожайность и качество плодов выращиваемых гибридов томата оказывает выбор субстрата (Р.А. Позднякова, 1997; В.А. Толмачева, Н.Н. Яковлева, 1998; Г.М. Кравцова, 1998; С.Ф. Гавриш, 1999; Т.В. Константинова, 2005).
Условия, схема опыта и методика исследования
Климатические условия Волгоградской области благоприятны для возделывания в открытом грунте зерновых, картофеля, гороха, овощных и плодовых культур. Природно-экономические условия области также благоприятны для успешного функционирования многогектарного тепличного комплекса. Опыты в условиях защищенного грунта проведены в ГУП ВОСХП "Заря" на базе зимних блочных теплиц в 2001-2003гг. Исследования по изучению режимов капельного орошения при возделывании культуры томата гибрида F1 "Фараон" проводили в зимних блочных теплицах голландской конструкции с пролетом 6,4 м, оборудованных системой капельного орошения на субстрате старый грунт + компост. В хозяйстве эксплуатируется система капельного орошения и питания растений FD-404. Система управления питания растений предназначена для автоматизированного приготовления поливочных растворов, с заданным количеством питательных веществ, планирования и ежедневного проведения орошения в тепличном производстве. Данное устройство позволяет организовать индивидуальную подачу питательного раствора для отдельных фрагментов теплицы с контролем полива по времени и по расходу раствора. С помощью набора заданий можно оптимально планировать интенсивность полива в течение суток. Интенсивность полива и состав раствора может автоматически корректироваться в зависимости от притока солнечной радиации, влажности и тем- пературы воздуха или почвы.
Управляемая компьютером система дозации жидких минеральных удобрений обеспечивает приготовление подкормочных растворов с точно выдержанной концентрацией питательных веществ. Параметры питательного раствора поддерживаются на заданном уровне с помощью постоянного измерения электропроводности (ЕС) и рН раствора и регулирования подачи маточных растворов и поливной воды.
Управление дозацией полностью автоматизировано и в течение суток допускает автоматическую смену рецептуры питательного раствора при каждом поливе. Управление системой орошения и дозации жидких минеральных удобрений производится электронным блоком, который включает компьютер, интерфейсную часть, органы индикации и управления. В интерфейсной части находятся: ключи управления насосами, клапанами, кранами подачи маточных растворов, оптоэлек-тронные датчики уровня раствора, схемы измерения электропроводимо сти, кислотности, температуры раствора, солнечной радиации и высоты жидкости в баках с маточным растворами.
В состав системы дозирования входят: эжекционные насосы подачи маточных растворов, два датчика электропроводимости поливочного раствора, два датчика рН раствора, датчик температуры и отсекающие краны подачи маточных растворов. Компьютер управляет работой растворного узла и производит распределение питательного раствора по устанавливаемым с пульта компьютера программам полива. Программы полива можно корректировать в любое время, в том числе и при включенном орошении. Поливочная программа формируется из двух составляющих. Первая, достаточно редко изменяемая составляющая, называется «план полива», служит для группирования площадей теплиц в зоны, которые одинаково орошаются (одинаковый режим орошения). Вторая составляющая поливочной программы, позволяющая проводить оперативное планирование подачи питательного раствора к растениям, называется «задание полива». Для каждой зоны полива используется индивидуальное задание. Каждое задание полива содержит следующие параметры: 1) выбор зоны полива - устанавливается зона полива, ранее сформированная планом полива; 2) время работы задания - указывается время начала и окончания полива установленной зоны; 3) выбор смеси - устанавливается режим работы растворного узла; 4) электропроводность и рН питательного раствора. Указываются параметры раствора, которым следует производить полив для данного задания; 5) пропорции подачи маточного раствора. Этим значением выбирают баки с маточным растворами, из которых будет готовиться рабочий раствор, и соотношение маточных растворов; 6) количество растения на одно растение - указывается объем раствора, который надо подать на каждое растение в зоне за цикл полива; 7) время повтора - устанавливается промежуток времени, через который происходит повтор циклов полива; 8) коррекция интенсивности полива и состава раствора по солнечной радиации, влажности и температуре; 9) дата начала и окончания действия задания. Поливы производятся только в те дни года, даты которых больше или равна установленной дате начала и меньше или равна установленной даты окончания. Из литературных источников рассматривающих режимы капельного орошения при возделывании томата установлено, что рекомендации ученых сильно варьируют в зависимости от грунта, сортовых особенностей, применяемых способов полива.
Число поливов и поливные нормы в период.вегетации томата
Несмотря на то, что томат относится к относительно засухоустойчивым растениям, количество воды, расходуемое им в процессе жизнедеятельности достаточно велико. В условиях защищенного грунта режим влажности почвогрунтов имеет порой решающее влияние при формировании элементов продуктивности растений томата, так как является одним из немногих подвергающих регулированию факторов внешней среды.
Добиться сокращения непроизводительных потерь воды, тем более при ее дефиците в южных регионах Российской Федерации можно применением научно обоснованных режимов орошения, способов и технике полива, обеспечивающих экономное и рациональное использование. Научно обоснованные режимы орошения предполагают проведение поливов в строго установленные сроки, прогноз которых основывается на каком либо методе определения суммарного водопотребления.
Существует много методов определения сроков полива сельскохозяйственных культур, которые условно можно разделить на две большие группы: 1) методы, основанные на наблюдениях за состоянием растений и почвы; 2) расчетные методы, основанные на различных метеорологических данных. К первой группе относятся определение поливов.по морфологическим признакам, биологическим показателям (ККС, сосущая сила листьев и корней, осмотическое давление, температура листьев и др.) по фазам развития растений и влажности почвы. Этот метод хотя и является достаточно оперативным, но в должной мере практического применения не нашел из-за большой пространственной вариабельности.
Не получил широкого распространения и метод, основанный на оценке влажности почвы, как наиболее трудоемкий, и не оперативный, в связи с чем авторы предполагают тензометрический метод для определения сроков полива (А.А. Роде, 1960; А.Х. Абдуллаев, 1991).
Ко второй группе относятся методы, основанные на различных эмперических способах расчета суммарного водопотребления. Наи-больше практическое применение получили расчетные модели Х.Л. Пенмана, Л. Тюрна (1958).
В нашей стране из расчетных методов определения суммарного водопотребления наибольшее практическое применение получили метод А.Н. Костякова (1960), основанный на коэффициенте водопотребления и урожайности культуры; A.M. и СМ. Алпатьевых (1965; 1974), основанный на учете дефицита влажности воздуха; К.Г. Льгова (1960), основанный-на сумме активных температур. Но многие из этих методов, основаны на показателях, определение которых трудоемко- (испаряемость, солнечная радиация, продолжительность светового времени- и др.), да и зависят они от метеорологических условий в виде различных теоретических зависимостей, что значительно усложняет и снижает точность расчетов. И все же, наиболее широкое применение в орошаемом земледелии получил метод определения сроков полива по влажности активного слоя почвы (термостатно-весовой метод), принятый за эталон при оценке вышеперечисленных расчетных методов.
Число поливов при выращивании томатов на фоне различных порогов поливной влажности грунта, по периодам роста и развития растения представлены в таблице 2 (приложение 3). В период вегетации томатов в зависимости от предполивного порога влажности в 2001 году было проведено от 62 до 104 поливов, в 2002 году от 64 до 119, и в 2003 году от 79 до 123 поливов. При этом наибольшее их количество проведено на варианте где поддержания предполивной влажности в первый период вегетации на уровне 75-80 % НВ и во второй 85-90 % НВ, в среднем за три года потребовалось 114,0 полива, что больше по сравнению с режимом орошения 65-70, 70-75 % НВ в первый период вегетации и 85-90 % НВ во второй на 10-13 поливов.
Распределение поливов по месяцам вегетационного периода томатов показало (приложение 3), что в первый период вегетации томатов, т.е. от начала высадки рассады до начала плодоношения в зависимости от режима орошения количество поливов изменялось в 2001 г. от 5 до 7, в 2002 г. от 5 до 10, в 2003 г. от 6 до 10 поливов. Наибольшее количество поливов приходится на май, июнь месяц.
Величина поливной нормы зависит от величины наименьшей влагоемкости (НВ), и уровня предполивного порога влажности активного слоя. Установлено, что самые высокие поливные нормы в период веге-теции томатов были при 65-70 % НВ в первый период вегетации и равнялись 17,7 л/м2, а во второй при 75-80 % НВ 13,4 л/м 2, в зависимости от предполивного уровня влажности почвы, во второй период они сни-жались до 7,0- 10,7 л/м .
Суммарный расход питательных веществ в зависимости от режимов орошения
В условиях современного сельскохозяйственного производства постоянный рост стоимости минеральных удобрений, а также общих затрат при выращивании продукции возникает необходимость рационального использования оросительной воды, так и минеральных удобрений. При капельном поливе с одновременным внесением минеральных удобрений главным условием является оптимальное сочетание поступления воды и количество вносимых удобрений. С повышением объема поступающей воды возрастает расход элементов питания и, наоборот, при недостаточном увлажнении снижается эффективность использования питательных веществ. В связи с этим ставилась задача выявить сбалансированность воды и питательных веществ, в зависимости от режима орошения. Исследованиями установлено, что расход питательных веществ при выращивании томата во многом определяется от режима орошения этой культуры, при этом существенным фактором, влияющим на уровень потребления питательных элементов являются условия внешней среды, а также период вегетации культуры.
В целях поддержания оптимального содержания питательных веществ в субстрате и согласно принятой технологии режима орошения в период вегетации томата проводились подкормочные поливы.
Концентрация удобрительного полива рассчитывалась в соответствии с рецептурой приготовленной лаборатории химических анализов. Минеральные удобрения вносились с учетом химического состава субстрата, выноса элементов питания растениями и уровнем урожайности томатов, с целью обеспечения фонапо азоту — 120-150, по фосфору -10-20, по калию -200-220 г/м2 (С.Ф. Гавриш, 1997).
Для внесения необходимого количества элементов питания растений потребовалось провести в среднем за 2001-2003 г поливов от 68 до 114шт.
Установлено, что чем выше поддерживаемый уровень предполивной влажности субстрата, тем больше необходимость проводить подкормочные поливы. В связи с этим количество потребляемых элементов возрастает, что в условиях оптимального сочетания воды и пищи для растений способствует более высокому росту продуктивности части растений томата.
Из данных таблицы 9 (приложение 7, 8, 9) видно, что самый высокий расход минеральных удобрений в зависимости от режима орошения и культуры достигается на варианте с предполивным уровнем влажности в первый период вегетации не ниже 70-75 % НВ и во второй - 85-90% НВ и рав-няется 2070,9 г/м . При более высоком уровне увлажнения субстрата в первый период вегетации, т.е. не ниже 75-80% НВ, увеличивается потребление минеральных удобрений и независимо от режима орошения томата во второй период вегетации.
Вынос питательных веществ с урожаем в зависимости от режима орошения при выращивании томата, в среднем за три года исследований, достигал на варианте 60-65% НВ в первый период вегетации и во второй от 75-80, 85-90% НВ - от 665,8 до 705,8 повышения предполивного порога влажности в первый период вегетации томата до 70-75% НВ и при указанных уровнях во второй период вегетации расход минеральных удобрений на формирование плодов томата с 1м был равным от 591,5 до 631,1.
А на фоне более высокого увлажнения субстрата (75-80% НВ) в первый период вегетации и не ниже 80,85,85-90%) НВ во второй расход минеральных удобрений снижается до 380,8 - 467,0 г.
Установлено, что в различные годы исследований потребление питательных веществ было не одинаковым наиболее высоким оно равнялось в 2003 году по азотным удобрениям от 24 до 32 г/м . В 2001 и 2002 гг. погодные условия в начальные периоды вегетации были менее благоприятные, чем в 2003 г. При этом следует отметить устойчивую закономерность поступления питательных веществ, в связи с режимом орошения томата приложение 7,8,9.
Исследования показали, что поступление питательных веществ с повышением уровня предполивной влажности субстрата возрастает и в связи с этим увеличивается число поливов.
Так, например, в 2001 г. на фоне предполивной влажности почвы в первый период вегетации томата 65-70% НВ и повышения уровня увлажнения субстрата во втором периоде с 75-80 до 85-90% НВ содержание азота в оросительной воде возрастает с 547 до 662 г/м . На варианте с увлажнением субстрата в первый период вегетации не ниже 70-75 и 75-80% НВ поступление азота увеличилось соответственно уровням увлажнения во второй период вегетации культуры до 731-741 г/м . Аналогичная закономерность в обеспечении азотом растений томата сохраняется и в другие годы исследований.
Во время каждой фазы происходят важнейшие качественные изменения в физических процессах, в значительной степени влияющие на сроки плодоношения и урожай. Нормальное и своевременное их прохождение зависит от правильности выбора микроклимата, имитирующего определенные условия окружающей среды. (В.А. Брызгалов, 1995).
Несмотря на то, что томат относится к относительно засухоустойчивым растениям, количество воды, расходуемое им в процессе жизнедеятельности достаточно велико. В условиях защищенного грунта режим влажности почвогрунта имеет порой решающие влияние при формировании элементов продуктивности растений томата, так как является одним из немногих подвергающихся регулированию факторов внешней среды. Рост и развития растений томатов защищенного грунта на фоне различных режимов орошения представлены в таблицы 11, приложении 10,11,12.
