Н. Н. Дубенок, А. С. Овчинников, А. А. Мартынова, С. А. Дусарь

Малоинтенсивное дождевание столовой моркови

Монография

Под общей редакцией
доктора сельскохозяйственных наук,
профессора, академика РАН
Н. Н. Дубенка

ebooks@prospekt.org

Информация о книге

УДК 631.674.5:635.132

ББК 40.62:42.343

М19

Рецензенты:

Бородычев В. В., доктор сельскохозяйственных наук, профессор, академик РАН, заслуженный деятель науки РФ, директор Волгоградского филиала Всероссийского научно-исследовательского института гидротехники и мелиорации им. А. Н. Костякова; Курбанов С. А., доктор сельскохозяйственных наук, профессор, заведующий кафедрой «Земледелие, почвоведение и мелиорация» Дагестанского государственного аграрного университета им. М. М. Джамбулатова.

Под общей редакцией доктора сельскохозяйственных наук, профессора, академика РАН Н. Н. Дубенка.

В монографии рассмотрены теоретические и практические вопросы, связанные с разработкой и оптимизацией параметров технологии возделывания столовой моркови в условиях малоинтенсивного (спринклерного) дождевания в Нижнем Поволжье. Книга посвящена разработке высокоэффективной технологии орошения столовой моркови с целевыми индикаторами уровня продуктивности корнеплодов не ниже 80 т/га за счет интенсификации продукционного процесса при совокупном регулировании влажности почвы и воздуха с использованием стационарных дождевальных систем спринклерного типа. Разобраны вопросы орошения и водопотребления столовой моркови, подробно освещены вопросы агротехники моркови, основные статьи водного баланса орошаемого поля, определены основные факторы активизации фотосинтетической деятельности растений в посевах, оценка эффективности сочетания факторов по накоплению органического вещества посевами моркови.

Монография ориентирована на использование профильными специалистами аграрного производства и проектных организаций, будет полезна научным сотрудникам, аспирантам и студентам высших учебных заведений.

УДК 631.674.5:635.132

ББК 40.62:42.343

© Коллектив авторов, 2022

© ООО «Проспект», 2022

ВВЕДЕНИЕ

Приоритетным направлением интенсификации аграрного производства в современной России видится развитие отечественных агротехнологий. На юге России интенсификация должна в первую очередь коснуться производства овощной продукции, среди которой не последнее место занимает столовая морковь. Культуру столовой моркови по праву можно отнести к группе ведущих овощных культур в производстве высоко витаминизированной продукции. Однако средняя урожайность моркови в России не превышает 22–24 т/га, что не позволяет конкурировать с зарубежными поставщиками и существенно снижает долю отечественного сегмента в производстве этой высокоценной культуры.

При выборе методов решения проблемы импортозамещения в части производства столовой моркови особое внимание предлагается обратить на возможность использования для этих целей мелиорированного земельного фонда юга России, и в частности орошаемых земель Нижнего Поволжья. Орошение, при использовании современных технических решений и оптимизации управления водным режимом почвы, является мощным фактором развития производства моркови. Климат региона позволяет организовать успешное производство как ранней овощной продукции, так и выращивать морковь для хранения, переработки или потребления в свежем виде. Вместе с тем важно учитывать и объективные трудности в создании максимально благоприятных условий для выращивания столовой моркови, связанные не в последнюю очередь с особенностями континентального климата Нижневолжского региона, частой повторяемостью засух и суховеев, критическим снижением влажности воздуха и другими факторами, определяющими динамику продукционного процесса. Возможность использования стационарных систем орошения для комплексного регулирования условий и необходимость преодоления этих объективных сдерживающих факторов определяет актуальность темы исследований.

Орошение столовой моркови доказало свою эффективность во многих регионах России, что подтверждается географией исследований, проведенных в этом направлении В. А. Борисовым (2003), В. В. Бородычевым, А. А. Мартыновой (2016), С. С. Литвиновым (2008), О. А. Пасько (2010), А. И. Удовенко (2011) и др. Наибольшая окупаемость вкладываемых ресурсов получена в южных, засушливых регионах России, включая Нижнее Поволжье. Апробированы разные способы орошения, из которых наибольшее распространение в регионе получило дождевание и капельный полив. Отмечены преимущества орошения способом дождевания, которые, по мнению С. С. Литвинова (2008), Н. А. Галеева (1985), В. В. Корчагина (1990), А. С. Пардаева (2015), Е. А. Скороходова (2011), заключаются в возможности эффективного управления почвенными влагозапасами и частичного регулирования микроклимата посева. Следует признать, что последнее имеет значимость лишь при проведении частых поливов и связано со значительным увеличением затрат энергии и технологического времени на холостые перемещения дождевальной техники. Из стационарных способов орошения сегодня наиболее изучено капельное, которое, по мнению А. С. Овчинникова (2015), В. В. Бородычева, А. А. Мартыновой (2016), Л. С. Гиль, В. И. Дьяченко (2007), Н. Н. Дубенка (2010), В. М. Жидкова, Ю. Ю. Лемякина, Л. В. Губиной (2014), Н. В. Тютюмы (2016), А. В. Шуравилина (2012), позволяет реализовать наиболее гибкие подходы в формировании поливного режима, а также полностью автоматизировать процесс полива. Недостатком капельного орошения является невозможность регулирования микроклимата в среде посева. Стационарные дождевальные системы относительно недавно получили распространение в регионе исследований и обладают всей совокупностью преимуществ рассмотренных выше способов полива. Необходимость изучения возможностей наиболее эффективного использования этих преимуществ, разработки новых технологических подходов орошения моркови низкоинтенсивными стационарными дождевальными системами определило тематику наших исследований.

Цель исследований сводилась к разработке высокоэффективной технологии орошения столовой моркови с целевыми индикаторами уровня продуктивности не ниже 80 т/га, обеспечивающимися за счет интенсификации продукционного процесса при совокупном регулировании влажности почвы и воздуха с использованием стационарных дождевальных систем спринклерного типа.

Впервые решается задача совокупного регулирования водного режима почвы и влажности воздуха в посевах моркови за счет проведения увлажнительных и освежительных поливов низкоинтенсивными стационарными дождевальными системами. Получены новые данные по динамике влажности воздуха в среде посева при проведении освежительных поливов, установлены закономерности водопотребления моркови при совокупном проведении увлажнительных и освежительных поливов, особенности продукционного процесса моркови и выхода стандартных корнеплодов.

1. ТЕОРИЯ И ПРАКТИКА ВОЗДЕЛЫВАНИЯ МОРКОВИ НА ОРОШАЕМЫХ ЗЕМЛЯХ

1.1. Современное состояние производства столовой моркови

Морковь является одной из наиболее распространенных, возделываемых в России, овощных культур, ценность которой определяется ее биохимическим составом [7, 8]. Биохимия моркови определяется генетической наследственностью и условиями внешней среды. В корнеплодах столовой моркови больше всего содержится сахаров, чем определяется ее вкусовые качества [25, 38, 69].

По усредненным данным, в корнеплодах моркови содержится до 79,0–91,1% воды, 0,543–2,23% белка, 3,36–12,08% сахаров, не более 0,1–0,71% сырого жира, от 0,54 до 3,47% клетчатки, от 2,33 до 5,57% безазотистых экстрактивных веществ и до 0,6–1,74% минеральных веществ [7, 44, 89]. Как видно из приведенных данных, биохимический состав моркови может варьировать в широких пределах, в связи с чем изменяются вкусовые качества, пищевая ценность корнеплодов, сохраняемость и товарные свойства.

В отличие от корнеплодов листья моркови характеризуются повышенным содержанием сухого вещества и сырого белка [25]. В сухих листьях содержится до 18,9% белка, тогда как содержание сахарозы не превышает 7,8%.

Сахара в корнеплодах моркови содержаться в форме сахарозы и глюкозы [8]. По данным [44], в корнеплодах, кроме того, содержится до 0,25–1,91% фруктозы. Показано, что отношение фруктозы к глюкозе в корнеплодах не остается постоянным и изменяется от 0,38–1,19. Больше всего, до 65,4%, сахаров содержится в наружных слоях корнеплодов, меньше всего, до 53,0%, — в центральной части. Содержание крахмала в корнеплодах доказано [89], но не превышает 1,5–6,6% от сухого вещества. В первую очередь крахмал содержится в слое между сердцевиной и наружной мякотью, иногда распространяется и в корковом слое.

По данным [69], в пересчете на сухое вещество в корнеплоде содержится до 26,4% вещества клеточных стенок, которые, в свою очередь, включают до 42,4% клетчатки и 22,3% пентозанов. Кроме того, в корковом слое содержится до 11,6% пектиновых веществ. Больше всего, до 7,12% в моркови содержится водорастворимых пектинов, до 6,9% содержится пектинов в легкогидролизуемой форме и не более 4,6% — в трудногидролизуемой форме.

В пересчете на сухое вещество в корнеплодах моркови содержится от 4 до 8% минеральных элементов. Исследованиями [64] установлена концентрация минеральных веществ дифференцируется по тканям корнеплода. Например, кальция больше всего (до 53%) содержится в корковом слое, 32% — в мякоти корнеплода и не более 37% — в сердцевине. Фосфора, напротив, больше всего содержится в сердцевине корнеплода (60%), по 37 и 34% — в корковом слое и мякоти.

Из ферментов в корнеплодах моркови найдены пероксидаза, цитохромоксидаза, каталаза, аскорбиноксидаза, фосфатаза, липоксидаза, инвертаза, глютатионредуктаза, трансаминаза, лецититаза, протеаза и другие [7].

Однако особая ценность корнеплодов моркови состоит в содержании витаминов. Она больше других овощных культур содержит провитамин А (каротин). Известны различные изомеры каротина моркови: а-каротин, β-каротин, γ-каротин, σ-каротин и ζ-каротин [25, 69]. Однако практическое значение имеют только два изомера — а-каротин и β-каротин. Долевое содержание этих изомеров в разных исследованиях существенно отличается. По одним данным [63] содержание а-каротина в корнеплодах моркови составляет 5–10%, тогда как по другим [69] — достигает 19,5–46,0%.

Установлено, что оранжево-красные сорта моркови наиболее богаты каротином, меньше этого витамина содержится в сортах с желтой мякотью и вообще ничтожное количество — в белой моркови [69]. Содержание каротина в оранжево-красных корнеплодах моркови изменяется в пределах 5,4–19,8 мг%, но есть ряд специально выведенных сортов, которые содержат до 37,1 мг%. Установлено, что периферические ткани корнеплода всегда богаче каротином, чем сердцевина. Наибольшее количество каротина содержится в верхней части корнеплода. Каротин содержится и в листьях моркови, причем по данным проведенных исследований его доля достигает 6,0–26,4 мг%. Но содержание а-изомера каротина не превышает 1,5–1,6 мг%.

В меньших количествах в корнеплодах моркови содержатся другие витамины [85]: тиамин (0,3–1,8 мг/кг сырого вещества), никотиновая кислота (2,0–14,7 мг/кг сырого вещества), рибофлавин (0,20–0,62 мг/кг сырого вещества), пиридоксин (1,2–1,4 мг/кг сырого вещества), пантотеновая кислота (2,5–3,5 мг/кг сырого вещества), биотин (0,025–0,033 мг/кг сырого вещества), фолиевой кислоты — 1,0–1,3 мг/кг сырого вещества), аскорбиновой кислоты (20–100 мг/кг сырого вещества).

Уникальный биохимический состав корнеплодов моркови определяет их исключительную пищевую ценность и жесткие требования к качеству производимой продукции, регламентируемые нормами государственного стандарта [40, 41]. Согласно установленным государственным стандартом нормам корнеплоды моркови к заготовкам и реализации допускаются не уродливыми, с типичной для ботанического сорта формой, без лишней внешней влажности, без повреждений, свежими, чистыми и здоровыми. Длина оставшихся черешков на корнеплодах не должна превышать 2 см. Наибольший размер в поперечнике корнеплода (диаметр) должен находиться в пределах 2,5–6,0 см. Наименьшая длина корнеплода не должна быть меньше 7 см.

Реализуемая морковь разделяется на классы качества: экстра, первый и второй сорт. Размер корнеплодов в наибольшем поперечном диаметре класса экстра должен находиться в пределах 2,0–4,5 см. Для корнеплодов первого сорта размеры наибольшего поперечного диаметра могут достигать 2,0–6,0 см, а для корнеплодов второго сорта — 2,0–7,0 см. Для корнеплодов экстракласса кроме поперечного размера нормируется также длина, которая должна быть не менее 10 см.

Динамику производства столовой моркови в России за последние 20 лет нельзя охарактеризовать каким-либо устойчивым трендом развития или регрессии. Представленные на рисунке 1.1 данные официальной статистики показывают относительно продолжительный тренд роста производства моркови с 1993 по 2005 год включительно, который завершился довольно резким спадом интереса к этой культуре [134]. В результате, начиная с 2007 года и по настоящее время объемы производства столовой моркови составляют около 1,5 млн тонн, незначительно изменяясь по годам с более или менее благоприятными погодными условиями. Спад производства моркови в России, безусловно, можно объяснить сложившейся макроэкономической обстановкой, в которой не последнюю роль играет опережающее, по сравнению с Россией, развитие технологий в развитых странах дальнего и ближнего зарубежья. Это подтверждается и растущей долей импорта столовой моркови, объемы которого в 1993 году не превышали 4,4 тыс. т, а в 2013 году достигли рекордных 258,0 тыс т, увеличившись более, чем в 58 раз [67]. Самым стабильным показателем из приведенных на рисунке 1 графиков, оказалась урожайность столовой моркови, которая с 1993 года практически не изменилась и составляет сегодня 22–24 т/га. Это критически низкий уровень, который определяет высокую себестоимость моркови и не позволяет отечественной продукции эффективно конкурировать с зарубежным импортом.

До недавнего времени основную долю импорта моркови в России составляла продукция производства Бельгии (24,5 тыс. т), Нидерландов (19,4 тыс. т), Польши (13,2 тыс. т), других стран Европы (11,0 тыс. т), а также Турции (2,8 тыс. т).

Рис. 1.1. Динамика производства и импорт столовой моркови в России

Сегодня, с введением продовольственного эмбарго [96] ситуация на Российском продовольственном рынке изменилась и у отечественных сельхозтоваропроизводителей появился реальные условия для ускоренной интенсификации производства моркови и развития отечественных технологий. Однако основные сельскохозяйственные зоны России расположены в регионах со сложными агроклиматическими условиями. Устойчивое производство овощной продукции с достижением целевых индикаторов по продуктивности посевов возможно только при орошении [11, 15, 20, 25, 39, 98, 100]. При этом технологии орошения должным быть ориентированы на максимальное ресурсосбережение с целью снижения себестоимости продукции и, как следствие, — повышения ее конкурентоспособности [19, 105, 110, 127].

1.2. Биология и основные факторы жизни моркови

Согласно распространенной классификации, морковь столовая относится к виду Daucus carota L. ssp. sativus [7]. Представители вида Daucus carota L. ssp. sativus — двулетние или однолетние растения. В литературе [61, 63] предлагаются следующие ключи для определения подвидов Daucus carota L.:

— подвид ssp. maximus (Desf.) Thell — характеризуется высокими линейным ростом растений, повышенным проявлением цветушности, как правило, однолетние. Зонтики у этих растений большие, с окрашенным цветком в центре;

— подвид азиатской моркови, ssp. oricntalis Rubasch, характеризуется слабо рассеченными листьями с лопастными или острогородчатыми долями, темно-зеленого или серо-зеленого цвета. Черешки листьев сильно опушены, равно как и стебли, бутоны розовые;

— подвид европейской моркови, ssp. occidentalis Rubasch, — отличается сильно расчлененными листьями с ланцетнолинейными долями, как правило зеленого или светло-зеленого цвета, слабоопушенные или неопушенные вовсе. Стебли этого подвида неопушенные, нераскрывшиеся бутоны — зеленые.

Распространенные в нашей стране сорта моркови относятся к подвиду европейской моркови, разновидности convar. sativus (культурная морковь). Растения этой разновидности отличаются мясистыми, утолщенными корнями (корнеплодами), которые могут иметь разные формы [25, 37, 122], цикл развития проходят обычно за два года. Отмечены случаи прохождения полного цикла развития в течение одного года, которые отмечаются в форме цветушности. Это явление достаточно распространенное и сопровождается негативными последствиями, снижая урожайность корнеплодов, отвечающим требованиям стандарта качества.

Зонтики культурной моркови всегда многолучевые, содержат до 100 зонтичков [122]. Обвертки складываются перисторассеченных листьев, которые по длине бывают равных лучам. Зонтички включают, в среднем, от 15 до 20 цветков. Цветки моркови, как правило, обоеполые, но реже бывают и тычиночные. Цветки, расположенные с краю зонтичка, имеют более крупные наружные лепестки, которые гораздо больше, чем внутренние. Плод моркови имеют овальную или продолговатую форму.

Розетка морковного растения состоит из двух, иногда трех перисторассеченных листочков с широким листовым влагалищем. Корень — стержневой, формируется из зародышевого корешка и проникает в почву до 1 м глубины. После этого за счет вторичного роста отдельных частей корня и гипокотиля формируется корнеплод [84]. У столовой моркови верхняя часть гипокотиля за счет натяжения корневой системы втягивается в почву.

Собственно, сам корнеплод структурно разделяется на сердцевину, камбий и кору. Если сравнивать эти части между собой, то обнаруживается, что сердцевина светлее окрашена, содержит мало сахаров, ее вкусовая ценность ниже, чем у коры. Снаружи корнеплода находится перидерма, роль которой состоит в защите его от иссушения или механических повреждений [122]. Низкая температура почвы, лишняя влага в сочетании с изреженностью всходов приводят к образованию крупных, остроконечных и, как правило, низкоинтенсивно окрашенных корнеплодов.

Морковь является относительно холодоустойчивым растением, относящегося к культурам умеренно-теплого климата [85, 89]. Семена моркови мелкие, с прочной оболочкой, которая пропитана эфирными маслами. Способность к прорастанию у них отмечается при 2–3 °С, но процесс этот длительный. При температуре почвы не более 8 °С всходы появляются только через 3,0–3,5 недели, но при температурном оптимуме, 18–20 °С, для обеспечения дружных всходов достаточно 7–9 суток. Всходы моркови могут перенести заморозки до -3 — -5 °С, в южных районах России отмечены случаи перезимовки растений. Исследованиями [84] установлено, что листья моркови замерзают при -8 °С, а разрушение корнеплодов происходит при длительном снижении температуры почвы менее -3 — -4 °С. Сумма температур воздуха не ниже 10 °С, необходимая формирования урожая корнеплодов, составляет 1500 °С. Колебания температуры снижает темпы роста корнеплодов. При этом отмечается [111], что рост корнеплодов продолжается при 7–8 °С.

Рост температурного режима, характерный для южных регионов России может также неблагоприятно отразиться на росте корнеплодов. Но сегодня уже созданы и внедрены ряд сортов и гибридов столовой моркови, которые отличаются повышенной жаростойкостью [69].

Морковь относится к растениям длинного светового дня [7]. Установлено, что от продолжительности светового дня зависит рост листьев моркови. Причем, чем меньше продолжительность светового дня, тем позднее растения моркови дают наибольший рост листьев. То есть рост растений, как и развитие — замедляется.

В опытах [69] в Ленинградской области отмечено увеличение массы корнеплода моркови, которое происходило при увеличении продолжительности светового дня с 9 до 12 часов. Вместе с тем наблюдения, проведенные на юге России, показали, что при температуре воздуха 18,6 °С сокращение продолжительности светового периода с 16 до 12 часов не сопровождалось снижением массы корнеплодов.

Установлено, что для роста моркови имеет значение спектр световых лучей [89]. По приведенным данным показано, что рост вегетативной части и корнеплода моркови был более быстрым под влиянием оранжево-красных лучей, чем сине-зеленых. Это также нашло отражение в ходе фотосинтетической кривой.

Повышение продуктивности моркови обеспечивалось только при хорошем освещении растении. По данным [7], дефицит освещенности в начальные фазы развития сопровождается вытягиванием корнеплодов при снижении динамики общего прироста. При интенсивности освещения 44 000 люкс продуктивность моркови составила 12,37 кг/м², а при интенсивности освещения 35 000 люкс — не превышала 4,28 кг/м². Ухудшение условий освещения до 11 500 люкс сопровождалось изменением биохимического состава корнеплодов, в частности, на 12,9% снижалось содержание каротина в корнеплодах. Загущение посевов снижает интенсивность освещения растении, что сопровождается падением урожайности. В то же время качественные корнеплоды могут быть получены только при обеспечении оптимальной площади питания растений.

По потреблению элементов минерального элементов морковь из овощных культур стоит на втором месте после капусты. Исследования [85] показали, что для формирования тонны корнеплодов моркови требуется около 1,3 кг фосфора, 3,2 кг азота и до 5,0 кг калийсодержащих минеральных элементов. При этом динамика выноса минеральных элементов из почвы у моркови выше, чем, например, у свеклы. Не менее важно то, что проростки моркови плохо реагируют на повышенную концентрацию раствора солей в почве. Все это определяет высокие требования моркови к почвенному плодородию.

Исследования [36] показали, что интенсивность потребления элементов минерального питания из почвы существенно изменяется в течение вегетационного периода моркови. Было доказано, что большая часть минеральных элементов морковью потребляется во вторую половину вегетации.

Важно обеспечить баланс минеральных элементов в почве [25, 137]. В условиях дефицита азота динамика приростов листового аппарата моркови замедляется, уже сформировавшиеся листья желтеют и отмирают. С другой стороны, в случае избытка азота листья моркови растут быстро при снижении интенсивности роста корнеплодов. Фосфор улучшает вкусовые качества и повышает лежкость корнеплодов моркови за счет увеличения содержания в них сахара. Формирование красноватого оттенка листьев моркови свидетельствует о дефиците подвижных форм фосфора в почве. Калий обеспечивает повышение качества корнеплодов, увеличивая нежность тканей. О дефиците обменных форм калия в почве свидетельствует рост числа крапчато-желтых листьев на растениях.

При изучении целесообразности выращивания моркови на засоленных почвах было выявлено, что при относительно небольшом содержании солей в почве качество корнеплодов может даже улучшаться за счет увеличения содержания сахарозы, улучшающей вкусовые качества [7]. Большинство исследователей [7, 37, 63, 122] сходятся во мнении, что для моркови следует отводить участки на рыхлых, богатых органическими веществами, почвах. Предпочтение отдается почвам с глубоким пахотным слоем, нейтральной или слабокислой реакцией почвенной среды. На тяжелосуглинистых, уплотненных почвах качество корнеплодов моркови ухудшается, изменяется типичная для сортотипа форма, проявляется уродливость.

Большинство исследователей сходятся [2, 11, 25, 39, 54, 63, 84, 85, 105], что морковь устойчива к засухе лишь относительно. Согласно А. М. Алпатьеву [2], морковь по отношению в воде равна картофелю, но менее требовательна, чем свекла, капуста, огурцы. Из корнеплодных растений морковь также наименее требовательна к водному режиму почвы. Листья моркови более приспособлены к воздушной засухе, чем листья, например, свеклы. По данным [25], при содержании продуктивной влаги в почве не менее 20–37 мм рост корнеплодов моркови ингибируется, при содержании 55–65 мм продуктивной влаги — наблюдаются максимально быстрые приросты, но при повышении содержания продуктивной влаги в почве до 70 мм и более динамика приростов вновь снижается.

Из-за высокого содержания эфирных масел семена моркови медленно набухают [84]. При этом требуется, чтобы содержание влаги в почве в течение всего процесса набухания семян было достаточным для формирования положительного градиента потока. Нормально набухшие семена увеличивают свою массу в два раза.

По мнению [39], к водному режиму почвы столовая морковь особые требования предъявляет в начальные периоды роста при слабо развитой корневой системы.

По другим данным [7, 25], интенсивное выращивание моркови возможно только при равномерном увлажнении почвы в течение всего периода вегетации. Изменение содержания влаги в почве от оптимального к резко дефицитному сопровождается активным делением деление клеток камбия. Это, в свою очередь, приводит к растрескиванию корнеплодов.

Доказано, что взрослое, сформировавшееся растение столовой моркови обладает мощной корневой системой, которая может проникать на глубину 2,5 м и до 1,0–1,5 м в ширину [7, 84]. Это позволяет моркови использовать влагу из глубоких слоев и приспосабливаться к почвенной засухе. Вместе с тем рост корневой системы сильно обусловлен формированием агроэкологических условий, в частности, распределением продуктивной влаги по горизонтам почвы и в условиях орошения, как правило, ограничивается полуметровым слоем.

Таким образом, при относительной засухоустойчивости столовая морковь предъявляет высокие требования в плане равномерного и устойчивого водообеспечения. Сохраняя жизнеспособность растений при создании неблагоприятных условий, прежде всего, ухудшается качество корнеплодов, а также уровень продуктивности.

1.3. Орошение моркови в засушливых условиях

Регион Нижнего Поволжья недостаточно обеспечен влагой для возделывания большинства овощных культур. Больше всего осадков, до 250–330 мм за теплый период года, здесь поступает в северных районах, в границах распространения черноземных почв Волгоградской области. Есть достаточно устойчивый градиент, согласно которому в направлении с севера на юг и с запада на восток засушливость климата Нижнего Поволжья возрастает. На светло-каштановых почвах Волгоградской области объем естественных осадков, поступающих за теплый период года, снижается до 175–250 мм, в Калмыкии — до 100–220 мм, в Астраханской области — до 80–160 мм. В том же направлении с 800 до 1200 мм возрастает потенциальная испаряемость [1, 72]. Дефицит естественной влагообеспеченности делает неэффективным выращивание столовой моркови в регионе без орошения.

Несмотря на относительную засухоустойчивость столовой моркови, для получения высокого урожая в большинстве регионов России необходимо проведение вегетационных поливов. По данным [7], в условиях засухи и недостатка почвенной влаги изменяется физиология формирования корнеплода, его ткани грубеют, становятся деревянистыми, снижается общая сохранность урожая. Резкий переход от засухи к условиям достаточного водообеспечения вызывает интенсивное деление камбия, что сопровождается растрескиванием корнеплодов. К такому же результату приводит и общее снижение относительной влажности воздуха, которое, особенно в сочетании с высокими температурами, характерными для южных регионов России, обуславливает деформирование корнеплода и снижение доли выхода урожая товарного качества.

Нижний уровень влагосодержания почвы, по которому назначают полив, для моркови находится в пределах 70–80% НВ, для чего в природных условиях Нечерноземной зоны за вегетационный период необходимо проводить 3–4 полива с общим расходом воды 900–1200 м³/га [68]. В засушливых южных регионах России для поддержания такого уровня влажности почвы при поливе дождеванием морковь необходимо поливать 5–6 раз за вегетационный период с оросительной нормой 2000–2400 м³/га [52].

Ряд ученых сходятся во мнении о целесообразности поддержания дифференцированных уровней водообеспечения моркови в разные фазы роста и развития [11, 21, 25, 39, 51, 129, 132]. Поддержание умеренного режима водообеспечения в первые после всходов фазы роста обеспечивает экономию оросительной воды и оптимизирует работу оросительной техники. Недостаток влаги в этот период восполняется за счет активного проникновения корней моркови в нижние гори зонты почвы, откуда используются почвенные влагозапасы. Особенно важно соблюдать условия умеренного водообеспечения моркови в последний период вегетации. В этот период поддержание влажности почвы выше 70% НВ отрицательно влияет на урожайность корнеплодов.

В опытах [124] при поливе моркови дождевальной машиной ДКШ-64
(Волжанка) выявлена целесообразность поддержания дифференцированного уровня водообеспечения по схеме 85–90–70% НВ. При этом на уровне 85% НВ влажность почвы рекомендуется поддерживать до начала фазы утолщения корневой шейки, не ниже 90% НВ — в периоды от начала утолщения корневой шейки до наступления технической спелости корнеплода при снижении предполивного порога до 70% НВ в периоды после наступления технической спелости. При этом для поддержания заданных условий водообеспечения в наиболее засушливые годы требовалось проведение от 3 до 5 поливов до начала фазы утолщения корневой шейки и от 8 до 10 поливов — во второй период, после фазы утолщения корневой шейки. Поливные нормы в зависимости от периода роста и развития столовой моркови изменялись от 100 до 450 м³/га.

По данным [122] в начале вегетации поливы моркови следует проводить для регулирования влажности почвы в слое 0,3 м и в слое 0,4 м — в последующие периоды роста и развития. При поливе дождеванием поливную норму важно ограничить образованием поверхностного стока с профилированной поверхности почвы.

В Украине при оптимальных условиях водообеспечения водопотребление моркови достигает 4–5,5 тыс. м³/га [39]. Для покрытия дефицита естественной влагообеспеченности в условиях интенсивного производства рекомендуется проводить от 6 до 8 поливов по 200–300 м³/га. Начало проведения поливов определяется, как правило, погодными условиями и приходится на конец апреля — начало мая. Завершать поливной сезон рекомендуется за 2–3 недели до уборки моркови, чем обеспечивается оптимальный водный режим почвы в период созревания корнеплодов. Указывается, что особенно благоприятно для моркови проведение частых поливов с использованием стационарных, в том числе, автоматизированных систем орошения.

В опытах на стационарных системах капельного орошения моркови [25] в засушливых условиях Нижнего Поволжья была получена урожайность столовых корнеплодов до 60–67 т/га при расходовании не более 76–80 м³ воды на формирование тонны урожая. При этом наиболее эффективным оказалось поддержание дифференцированного порога предполивной влажности почвы по схеме 70–90–80% НВ или 70–80–80% НВ. Разница в урожайности корнеплодов между этими вариантами не превышала статистически значимого уровня.

Для поддержания заданных порогов предполивной влажности почвы в посевах моркови с использованием систем капельного орошения проводится до 22–39 поливов за вегетационный период [11, 25, 27]. Поливные нормы для поддержания предполивного порога 70% НВ снижаются до 184 м³/га, для поддержания предполивной влажности 80% НВ — до 166, а для поддержания предполивного уровня влажности почвы не ниже 90% НВ — до 82 м³/га. При этом за счет проведения частых поливов регулируется также и температурный режим почвы.

В опытах [53] наибольшая биологическая урожайность моркови, 76,0 т/га, была получена при использовании довольно высокого уровня водообеспечения с поддержанием дифференцированного предполивного порога по схеме 90–80–80% НВ. Отмечается, что повышение предполивного уровня до 90% НВ в довсходовый период позволяет организовать орошение частыми и малыми поливными нормами. Это благоприятно отражается на влажности приповерхностного слоя почвы, в который при посеве заделывают семена моркови. Суммарное водопотребление при этом достигало 6625 м³/га, а на формирование урожая расходовалось, в среднем, 86,7 м³/т, водных ресурсов.

Исследованиями [98] отмечена возможность гибкого регулирования влажности почвы при капельном орошении столовой моркови. В отличие от предыдущих исследований в опытах был заложен вариант с поддержанием постоянного, на уровне 80% НВ, предполивного порога влажности почвы, при котором и была получена наибольшая биологическая урожайность корнеплодов, 81,0 т/га. Снижение предполивного уровня до 70% НВ в любую из рассматриваемых автором трех фаз развития моркови сопровождалось статистически значимым снижением урожая. Следует признать, что автор не приводит данных по выходу продукции, отвечающей требованиям ГОСТ 32284-2013, что определяет долю товарной части урожая.

В опытах [110] при поливе моркови способом дождевания наибольшая урожайность стандартных корнеплодов моркови составляла 50,4 т/га. При этом за вегетационный период было поведено 58 поливов, что практически привязало дождевальную машину к опытному участку. Отмечается, что при ориентировании режимов орошения исключительно на биологические потребности культуры площадь обслуживания одной дождевальной машиной существенно снижается.

Наряду со сведениями об эффективности орошения неоднократно приводились свидетельства об отрицательном действии избытка влаги на рост и формирование урожая корнеплодов моркови [39, 84, 111]. Указывается, что даже при кратковременном затоплении рост главного корня из-за отсутствия в почве воздуха может ингибироваться, что провоцирует рост боковых корней и корнеплод приобретает уродливую форму. При затоплении продолжительностью более суток растения моркови гибнут. Поэтому орошение должно обеспечивать равномерное поддержание запасов почвенной влаги в оптимальных соотношениях с почвенным воздухом. Выполняется это условие только при проведении относительно частых поливов небольшими поливными нормами. Большое значение имеет и интенсивность полива, — оптимально, если все почвенные поры одновременно не будут заполняться водой. Последнее имеет особенное значение для полива способом дождевания.

Таким образом, морковь относится к группе высокоценных по своим питательным свойствам овощных культур, традиционно получившей широкое распространение в большинстве регионов России. Наряду с этим, отечественное производство не удовлетворяет спрос населения на морковь, что восполняется достаточно высокими объемами поставок импортных корнеплодов. Такого рода диспаритет сложился не единовременно, и обусловлен, в первую очередь, отставанием современных отечественных агротехнологий от зарубежных, что выражается снижением качества продукции и продуктивности производственных посевов, увеличением удельных затрат ресурсов и неконкурентным ростом себестоимости корнеплодов моркови. Среднестатистическая урожайность моркови в России сегодня составляет 22–24 т/га и практически не изменяется с 1993 года. Такой уровень продуктивности моркови является критическим, обуславливая направленность тренда на общее сокращение производства. Одним из перспективных направлений решения проблемы видится в использовании орошаемого мелиорированного фонда юга России, включая регион Нижней Волги, где целесообразно наладить интенсивное производство с целевым уровнем гарантированного получения не менее 80 т/га стандартных корнеплодов моркови за счет опережающего развития технологий.

В свете современных представлений о биологии культуры, столовая морковь позиционируется как холодоустойчивое растение длинного светового дня. Эта культура требовательна к спектру и интенсивности освещения, почвенному плодородию и условиям минерального питания, относительно засухоустойчива. Мнение об относительной засухоустойчивости культуры сформировались из представлений об особенностях развития ее корневой системы, которая в поисках влаги может проникать на глубину 2,5 м, и отрицательном отношении к избытку влаги, когда почвенного воздуха из-за насыщения пор влагой недостаточно для нормального протекания физиологических процессов. Сегодня известно, что морковь способна переносить относительно непродолжительную засуху, но в ущерб формирования урожая, что ни в коей мере не компенсируется последующими благоприятными условиями. Отрицательное влияние избытка влаги определяется длительным (более 12 часов) заполнением всех почвенных пор влагой, что в засушливых условиях юга России может наблюдаться только при орошении способом затопления по чекам или полосам.

При рассмотрении вопросов оптимального водного режима почвы особое внимание следует обратить на начальные периоды развития моркови, в частности, на условия влагообеспечения в период «посев — всходы». Морковь мелкосемянная культура, семена заделываются в приповерхностный слой почвы. Мощность этого слоя настолько низка, что в условиях засушливого климата, часто иссушается даже на орошаемых землях, в межполивной период. В опубликованной литературе указывается, что для решения этой проблемы необходимо проведение частых вегетационных поливов. Приводятся попытки обоснования увеличения частоты поливов повышением порогового уровня влагосодержания почвы до 90% НВ, сокращением расчетного горизонта почвы, однако полного, систематизированного материала для проведения оптимизационных исследований получено не было. Следует признать, что и само увеличение частоты поливов при использовании самоходных дождевальных машин сопровождается кратным перерасходом ресурсов, увеличением энергоемкости орошения, а также повышением доли холостых (без полива) перемещений. Для возможности гибкой подстройки режима орошения, частого проведения поливов малыми поливными нормами целесообразно использовать стационарные системы орошения, из которых на моркови в настоящее время наиболее отработано капельное.

Наряду с известными и неоспоримыми преимуществами капельному орошению присущи и недостатки. Среди последних для моркови особенно важным является отсутствие увлажнения приземного слоя воздуха, вегетативной части посева и поверхности почвы, что оказывает определенное влияние на микроклимат в среде растений. Резко-континентальный климат Нижнего Поволжья определяет частые воздушные засухи, которые вкупе с сопровождающей высокой температурой оказывают негативное влияние как на рост, так и на качество урожая корнеплодов. Компенсировать негативное влияние климата частично можно проведением частых поливов способом дождевания. Среди современной номенклатуры оросительной техники для этих целей наиболее подходят низкоинтенсивные стационарные дождевальные системы спринклерного типа. Однако для этого следует иметь четкое представление о количественных закономерностей влияния спринклерного орошения на элементы микроклимата посева, как это отражается на продукционном процессе и качестве урожая корнеплодов, каково соотношение дополнительно затрачиваемых ресурсов и дополнительно формируемой прибыли, а также как решить проблему с переувлажнением при проведении частых поливов. Необходимость решения этих вопросов определило выбор научного направления исследований.

2. АКТУАЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ И УСЛОВИЯ ПРОВЕДЕНИЯ ИССЛЕДОВАНИЙ

2.1. Программа и методики исследований

Целевым уровнем продуктивности столовой моркови принята урожайность корнеплодов, соответствующих требованиям стандарта качества, не менее 80 т/га. Такой уровень продуктивности был установлен с учетом необходимости компенсации дополнительных затрат на использование мелиорированного фонда, на орошение, использование агроприемов орошаемого земледелия и ориентирован на производство конкурентоспособной по отношению к зарубежным аналогам продукции. Рабочей гипотезой исследований стало предположение о возможности интенсификации продукционного процесса моркови при совокупном регулировании влажности почвы и воздуха за счет проведения регулярных вегетационных и освежительных поливов стационарными дождевальными системами спринклерного типа. В основу методологии исследований был поставлен метод полевого эксперимента.

Одним из ключевых преимуществ стационарных систем орошения, к которым относятся системы спринклерного типа, является возможность реализации гибких подходов в формировании поливного режима. Технологическая реализуемость проведения частых поливов малыми поливными нормами и возможность плавного изменения поливных норм обеспечивает возможность поддержания практически любого диапазона влажности почвы в слое почвы любой мощности. Это позволяет ориентировать технологии орошения исключительно на биологические потребности орошаемой культуры.

Анализ опубликованного материала показал [11, 25, 39, 82, 100] целесообразность дифференцирования увлажняемого слоя почвы в период формирования корневой системы растений. Заделка семян моркови, даже в засушливых регионах России проводится не более, чем на 3–4 см. Эффективно используемый подстилающий слой увлажненного слоя почвы не превышает 0,1 м. Проведение поливов в этот период по средней влажности почвы в слое 0,5 м, как это делается сейчас, сопровождается чрезмерным иссушением верхнего, посевного слоя почвы, за счет интенсивных процессов прямого физического испарения с поверхности. При предполивной влажности почвы в среднем для слоя 0,5 м не ниже 80% НВ по факту в семенном ложе содержание почвенной влаги может не превышать 70, а иногда и 65% НВ. Такие колебания (от 100 до 65% НВ) ингибируют прорастание семян, снижают энергию роста и всхожесть. Кроме того, в начальные периоды роста и развития корневая система моркови развита чрезвычайно слабо и регулирование водного режима почвы за пределами ее распространения непродуктивно. С другой стороны, важно учитывать то момент, что геометрические параметры увлажняемой зоны почвы определяют вектор развития корневой системы. Необходимость определения оптимальных параметров зоны увлажнения почвы при орошении моркови стационарными дождевальными системами спринклерного типа в период прорастания семян и начального развития корневой системы обусловило постановку вопросов исследований в рамках фактора А полевого эксперимента. Варианты в рамках фактора А полевого опыта были впервые заложены в 2015 году на трех уровнях (рисунок 2.1):

— вариант А1 — поддержание заданного (80% НВ) порога предполивной влажности почвы в слое 0,2 м до начала фазы образования 2-го настоящего листа с последующим увеличением расчетного слоя до 0,5 м;

— вариант А2 — поддержание заданного (80% НВ) порога предполивной влажности почвы в слое 0,3 м до начала фазы образования 2-го настоящего листа с последующим увеличением расчетного слоя до 0,5 м;

— вариант А3 — поддержание заданного (80% НВ) порога предполивной влажности почвы в слое 0,4 м до начала фазы образования 2-го настоящего листа с последующим увеличением расчетного слоя до 0,5 м.

Другой известной производственной проблемой при выращивании столовой моркови в зоне сухих степей Нижневолжского региона является снижение доли выхода товарной продукции как последствий воздушной засухи.

Возможность использования стационарных дождевальных систем для проведения освежительных поливов позволяет в определенной степени снимать воздушную засуху и температурную напряженность в среде посева. Учитывая, что научно обоснованных рекомендаций по этому поводу в регионе нет, этот вопрос также был поставлен к исследованию в рамках реализуемого нами полевого эксперимента. В рамках фактора В полевого опыта (проведение освежительных поливов) были заложены следующие варианты:

— вариант В1 (контроль), — без проведения освежительных поливов;

Рис. 2.1. Схема опыта (на примере размещения вариантов полевого эксперимента в 2017 году)

— вариант В2 — проведение освежительных поливов при снижении относительной влажности воздуха ниже 30%;

— вариант В3 — проведение освежительных поливов при снижении относительной влажности воздуха ниже 50%;

— вариант В4 — проведение освежительных поливов при снижении относительной влажности воздуха ниже оптимального уровня (70%).

На опытном участке варианты закладывались методом расщепленных делянок. Повторность вариантов по площади опытного участка четырехкратная. Площадь учетной делянки, образованной сочетанием изучаемых факторов, 300 м². Учетные делянки располагались в створе смежных трубопроводов системы спринклерного орошения, размещенных на расстоянии 12 м. При таком размещении облако дождя от смежных аппаратов стационарной дождевальной системы полностью перекрывается, что обеспечивает близкую к 100% равномерность полива. Однако при проведении экспериментальных исследований из-за такой технической особенности системы было необходимо значительную часть (до 50%) опытного участка отводить под защитные полосы. Такая необходимость возникает из-за того, что при использовании дождевальных аппаратов кругового типа облако дождя распространяется и в сектор размещения опытной делянки и в смежный сектор, который, как минимум, не может принадлежать другому варианту. Поэтому необходима организация защитных полос с шириной, соответствующей длине факела дождя, распространяемого дождевальным аппаратом. В опытах ширина защитной полосы равнялась ширине опытной делянки и составляла 12 м. На площади защитных полос были организованы производственные посевы столовой моркови с применением зональных элементов агротехники, распространяющихся и на опытные посевы.

Варианты с различными режимами применения освежительных поливов были организованы в крупные блоки, размером 100×60 м, площадью 0,6 га каждый. Такой подход определяется требованиями к полевым экспериментальным исследованиям с элементами микроклимата посева для получения репрезентативных в отношении производственных посевов данных. Повторность учетов по площади опытного участка были организованы вдоль поливного трубопровода системы спринклерного орошения, общая протяженность которого составляет 100 м. Продольный размер делянки в одной повторности составил 25 м. Общая площадь опытного участка составила 2,68 га.

В соответствии с требованиями известных методик, применяемых к организации полевых исследований, экспериментальной работе с овощными культурами, планированию эксперимента [31, 45, 83], условия проведения исследований типизировали по почвенно-климатическому и агротехническому комплексу, соблюдался принцип единственного различия, принципы целесообразности и оптимальности, применяли методы рандомизации вариантов опыта. Площадь, направление и форма делянок выбиралась с учетом требований методик к планируемой точности результатов, агрофизических особенностей изучаемых факторов при соблюдении принципа целесообразности. Участок для опытов выбирали с учетом требований к однородности почвенного покрова, с одинаковой историей возделывания предшествующих культур севооборота. По рельефу и гидрологическим условиям участки в годы исследований не различались. Грунтовые воды залегают на глубине свыше 12 м и на процессы почвообразования влияния не оказывают.

В рамках представленной программы исследований и для достижения необходимой информативности результатов, опытами предусматривалось выполнение следующих работ: — исследование и количественный анализ характеристик почвенного покрова. Гранулометрический состав грунта определяли по известной методике [34, 58, 59] с последующим анализом полученных результатов и классификацией по Н. А. Качинскому [59]. Для определения плотности сложения почвы использовали специальное оборудование, представляющее собой цилиндр-бур, который позволяет извлекать образцы грунта с глубины в ненарушенном состоянии [117]. Отбор образцов вели послойно, через, 0,1 м, на глубину активного слоя почвы. Для оценки типичности почвенного покрова и выбора идентичных по почвенным характеристикам участков под опыты, исследование проводилось до глубины 1,0 м. Плотность твердой фазы определяли пикнометрическим методом [58], хорошо зарекомендовавшим себя с точки зрения относительной простоты и точности результатов. В составе работ проводится определение веса сухой почвы (навески), веса пикнометра с водой, а также веса пикнометра с водой и почвой. Расчет объема, занимаемого твердой фазой почвы, по результатам всех взвешиваний проводили по формуле:

где dd — объем, занимаемый твердой фазой почвы, см³;

PP — вес сухой почвы, г;

ММ — вес пикнометра с водой, г;

NN — вес пикнометра с водой и почвой, г.

Плотность твердой фазы определяли отношением веса сухой почвы к объему, занимаемому твердой фазой.

Для определения максимальной гигроскопичности использовали метод Николаева А. В., исследования проводили с почвенными образцами в лабораторных условиях с использованием насыщенного раствора сернокислого калия [58, 117]. Полученные результаты являются не только характеристикой водных свойств почвы, но и могут быть использованы для оценки ориентировочного уровня влажности устойчивого завядания растений.

Общую порозность почвы на опытном участке определяли расчетным методом на основании полученных ранее данных по плотности сложения и плотности твердой фазы. Определения проводили для каждого из отобранного образца почвы с последующим осреднением данных для оцениваемых слоев.

Содержание влаги в почве в состоянии наименьшей влагоемкости определяли в полевых условиях с использованием простейшего оборудования: металлических прямоугольных каркасов со стороной 0,7 и 1,0 м, которые вбивали в почву на 0,07 м [4].

Отбор проб почвы для оценки их агрохимических свойств проводили по ГОСТ 21168-89. Для опытного участка составляли сетку элементарных участков (с однородным почвенным покровом), на которых впоследствии отбирали пробы. Точечный отбор проб осуществляли буром, с их последующей систематизацией, упаковкой и формированием идентификационных меток [49]. Повторность 10-кратная. Агрохимический анализ почв проводили в лабораторных условиях с определением реакции почвенного раствора, содержания гумуса и фосфора по почвенным горизонтам по ГОСТ 23213, ГОСТ 26205 и ГОСТ 26483 [119, 142]. Для оценки обеспеченности почв доступными формами азота определяли легкогидролизуемый азот по методике, предложенной Тюриным И. В. и Кононовой Н. В. и усовершенствованной впоследствии Кудеяровым. Для оценки мелиоративного состояния почвенного покрова на опытном участке определяли содержание натрия и его соотношение с емкостью почвенного поглощающего комплекса. Лабораторные исследования проводили по методике Антипова-Каратаева И. Н. [93];

— в течение всего вегетационного периода моркови осуществляли контроль агрометеорологических условий. За основу были приняты официальные данные метеостанции г. Волгограда, как наиболее близко расположенной к опытному участку. Кроме того, некоторые наблюдения проводились непосредственно рядом с опытным участком. В частности, ввиду значительной вариабельности показателя проводили непрерывный мониторинг поступления влаги атмосферных осадков. Для этого использовали специальные полевые, установленные в соответствии с требованиями методики на высоте 0,8 м от уровня земли [91, 109, 125]. Кроме того, непосредственно в среде посева регистрировали температуру и относительную влажность воздуха, для чего использовали значения переносной портативной метеостанции и комплекта аспирационных психрометров МВ-4 М. Это было необходимо для изучения влияния применяемых агроприемов (в части проведения освежительных поливов) на микроклимат посева;

— для соблюдения требований типичности полевого опыта в опытных посевах применяли минеральные удобрения. Дозы внесения минеральных удобрений определяли на основе элементарного баланса, с учетом содержания элемента в почве, потенциала его использования растениями, с учетом выноса элемента на формирование урожая моркови и с учетом эффективности использования элемента из удобрений. Коэффициенты выноса элементов минерального питания по азоту, фосфору и калию определяли на основе установленных нормативов [83, 84, 135, 137, 138];

оценку величины поливной нормы проводили по базовой методике А. Н. Костякова с учетом водно-физических свойств почвы, мощности увлажняемого горизонта почвы (расчетного слоя) и водоудерживающей способности почвенного покрова [70, 121]. Для оценки водоудерживающей способности почвы опытного участка использовали весовой уровень влажности почвы при наименьшей влагоемкости, которые определяли послойно и впоследствии усредняли на глубину расчетного слоя. Расчеты проводили по известной формуле:

m = 100 · h · α (WНВ - WП),

где m — расчетное значение поливной нормы, м³/га;

h — глубина расчетного слоя почвы, м;

α — плотность сложения, определяемая по горизонтам почвы и осредняемая на глубину расчетного слоя, т/м³;

WНВ — весовое содержание влаги в почве при наименьшей влагоемкости,%;

WП — весовое содержание влаги в почве при достижении предполивного уровня. WП определяется с учетом заданных программой исследований предполивных уровней:

где ββ — установленный порог предполивной влажности почвы,% НВ.

Норму освежительных поливов определяли исходя из условия полного смачивания растительного покрова и поверхности почвы на глубину до 2 см. Норма освежительных поливов по вариантам опыта не изменялась;

— учет фактически поданной оросительной воды проводили по установленным временным зависимостям с учетом производительности дождевальных аппаратов и схемы их расстановки на опытном участке. Дополнительно, контроль подачи оросительной воды осуществляли по показаниям счетчика-водомера, а измеренные результаты сравнивали с результатами расчетного контроля [115];

— в течение всего вегетационного периода моркови на опытном участке осуществляли контроль влажности почвы и проводили оценку почвенных влагозапасов. Для определения влажности почвы использовали портативный влагомер TR-46908 с тремя различающимися по длине зондами, — 0,23, 0,30 и 0,50 м. Перед посевом, на все даты наступления очередных фенологических фаз развития, перед поливом, а также через сутки после проведения полива, после выпадения атмосферных осадков влажность почвы дополнительно контролировали термостатно-весовым методом [115, 121]. Почвенные пробы для определения влажности почвы термостатно-весовым методом отбирали послойно, через 0,1 м, на глубину расчетного слоя, а в даты наступления очередных фаз развития, — на глубину 2,0 м. Все измерения, и портативным прибором, и термостатно-весовым методом, проводили на постоянных, водобалансовых площадках. Повторность измерений четырехкратная. Результаты измерения влажности почвы использовали для расчета фактических почвенных влагозапасов и оценки запасов продуктивной влаги. Расчеты вели с учетом определенных ранее водно-физических свойств почвы;

— суммарное водопотребление определяли путем составления упрощенного водного баланса, в котором учитывали поступление влаги атмосферных осадков, поступление оросительной воды с поливами и использованные запасы почвенной влаги [70, 121]. Гидрологические условия опытного участка не предполагают наличие бокового притока влаги по поверхности или внутрипочвенно, а из-за большой глубины залегания капиллярная кайма грунтовых вод находилась вне зоны размещения корневой системы моркови. Использование запасов почвенной влаги определялось разностью почвенных влагозапасов. Для расчета использовали значения влагозапасов, которые определяли на даты наступления очередных фаз роста и развития моркови для слоя 2,0 м. Среднесуточное водопотребление, а также коэффициент водопотребления определяли для каждого варианта опыта на основании рассчитанных значений суммарного водопотребления;

— в соответствии с требованиями общепринятых методик исследованиями проводились фенологические наблюдения, в рамках которых регистрировалось даты посева, даты формирования массовых всходов, образования второго, пятого и седьмого листа, наступление технической и полной спелости корнеплода. При наблюдении признака у 10% растений в посеве отмечали начало фазы. При наблюдении признака у 75% растений в посеве отмечали полное вхождение в фазу [45, 84];

— систематически проводили биометрические учеты и анализ фотосинтетической деятельности растений в посевах [83, 92, 116, 118]. Систематически определяли площадь листьев моркови для каждого варианта опыта, а также биомассу посева в естественном состоянии и по высушенным растениям. Вегетативную массу моркови до сухого состояния доводили путем естественной сушки в хорошо проветриваемом помещении без прямого доступа солнечных лучей. Количество сухого вещества в корнеплодах столовой моркови определяли в лабораторных условиях с последующим пересчетом массы проб, отбираемых для анализа. Отбор проб, учеты и анализ проводили по датам наступления очередных фаз роста и развития моркови, повторность четырехкратная. Прирост сухой биологической массы определяли по средней пробе с каждой делянки отдельно.

Для определения площади листьев моркови использовали известный метод аппликаций [83]. Этот метод наиболее эффективен для работы с такой сложной листовой поверхностью как у моркови. Суть метода заключается в формировании отпечатков с проб на однородный по плотности материал (бумагу) с последующим определением площади по массе. Измеренные значения площади листового аппарата использовали для расчета фотосинтетического потенциала:

где S₁ — сформированная посевами площадь листьев на начало расчетного периода, тыс. м²/га;

S₂ — сформированная посевами площадь листьев на конец расчетного периода, тыс. м²/га;

2 — осредненная по линейному тренду площадь листьев за расчетный период,

Т — продолжительность периода, сут.

Погрешность расчетов по приведенной зависимости определяется степенью отклонения фактической динамики развития листового аппарата от линейного тренда. Для снижения общей ошибки в расчетах оценку фотосинтетического потенциала проводили для каждого межфазного периода с последующим суммированием результатов за вегетационный период.

Величину чистой продуктивности фотосинтеза определяли отношением прироста сухой биомассы посева за расчетный период к определенному по вышеприведенной формуле фотосинтетическому потенциалу посева для этого же периода [95, 118]. Значения чистой продуктивности фотосинтеза определяли для тех же межфазных периодов, что и фотосинтетический потенциал посева. За вегетационный период значения чистой продуктивности фотосинтеза определялись как средневзвешенное от пофазных значений. Кроме того, расчетным путем определяли среднесуточные значения динамики накопления сухого вещества;

— урожайность моркови определяли для каждого из вариантов, образуемых сочетанием изучаемых в опыте факторов [45, 83]. Сбор урожая с делянок осуществляли полностью. При этом продукцию сортировали на корнеплоды, отвечающие требованиям ГОСТ 32284-2013, и не соответствующие этим требованиям. Массу урожая определяли для всех собранных корнеплодов, а также для корнеплодов стандартного качества;

— при анализе полученных в результате эксперимента данных широко использовали статистические методы, включая дисперсионный, корреляционный и регрессионный анализ. Все статистические расчеты проводили на ЭВМ с использованием современных программных продуктов и ЭВМ [35, 45, 116];

— анализ экономической эффективности вариантов опыта использовались современные расчетные методики, учитывающие аспекты рыночной экономики [30]. Затраты ресурсов определялись в денежном эквиваленте по технологическим картам и совокупности установившихся расценок на 01.10.2017 года.

2.2. Почвенно-климатические условия проведения эксперимента

2.2.1. Почвы опытного участка

Полевой эксперимент был заложен и реализован на опытном участке, расположенном в Городищенском районе Волгоградской области. Участок входит в состав территорий, расположенных в зоне распространения светло-каштановых почв Нижневолжского региона. Это одни из самых распространенных по занимаемой территории типов почв, характеризуется невысоким плодородием [29, 62, 65, 72]. Содержание гумуса в почвах колеблется от 1 до 3%, однако наибольшие из представленного интервала значения достигаются исключительно в верхнем, 0,1 м слое. Переход в нижележащие горизонты резкий, содержание гумуса снижается в 1,5–2 раза уже на глубине 0,2–0,3 м [42]. На активно осваиваемых под сельскохозяйственными культурами почвах максимальное содержания гумуса снижается до 2,0%. Это обусловлено особенностями гумусообразования в условиях сухой степи. По данным [29] основную роль в процессах гумусообразования играют корневые остатки растительных сообществ. При этом в полуметровом слое светло-каштановых почв образуется, как правило, до 20,0 т/га корней растений. Длительность процесса активного гумусообразования в регионе ограничивается 1,5–2,0 месяцами в весенний период, тогда как распашка таких земель существенно активизирует процессы минерализации имеющихся запасов гумуса. Поэтому на длительно используемых в сельскохозяйственном обороте землях содержание гумуса может существенно снижаться и составлять менее 1,0%.

Содержание азота в таких почвах всегда находится в минимуме. Содержание общего азота составляет 0,010–0,160%, однако концентрация легкогидролизуемых форм не превышает 29 мг/кг почвы. Причем в традиционно пахотном слое содержание доступных форм азота может снижаться до 11 мг/кг почвы [29, 42].

Почвы включают все разновидности по гранулометрическому составу от супесей до тяжелых суглинков. В тесной связи с гранулометрическим составом изменяется и водопроницаемость грунтов, а также их водоудерживающая способность [29, 42, 65].

Исследование почвенных характеристик опытного участка позволяет сделать заключение о выполнении одного из основных требований проведения полевых исследований, — требования типичности или репрезентативности.

Гранулометрический состав почвенного покрова на опытном участке среднесуглинистый (таблица 2.1). Сумма фракций менее 0,01 мм в пахотном слое составляет 42,7–43,4%. На метровой глубине гранулометрический состав почвы утяжеляется, доля частиц менее 0,01 мм возрастает до 49,0%. Физический песок в гранулометрическом составе почвы опытного участка представлен, преимущественно, частицами фракции 0,05–0,01 мм. Доля содержания частиц этой фракции достигает 26,9–29,0%. Физическая глина в гранулометрическом составе почвы опытного участка представлена, преимущественно, частицами фракции 0,01–0,005 мм. Сумма фракций 0,05–0,005 м достигает 44,5–46,6%. Наименьшая доля в гранулометрическом составе почвы опытного участка приходится на частицы размерной фракции более 0,25 мм. Доля содержания частиц этой фракции не превышает 1,4–2,7%.

Водно-физические свойства почвы опытного участка типичные для региона (таблица 2.2). Фактическая плотность сложения почвы в пахотном слое составляет 1,19 т/м³, однако на глубине 1,0 м возрастает до 1,36 т/м³. Плотность твердой фазы с глубиной также возрастает, что объясняется снижением доли содержания органического вещества и увеличением доли минеральных компонентов. В пахотном слое почвы плотность твердой фазы составляла 2,44–2,45 т/м³, тогда как на метровой глубине, — достигала 2,53 т/м³. Общая скважность почвы опытного участка существенно снижалась с глубиной взятия образцов. В пахотном слое совокупная доля пор в почвенном объеме достигала 51,2–51,4%, а на глубине 1,0 м, — не превышала 46,2%.

Наименьшая влагоемкость почвы в пахотном слое составляла 24,7–24,9% от массы почв. В подпахотных горизонтах влагоудерживающая способность почвы несколько снижалась, до 23,6–23,9%, однако на глубине 1,0 м, — вновь возрастала до 25,2%. Последнее, по-видимому, объясняется утяжелением гранулометрического состава почвы.

Почвы опытного участка имеют типичное для региона низкое содержание гумуса, которое и в пахотном слое не превышала 1,4–1,6%, резко снижаясь в подпахотных горизонтах (таблица 2.3). Реакция почвенного раствора в пахотном слое слабокислая, обусловленная длительным применением минеральных удобрений. В подпахотных горизонтах реакция почвенного раствора нейтральная.

Таблица 2.1

Результаты гранулометрического анализа почвы опытного участка

Слой почвы, м
Доля содержания частиц по фракциям, мм
Сум-
ма фра-
кций бо-
лее 0,01 мм
Сум-
ма фра-
кций ме-
нее 0,01 мм

бо- лее 0,25 | 0,25–0,05 | 0,05–0,01 | 0,01–0,005 | 0,005–0,001 | ме- нее 0,001
0–0,1 | 2,7 | 26,4 | 28,2 | 16,3 | 10,9 | 15,5 | 57,3 | 42,7
0,1–0,2 | 2,2 | 26,0 | 28,4 | 16,9 | 11,2 | 15,3 | 56,6 | 43,4
0,2–0,3 | 2,5 | 25,5 | 29,0 | 17,2 | 10,5 | 15,3 | 57,0 | 43,0
0,3–0,4 | 2,6 | 24,2 | 28,5 | 17,9 | 11,2 | 15,6 | 55,3 | 44,7
0,4–0,5 | 2,4 | 24,0 | 28,8 | 18,2 | 11,5 | 15,1 | 55,2 | 44,8
0,5–0,6 | 2,1 | 23,7 | 28,0 | 18,2 | 12,1 | 15,9 | 53,8 | 46,2
0,6–0,7 | 1,9 | 23,5 | 28,2 | 18,4 | 12,7 | 15,3 | 53,6 | 46,4
0,7–0,8 | 1,5 | 23,2 | 27,4 | 19,1 | 13,4 | 15,4 | 52,1 | 47,9
0,8–0,9 | 1,6 | 23,4 | 26,9 | 19,2 | 13,7 | 15,2 | 51,9 | 48,1
0,9–1,0 | 1,4 | 22,7 | 26,9 | 19,7 | 13,3 | 16,0 | 51,0 | 49,0

Таблица 2.2

Водно-физические свойства почвы

Слой почвы, м
Факти-
ческая плот-
ность сложе-
ния, т/м³
Плот-
ность твер-
дой фазы, т/м³
Скваж-
ность, %
Наиме-
ньшая влаго-
емкость, в весо-
вых про-
центах
Влажность устойчивого завядания, в весовых процентах

0–0,1 | 1,19 | 2,44 | 51,2 | 24,7 | 11,9
0,1–0,2 | 1,19 | 2,45 | 51,4 | 24,9 | 12,1
0,2–0,3 | 1,22 | 2,44 | 50,0 | 24,1 | 11,8
0,3–0,4 | 1,26 | 2,46 | 48,8 | 23,6 | 11,3
0,4–0,5 | 1,26 | 2,46 | 48,8 | 23,6 | 11,4
0,5–0,6 | 1,28 | 2,48 | 48,4 | 23,9 | 11,5
0,6–0,7 | 1,31 | 2,50 | 47,6 | 24,1 | 11,6
0,7–0,8 | 1,32 | 2,51 | 47,4 | 24,4 | 11,8
0,8–0,9 | 1,35 | 2,53 | 46,6 | 24,9 | 12,0
0,9–1,0 | 1,36 | 2,53 | 46,2 | 25,2 | 12,1

Таблица 2.3

Результаты послойного агрохимического анализа почвы на опытном участке

Слой почвы, м
Реак-
ция поч-
вен-
ного рас-
тво-
ра (рН)
Соде-
ржа-
ние гу-
муса, %
Емко-
сть пог-
лоще-
ния, мг-экв
Содержание поглощенного натрия
Соде-
ржа-
ние лег-
ко гид-
роли-
зуе-
мых форм азо-
та, мг/кг
Соде-
ржа-
ние обме-
нных форм калия, мг/кг
Соде-
ржа-
ние дос-
туп-
ных форм фос-
фора, мг/кг

Все-
го, мг-экв
в отно-
шении к емко-
сти пог-
лоще-
ния, %

0–0,1 | 6,1 | 1,6 | 23,2 | 0,44 | 1,9 | 29 | 321 | 28
0,1–0,2 | 6,3 | 1,4 | 22,5 | 0,51 | 2,3 | 29 | 334 | 25
0,2–0,3 | 6,6 | 1,1 | 22,0 | 0,55 | 2,5 | 25 | 327 | 25
0,3–0,4 | 7,0 | 0,6 | 21,6 | 0,59 | 2,7 | 15 | 265 | 21
0,4–0,5 | 6,9 | 0,2 | 20,5 | 0,60 | 2,9 | 9 | 221 | 15

Емкость поглощения в полуметровом слое почвы изменяется от 23,2 до 20,5 мг-экв, несколько снижаясь в малогумусных подпахотных горизонтах. Содержание поглощенного натрия невысокое, не превышало 1,9–2,9% от емкости поглощения почвы.

Почвы опытного участка характеризуются, типичным для светло-каштановой подзоны, низким содержанием легкогидролизуемых форм азота. В пахотном слое легкогидролизуемого азота содержится не более 25–29 мг/кг сухой почвы, снижаясь уже на полуметровой глубине до 9 мг/кг сухой почвы. Содержание доступных форм фосфора в почвенном покрове опытного участка также невысокое, в пределах 25–28 мг/кг сухой почвы для пахотного слоя. Содержанием обменных форм калия почвы обеспечены хорошо, его концентрация в пахотном слое достигала 321–334 мг/кг сухой почвы.

Таким образом, почвенные характеристики опытного участка имеют, преимущественно, средние региональные показатели.

2.2.2. Погодные условия

Территория опытного участка располагается в сухостепной климатической зоне, занимающей большую часть Нижневолжского региона [1]. Характерной особенностью климата региона является резкая континентальность, которая проявляется значительной амплитудой проявления экстремальных условий. В частности, температура воздуха в течении года может изменяться с амплитудой 75–85 °С. Температурный минимум в регионе достигает 41 °С, тогда как в летние месяцы температура воздуха довольно часто достигает 40 °С и выше. С вероятностью 90% абсолютный минимум температур в зимние месяцы достигает 27 °С. Длительность безморозного периода в регионе достаточно высока и, в среднем, находится в пределах 160–175 суток [1, 72].

Другой характерной особенностью климата является его засушливость. Естественная влагообеспеченность рассматриваемых территорий остродефицитна для большинства сельскохозяйственных культур и практически для всех овощных. За год, как правило, поступает не более 250–350 мм осадков [72]. Две трети всех осадков приходится на теплый (безморозный) период и около одной трети поступает в холодные месяцы. Высокие температуры, выраженный дефицит влажности воздуха в сочетании со слабой естественной влагообеспеченностью обуславливают необходимость использования орошения для производства овощной продукции.

Агрометеорологические условия в годы проведения исследований существенно различались, но не превышали вероятных для региона значений (рисунок 2.2). Обеспеченность поступления тепла в годы проведения исследований изменялась от 24 до 64%, а осадков, — от 33 до 74%. Динамика метеопоказателей в течение вегетационного периода моркови также существенно различалась (таблица 2.4).

Среднемесячная температура мая во все годы исследований была ниже климатической нормы. Наименьшее отклонение от среднемноголетнего было получено в 2015 году (-0,5 °С), однако в первые две декады развития моркови температура воздуха не превышала 13,7–13,8 °С. В 2016 году поступление тепла в весенний период было наиболее равномерным, нарастающим. Среднедекадные температуры воздуха изменялись от 14,5 °С в первую декаду до 19,5 °С в третью декаду. В 2017 году наиболее обеспеченной теплом оказалась первая декада мая. Средняя декадная температура в этот период составила 16,9 °С. Однако уже во вторую декаду наблюдалось резкое снижение температурного режима, средняя декадная температура составила 12,7 °С и только в третью декаду наметилось заметное потепление.

Рис. 2.2. Обеспеченность поступления тепла и осадков в годы проведения исследований (за расчетный период с 1 мая по 20 сентября включительно)

Таблица 2.4

Характеристика агрометеорологических условий в годы проведения исследований

Период агрега-
тирова-
ния дан-
ных
Де-
ка-
да
Температура воздуха, °С
Относи-
тельная влажность воздуха, %
Сумма осадков, мм

2015 г. | 2016 г. | 2017 г. | 2015 г. | 2016 г. | 2017 г. | 2015 г. | 2016 г. | 2017 г.
1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11
Май | I | 13,8 | 14,5 | 16,9 | 76,4 | 59,2 | 49,5 | 34,4 | 9,3 | 17,6
II | 13,7 | 15,0 | 12,7 | 60,7 | 78,4 | 72,2 | 15,5 | 28,1 | 35,1
III | 22,0 | 19,5 | 15,6 | 37,5 | 69,7 | 56,5 | 7,4 | 25,1 | 9,5
Сумма | 494,7 | 489,4 | 451,9 | — | — | — | 57,3 | 62,5 | 62,2
Среднее | 16,5 | 16,3 | 15,1 | 58,2 | 69,1 | 59,4 | — | — | —
Среднемно- голетнее | 17 | 17 | 17 | 53 | 53 | 53 | 27 | 27 | 27
Отклонение по годам | –0,5 | –0,7 | –1,9 | 5,2 | 16,1 | 6,4 | 30,3 | 35,5 | 35,2
Июнь | I | 20,8 | 15,5 | 18,1 | 46,0 | 60,7 | 52,2 | 8,6 | 9,1 | 18,0
II | 25,6 | 23,7 | 19,4 | 27,9 | 50,1 | 62,0 | 0,0 | 1,4 | 30,2
III | 25,4 | 25,5 | 23,3 | 52,3 | 50,9 | 50,7 | 22,0 | 0,0 | 12,6
Сумма | 718,4 | 647,6 | 607,4 | — | — | — | 30,6 | 10,5 | 60,8
Среднее | 23,9 | 21,6 | 20,2 | 42,1 | 53,9 | 55,0 | — | — | —
Среднемно- голетнее | 21 | 21 | 21 | 50 | 50 | 50 | 40 | 40 | 40
Отклонение по годам | 2,9 | 0,6 | -0,8 | –7,9 | 3,9 | 5,0 | –9,4 | –29,5 | 20,8
Июль | I | 25,0 | 22,9 | 22,6 | 39,1 | 48,1 | 46,3 | 2,8 | 15,9 | 7,8
II | 20,8 | 28,4 | 25,3 | 49,7 | 38,4 | 42,1 | 14,5 | 5,5 | 0,0
III | 26,0 | 22,2 | 26,5 | 34,7 | 66,2 | 42,3 | 0,0 | 23,6 | 12,6
Сумма | 717,6 | 735,7 | 743,9 | — | — | — | 17,3 | 45,0 | 20,4
Среднее | 23,9 | 24,5 | 24,8 | 41,2 | 50,9 | 43,6 | — | — | —
Среднемно- голетнее | 24 | 24 | 24 | 53 | 53 | 53 | 33 | 33 | 33
Отклонение по годам | -0,1 | 0,5 | 0,8 | –11,8 | –2,1 | –9,4 | –15,7 | 12,0 | –12,6
Август | I | 25,1 | 27,0 | 28,5 | 31,1 | 75,1 | 38,6 | 2,1 | 16,9 | 0,0
II | 23,8 | 25,5 | 25,8 | 37,9 | 76,5 | 32,6 | 19,1 | 12,1 | 0,0
III | 20,6 | 23,8 | 24,2 | 30,6 | 49,5 | 39,0 | 0,0 | 0,0 | 7,0
Сумма | 694,8 | 763,1 | 785,2 | — | — | — | 21,2 | 29,0 | 7,0
Среднее | 23,2 | 25,4 | 26,2 | 33,2 | 67,0 | 36,7 | — | — | —
Среднемно- голетнее | 22 | 22 | 22 | 54 | 54 | 54 | 33 | 33 | 33
Отклонение по годам | 1,2 | 3,4 | 4,2 | –20,8 | 13,0 | –17,3 | –11,8 | –4,0 | –26,0
Сен- тябрь | I | 22,3 | 19,6 | 19,1 | 46,4 | 44,5 | 66,9 | 0,0 | 0,0 | 39,2
II | 17,1 | 18,8 | 22,4 | 46,3 | 48,8 | 47,5 | 0,0 | 0,0 | 0,0
III | 21,05 | 13,57 | 12,14 | 33,3 | 65,4 | 50,5 | 0 | 22,2 | 0
Сумма | 604,6 | 519,1 | 536,2 | — | — | — | 0 | 22,2 | 39,2
Среднее | 20,2 | 17,3 | 17,9 | 42,0 | 52,9 | 55,0 | — | — | —
Среднемно- голетнее | 16 | 16 | 16 | 59 | 59 | 59 | 27 | 27 | 27
Отклонение по годам | 4,2 | 1,3 | 1,9 | –17,0 | –6,1 | –4,0 | –27,0 | –4,8 | 12,2

В среднем за месяц теплообеспеченность мая в 2017 году оказалась наименьшей за годы исследований, среднемесячная температура воздуха на 1,9 °С меньше климатической нормы.

Также во все годы исследований май оказался аномально влагообеспеченным. Суммарная месячная норма осадков в годы исследований на 30,3–35,5 мм превышала климатическую норму. Наибольшее количество осадков (до 34,4 мм) в 2015 году поступило в течение первой декады мая, тогда как в 2016 и 2017 годах наиболее обеспеченным осадками оказалась вторая декада мая. Относительная влажность воздуха в мае уже ожидаемо оказалась выше климатической нормы на 5,2–16,1 °С.

Температурный режим июня по годам исследований существенно различался, отклоняясь от климатической нормы как большую, так и в меньшую стороны. В 2015 году отмечено наибольшее превышение климатической нормы относительно средней месячной температуры воздуха. Фактическая среднемесячная температура воздуха составила 23,9 °С, что на 2,9 °С больше, чем в среднемноголетнем разрезе.

При этом во вторую и третью декады июня средние декадные температуры воздуха оказались выше 25 °С. В 2016 году аномально холодным оказалась первая декада июня, — средняя декадная температура воздуха не превышала 15,5 °С. Это снизило среднемесячный уровень температур, хотя во вторую и третью декады среднедекадные температуры воздуха достигали 23,7 и 25,5 °С. В 2017 году июнь оказался наиболее холодным, — средняя месячная температура воздуха была на 0,8 °С меньше климатической нормы.

Обеспеченность осадками в июне в 2015 и 2016 годах оказалась существенно ниже климатической нормы. Наибольшее количество осадков, 30,6 мм, за июнь поступило в 2015 году, однако в этом случае фактичекские объемы оказались на 9,4 мм ниже климатической нормы. Самым засушливым июнь оказался в 2016 году, когда суммарный месячный объем осадков не превышал 10,5 мм. Наряду с этим в 2017 году за месяц выпало 60,8 мм осадков, что на 20,8 мм больше среднемноголетнего уровня.

Средняя месячная температура июля в годы исследований характеризовалась наименьшими отклонениями от климатической нормы, которые не превышали (-0,1)–(+0,8) °С. Этот месяц климатически является самым жарким месяцем лета, что подтверждается и результатами наших наблюдений. Даже средние декадные температуры воздуха в это время достигали 26,0–28,4 °С.

Поступление атмосферных осадков в июле было существенно ниже климатической нормы в 2015 году (на 15,7 мм) и 2017 году (на 12,6 мм). В 2016 году за июль выпало 45,0 мм осадков, что на 12,0 мм больше среднемноголетнего уровня. Характерно, что средние месячные значения относительной влажности воздуха в июле не превышали 41,2–50,9%. В этот период этот фактор уже отрицательно отражается на качестве формируемого урожая корнеплодов.

Среднемесячная температура августа во все годы исследований была большем климатической нормы. В 2016 и 2017 годах средняя месячная температура августа составила, соответственно, 25,4 и 26,2 °С. Дефицит влажности воздуха в августе обострился еще более. Средняя месячная относительная влажность воздуха в 2015 и 2017 годах не превышала 33,2–36,7%.

Сентябрь, как и два предыдущих месяца оказался хорошо обеспечен теплом и засушлив. Например, в 2015 году осадков за этот месяц не поступило совсем. С другой стороны, в 2017 году за первую декаду октября выпало 39,2 мм осадков, что на 12,2 мм больше климатической нормы.

Таким образом, варьирование метеопоказателей в годы проведения исследований охватывало весь диапазон типичных для региона условий. Это позволяет интерпретировать полученные в опыте данные как типичные для региона исследований.

2.2.3. Агротехника моркови в опытах

Построение агротехнического комплекса возделывания столовой моркови базировалось на известных требованиях зональных систем с дополнением и частичным замещением предлагаемыми комплексами агроприемов [18, 20, 25, 51, 71, 82, 105, 112, 127, 131]. Выполнение агротехнологического комплекса начинали сразу после уборки предшественника, которым во все годы исследований репчатый лук. Первой агротехнической операцией было лущение поверхности поля после предшествующий культуры, для чего использовали дисковый лущильник ЛДГ-10. Данный агроприем применяли во все годы исследований, что позволяло сохранять и, при создании благоприятных погодных условий, — накапливать почвенную влагу. Еще более важной целью выполнения этого агроприема стало улучшение фитосанитарного состояния посевов. Лущение поверхности поля после предшественника создавало благоприятную среду для массового прорастания сорняков, по которым работали гербицидом Раундап нормой 6–8 л/га
с использованием широкозахватного опрыскивателя ОПН-1500. Через 10–15 суток после гербицидной обработки проводили вспашку на глубину гумусового горизонта почвы, которую в таком состоянии оставляли под зябь.

Весной при наступлении физической спелости почвы обработку начинали с покровного боронования. Эта операция позволяет закрыть накопленную за осенне-зимний период почвенную влагу, имеет большое значение в плане выравнивания поверхности, имеющей после вспашки чрезмерно грубую шероховатость, и провоцирует всходы сорной растительности. При необходимости, в случае с затяжной весной из-за раннего проведения боронования и поздних сроков сева культуры, при появлении массовых всходов сорняков применяли прием сплошной промежуточной культивации. Непосредственно перед посевом, для создания благоприятных условий в посевном слое почву обрабатывали активными тракторными фрезами.

Для выращивания моркови в хозяйстве использовали эффективную гребневую технологию подготовки почвы, при этом прием фрезерования посевного слоя почвы совмещали с поделкой грядового профиля. Современная сельскохозяйственная техника сегодня обеспечивает совмещенное выполнение данных операций. В опытах для выполнения этих технологических операций применяли прицепную машину Baselier 4FK310, которая представляет собой активный роторный гребнеобразователь, имеющий привод от вала отбора мощности. Данная машина широко применяется и для выращивания моркови и других овощных культур, имеет редуктор привода от вала отбора мощности на 1000 об/мин. Машина укомплектована фрезой с рабочими органами специального профиля, привод которой осуществляется через цепную передачу. Для формирования грядового профиля под морковь машина комплектуется специальными маркерами.

Для посева моркови использовали сеялку высокоточного высева Agricola italiana в модификации SNT-2-290 «ТАНДЕМ». Эта сеялка используется для посева овощных культур и оборудована двумя посевными механизмами на каждой посевной секции. Посевные секции легко перемещаются и позволяют выставить между секциями любое расстояние, вплоть до минимального. Каждая посевная секция сеялки опирается на два колеса и имеет возможность установки прикаты вающих катков.

В опытах использовали хорошо зарекомендовавший себя в хозяйстве гибрид Абако F1. Гибрид включен в Госреестр по Нижневолжскому региону. Раннеспелый, розетка листьев полураскидистая, лист длинный, темно-зеленый, мелкорассеченный. Корнеплод средней длины, конический с тупым кончиком (сортотип Шантенэ). Сердцевина и кора темно-оранжевая. Масса корнеплода 105–220 г. Вкусовые качества хорошие и отличные. Содержание сухого вещества 9,4–12,4%, общего сахара 5,2–8,4%, каротина до 18,6 мг на 100 г сырого вещества. Рекомендуется для использования в свежем виде, консервирования, замораживания и зимнего хранения.

В соответствии с рекомендациями посев проводили при наступлении устойчивых среднесуточных температур и достаточном для культуры прогревании почвы на глубине не менее 0,2 м. В годы проведения исследований посев проводили 3–6 мая. Глубина заделки семян при посеве согласно рекомендациям составляла 2,0–2,5 см. Посев проводили четырехстрочным способом по схеме: 0,25×0,25×0,25×0,65, технологическая колея 1,4 м.

Вегетационные и освежительные поливы в опытах проводили стационарной системой низкоинтенсивного дождевания. Распределительная сеть системы формировалась из гибких трубопроводов диаметром 150 м. Поливные трубопроводы с выходом на дождевальные аппараты формировались с переменным диаметром — сначала 100 мм, а затем 75 мм. Установка дождевальных аппаратов проводилась на расстоянии 12 м друг от друга, производительность каждого аппарата составляет 500 л/ч. Это позволяет за час на гектар посевной площади подавать не более 35 м³ оросительной воды. Такое низкоинтенсивное дождевание позволяет практически исключает развитие процессов ирригационной эрозии, и благоприятно отражается на развитии культурных растений, особенно на самых ранних этапах вегетационного периода.

Между рядами спринклерного орошения располагалось 8 посевных лент моркови (11,2 м) + 0,8 м — технологическое пространство для размещения системы спринклерного орошения.

Поливная норма вегетационных поливов рассчитывалась исходя из необходимости поддержания постоянного порога предполивной влажности почвы не ниже 80% НВ. В зависимости от заданной схемой опыта мощности расчетного слоя почвы поливная норма составляла 300 м³/га (расчетная глубина промачивания 0,5 м), 240 м³/га (расчетная глубина промачивания 0,4 м), 180 м³/га (расчетная глубина промачивания 0,3 м), 120 м³/га (расчетная глубина промачивания 0,2 м).

Минеральные удобрения вносили расчетными дозами при посеве и в подкормки с поливной водой в фазы 2,7 настоящих листьев и в период интенсивного роста корнеплода. Совокупная доза внесения минеральных удобрений составила N200P130K140, и определилась расчетом на формирование урожайности корнеплодов на уровне 80 т/га.

В целом, агротехническое окружение опытных посевов отвечало требованиям типичности, и было представлено совокупностью агротехнических операций, применяющихся в большинстве хозяйств — производителей моркови региона.

3. ОСОБЕННОСТИ МАЛОИНТЕНСИВНОГО ОРОШЕНИЯ И ВОДОПОТРЕБЛЕНИЯ СТОЛОВОЙ МОРКОВИ

3.1. Формирование водного режима почвы

Одним из важнейших преимуществ использования стационарных дождевальных систем для орошения посевов сельскохозяйственных культур является возможность чрезвычайно пластичного, гибкого управления поливами, в том числе на основе современных технологий онлайн мониторинга и алгоритмов автоматизированного управления технологическим процессом [10, 12, 13, 14, 15, 17, 19, 22, 24, 87, 88, 104]. При этом сама концепция орошения трансформируется из средства периодического пополнения запасов почвенной влаги в средство активного управления продукционным процессом на основе комплексного регулирования факторов жизни. Конструктивные особенности стационарных систем орошения позволяют их с успехом использовать как для восполнения дефицита почвенной влаги, так и для регулирования питательного режима, подачи с поливной водой растворов различных биохимических компонентов, таких как стимуляторы роста, системные средства защиты растений, мелиоранты, регулирования микроклимата посева. Проведение освежительных поливов, которые при использовании стационарных дождевальных систем спринклерного типа могут осуществляться без изменения конструкции, является одним из таких, эффективных мероприятий, оказывающих влияние на микроклимат посева.

В опытах в качестве критерия для назначения освежительных поливов принята относительная влажность воздуха. В природных условиях региона этот показатель тесно коррелирует с высокой температурной напряженностью, поэтому может быть с успехом использован как комплексный показатель микроклимата. Для исключения возможности отрицательного влияния освежительных поливов на онтогенез моркови использовали дополнительный ограничивающий фактор, — поливы не назначались при среднесуточной температуре воздуха менее 25 °С. Поливная норма освежительного полива составляла 20 м³/га (нетто), что обеспечивало смачивание надземного растительного слоя и поверхности почвы (до 0,03 м). Фоном для проведения освежительных поливов являлось поддержание постоянного порога предполивной влажности почвы не ниже 80% НВ в дифференцированном, согласно программе эксперимента, по фазам роста и развития моркови расчетном слое.

В таблице 3.1 приведена выборка данных по формированию режима проведения освежительных поливов в соответствии с регламентируемыми вариантами условиями.

В соответствии с установленными регламентами на участках варианта В2 (назначение поливов при относительной влажности воздуха ниже 30%) в 2015 году потребовалось проведение 16 освежительных поливов, из которых 3 было проведено в фазу формирования 2–5-го настоящего листа, 8 — после образования 7-го листа до наступления фазы технической спелости и 5 поливов — в период «техническая — уборочная спелость корнеплода» (таблица 3.1).

На участках варианта, где освежительные поливы назначались при снижении относительной влажности воздуха ниже 50% (схема варианта В3) потребовалось проведение одного полива уже до фазы образования 2-го листа, до 9 увеличилось число проведенных освежительных поливов в период образования 2–5-го настоящего листа, еще 4 полива было назначено в период образования 5–7-го листа и 17 после образования 7-го листа до наступления фазы технической спелости. В период «техническая-уборочная спелость корнеплода» также, как и в варианте В2 было проведено 5 освежительных поливов. Всего за вегетационный период моркови потребовалось провести 36 освежительных поливов при относительной влажности воздуха менее 50%.

На участках варианта В 4 (назначение поливов при относительной влажности воздуха менее 70%) за весь период вегетации моркови потребовалось провести 37 освежительных поливов. В сравнении с вариантом В3 (назначение поливов при относительной влажности воздуха менее 50%) на один освежительный полив больше было проведено в период «образование 7-го листа — техническая спелость корнеплода».

Таким образом, повышение критического уровня снижения относительной влажности воздуха для назначения освежительных поливов, как правило, сопровождалось ростом потребности в их проведении, как в общем, за вегетационный период, так и по фазам роста и развития. При этом важно учитывать, что фактически складывающиеся метеоусловия могут существенно корректировать режим проведения освежительных поливов. Например, в 2016 году на участках варианта В4 (назначение освежительных поливов при влажности воздуха менее 70%) было проведено 25 освежительных полива, что на 12 поливов меньше, чем в 2015 году (таблица 3.1). На участках варианта, где в соответствии с принятой схемой эксперимента освежительные поливы назначались при влажности воздуха менее 50%, в 2016 году потребовалось провести всего 14 освежительных полива, а до 30% относительная влажность воздуха за вегетационный период моркови не снижалась. Если в 2015 году проведение освежительных поливов потребовалось уже сразу после всходов, до фазы образования 2-го листа, то в 2016 году первые освежительные поливы были проведены в период «образование 2–5-го листа», а в 2017 году, — после образования 5-го листа. При этом за вегетационный период в 2017 году на участках варианта В2 (назначение поливов при относительной влажности воздуха менее 30%) было проведено 7 поливов, что больше, чем в 2016 году, но существенно меньше, чем в 2015 году. На участках варианта В3 (назначение поливов при относительной влажности воздуха менее 50%) для соблюдения заданных программой исследований условий в посевах столовой моркови потребовалось провести 37 освежительных поливов, что более, чем в два раза больше 2016 году и сравнимо с режимом проведения поливов в 2015 году. При назначении освежительных поливов в дни с относительной влажностью воздуха менее 70% (согласно программным условиям варианта В4) в 2017 году было проведено 40 поливов, что превышает общее число освежительных поливов, проведенных в 2016 и 2015 годах.

Таблица 3.1

Режим проведения освежительных поливов

Год ис-
сле-
дова-
ний
Фактор В (режим
проведе-
ния освежи-
тельных
поливов)
Число освежительных поливов
Сум-
мар-
ный объ-
ем по дан-
ной с по-
ли-
ва-
ми во-
ды, м³/га

Период
За ве-
ге-
та-
ци-
он-
ный пе-
ри-
од

По-
сев — вс-
хо-
ды
Всх-
оды — фор-
ми-
ро-
ва-
ние 2-го ли-
ста
Фор-
ми-
ро-
ва-
ние 2–5-го лис-
та
Фор-
ми-
ро-
ва-
ние
5–7-го лис-
та
Фор-
ми-
ро-
ва-
ние 7-го лис-
та — на-
ча-
ло тех-
ни-
чес-
кой спе-
ло-
сти
На-
ча-
ло тех-
ни-
чес-
кой — убо-
роч-
ная спе-
ло-
сть

2015 | В1 (контроль) | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0
В2 | 0 | 0 | 3 | 0 | 9 | 4 | 16 | 320
В3 | 0 | 1 | 10 | 4 | 18 | 3 | 36 | 720
В4 | 0 | 1 | 10 | 4 | 19 | 3 | 37 | 740
2016 | В1 (контроль) | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0
В2 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0
В3 | 0 | 0 | 2 | 4 | 7 | 1 | 14 | 280
В4 | 0 | 0 | 8 | 4 | 10 | 3 | 25 | 500
2017 | В1 (контроль) | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0
В2 | 0 | 0 | 0 | 0 | 2 | 5 | 7 | 140
В3 | 0 | 0 | 0 | 7 | 18 | 12 | 37 | 740
В4 | 0 | 0 | 0 | 8 | 20 | 12 | 40 | 800

Во все годы исследований наибольшая потребность в проведении освежительных поливов требовалось в период «формирование 7-го листа — начало технической спелости корнеплода». Наряду с этим получены данные, свидетельствующие о возможности создания условий для интенсивного использования освежительных поливов как в самые ранние периоды развития моркови, так и в последние фазы формирования урожая. Например, в 2015 году в период «формирование 2–5-го листа» было проведено 10 освежительных поливов в дни с относительной влажностью воздуха менее 50%. В 2017 году для выполнения программы исследований на участках, где освежительные поливы проводились при относительной влажности воздуха менее 50%, потребовалось включать систему не менее 12 раз, не считая увлажнительных вегетационных поливов.

Несмотря на небольшие поливные нормы (20 м³/га) частое проведение освежительных поливов требует относительно больших затрат оросительной воды, которые возрастают с повышением порогового уровня относительной влажности воздуха. Опыты показали, что даже при назначении освежительных поливов только в дни с относительной влажностью воздуха менее 30% расход оросительной воды на их проведение может достигать 320 м³/га (опытные данные 2015 года, таблица 3.1). Для проведения освежительных поливов в дни с относительной влажностью воздуха менее 50% в годы проведения исследований потребовалось израсходовать от 280 до 740 м³/га оросительной воды. Еще больше, до 800 м³/га,
оросительной воды требуется для проведения освежительных поливов во все дни с относительной влажностью воздуха менее 70%.

Опыты подтвердили существенное влияние освежительных поливов, а также режима их проведения в течение вегетационного периода столовой моркови на микроклимат посева. На рисунках 3.1–3.3 приведена выборка данных по формированию режима проведения освежительных поливов и их влиянию на относительную влажность воздуха в среде посева.

Рис. 3.1. График проведения освежительных поливов в опыте (2015 год, на фоне вегетационных поливов при поддержании порога предполивной влажности почвы 80% НВ в слое 0,3–0,5 м)

Рис. 3.2. График проведения освежительных поливов в опыте (2016 год, на фоне вегетационных поливов при поддержании порога предполивной влажности почвы 80% НВ в слое 0,3–0,5 м)

Рис. 3.3. График проведения освежительных поливов в опыте (2017 год, на фоне вегетационных поливов при поддержании порога предполивной влажности почвы 80% НВ в слое 0,3–0,5 м)

Опыты показали, что проведение освежительных поливов гарантированно обеспечивает временное повышение относительной влажности воздуха в среде растений на 9–25%. В наибольшей степени (с приростом до 22–25%) относительная влажность воздуха в среде растений возрастала, если освежительные поливы проводились ежедневно.

Если в предыдущие дни освежительные поливы не проводились, то в день проведения полива относительная влажность воздуха (ее среднесуточные значения) в среде растений возрастали не менее, чем на 9–11%. При проведении освежительного полива в предшествующие сутки, но без назначения полива в день замера, относительная влажность воздуха возрастала на 15–18%.

Таким образом, использование стационарных дождевальных систем для проведения освежительных поливов обеспечивает возможность частичного регулирования микроклимата в среде растений. Установленные закономерности сохранялись во все годы проведения исследований.

Регулирование водного режима почвы является основной задачей орошения в засушливых условиях южных регионов России. В Нижнем Поволжье в зоне распространения светло-каштановых почв условия естественного влагообеспечения, как правило, остродефицитны для выращивания большинства сельскохозяйственных культур. При выращивании столовой моркови орошение является необходимым условием формирования урожая в целом.

Использование стационарных дождевальных систем для управления водным режимом почвы имеет ряд преимуществ, среди которых можно выделить:

— низкоинтенсивное дождевание обеспечивает агроэкологическую безопасность орошения, а также позволяет контролировать вертикальный ток влаги с целью минимизации или полного исключения инфильтрационных потерь оросительной воды;

— возможность полива малыми поливными нормами позволяет свести к минимуму риск вторичного засоления даже при близком залегании грунтовых вод;

— одновременный охват всей площади орошения позволяет эффективно решать задачи комплексного регулирования микроклимата посева;

— обеспечивается возможность гибкого управления поливами, что позволяет регулировать водный режим почвы в наиболее тесном соответствии с биологическими потребностями орошаемой культуры.

Последнее позволяет ставить и решать оптимизационные задачи с шагом, недоступном при любом другом техническом обеспечении орошения.

Поставленные в исследованиях варианты ориентированы на изучение эффективности орошения с целью регулирования влагозапасов в разных по мощности слоях почвы на начальных этапах развития столовой моркови. Это относительно небольшой по продолжительности период, охватывающий время развития моркови от посева до формирования 2-го листа на растениях. Запасы почвенной влаги при этом призваны обеспечить своевременное прорастание семян моркови для формирования равномерных и дружных всходов. Создание условий своевременного прорастания семян является важным этапом в формировании высокопродуктивной архитектоники посева и реализации потенциала продуктивности современных сортов моркови.

Культура моркови отличается мелкими семенами, для которых предпочтительна неглубокая заделка от поверхности почвы. В этом смысле оптимальный водный режим почвы важно обеспечить именно в верхних приповерхностных горизонтах. Для поддержания стабильных запасов влаги в приповерхностных слоях почвы используются частые поливы малыми поливными нормами, что достигается за счет сокращения расчетного слоя почвы. В опытах мощность расчетного слоя почвы варьировали от 0,2 до 0,4 м с шагом в 0,1 м. Исследования показали, что использование стационарных дождевальных систем позволяет выполнить эти условия и своевременно пополнять запасы почвенной влаги, не допуская пересыхания приповерхностных слоев.

Порог предполивной влажности почвы в течение вегетационного периода столовой моркови поддерживали на уровне 80% НВ. Это обоснованно считается оптимальной стратегией орошения культуры столовой моркови на среднесуглинистых, светло-каштановых почвах региона [11, 25, 52, 82, 105]. Для поддержания, указанного предполивного порога влажности почвы в слое 0,2 м поливы проводили расчетной поливной нормой 120 м³/га. Для поддержания такого же уровня влажности, но в слое 0,3 м, поливы проводили нормой 180 м³/га. Поддержание предполивного уровня влажности не ниже 80% НВ в слое 0,4 м обеспечивалось проведением поливов нормой 240 м³/га, а с начала фазы образования 2-го листа поливы проводились нормой 300 м³/га, ориентированной на увлажнение расчетного слоя почвы 0,5 м.

Опыты показали, что сокращение расчетного слоя увлажнения почвы до 0,2 м связано с высокой вероятностью возникновения необходимости проведения увлажнительных поливов уже в период «посев — всходы» (таблица 3.2–3.4, рисунок 3.4). Во время проведения экспериментов такая необходимость возникала в 2016 году, когда для своевременного пополнения запасов почвенной влаги в слое 0,2 м был проведено один полив нормой 120 м³/га. Характерно, что потребность в проведении полива возникла на фоне относительно высокой естественной влагообеспеченности периода, которая наблюдалась в годы проведения исследований. При этом в слое 0,3 м и 0,4 м средняя влажность почвы находилась выше 80% НВ, что в соответствии с условиями проведения эксперимента регламентировало запрет на проведение поливов в пределах участков этих вариантов. В совокупности указанные наблюдения свидетельствуют о повышенной динамике иссушения приповерхностных слоев почвы, в которых располагаются семена возделываемой культуры.

В период от появления массовых всходов до фазы образования 2-го листа под-предполивного уровня, 80% НВ, влажность расчетного слоя почвы опускалась на всех вариантах опыта от 1 до 3 раз. Одного полива нормой 240 м³/га было достаточно для поддержания заданного, 80% НВ, предполивного