Н. Н. Дубенок, В. В. Бородычев, Р. А. Чечко

МАЛОИНТЕНСИВНОЕ ДОЖДЕВАНИЕ КАРТОФЕЛЯ В УСЛОВИЯХ ЮГА РОССИИ

Монография

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

ebooks@prospekt.org

Информация о книге

УДК 631.674.5

ББК 40.62

         Д79

Авторы: Н. Н. Дубенок, В. В. Бородычев, Р. А. Чечко

Рецензенты:

Сухарев Ю. И. — доктор технических наук, профессор;

Овчинников А. С. — член-корреспондент РАН, доктор сельскохозяйственных наук, профессор, заслуженный работник высшей школы РФ, ректор ФГБОУ ВО «Волгоградский государственный аграрный университет».

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

В монографии представлены результаты исследований по малоинтенсивному дождеванию картофеля в Волгоградской области. Рассмотрены особенности формирования водного режима почвы, закономерности продукционного процесса картофеля. Дана комплексная оценка основных урожаеобразующих факторов и элементов малоинтенсивного дождевания картофеля в условиях юга России.

Книга предназначена научным сотрудникам, преподавателям, аспирантам и студентам высших учебных заведений, руководителям и специалистам хозяйств различных форм собственности.

УДК 631.674.5

ББК 40.62

© Дубенок Н. Н., Бородычев В. В., Чечко Р. А., 2017

© ООО «Проспект», 2017

Введение

Производство картофеля является одним из приоритетных направлений развития агробизнеса в России, в том числе в регионе Нижней Волги. Дефицит естественной влагообеспеченности территории Нижнего Поволжья определяет безусловную необходимость орошения посадок картофеля в течение всего вегетационного периода. Высокая ресурсоемкость оросительных мелиораций определяет особые требования к эффективности возделывания картофеля, делая нерентабельными проекты с урожайностью ниже 25 т/га.

Исторически картофель в регионе орошали разными способами. До недавнего времени одним из наиболее распространенных способов орошения картофеля в регионе являлось дождевание с использованием широкозахватных или консольных дождевальных машин. В последнее время широкое распространение получило капельное орошение картофеля. Каждый из способов полива имеет свои преимущества как по отношению к биологии культуры, так и в отношении приемов ее возделывания. Главным преимуществом орошения дождевальными машинами в отношении биологии картофеля является возможность совокупного регулирования водного режима почвы и влажности воздуха. Капельное орошение позволяет управлять только водным режимом почвы, но менее инертно, чем орошение дождевальными машинами; есть возможность гибкого регулирования поливной нормы, сроков полива.

Перспективной технологией орошения картофеля, внедряемой в передовых фермерских хозяйствах региона, является малоинтенсивное дождевание, которое сочетает в себе возможность, с одной стороны, совокупного управления водным режимом почвы и влажностью воздуха, а с другой — возможность гибкого регулирования поливной нормы и сроков полива. Для региона это новая технология полива, поэтому приемы возделывания картофеля при малоинтенсивном дождевании до сих пор не нашли научного обоснования.

Вопросам технологии возделывания картофеля на орошаемых землях посвящены исследования И. П. Кружилина, А. А. Навитней, О. Г. Гиченковой (2003), Н. Н. Дубенка (2015), В. В. Мелихова, А. А. Новикова (2011), В. В. Бородычева (2014), В. Б. Нарушева, Е. А. Нарушевой, Л. Ю. Лаврик (2008), А. М. Гаврилова, В. М. Жидкова (2010), Е. Д. Гарьяновой (2013), В. В. Ивенина, А. В. Ивенина (2013), А. В. Комиссарова, М. Г. Ишбулатова (2012), В. В. Коринца, В. А. Шляхова (2011), В. И. Ольгаренко (2015), А. Ф. Туманян, Н. А. Щербаковой, Н. В. Тютюмы (2012) и др. Анализ опубликованного материала по вопросам возделывания картофеля показал, что основным способом посадки картофеля при орошении дождевальными машинами является посадка в гребень через 0,7 м. Основным способом посадки картофеля при капельном орошении стала посадка в сдвоенный рядок, что позволяет существенно экономить на комплектующих системы. При малоинтенсивном дождевании нет экономии комплектующих системы при посадке в сдвоенный рядок, однако есть такая же возможность гибкого регулирования поливных норм и сроков полива, как при капельном орошении. Вопрос о том, какой способ посадки в этих условиях окажется более выгодным, остается открытым. Кроме того, открытыми остаются вопросы о расстоянии между соседними лентами растений и зоне контроля предполивной влажности почвы при использовании датчиков точечного типа. Поэтому научная работа посвящена повышению эффективности возделывания картофеля при малоинтенсивном дождевании за счет научного обоснования оптимального способа посадки и зоны контроля предполивной влажности почвы, обеспечивающих возможность получения свыше 50 т/га клубней товарного качества.

1. Биология и особенности возделывания картофеля при разных способах орошения

1.1. Морфофизиологические особенности и биология картофеля

Картофель по своей ботанической принадлежности является многолетним травянистым растением, однако в культуре его возделывают как однолетнее [138]. Относится картофель к семейству пасленовых (Solanaceae), роду Solanum. Указанный род включает в себя много видов, среди которых в культуре самое большое распространение получил вид S. tuberosum L [7].

В настоящее время накоплен огромный научный опыт в области исследования морфофизиологических особенностей картофеля и связанных с этим закономерностей роста и развития картофельных растений [7, 19, 27, 43, 54, 66, 117, 123]. Клубень картофеля является целью производственной деятельности и, собственно, важнейшей структурной единицей растения, дающей начало побегам и представляющей собой утолщенную часть столона [43]. Из-за усиленного роста в толщину при слабом удлинении этой части столона клубень приобретает форму, близкую к круглой или овальной. Особенностью развития клубня является то, что его рост происходит более интенсивно на базальной части и существенно медленнее — в его вершинной части. Из-за этого побеговые почки клубня размещаются по спиралевидной форме: в вершинной части их существенно больше, чем в базальной. Форма клубня является чрезвычайно изменчивым признаком и характеризует преимущественно сорт картофеля [7, 117].

Вся наружная часть клубня покрыта пробковой тканью, толщина которой является преимущественно генетическим признаком [7]. По сортам картофеля величина этого признака изменяется практически в 10 раз, от 50 мкм до 0,5 мм. Вместе с формированием клеток из слоя перидермы начинают формироваться и будущие отверстия в пробковой ткани, — чечевички. Их основная функция — обеспечение притока кислорода в глубинные ткани. Количество чечевичек зависит от размера клубня и совокупности внешних факторов, включая тип почвы, метеорологические условия, агротехнические факторы. В среднем число таких отверстий в пробковой ткани, покрывающей клубень, изменяется от 70 до 150 шт. на один клубень.

Излишки ассимилянтов картофеля осуществляются в виде крахмальных зерен в паренхимных клетках клубня [54]. Совокупность клеток этой зоны образуют запасающую ткань картофеля, которая и занимает большую часть клубня. У раннеспелых сортов клетки запасающей ткани, как правило, менее крупные, чем у позднеспелых сортов.

Структурная организация корневой системы картофеля включает следующие основные типы корней [54, 116, 138]:

— главный корень, который развивается только в том случае, если картофель выращивается из семян;

— боковые корни;

— придаточные корни.

При выращивании картофеля из клубней придаточные корни формируются в нижней части растущих стеблей. Активизация роста придаточных корней происходит уже при формировании стебля размером не более 3–5 мм. Если клубни проращивают на свету, то уже на ранней стадии формирования корни вступают в фазу ветвления. Это обеспечивает при посадке клубней в почву образование мощной корневой системы. Кроме того, в узлах роста столонов формируются так называемые столонные корни с диаметром 0,3–1,0 мм. При благоприятном водном режиме почвы количество столонных корней может существенно возрастать.

По данным большинства ученых [43, 54, 117, 123], до 60–80% корней картофеля располагаются в пахотном слое. Некоторые исследователи [65, 138] отмечают положительную корреляцию между массой корней и глубиной их проникновения в почву, а также мощностью формируемой надземной части растения. При этом отмечается, что раннеспелые сорта имеют менее мощную корневую систему со слабым проникновением корней в подпахотные горизонты в сравнении с позднеспелыми сортами.

В литературе [138] приводятся сведения, что максимальной глубины корни картофеля достигают уже до начала фазы цветения, причем в условиях орошения этот уровень не превышает 0,55 м. До 98% корней картофеля находилось в слое 0–0,45 м. Отмечается, что в сравнении с другими культурами корневая система картофеля существенно менее развита [43].

Надземная часть растений картофеля представлена стеблями, листьями и плодами. Стебель у картофеля травянистый, в узлах — четырехгранный, а в промежутках между узлами имеет трехгранную форму [7].

В перпендикулярной оси стебля плоскости от центра к периферии располагаются различные слои растительной ткани [7, 54, 123]:

— комплекс тканей, образующих центральный осевой цилиндр;

— слой эндосперма, состоящий из клеток, содержащих много крахмальных зерен;

— слой первичной коры с клетками хлорофиллоносной паренхимы, колленхимы и бесцветной паренхимы;

— слой эпидермиса, клетки которого впоследствии заменяются перидермой.

Среднестатистическое число стеблей, образованных клубнем, для большинства сортов не превышает 3–5, однако уже в надземной части они могут сильно ветвиться. Исследователями [43, 116, 123] отмечается, что тип стебля, склонность к ветвлению, высота стебля и ряд других признаков зависят как от сортовых особенностей картофеля, так и от внешних условий произрастания.

Столоны картофеля развиваются из базальных почек клубня картофеля и являются, по сути, латеральными побегами. Структура столона включает наружную, а также внутреннюю флоэму и сосудисто-волокнистые пучки преимущественно одного типа. Такая структура столона в наибольшей степени приспособлена к транспорту ассимилянтов и воды с растворенными в ней веществами. Длина столонов у большинства современных сортов изменяется в пределах от 5 до 10 см; от длины столонов зависит размер клубневого гнезда картофеля. В целом строение столона такое же, как и у стебля, он также имеет узлы и междоузлия [7, 54].

Листья у картофеля располагаются по спирали на каждом стебле [43]. Первые листья, как правило, имеют простую форму; более поздние — непарноперистые. Листья на стебле могут располагаться в верхушечной части (листовой тип) и относительно равномерно, по всему стеблю (стеблевой тип), есть переходные формы.

Картофельные листья имеют мезофилльную структуру, которая представлена палисадной и губчатой паренхимой [43, 54, 116]. Клетки палисадной паренхимы могут занимать до половины толщины листовой пластинки, но чаще — не более одной трети. Палисадная ткань более активна с физиологической точки зрения, — число хлоропластов в каждой палисадной клетке в 2 и более раза больше, чем в клетках губчатой паренхимы. Метаболизм углерода в тканях палисадной и губчатой паренхимы качественно не различается, однако в первой больше синтезируется крахмала, тогда как во второй — сахарозы. Структура и строение губчатой паренхимы более ориентированы на транспорт ассимилянтов из листа.

В структуру картофельного листа включено большое количество жилок разного размера, которые обеспечивают снабжение тканей мезофилла водой с растворенными в ней минеральными элементами и отток продуктов фотосинтеза из листа [54]. Строение жилок картофельного листа существенно зависит от агротехнических факторов; в частности, при неблагоприятном водном режиме число и размер жилок листа сокращаются.

Картофельные цветки собраны в соцветия, которые размещаются на общем цветоложе [7]. Строение семени картофеля включает элементы — зародыш, эндосперм и оболочку. Эндосперм содержит жиры и белки и располагается вокруг зародыша. Плодом картофеля является двугнездная ягода, как правило, шаровидной формы. Из клеток плацентарной ткани формируется мякоть плода, в которой и размещаются семена. Однако картофель довольно редко выращивают из ботанических семян, преимущественно этот метод используется в селекционно-генетических целях.

Зрелые клубни картофеля после уборки некоторое время пребывают в состоянии покоя, продолжительность которого зависит от содержания в кожуре ингибиторов роста [7, 138]. В процессе хранения клубней количество ингибиторов роста снижается, и при достижении определенного уровня картофель может давать проростки. В течение периода перехода клубней от состояния покоя к формированию проростков они физиологически стареют. Физиологический возраст клубня картофеля зависит как от продолжительности периода хранения, так и от суммы активных среднесуточных температур воздуха. В зависимости от целей использования посадочного материала целесообразно использовать клубни разного физиологического возраста. Например, для получения наибольшего урожая позднеспелых сортов картофеля целесообразно использовать молодой посадочный материал, а при выращивании раннего картофеля — более зрелый с физиологической точки зрения [43].

Одним из важнейших ростовых процессов картофеля является процесс клубнеобразования. Клубнеобразование у картофеля начинается на определенном этапе органогенеза при оптимальных условиях для роста и развития [43, 138]. При переходе к объемному росту линейный рост столона прекращается, и начинается формирование клубня. Практически все современные сорта картофеля относительно нейтральны по отношению к длине светового дня, что определяет прохождение процесса клубнеобразования без проявления фотопериодической реакции.

Картофель относится к совокупности сельскохозяйственных культур, которые предъявляют высокие требования к условиям поступления солнечной радиации [54]. При дефиците освещенности растения картофеля реагируют морфофизиологическими изменениями, стебли растений вытягиваются, а накопление биомассы замедляется. При затенении листового аппарата у картофеля снижается способность к ассимиляции углекислого газа. С другой стороны, при формировании изреженных посадок не полностью используются ресурсы солнечной радиации, в результате чего КПД ФАР (коэффициент полезного действия фотосинтетически активной радиации) снижается. В связи с этим большинство ученых [19, 43, 116, 117] отмечают необходимость формировать структуру картофельного агроценоза с учетом сорта, качества посадочного материала, обеспеченности минеральным питанием и режима влагообеспечения.

В работах [43] отмечается, что критерием оптимальности размещения картофельных растений в посевах может стать площадь листового аппарата, которая в расчете на площадь в 1 га должна находиться в пределах от 40 до 50 тыс. м².

В литературе [54] встречается информация о связи освещения растений картофеля и их требовательности к теплообеспеченности. При интенсивном освещении в течение дня растения картофеля могут активно развиваться и при пониженных температурах. При слабом освещении более активно развиваются картофельные растения в условиях повышенной температуры воздуха.

Картофель относится к культурам с относительно узким диапазоном оптимальных температур воздуха, необходимых для нормального роста и развития. Он одинаково плохо переносит как заморозки, так и повышенные температуры, вплоть до гибели растения [7, 19, 138].

Начало активного формирования листового аппарата картофеля возможно уже при температуре воздуха +11 — +13 °С, однако для активного прироста зеленой биомассы наиболее благоприятен температурный режим от 18 до 25 °С. Сохранение таких условий обеспечивает наиболее активное усвоение углекислоты и синтез углеводов в растениях. На повышение температуры сверх физиологического оптимума растения картофеля реагируют морфофизиологическими изменениями: листовые пластинки сужаются, светлеют, боковые побеги и главные стебли удлиняются, существенно сокращается период активной вегетации. Критическим максимумом температур воздуха для картофеля считают 40–41 °С, при которых синтез и накопление органического вещества в растениях практически прекращается [19, 43].

По имеющимся данным [19], общая потребность в тепле для получения массовых всходов картофеля неодинакова для сортов разных групп спелости: для ранних сортов достаточно 300 °С, для поздних — 360–380 °С. Вместе с тем следует учитывать существенную вариативность этого показателя в зависимости от условий выращивания, качества посадочного материала и применяемых технологий.

В фазу бутонизации картофеля, с которой, как правило, совпадает начало периода активного образования клубней, оптимальная температура почвы находится в пределах 17–19 °С [43]. При повышении температуры почвы до 25 °С рост клубней существенно замедляется, а при температуре 29–30 °С — практически прекращается. Снизить температуру почвы в жарких регионах России позволяет проведение частных вегетационных поливов. Кроме того, для нормального развития картофеля в пахотном слое почвы необходимо содержание достаточного количества доступной растениям влаги.

Требования картофеля к влажности почвы относительно других культур достаточно высокие. Связаны они в первую очередь с биохимическим составом и общей массой картофельных растений. Содержание воды в клубнях картофеля достигает 70–80%, в надземной части растения — свыше 80% [37]. При таких высоких требованиях к оводненности растений пассивный ток воды у картофеля определяется сильно развитой листовой поверхностью и для сохранения его необходимо активное усвоение почвенной влаги. Следует также учитывать, что корневая система картофеля развита слабо, ее относительная масса к массе надземной части растений не превышает 8% [123].

В то же время есть многочисленные свидетельства [19, 52, 54, 65, 105, 123, 138], подтверждающие четко выраженные колебания требовательности картофеля к водообеспечению в течение вегетационного периода. До фазы бутонизации засухоустойчивость картофельных растений относительно высока, но с началом периода формирования бутонов и цветения потребность картофеля в воде скачкообразно возрастает. Объяснить это можно действием ряда морфофизиологических особенностей картофеля [7, 43, 54]:

— формированием на листьях специфических железистых волосков, которые способны экстратировать влагу из воздуха;

— запасами влаги в материнском клубне, которые на начальных этапах развития полностью доступны растениям;

— относительно невысокими темпами роста надземной части растений в первые фазы развития.

Все это на начальных этапах развития позволяет картофельным растениям эффективно адаптироваться к засухе. С ростом и развитием растений большинство факторов засухоустойчивости картофеля инвертируется [54]:

— скачкообразно активизируется рост надземной массы и листьев картофеля;

— материнский клубень полностью отмирает, а использование запасов влаги из растущих молодых клубней самым негативным образом сказывается на развитии растений и формировании урожая.

Еще одно снижение водопотребления картофеля исследователями [19, 138] отмечается уже в конце вегетационного периода и связано с прекращением роста и развития клубней и началом естественного отмирания надземной части растений.

Зависит водопотребление картофеля и от метеорологических условий. По имеющимся данным [123], в отдельные жаркие дни куст картофеля расходует до 4 л воды, и лишь 0,5% от этого объема идет на построение органических тканей. В литературе [43, 65, 116, 117, 138] приводятся результаты наблюдений, свидетельствующих о связи водопотребления картофеля с его сортовыми особенностями, способом и густотой посадки, системой ухода и т. д. Отмечается [123] существенный вклад в общий расход воды процесса испарения воды с поверхности почвы.

В то же время имеются сведения [43, 138] и о вреде переувлажнения почвы под картофелем. Отмечается, что легкая доступность почвенной влаги в период формирования клубней ингибирует процесс клубнеобразования: несмотря на активный рост надземной части растения, число клубней в кусте сокращается. Избыток почвенной влаги перед уборкой снижает содержание сухого вещества в клубнях, их крахмалистость, увеличивает долю отхода в процессе хранения. Переизбыток влаги в основные фазы роста и развития картофеля провоцирует удушье клубней, их загнивание, распространение картофельных болезней.

Особые требования картофель предъявляет и к воздушному режиму почвы [7, 19]. Маточные клубни картофеля при прорастании во много раз больше, чем семена других культур, потребляют кислорода из почвенного воздуха. Дефицит кислорода для прорастающего клубня может оказаться губительным, вплоть до полной гибели проростков и маточного клубня.

Однако наибольшую потребность в кислороде у картофеля испытывают растущие клубни [116]. Столоны и клубни картофеля построены из относительно крупных клеток, из-за чего для нормального роста им требуются значительные почвенные пустоты с воздухом. Чтобы клубни картофеля нормально формировались и развивались, содержание кислорода в почвенном воздухе должно быть не менее 20%.

Наряду с аэрацией пахотного слоя почвы, большую роль в жизни и развитии картофельных растений играет концентрация углекислоты в приземном слое воздуха. Важность углеродного питания не вызывает сомнений, поскольку этот элемент является основой органической ткани. По имеющимся данным [43], картофельные посадки с урожайность 25 т/га за вегетационный период потребляют до 20 т углекислоты. Снижение хозяйственной продуктивности картофельных растений с хорошо развитой надземной частью часто происходит именно из-за дефицита углекислого газа в среде посева. Отмечается, что при мощно развитой ботве концентрация углекислого газа в среде растений к полудню может снижаться до 2 раз. Это определяет особые требования к способам и густоте посадки картофеля, позволяющим увеличить вентилируемость посевов, а также приемам возделывания, позволяющим увеличить выработку углекислоты непосредственно в среде растений. Например, 40 т навоза в процессе разложения могут дать до 9 т углекислоты, что наполовину перекрывает потребность картофеля в углекислом газе [138]. Кроме того, внесение навоза позволяет повысить обеспеченность картофеля элементами минерального питания, улучшить водные и физические свойства почвы.

Сведения о требованиях, предъявляемыми картофелем к почвенным условиям, неоднозначны. С одной стороны, многие исследования [117, 123, 138] подтверждают, что картофель можно выращивать совершенно на разных типах почв. В то же время указывается, что «почву необходимо постоянно содержать в рыхлом состоянии, чтобы она не оказывала значительного механического сопротивления росту…» [43]. Высокая агротехника картофеля позволяет его выращивать на суглинистых почвах, которые предпочтительны для формирования наибольших урожаев. Но есть сведения [138], что хорошие урожаи картофеля можно получить и на песчаных почвах, — при близком залегании пресных грунтовых вод или при проведении частых поливов. Почвенную реакцию для картофеля считают благоприятной при рН от 4,5 до 7,5.

Таким образом, картофель успешно можно выращивать и на кислых почвах, и на нейтральных, и даже на слабощелочных. Однако к доступности элементов минерального питания картофель предъявляет высокие требования.

Картофель потребляет до 26 разных химических элементов, однако больше всего он выносит азота, калия, фосфора, кальция, магния и серы [43]. По имеющимся данным [19], в расчете на формирование 10 т клубней картофелем потребляется до 50 кг азота, 20 кг фосфорных соединений, около 100 кг калия, 38 кг кальция, 16 кг магния и 5 кг серы.

Почвенный азот картофель начинает потреблять уже с момента появления всходов [54]. В растении азот используется для синтеза белков, однако его значение для картофеля этим не ограничивается. При дефиците азота в листьях и других органах картофеля накапливается избыток углеводов, их отток замедляется, ингибируя рост и развитие растений. При избытке азота надземная часть картофеля характеризуется мощным ростом, но крахмалистость клубней и урожай при этом снижается. Происходит это из-за того, что часть углеводов, идущая на построение надземной части растения, при избытке азота увеличивается, а отток углеводов в клубень сокращается.

Сбалансированность минерального питания картофеля по фосфору важна для нормализации развития растений [117]. Фосфор в картофельном растении встречается только в окисленной форме, а фосфорное питание позволяет увеличить ветвистость растений, нормализовать пигментацию и физиологию фотосинтеза в листе.

Калийное питание картофеля необходимо для нормализации водного режима растений, вязкости и проницаемости протоплазмы, калий участвует в белковом и углеводном обмене, влияет на фотосинтез [138]. В золе картофельного растения содержание калия достигает 60%, что свидетельствует о его исключительной роли в формировании урожая.

Доступность элементов минерального питания зависит от их концентрации в почве, форм химических соединений и содержания почвенной влаги [29, 75].

Таким образом, возделывание картофеля в засушливых условиях Нижнего Поволжья возможно только при орошении. При этом с целью повышения эффективности использования фотосинтетическим активной радиации необходимо структуру посева оптимизировать в тесной взаимосвязи с комплексом факторов, среди которых важнейшее значение имеют сорта, качество посадочного материала, плодородие почвы, режим и условия водообеспечения.

1.2. Перспективные способы орошения картофеля в условиях засухи

Оптимальное регулирование водного режима почвы под картофелем в большинстве регионов России связано с необходимостью проведения оросительных мелиораций [3, 13, 34, 51, 57, 63, 73, 88, 107, 112, 139].

Даже в условиях умеренного климата центрального Нечерноземья на основании анализа метеорологических условий крайне засушливых 2010 и 1972 гг. сделан вывод о невозможности получения гарантированно высоких урожаев картофеля без орошения [51, 52]. Урожайность товарных клубней картофеля при дефиците естественного влагообеспечения (влажность почвы в пределах 35–45% НВ) не превышала 19,1–24,8 т/га, тогда как в вариантах, где путем проведения вегетационных поливов влажность почвы поддерживалась не ниже 80% НВ, урожайность картофеля достигала 41,7–53,0 т/га. Отмечено, что при снижении влажности почвы до 35–45% ППВ прирост урожая обеспечивается лишь при внесении умеренных доз удобрений (N₇₆P₇₆K₁₁₅). При поддержании предполивного уровня влажности почвы не ниже 80% ППВ урожайность картофеля возрастала вплоть до внесения минеральных удобрений дозой N₁₂₆P₁₂₆K₁₈₉, причем прирост урожая товарных клубней достигал 27,1%.

Зарубежными исследователями [123], основываясь на опыте возделывания картофеля в условиях умеренного климата, был также сделан однозначный вывод о перспективности орошения картофельных посадок и сформулированы основные условия эффективности орошения:

— не проводить поливы до начала формирования цветочных почек;

— практиковать интенсивное орошение с начала фазы формирования цветочных почек, включая фазу цветения;

— после цветения орошение продолжать, но режим водообеспечения сокращать.

Безусловно, в условиях неустойчивого и недостаточного увлажнения, характерного для региона Нижней Волги, эти рекомендации не в полной мере приемлемы. Острый дефицит естественной влагообеспеченности территории делает невозможным здесь эффективное возделывание картофеля без проведения ситуационных поливов в начальные периоды роста и развития. Следует признать, что рекомендации зарубежных коллег имеют и определенное физиологическое обоснование. В частности, по имеющимся данным [54], осадки в первой половине вегетации усиливают рост ботвы, в период бутонизации — увеличивают число клубней в кусте, во второй половине вегетации — положительно сказываются на росте клубней, определяя общую продуктивность и выход товарных клубней.

Большое практическое значение также имеет и наличие динамической связи между условиями водообеспечения и температурным оптимумом клубнеобразования. В литературе [54] отмечается, что с увеличением содержания продуктивной влаги в почве, температурный оптимум клубнеобразования существенно повышается. Это особенно важно учитывать при возделывании картофеля в условиях жаркого климата юга России.

Результаты исследований [19], проведенных в условиях сухостепной зоны Украины, позволили рекомендовать авторам проводить вегетационные поливы картофеля с момента появления входов и закачивать поливной сезон за 1–2 недели до уборки. Указывается на необходимость снижения температуры почвы в период клубнеобразования и поддержания ее на уровне 18–22 °С, что возможно за счет проведения частых поливов малыми поливными нормами.

В опытах М. Р. Мусаева и А. А. Магомедова [79], проведенных с картофелем в условиях равнинной зоны Дагестана, поливы также проводили в течение всего вегетационного периода. К исследованию были представлены 2 варианта с постоянным в течение вегетационного периода порогом предполивной влажности почвы, 75–80% НВ и 80–85% НВ, и 1 вариант с дифференцированным режимом орошения, 70–85–70% НВ. Исследования выявили бесспорное преимущество дифференцированного режима орошения картофеля: урожайность товарных клубней, полученных на этом варианте, достигала 28,8 т/га против 23,6–26,1 т/га на участках первых двух вариантов. Удельные затраты воды на формирование урожая картофеля при поливе по дифференцированной схеме не превышали 82 м³/т, тогда как при поддержании постоянных предполивных порогов возрастали до 95–106 м³/т.

Одним из ключевых параметров технологии орошения картофеля, как и любой сельскохозяйственной культуры, является правильно установленная поливная норма. В опубликованной литературе [123], ссылаясь на многолетние опытные данные, авторы рекомендуют ограничивать поливную норму 20–30 мм, ориентируясь прежде всего на биологию картофельного растения. Опытами, заложенными и реализованными в Ростовской области [88], к исследованию были поставлены вопросы, связанные с возможностью установления поливной нормы расчетным путем и допустимостью изменения расчетной поливной нормы в условиях производства. Наибольший урожай картофеля, 36,2–37,9 т/га, был получен в вариантах, где поливы дождевальной машиной «Фрегат» проводили расчетной нормой. В то же время отмечено, что увеличение расчетной поливной нормы на 20% не обеспечило повышения урожайности картофеля, а при снижении поливной нормы на 20% урожайность товарных клубней снижалась на 4,0–6,0%.

Опытами [60, 62, 63], проведенными на базе того же хозяйства в Ростовской области, установлена возможность получения урожая картофеля без полива. Однако урожайность товарных клубней при этом не превышала 10,7 т/га. Кроме того, изучалась эффективность водосберегающего способа применения оросительных мелиораций (с проведением поливов только в фазы бутонизации и цветения картофеля) и интенсивного орошения (с проведением поливов в течение вегетационного периода). Наибольшая урожайность товарных клубней, 24,8 т/га, была получена в вариантах с интенсивным орошением. При этом оросительная норма составила 1680 м³/га, а за вегетационный период было проведено 4 полива по 420 м³/га.

Данные, полученные В. А. Кулыгиным, Г. Т. Балакаем и А. Н. Бабичевым [62], показали преимущество поддержания постоянного порога предполивной влажности почвы на уровне 80% НВ при орошении картофеля в Центральной орошаемой зоне Ростовской области. Урожайность товарных клубней при этом достигала 23,0 т/га с удельными затратами воды на формирование тонны картофеля не более 186 м³/т. При реализации дифференцированного способа орошения, 70–80-70% НВ, урожайность картофеля снижалась до 21,6 т/га, а коэффициент водопотребления сохранялся на уровне 189 м³/т.

В изученных опытах [141] исследовалась эффективность орошения различных сортов картофеля, возделываемых в природных условиях Астраханской области. Было изучено 24 сорта отечественной и зарубежной селекции и определено, что наименьшие затраты воды на формирование урожая картофеля среди раннего картофеля обеспечивались в посадках сортов «Дельфин» (78,9 м³/т) и «Каратоп» (103,6 м³/т). Популярные сорта «Удача» и «Ред Скарлет» по эффективности использования воды на формирование урожая идут во втором эшелоне (117,6 и 118,1 м³/т соответственно). Наибольшие затраты воды на формирование урожая товарных клубней картофеля в опытах были получены у сорта «Даренка» (285,8 м³/т) и у сортов «Кураж» (496,8 м³/т) и «Родрига» (283,3 м³/т). Столь существенное увеличение затрат воды на формирование урожая клубней картофеля автор связывает со снижением общей продуктивности посадок у низкоадаптированных к местным природным условиям сортов.

Опытами [17], проведенными в сухостепной зоне светло-каштановых почв Нижнего Поволжья, была подтверждена эффективность применения капельного орошения для полива картофельных посадок. Наибольшие урожаи получали при проведении поливов, ориентированных на увлажнение 0,4-метрового слоя почвы и поддержание дифференцированного предполивного порога по схеме 60–65% НВ — до фазы бутонизации растений, 85–90% НВ — в период бутонизации и цветения, 70–75% НВ — после цветения, до уборки урожая.

В опытах В. В. Мелихова, А. А Новикова [75] исследовалась эффективность дифференцированных режимов капельного орошения раннего картофеля, 70–80% НВ, отличающихся продолжительностью поддержания предполивного уровня 80% НВ: вариант 1 — в течение вегетационного периода, вариант 2 — с начала фазы бутонизации, вариант 3 — с начала фазы цветения. Опыты были проведены в Ленинском районе Волгоградской области, расположенном в зоне распространения светло-каштановых почв Нижневолжского региона. Наибольшие урожаи, 38,2–42,0 т/га, были получены при поддержании порога предполивной влажности почвы не ниже 80% НВ с фазы бутонизации картофеля. При этом до фазы бутонизации поливы проводили для поддержания предполивного уровня 70% НВ.

Обобщение и анализ накопленного опыта орошения картофеля позволяет сформулировать ряд общих положений по повышению эффективности применения оросительных мелиораций в условиях засухи:

— наличие динамической связи между влажностью почвы и оптимальной температурой клубнеобразования позволяет регулировать уровень последней путем проведения вегетационных поливов;

— наличие общей тенденции к снижению поливных норм и увеличению частоты проведения поливов, обеспечивающих повышение эффективности расходования воды на формирование урожая, которая проявляется в том числе в активном освоении капельного способа орошения;

— необходимость учета особенностей различных способов полива при освоении оптимальных, климатически обоснованных, режимов орошения картофеля, в том числе при возделывании в ранней культуре.

В большинстве литературных источников [2, 19, 49, 51, 52, 57, 63, 74, 88, 141] имеются сведения об использовании для полива картофеля следующих способов:

— поверхностное, преимущественно, полив по бороздам;

— полив способом дождевания;

— использование для полива капельного орошения.

Исторически развитие технологий орошения картофеля связано с этими способами орошения именно в том порядке, в каком они представлены выше. Данные по эффективности применения различных способов полива неоднозначны и в историческом аспекте существенно зависят от уровня развития технологий и агроклиматических особенностей региона исследований. Например, в условиях Республики Башкортостан и в настоящее время наибольшие урожаи (32,8 т/га) собирают при поливе картофеля по бороздам [49]. При этом на фоне капельного орошения урожайность картофеля составила 22,6 т/га, а при дождевании — 19,3 т/га. Следует признать, что коэффициент эффективности использования оросительной воды, определяемый как отношение прибавки урожая к оросительной норме, был наибольшим (8,82) при капельном орошении.

На юге России для полива картофеля широко используется дождевание с применением дождевальных машин и установок разных конструкций. В опытах [88], реализованных в природных условиях Ростовской области при поливе дождевальной машиной «Фрегат», урожайность картофеля достигала 41,2–43,0 т/га. В условиях равнинной зоны Дагестана [79] при орошении способом дождевания урожайность товарных клубней картофеля составила 28,8 т/га. На светло-каштановых почвах Волгоградской области при дождевании урожайность картофеля достигала 25–35 т/га с сохранением стабильных урожаев по годам проведения исследований [56, 57, 58, 59, 81].

Главным достоинством орошения картофеля с применением дождевальных машин и установок является использование имитации дождя, то есть естественных для растений условий. В отличие от полива по бороздам существенно сокращаются затраты оросительной воды, орошаемый участок смачивается более равномерно, поверхностный сток воды при оптимизации техники полива сводится к минимуму [49]. Современный мировой рынок дождевальной техники представлен широким спектром технических решений и торговых брендов. Из отечественных машин инновационные технологические решения реализованы в моделях дождевалок марки «Кубань–ЛК1», ДМФЕ «Фрегат» и «Фрегат–Н» [30, 134]. В зарубежных моделях инновационная политика наиболее успешно реализуется в дождевальных машинах семейства «Valley» и «Valley Rainger», «Lindsay», «Bauer» («Centerliner», «Monostar BMS–100», «Linestar»), «Reinke», «IRRIFRANCE», «Urapivot» [20, 38, 115, 122, 146, 148, 149, 150, 151]. При сохранении общих тенденций и динамики развития технических конструкций в каждом сегменте производства дождевальных машин предлагаются уникальные конструктивные решения, обеспечивающие преимущества в эксплуатации и увеличение диапазона регулировок режимов работы оросительной техники.

Современные структурные изменения в сельскохозяйственном укладе России сопровождаются ростом роли относительно небольших по размерам оросительных участков, оборудованных мобильными средствами водоподачи и небольшими насосными станциями. Одним из перспективных решений решения проблемы орошения небольших участков является использование мобильных дождевателей полосового типа [142, 143, 144].

Отечественная промышленность ряд мобильных полосовых дождевателей, в число которых входят «Агрос» ДШ–90, «Агрос» ДШ-90Ф, «Агрос» ДШ–110, «Агрос» ДШ–110Ф [144]. Все дождеватели обеспечивают возможность проведения поливов во время движения, при этом водозабор идет от гидранта закрытой оросительной сети. От гидранта вода по шлангу подается на дождевальный аппарат. Под давлением воды работает гидропривод турбинного типа, приводящий в движение барабан. Вращением барабана трубопровод подтягивает ферму к основному агрегату (дождевателю), при этом орошая землю. Дождевальные машины «Ирримек» (Италия) отличают надежная гидротурбина с запатентованным механизмом и широчайший набор моделей, позволяющий подобрать дождевальную установку для полива участков различных конфигураций [143]. Длина шланга может достигать 670 м. Аналогичные шланговые машины предлагает австрийская фирма «BAUER» [142]. В зависимости от конфигурации и размеров орошаемого участка шланговый дождеватель может комплектоваться полиэтиленовым трубопроводом с диаметром от 65 до 140 мм и длиной от 270 до 750 м; дождевателями с эффективной шириной полосы увлажнения от 53 до 118 м и производительностью от 14 до 124 м³/час. Производительность полива в этом случае составляет от 3 до 35 га при гидромодуле 1,0 л/с/га; консольными дождевателями с эффективной шириной полосы увлажнения 34–86 м. Производительность полива в этом случае — от 3 до 30 га при гидромодуле 1,0 л/с/га. Рабочее давление комплектов в зависимости от параметров шлангового дождевателя составляет 3,5–11,0 атм.

Ряд авторов [19] наиболее эффективным способом полива картофеля считают капельное орошение. Оно обеспечивает возможность точного регулирования потребления растениями влаги и элементов минерального питания; при этом поливной режим полностью определяется количеством потребляемой влаги и контролируется при помощи специальных измерительных инструментов полуавтоматического и автоматического действия.

Общая схема систем капельного орошения состоит из гидравлически соединенных источника оросительной воды (открытого или закрытого типа, напорного или безнапорного), насосной станции (в случае использования безнапорного источника воды), системы фильтрации (включая фильтры грубой и тонкой очистки в различных комплектациях), установки для приготовления раствора минеральных удобрений, магистрального, распределительных и поливных трубопроводов и поливных водовыпусков капельного типа [19]. Регулировка подачи оросительной воды осуществляется при помощи системы, включающей запорную и контрольно-измерительную арматуру.

По мнению ряда авторов [139, 140], преимущества капельного орошения заключаются в сокращении зоны увлажнения почвы на орошаемом участке, что позволяет сократить непроизводительные затраты воды на физическое испарение, в возможности проведения поливов при интенсивном ветровом режиме, возможности проведения поливов на склоновых землях или на участках со сложным топографическим строением, в возможности снижения поливных норм до уровня, при котором практически отсутствует внутрипочвенный сброс воды на инфильтрацию, в исключении потерь воды на поверхностный сток, в обеспечении возможности подачи минеральных удобрений с поливной водой или организации удобрительных поливов, в подавлении развития сорной растительности в сухих междурядьях, в улучшении водно-воздушного режима почв, сопровождающегося повышением урожайности культуры с совокупным снижением затрат воды на формирование урожая.

К недостаткам капельного орошения относят [46, 135] подтягивание солей из нижележащих горизонтов в верхний плодородный слой почвы, невозможность регулирования влажности воздуха в среде растений, невозможность использования для проведения противозаморозковых поливов, невозможность использования поливов для охлаждения почвы при высоких температурах воздуха и интенсивной солнечной инсоляции.

Перспективным решением для полива большинства сельскохозяйственных культур является набирающее сегодня все большую популярность малоинтенсивное орошение [13]. По способу полива это все то же дождевание, но в отличие от дождевальных машин здесь дождевание низкоинтенсивное (расход воды на полив примерно равен расходу воды при капельном орошении), а дождем охватывается вся площадь орошаемого участка. По мнению некоторых авторов [19], преимущества малоинтенсивного орошения заключаются в высокой равномерности распределения воды, снижении уровня воздействия капель на почву и растения, низкой интенсивности дождевания, высоком качестве дождя, возможности организации кратких циклов орошения. Высокая равномерность распределения воды достигается за счет 100%-ного перекрытия дождевых факелов от насадок (водовыпуски друг от друга размещаются на расстоянии, вдвое меньшем ширины захвата спринклера). Этим же обеспечивается высокая устойчивость формирования дождевого облака к ветру. Низкая интенсивность дождевания исключает образование поверхностного стока в микропонижения, что позволяет эксплуатировать сенокосный участок в течение длительного периода без планировки [13, 19].

Для подвода воды к спринклерам, как правило, используются полимерные материалы [14]: полиэтиленовые трубы отечественного производства или гибкие поливные рукава типа «Лайфлет» диаметром 40–50 мм. За счет оборудования системы контроллером полива, устройствами телеметрии и управляемыми гидравлическими клапанами можно полностью автоматизировать процесс полива и внесения минеральных форм удобрений.

По мнению некоторых авторов [3], в отличие от капельного орошения, главными преимуществами спринклеров является то, что при их использовании они не только возмещают дефицит почвенной влаги, но и повышают влажность воздуха в приземном слое, а также способствуют существенном снижению температуры почвы. Последнее особенно важно в период клубнеобразования картофеля.

Отмечается, что еще одним важным преимуществом малоинтенсивного орошения является возможность использования его для обработок посевов ядохимикатами прямого и системного действия. В проведенных [13] опытах отмечено, что использование пестицидов и малоинтенсивного орошения позволяет практически исключить возможность появления на картофельных растениях фитофтороза, альтернариоза, ризоктониоза, парши, макроспориоза, колорадского жука и тли.

Исследованиями [13, 14] установлено, что, несмотря на высокую цену системы (которая составляет 100 тыс. руб./га и более), спринклерное орошение экономически оправдано в южных регионах России, где температурный фактор является одной из причин снижения урожая картофеля. В отличие от передвижных машин стационарные системы малоинтенсивного орошения обеспечивают возможность гибкого регулирования поливной нормы и оптимальную частоту полива. В отличие от большинства систем капельного орошения срок эксплуатации спринклеров составляет более 10 лет.

1.3. Особенности возделывания картофеля при орошении.

Системы приемов возделывания картофеля в историческом аспекте прошли довольно большой эволюционный путь, четко разделив технологии, применяющиеся в системе богарного земледелия и в системе орошаемого земледелия. Общими во всех агротехнологиях возделывания картофеля являются [19, 43, 116, 117, 138]:

— выбор места и организация севооборота при возделывании картофеля в качестве основной или дополнительной культуры;

— совокупность приемов и операций по основной обработке почвы;

— совокупность приемов и операций по предпосевной обработке почвы;

— система удобрений картофеля;

— интегрированная система защиты картофеля;

— совокупность приемов и операций, связанных с посадкой картофеля;

— совокупность приемов и операций по уходу за посевами (включая проведение поливов в системе орошаемого земледелия).

Блок работ по уборке картофеля является завершающей фазой в системе полевого производства картофеля, но не имеет отношения к собственно технологии выращивания [138].

Выбор участка под картофель определяется преимущественно требованиями его биологии к почвенным условиям. Важно учитывать, что культура картофеля довольно чувствительна к почвенному засолению [27, 28]. Если считать по электропроводности, то пороговое значение степени засоления почв под картофель не превышает 1,7 дСм/м [19]. В качестве предшественника под картофель рекомендуется выбирать озимые колосовые [136, 138]. В овощных севооборотах, распространенных на орошаемых землях юга России, картофель целесообразно высаживать после капусты, лука репчатого, огурцов, бахчевых и других культур, исключая пасленовые [19].

Качество основной обработки почвы, как и выбор участка под картофель, является чрезвычайно важным условием формирования высоких урожаев. Почва под картофелем должна быть хорошо разрыхлена, обладать отличной проницаемостью для воды и воздуха [43, 61, 117]. Состав операций по основной обработке почвы назначается в зависимости от предшественника: если в качестве предшественника выбраны зерновые, то основания обработка почвы начинается с лущения дисковыми орудиями, если предшественниками являлись пропашные культуры, то необходимость в лущении стерни отпадает. Однако на полях, засоренных корнеотпрысковыми сорняками, даже по пропашным предшественникам целесообразно проведение обработок лемешными лущильниками [43]. После этого на почвах с мощным гумусовым горизонтом проводится зяблевая вспашка с предплужниками, а на маломощных, слабогумусированных почвах, — зяблевая вспашка с почвоуглублением.

Обязательной операцией по предпосевной обработке почвы является покровное боронование, которое позволяет снизить испарение влаги с поверхности почвы в ранневесенний период и является важным приемом в системе борьбы с сорной растительностью [116]. В дальнейшем в зависимости от сроков посадки картофеля проводится сплошная культивация и нарезка гребней или совмещенная операция по предпосевной культивации и формированию гребневого профиля поверхности почвы. При возделывании раннего картофеля на орошаемых землях юга России в последнее время все большую популярность приобретает проведение фрезерных обработок [61]. Плодородный слой почвы при этом при этом приобретает ценный с агротехнической точки зрения микроагрегатный состав, а на поверхности почвы формируется гребневой профиль. Продолжительность проведения совокупности операций по предпосевной подготовке почвы при использовании фрезерных обработок сокращается на 7–10 дней.

Системе удобрений картофеля посвящено наибольшее количество исследовательских работ, эти вопросы довольно сильно проработаны для совершенно различных природно-климатических зон России [6, 19, 43, 51, 63, 68, 75, 117, 130, 138]. Во всех природных зонах России большой положительный эффект дает применение под картофель органических удобрений — навоза [43]. Указывается, что внесение органических удобрений в массе 30–60 т/га, дает существенную прибавку урожая, улучшает структуру и плодородие почвы. В современных условиях, когда животноводство развито слабо и доступность органических удобрений ограничено, рекомендуется вместо навоза использовать сидераты. Доказано, что запашка сидератов эквивалента внесению 20–30 т/га навоза [19]. Опытами [68] установлено, что применение только органических удобрений не позволяет картофелю полностью удовлетворить потребности в элементах минерального питания. Ключевая роль для получения высоких урожаев отводится применению минеральных удобрений. В условиях орошения обеспечивается возможность использования фертигации, которая позволяет в разы повысить усвояемость минеральных удобрений [19]. При этом рекомендуется с поливной водой рекомендуется вносить до 80% азотных удобрений, не более 30% — фосфорных и до 50% — калийных.

Интегрированная система защиты растений включает применение совокупности агротехнических приемов и широкое использование средств химической защиты растений. Применение гербицидов в настоящее время стало отличительным признаком интенсивных технологий. В изученных опытах [98] использование гербицида «Ураган Форте» обеспечивало уничтожение свыше 95% сорной растительности. Сочетание этого препарата с последующим внесением «Зенкора» дозой 1,3 кг/га в довсходовый период и 0,3 кг/га в послевсходовый период позволило в опытах получить 32,6–35,6 т/га высококачественных клубней картофеля. Для защиты от вредителей, таких как проволочник, колорадский жук, картофельная моль, тля, трипс, наиболее эффективным оказались препараты «Актара» и «Конфидор» [19]. По мнению некоторых исследователей [43], не менее важны и агротехнические приемы сдерживания распространения основных вредителей картофеля, — возвращения культуры в севооборот не ранее, чем через 4 года, борьба с сорняками в среде растений и на прилегающих к полю территориях.

Подготовка посадочного материала и посадка картофеля являются важнейшими агротехнологическими операциями, во многом определяющими будущий урожай клубней. Большинство ученых [18, 19, 117, 138] сходятся в мнении, что для получения раннего урожая и повышения общей продуктивности картофеля семенные клубни следует проращивать. Для этого используются апробированные технологии проращивания в сухой и влажной среде, а также комбинированным способом [19]. От густоты и способа посадки зависит эффективность использования площади питания картофеля и формирование его архитектоники. Однако результаты опытов с густотой и способами посадки картофеля, полученные в различных природных зонах Российской Федерации, неоднозначны. В опытах [9], проведенных по многофакторной схеме в условиях Южного Урала, наибольшие урожаи картофеля (до 32,47 т/га) были получены при посадке нормой 57,1 тыс. клубней/га. В одной из работ [93] приводятся результаты исследований, проведенных в условиях Курской области при нормах посадки картофеля 25, 40, 55 и 70 тыс. клубней/га. Наибольшие урожаи во все годы исследований были получены на участках вариантов с загущенной посадкой картофеля (70 тыс. клубней/га). На участках, где картофель высаживали нормой 55 тыс. клубней/га, урожайность была на 1,2–2,3 т/га ниже, чем при посадке 70 тыс. клубней/га. Однако наибольшим падением продуктивности картофеля характеризовались варианты с нормой посадки 40 и 25 тыс. клубней/га, где урожайность товарных клубней снижалась на 6,8–20,0 т/га.

В засушливых условиях юга России при орошении наибольшие урожаи картофеля обеспечивались при посадке клубней нормой 55–60 тыс. шт./га [62, 88, 81]. На светло-каштановых почвах Волгоградской области [17] при орошении капельным способом получены данные о возможности получения рекордных урожаев картофеля (до 70 т/га) на фоне загущенных посадок (70 тыс. раст./га). Эффективность использования загущенных посадок картофеля подтвердилась также в опытах [114, 141], проведенных на фоне капельного орошения в зоне распространения светло-каштановых почв Астраханской области. В то же время [74, 75] для получения наибольших урожаев картофеля клубни высаживали из расчета формирования плотности посадок в 60 тыс. раст./га. Опыты были проведены в зоне сухих степей Волгоградской области, а для полива также использовалось капельное орошение.

Следует признать, что помимо густоты посадки картофеля при разных способах полива часто применяются и разные способы посадки [17, 19, 49, 62, 75, 141]. Исторически сложилось, что при орошении по бороздам и при дождевании использовалась преимущественно посадка картофеля в гребень с междурядьем 0,7 м [49, 62, 81, 88]. Такая схема посадки имеет ряд агротехнологических преимуществ, предусматривая проведение от 1 до 3 междурядных обработок, окучивания картофеля. Однако определенный интерес представляют и рекомендации по расширению междурядий картофеля до 0,9 м (вместо 0,7 см) при сохранении одинакового количества растений на единице площади. По мнению некоторых авторов [43], это создает благоприятные условия для поглощения солнечной радиации, что положительно влияет на накопление урожая клубней.

В изученных нами опытах [113, 114, 141] при капельном орошении успешно использовалась посадка картофеля по технологии сдвоенного рядка. Это типичная посадка растений ленточным способом, которая при капельном орошении позволяет вдвое снизить затраты на закупку и монтаж поливных капельных трубопроводов. Кроме того, этот способ имеет и определенные агротехнологические преимущества [19]:

— улучшение радиационного режима посадок при сохранении числа растений на гектаре;

— сохранение ценных водных и физических свойств почвы в зоне сдвоенного рядка, где размещаются растения и формируется урожай.

К недостаткам этого способа посадки следует отнести невозможность проведения обработок почвы внутри ленты по вегетирующим посадкам [73, 74]. Способ посадки в гребень через 0,7 или 0,9 м также широко используется в сочетании с капельным орошением картофеля. По мнению некоторых авторов [17], это позволяет формировать загущенные посадки и повышать общую продуктивность картофеля за счет увеличения числа растений на орошаемом участке.

В представленных опытах [13, 14] при малоинтенсивном дождевании использована традиционная схема посадки картофеля в гребень через 0,7 м. Следует признать, что в России малоинтенсивное дождевание культур открытого грунта распространение получило сравнительно недавно. В связи с этим данных, необходимых для обоснования оптимального способа посадки картофеля при малоинтенсивном дождевании, пока недостаточно.

Приемы ухода за посадками картофеля, как правило, являются составными агротехнологическими комплексами прочих систем в технологии возделывания, таких как система интегрированной защиты растений, система удобрения и т. п. В зависимости от способа посадки картофеля могут осуществляться довсходовые и послевсходовые междурядные обработки, цель которых — улучшение водно-физических свойств почвы и борьба с сорной растительностью [43, 117].

В засушливых условиях юга России важным агротехнологическим комплексом, реализуемым в ходе вегетации картофеля, является орошение. Поливные нормы и частота проведения поливов при этом зависит как от способа полива, так и диапазона регулирования влажности почвы [19, 36, 60, 88, 107, 114, 139]. Для точного регулирования водного режима почвы в заданных пределах большое значение имеет способ контроля содержания в ней доступной влаги.

Теоретические и экспериментальные обобщения [103, 104] позволили сформулировать определенные правила контроля влажности почвы при орошении сельскохозяйственных культур:

— выбор площадки для контроля влажности почвы должен осуществляться с соблюдением требований однородности почвенного покрова (по отношению к почвенному покрову орошаемого участка) и однородности растительного покрова (по отношению к растительному покрову орошаемого участка);

— площадь площадки определяется числом предполагаемых скважин, бурения которых будет достаточно для наблюдения за влажностью почвы в течение вегетационного периода, а также необходимостью охвата различных почвенных условий (на «пестрых» почвах) и растительного покрова (с неоднородной архитектоникой посева);

— повторность измерения влажности почвы назначается исходя из требуемой точности определения. Например, при использовании термостатно-весового метода определения влажности почвы считается достаточным 10%-ная точность измерений. На разных почвах минимальное число повторности измерений изменяется от 4–6 до 30;

— внутри площадки скважины размещаются с учетом архитектоники посева. Например, в рядовых посевах (посадках) влажность почвы определяется и в рядке и в междурядье. При этом в узкорядных посевах (посадках) при разрастании вегетативной массы переходят на определение влажности почвы в междурядье, а в широкорядных посевах (посадках), — изначальная схема сохраняется в течение всего вегетационного периода.

Следует признать, что приведенные особенности контроля влажности почвы вырабатывались не только для практического использования при назначении поливов, но и для исследования водного режима почвы. Кроме того, разработанные правила ориентированы прежде всего на использование метода определения влажности почвы с изъятием почвенных образцов. В настоящее время все большую популярность приобретают методы контроля влажности почвы по показаниям датчиков, расположенных непосредственно на орошаемом участке и оборудованном устройствами телеметрии и визуализации данных [78, 108]. Как пример такого оборудования можно рассматривать систему «CropSense» [108], которая позволяет измерять и визуализировать влажность почвы с горизонтов 0,1, 0,2, 0,3 и 0,5 м. Данные через устройства телеметрии передаются на регистратор, с которого могут быть загружены в Интернет или на персональный компьютер. Использование подобных методов контроля влажности почвы имеет массу преимуществ, однако оборудование, как правило, имеет высокую стоимость, которая пропорциональна количеству устанавливаемых датчиков.

Другим аспектом проблемы контроля содержания влаги в почве с целью назначения вегетационных поливов является определенная инерционность передвижения влаги в почве [37]. В исследованиях [105], посвященных анализу водопоглощающей функции корневой системы растений, было отмечено, что скорость перемещения воды в почве относительно невысока и поэтому исходное содержание почвенной влаги в местах иссушения восстанавливается крайне медленно. Теоретические исследования [37] подтвердили, что почва является средой, где возникают и довольно долго сохраняются большие градиенты содержания воды. По его мнению, это происходит в результате низкой скорости перемещения воды к зонам иссушения. Последнее особенно важно учитывать при возделывании сельскохозяйственных культур со слаборазвитой корневой системой и сильно развитой надземной частью растений, а также при использовании широкорядных способов посева или посадки.

Таким образом, агротехника картофеля носит четко выраженный зональный характер, а в условиях орошения зависит от способа полива. Например, при поливе по бороздам особое внимание уделяется планировке орошаемого участка, геометрическим параметрам поливных борозд, размер которых строго регламентирован особенностями инфильтрации и движения воды на данном типе почв. При поливе способом дождевания планированию орошаемого участка уделяют большое внимание, однако размер и форма междурядий в посадках картофеля может изменяться, адаптируясь к сортовым особенностям картофельных растений. При использовании для полива систем капельного орошения выравненность поля, уклоны и сложный рельеф уже не играют той определяющей роли, как при поливе по бороздам или дождевании. В то же время архитектонику посева оптимизируют с целью минимизации затрат материальных ресурсов, в частности — поливных трубопроводов системы капельного орошения. При спринклерном орошении, представляющего собой низкоинтенсивное дождевание, уклоны и выравненность орошаемого участка не имеют большого значения, и в то же время нет необходимости корректировать структуру посева с целью минимизации затрат на водораспределительные конструкции оросительной системы. Появляется возможность оптимизировать способы посадки картофеля, прежде всего, учитывая биологию культуры, а не особенности организации инженерных сетей орошения. С выбором способа посадки картофеля тесно связана и эффективность орошения, которая зависит от надежности выбранной методики контроля предполивной влажности почвы. Тенденция в развитии техники и технологий контроля влажности почвы однозначно ставит вопрос о необходимости перехода на методы, опирающиеся на показания стационарно установленных датчиков. Нерешенными вопросами здесь являются:

— оценка возможности минимизации зон контроля влажности почвы, а соответственно, — затрат на дорогостоящее оборудование;

— обоснование места расположения зон контроля предполивной влажности почвы при использовании разных способов посадки картофеля.

Перспективы использования малоинтенсивного дождевания, рассматриваемого как стационарная система, отсутствие данных для научного обоснования эффективного способа посадки картофеля при таком орошении, оптимизация методов контроля предполивной влажности почвы с возможностью использования стационарных почвенных датчиков, — необходимость решения этого круга вопросов и определило направление наших исследований.

2. Программа и методы исследований

2.1. Программа и методики исследований

В основу рабочей гипотезы исследований положено предположение о необходимости адаптации приемов возделывания сельскохозяйственных культур с переходом на системы малообъемного стационарного дождевания, которые должны максимально учитывать биологические особенности растительных видов и обеспечивать эффективное использование технологических преимуществ внедряемых систем орошения.

Одним из наиболее важных «спорных» вопросов адаптации технологии возделывания картофеля к малоинтенсивному дождеванию являются способы посадки. Ретроспективный анализ информации в этом направлении показал, что основным имеющим эколого-экономическое обоснование способом посадки картофеля при орошении дождевальными машинами является посадка в гребень через 0,7 м. Основным способом посадки картофеля на капельном орошении стала посадка в сдвоенный рядок, что позволило существенно экономить на комплектующих системы [19, 73, 74, 135]. При малоинтенсивном дождевании нет экономии комплектующих системы при посадке в сдвоенный рядок, однако есть такая же возможность гибкого регулирования поливных норм и сроков полива, как и при капельном орошении. Вопрос о том, какой способ посадки в этих условиях окажется более выгодным, остается открытым. Кроме того, следует учитывать, что при малоинтенсивном дождевании нет жесткой привязки растения к схеме раскладки поливных трубопроводов, как при капельном орошении. Указанные особенности малоинтенсивного орошения актуализируют необходимость решения сразу ряда задач:

— необходимость исследования закономерностей роста и развития картофеля с оценкой структуры урожая при разных способах посадки на фоне малоинтенсивного дождевания;

— необходимость исследования ресурсопотребления при использовании для возделывания картофеля разных способов посадки на фоне малоинтенсивного орошения;

— необходимость проведения комплексных оценок эффективности способов посадки картофеля при малоинтенсивном орошении по совокупности критериев, характеризующих общую продуктивность культуры, эффекты водосбережения и экономическую привлекательность потенциальных проектов.

Кроме решения указанной совокупности задач, которая в итоге сводится к задаче обоснованного выбора способа посадки картофеля, необходима оптимизация параметров посадки (выбор оптимальной формулы посадки картофеля при малоинтенсивном дождевании). Для решения этих вопросов был заложен полевой эксперимент со следующими вариантами:

— вариант А1 — посадка клубней картофеля в гребень через 0,7 м (контроль);

— вариант А2 — посадка клубней картофеля ленточным способом (по технологии сдвоенного рядка) с расстоянием между рядками в ленте 0,5 м и междурядьем 0,7 м;

— вариант А3 — посадка клубней картофеля ленточным способом (по технологии сдвоенного рядка) с расстоянием между рядками в ленте 0,5 м и междурядьем 0,9 м;

— вариант А4 — посадка клубней картофеля ленточным способом (по технологии сдвоенного рядка) с расстоянием между рядками в ленте 0,5 м и междурядьем 1,1 м.

Необходимость закладки фактора В по плану полевого эксперимента имеет при малоинтенсивном дождевании картофеля по крайней мере две предпосылки, которые сводятся к следующему:

— первая определяется активным освоением точечных методов автоматизированного контроля влажности почвы по показаниям электрических датчиков или тензиометров. Метод чрезвычайно эффективен, но приборы для измерения влажности почвы имеют высокую стоимость, которая прямо пропорциональна количеству устанавливаемых датчиков. Это ставит задачу минимизации числа зон постоянного контроля влажности почвы;

— вторая основывается на теории отбора влаги корневой системой, которая связывает плотность размещения корней и координатную динамику иссушения почвы. Учитывая, что в рамках фактора А закладываются варианты с шириной междурядий до 1,1 м, задача дифференцированного учета влажности почвы в зоне размещения растений и в междурядьях, видится особенно актуальной.

Таким образом, задача, для решения которой по плану полевого эксперимента был заложен фактор В, определяется необходимостью оптимального размещения зон непрерывного контроля влажности почвы. Для решения этой задачи по плану полевого эксперимента были заложены следующие варианты:

— вариант В1 — устройство постоянных водобалансовых площадок по смешанному типу, в междурядьях и в зоне размещения растений (контроль);

— вариант В2 — устройство постоянных водобалансовых площадок в междурядьях;

— вариант В3 — устройство постоянных водобалансовых площадок в зоне размещения растений.

Закладка полевого эксперимента проводилась методом расщепленных делянок, где площадь делянок первого уровня (фактор А) в одной повторности составила 840 м², делянок второго уровня (фактор В) в одной повторности — 280 м², площадь единичной делянки, образованной сочетанием изучаемых факторов, — 280 м² (рис. 2.1). Площадь всей совокупности вариантов опыта в одной повторности составила 0,72 га, повторность опыта — четырехкратная. Принципы репрезентативности, единственного различия, единообразия, однородности почвенного покрова и истории опытного участка при закладке опыта были соблюдены в соответствии с требованиями общепринятой методики [31]. Рельеф и гидрологические условия по площади опытного участка были одинаковы. Тип формирования почвенного покрова опытного участка — автоморфный, сезонная динамика глубины залегания грунтовых вод составляет 8,5–12,0 м.

Программой исследований предусматривалась организация непрерывного мониторинга метеорологических условий на опытном участке, оценка водно-физических свойств и показателей актуального плодородия почвы, закладка постоянных водобалансовых площадок, организация регулярных измерений влажности почвы, определение водопотребления, проведение фенологических наблюдений с регистрацией основных фаз роста и развития картофеля, биометрических учетов вегетирующих растений, организация учета урожая с оценкой биохимического состава и качества клубней.

Отбор проб для определения ее физических и агрохимических свойств почвы проводили в 8-кратной повторности по диагонали опытного участка. Плотность твердой фазы почвы определяли в лаборатории пикнометрическим методом [99]. Предварительная подготовка почвенных образцов для определения плотности твердой фазы заключалась в его высушивании до абсолютно сухого состояния, растирании и просеивании через сито с диаметром 1 мм. Навеска почвы для пикнометра бралась равной 8–10 г.

Пробы почвы для определения ее плотности сложения брали специальным буром из почвенного разреза до глубины 0,5 м для каждого из горизонтов, мощностью 0,1 м [5]. Емкость бура, используемого для отбора проб почвы, 50 см³. Отобранные пробы с известным объемом почвы в ненарушенном состоянии высушивали в лабораторных условиях при температуре 105 °С до постоянного веса. Плотность сложения почвы определяли из соотношения:

,

2.1

где Мп — масса образца почвы, доведенного до абсолютно сухого состояния, г;

Vб — объем бура (50 см³).

Общую пористость почвы определяли по известным значениям плотности сложения и плотности твердой фазы почвы из соотношения [5]:

,

2.2

где ρт.ф. — плотность твердой фазы почвы, т/м³.

Определение наименьшей влагоемкости почвы проводили методом заливаемых площадок [99] в четырехкратной повторности. Для исключения испарения влаги с поверхности почвы после впитывания воды площадки укрывали полиэтиленовой пленкой. Отбор проб почвы на влажность начинали на 2-е сутки после заливки. Повторный отбор проб и последующий (при необходимости) проводили

Влажность устойчивого завядания растений принимали равной максимальной гигроскопичности почвы, увеличенной в полтора раза [23]. Определение максимальной гигроскопичности почвы проводилось в лабораторных условиях по методу А. В. Николаева путем насыщения образцов абсолютно сухой почвы парообразной водой атмосферы в среде сернокислого калия.

Для изучения актуального плодородия почвы на опытном участке опытами предусматривалось ежегодное определение содержания гумуса (методом, предложенным И. В. Тюриным), кислотности по горизонтам с использованием потенциометра, определение гидролизуемых форм азота (методом И. В. Тюрина и М. М. Кононовой), а также подвижных форм фосфора и калия по методу Б. П. Мачигина [48].

Мониторинг температуры и относительной влажности воздуха, объема поступления атмосферных осадков, скорости и направления ветра был организован непосредственно на опытном участке. Для этого использовали компактную метеостанцию «Oregon Scientific WMR300». Для измерения объема поступления атмосферных осадков и периодического контроля слоя осадков при малоинтенсивном дождевании использовали дождемеры Давитая [91].

Контроль влажности почвы для назначения очередных вегетационных поливов проводили на постоянных водобалансовых площадках, организованных в соответствии с программой полевого эксперимента. Повторность — четырехкратная, отбор проб проводили на глубину активного слоя почвы через 0,1 м. Для проведения водобалансовых исследований и экспериментального определения суммарного водопотребления контроль влажности почвы проводили дифференцированно, в междурядьях и в зоне размещения растений, до глубины 2,0 м. Содержание влаги в отобранных образцах почвы определяли на базе полевой лаборатории по ГОСТ 28268-89 [23].

Рис. 2.1. Схема полевого эксперимента через сутки. Исследования считали завершенным, если распределения влаги в почвенных горизонтах было одинаковым в двух последовательных измерениях.

Расчет суммарного водопотребления проводили по упрощенному водобалансовому уравнению [71]. Учитывали поступление атмосферных осадков (Qатм.), оросительную норму (М) и изменение запасов почвенной влаги (ΔW):

ETcrop = M + Qатм. + Δ W.

2.3

Динамику почвенных влагозапасов контролировали дифференцированно, в междурядье и в зоне размещения растений, а общее изменение запасов почвенной влаги принималось равным сумме изменений почвенных влагозапасов в рядке и междурядье.

Поливную норму определяли расчетным методом исходя из водно-физических свойств почвы, мощности увлажняемого горизонта и заданного диапазона регулирования влажности почвы [53]:

m = 100 · ρ · H · (βHB – βппв),

2.4

где H — мощность увлажняемого горизонта почвы, м;

βHB — весовая влажность почвы в состоянии наименьшей влагоемкости, %;

βппв — порог предполивной влажности почвы в весовых процентах.

Значения среднесуточного водопотребления и температурных коэффициентов испарения влаги определяли для каждой фазы роста и развития картофеля из отношения суммарного водопотребления посевов за период к продолжительности этого периода или сумме среднесуточных температур воздуха, накопленной за этот же период [90].

Эффективность использования воды на формирование урожая при спринклерном орошении картофеля оценивали по коэффициенту водопотребления, определяемого отношением суммарного водопотребления за вегетационный период культуры к общей продуктивности посевов [53, 73].

В состав работ по программе фенологических исследований входила регистрация дат наступления фаз роста и развития картофеля. В соответствии с требованиями общепринятых методик [31, 76, 89] за начало наступления очередной фенологической фазы принимали дату, когда признаки фазового развития проявлялись не менее чем у 10% растений. Полное вступление в фазу регистрировалось на дату, когда признаки фазового развития проявлялись не менее чем у 75% растений.

Параллельно с фенологическими наблюдениями контролировали плотность размещения растений для каждого варианта опыта. Для этого число растений на дату наступления каждой новой фазы подсчитывали на 1 п. м. в 5-кратной повторности [99].

Совокупность показателей, используемых для оценки фотосинтетической активности картофеля, включала пофазный учет массы сырого и сухого органического вещества, накапливаемого растениями, учет площади и динамики развития листового аппарата, расчет фотосинтетического потенциала и определение значения продуктивности фотосинтеза.

Учет массы сырого и сухого органического вещества проводили ежедекадно, а также на даты наступления основных фаз роста и развития картофеля по 16 модельным растениям [100]. В период закладки и формирования клубней их вес также учитывался при определении массы органического вещества, накопленного растениями. Для этого определяли биологический урожай клубней и проводили их биохимический анализ с последующим расчетом накопленной массы сухого вещества. Вес материнского клубня при этом не учитывали. Вегетативную часть растений сушили в специально выделенном сухом помещении без доступа прямой солнечной радиации [76]. По результатам учетов для каждой фазы роста и развития картофеля определяли: 1) массу сухого вещества, накопленную картофелем в пересчете на 1 га посевной площади; 2) прирост сухой биомассы за межфазный период.

Площадь листового аппарата определяли сразу после отбора растительных образцов путем полного съема листьев с 8 модельных растений в условиях полевой лаборатории. Экспресс-оценка площади листьев в собранных образцах проводилась методом высечек [76]. Пересчет площади листьев картофеля на 1 га посевной площади проводили с учетом густоты стояния растений. Используя пофазные значения площади листового аппарата, определяли величину фотосинтетического потенциала картофеля, для чего использовали формулу приближенного вычисления:

,

2.5

где Sк.ф. — площадь листьев на конец фазового периода, тыс. м²/га; 

Sн.ф. — площадь листьев на начало фазового периода, тыс. м²/га;

N — число дней в периоде, сут.

Значения чистой продуктивности фотосинтеза картофеля для каждого варианта опыта определяли расчетным методом [86, 100]:

,

2.6

где М₂ и М₁ — масса вещества в абсолютно сухом состоянии, накопленного картофелем за расчетный период, т/га;

Пф — фотосинтетический потенциал картофеля за этот же период, тыс. м² дн./га.

Учет урожая клубней картофеля проводили сплошным методом [31]. Уборка урожая сопровождалась калибровкой клубней картофеля по фракциям с учетом как общего веса клубней, так и веса клубней в каждой фракции. Параллельно были сформированы пробы для учета биохимического состава клубней с целью оценки их качества.

Все данные, полученные в результате физических измерений, учетов или наблюдений обрабатывались методом дисперсионного анализа [32, 118]. Для оценки формы и степени зависимостей между показателями использовали методы корреляционного и регрессионного анализа [31, 109].

Оценка экономической эффективности малоинтенсивного дождевания картофеля в зависимости от способа посадки семенных клубней и размещения зон непрерывного контроля влажности почвы проводилась с учетом требований методики оценки инвестиционных проектов [11].

2.2. Место и условия проведения исследований

Полевые исследования в соответствии с утвержденной программой проводились в 2012–2014 гг. на базе КФХ «Садко» Дубовского района Волгоградской области. Территория опытного участка расположена в зоне распространения светло-каштановых почв региона Нижней Волги. В границах фермерского хозяйства получили распространения тяжело- и среднесуглинистые почвы. Опыты проводились на почвах со среднесуглинистым гранулометрическим составом (рис. 2.2–2.3), наиболее типичным для региона исследований. Общее содержание частиц почвы менее 0,01 м (физическая глина) изменялось 35,3 до 38,9%, причем большую фракцию занимали частицы размером 0,005–0,01 мм.

Рис. 2.2. Диаграмма распределения частиц почвы менее 0,01 мм

Среди частиц больше 0,01 мм (физический песок) большую часть занимали частицы размером 0,05-0,25 мм. На приведенных диаграммах распределения частиц почвы по фракциям прослеживается тенденция к увеличению дисперсности почвы с увеличением глубины горизонта отбора проб.

Показатели, характеризующие водно-физические свойства почвы опытного участка, имеют распределение, типичное для светло-каштановых почв региона (табл. 2.1). Плотность сложения твердой фазы составляет 2,50–2,54 т/м³, со слабой динамикой увеличения по глубине изучаемого слоя. Плотность сложения почвы в ненарушенном состоянии изменяется от 1,21 до 1,25 т/м³ в пахотном слое и увеличивается до 1,27–1,29 т/м³ — в подпахотных горизонтах.

Рис. 2.3. Диаграмма распределения частиц почвы более 0,01 мм

Общая пористость почвы в пахотном слое достигает 50,4–51,8%, а максимальное содержание влаги, удерживаемой почвой без интенсивной инфильтрации в нижние горизонты, не превышает 22,1–22,5% от веса в абсолютно-сухом состоянии. В подпахотных горизонтах значения максимального содержания почвенной влаги, характеризующие наименьшую влагоемкость почвы, снижались, в среднем, на 0,4–0,6%. Этот слабый тренд обусловлен, преимущественно, снижением содержания органического вещества в подпахотных горизонтах почвы при относительно небольшой вариации гранулометрического состава.

Максимальная гигроскопичность почвенных образцов, отобранных по горизонтам до 0,5 м, изменялась в пределах 7,9–8,3% от веса абсолютно-сухой почвы. Это значит, что теоретические значения влажности устойчивого завядания растений для данного типа почв близки к 55% от наименьшей влагоемкости.

Содержание гумуса в пахотном слое почвы не превышает 1,6–1,8% (табл. 2.2), а с глубины 0,3 м — быстро снижается до 0,6–0,9%. Гидролизуемых форм азота больше всего, 21,3–27,9 мг/кг, также находится в пахотных горизонтах. Однако и по этим значениям почвы опытного участка можно отнести к группировке почв с низким содержанием доступных форм азота [145].

Таблица 2.1

Результаты анализа водно-физических свойств почвы

Горизонт

Плотность твердой фазы почвы, т/м³

Плотность сложения почвы, т/м³

Общая пористость, %

Содержание влаги в состоянии наименьшей влагоемкости, в весовых процентах

Максимальная гигроскопичность, в весовых процентах

0–0,1 м (I)

2,51

1,21

51,8

22,5

8,3

0,1–0,2 м (II)

2,50

1,23

50,8

22,3

8,1

0,2–0,3 м (III)

2,52

1,25

50,4

22,1

8,0

0,3–0,4 м (IV)

2,52

1,27

49,6

21,9

8,0

0,4–0,5 м (V)

2,54

1,29

49,2

21,7

7,9

Таблица 2.2

Результаты анализа агрохимических свойств почвы

Горизонт

Содержание гумуса, %

Содержание гидролизуемого азота, мг/кг веса почвы в абсолютно сухом состоянии

Содержание

доступных форм

рН водной вытяжки

Емкость поглощения почвы по горизонтам, мг-экв.

фосфора, мг/кг веса почвы в абсолютно сухом состоянии

калия, мг/кг веса почвы в абсолютно сухом состоянии

0–0,1 м (I)

1,8

27,9

24,3

341

6,6

26,2

0,1–0,2 м (II)

1,8

27,7

24,7

323

6,8

26,2

0,2–0,3 м (III)

1,6

21,3

24,1

329

6,7

25,9

0,3–0,4 м (IV)

0,9

11,8

21,2

294

7

24,7

0,4–0,5 м (V)

0,6

6,7

17,3

270

7,1

24,3

Содержание подвижных форм фосфатов в пахотном слое почвы достигает 24,1–24,7 мг/кг почвы. Содержание обменного калия в почвах опытного участка высокое и достигает 270–241 мг/кг почвы. Это типично для светло-каштановых почв, получивших распространение в регионе проведения исследований.

Почвенная среда на опытном участке близка к нейтральной; рН водной вытяжки находится в пределах 6,6–7,1, что благоприятно для возделывания большинства сельскохозяйственных культур. Емкость поглощения почвы в пределах пахотного горизонта не превышает 25,9–26,2 мг-экв.

Таким образом, по совокупности показателей, характеризующих гранулометрический состав, водно-физические и агрохимические свойства, почвенный покров опытного участка типичен для зоны распространения светло-каштановых почв Нижневолжского региона.

Территория региона исследований относится к южным регионам Российской Федерации и располагается в нижнем течении р. Волга. С точки зрения административного устройства территория региона Нижней Волги включает Астраханскую и Волгоградскую область и республику Калмыкия, а общая площадь территории составляет свыше 23 млн га. Более 80% рассматриваемой территории региона приходится на сельскохозяйственные угодья, однако сельскохозяйственное производство находится в сложных агроклиматических условиях в силу резкой континентальности климата и острого дефицита естественной влагообеспеченности [55]. Наибольшей естественной влагообеспеченостью (250–400 мм атмосферных осадков за теплый период года) в границах региона характеризуются северо-западные районы Волгоградской области в зоне распространения черноземных почв [1]. В зоне распространения светло-каштановых почв Волгоградской области количество атмосферных осадков за теплый период года снижается до 175 мм, в республике Калмыкия — не превышает 100–150 мм, а в Астраханской области изменяется от 160 до 80 мм. Возделывание картофеля без орошения в таких условиях невозможно.

С другой стороны, обеспеченность региона теплом достаточно высока. Сумма среднесуточных температур воздуха выше 10 °С за теплый период года достигает 2750–3600 °С, что обеспечивает возможность возделывания даже самых теплолюбивых однолетних культур [55]. Однако температурный максимум, который для рассматриваемой территории достигает 39–45 °С, отрицательно сказывается на продуктивности картофеля.

Результаты агрометеорологических наблюдений в годы проведения исследования приведены в табл. 2.3, а их анализ в многолетнем разрезе — на рис. 2.4.

Таблица 2.3

Агрометеорологическая характеристика периода проведения полевого эксперимента

Месяц

Декада

Год исследований

2012

2013

2014

Температура воздуха, °С

Относительная влажность воздуха, %

Атмосферные осадки, мм

Температура воздуха, °С

Относительная влажность воздуха, %

Атмосферные осадки, мм

Температура воздуха, °С

Относительная влажность воздуха, %

Атмосферные осадки, мм

Апрель

1

10,6

68,5

4,7

9,1

69,8

6,6

3,6

67,0

12,0

2

16,0

65,2

0,0

9,3

46,8

1,1

9,9

57,6

2,5

3

17,5

53,7

0,8

12,3

58,5

33,0

12,3

49,4

0,2

Сумма

442,0

–

5,5

306,9

–

40,7

257,9

–

14,7

Среднее

14,7

62,5

–

10,2

58,4

–

8,6

58,0

–

Среднемноголетнее

7,5

72,2

20,0

7,5

72,2

20,0

7,5

72,2

20,0

Май

1

18,7

33,8

0,3

18,2

44,1

2,0

14,0

69,8

24,5

2

22,1

31,3

0,0

22,0

31,8

0,3

22,8

44,7

0,0

3

19,4

52,5

12,7

21,7

49,7

22,9

22,6

38,9

0,0

Сумма

620,6

–

13,0

640,2

–

25,2

617,0

–

24,5

Среднее

20,0

39,2

–

20,7

41,9

–

19,9

51,1

–

Среднемноголетнее

17,0

53,0

27,0

17,0

53,0

27,0

17,0

53,0

27,0

Июнь

1

22,6

45,6

3,0

20,0

53,2

19,3

24,1

28,9

1,8

2

27,0

37,5

11,2

24,3

42,3

24,9

19,1

50,8

6,9

3

24,1

41,1

3,4

22,2

57,8

69,0

19,8

49,5

12,0

Сумма

737,8

–

17,6

665,4

–

113,2

629,1

–

20,7

Среднее

24,6

41,4

–

22,2

51,1

–

21,0

43,1

–

Среднемноголетнее

21,4

50,0

40,0

21,4

50,0

40,0

21,4

50,0

40,0

Июль

1

24,4

45,0

24,2

24,9

39,4

0,0

23,8

45,2

1,6

2

24,4

52,2

8,4

23,7

46,0

13,0

25,6

27,6

0,0

3

26,4

34,3

0,0

20,4

58,5

15,2

23,7

32,9

0,8

Сумма

778,1

–

32,6

710,1

–

28,2

755,1

–

2,4

Среднее

25,1

43,8

–

22,9

48,0

–

24,4

35,2

–

Среднемноголетнее

24,2

53,0

33,0

24,2

53,0

33,0

24,2

53,0

33,0

Рис. 2.4. Результаты оценки обеспеченности метеоресурсов в годы проведения исследований (для периода с 11.04 по 21.07)

Поступление тепла в 2012 г. началось рано, уже в первой декаде апреля среднесуточная температура воздуха составляла 10,6 °С, а во второй декаде — достигла 16,0 °С. За весь апрель было накоплено 442,0 °С среднесуточных температур воздуха, что почти вдвое больше климатической нормы. Средняя месячная температура апреля в 2013 г. составила 10,2 °С, что на 2,7 °С больше среднемноголетнего. Даже в 2014 г. с самой холодной за весь период исследований весной, средняя месячная температура воздуха составила 8,6 °С, что на 1,1 °С больше среднемноголетнего уровня. В то же время относительная влажность воздуха в апреле во все годы исследований была ниже климатической нормы и изменялась от 58,0% в 2014 г. до 62,5% в 2012 г. По поступлению атмосферных осадков в этот период годы исследований существенно различались. Например, в 2012 г. за апрель на опытное поле поступило не более 5,5 мм атмосферных осадков, что в четыре раза меньше среднемноголетнего объема. В 2013 г., напротив, за апрель поступило 40,7 мм осадков, что вдвое больше климатической нормы. В 2014 г. за апрель поступило 14,7 мм осадков, что лишь немного меньше среднемноголетнего уровня.

В целом, агрометеорологические условия в ранневесенний период складывались благоприятно для посадки картофеля. В 2012 г. погодные условия позволили приступить к посадке картофеля в самом начале второй декаде апреля. В 2013 и 2014 гг., с более затяжной и холодной весной, посадка картофеля проводилась в конце второй — начале третьей декаде апреля.

Поступление тепла в мае во все годы исследований продолжало оставаться выше климатической нормы на 2,9–3,7 °С. В 2012 г. в этот период существенно снижалась относительная влажность воздуха, в отдельные дни — ниже 30%. Для картофеля это явление отрицательно сказывается на динамике развития. Сумма атмосферных осадков за май в 2012 г. составила 13,0 мм, что вдвое ниже среднемноголетнего уровня. В 2013 и 2014 гг. погодные условия мая складывались более благоприятно для картофеля: поступление осадков увеличилось почти до среднемноголетней нормы, а относительная влажность воздуха выросла до 41,9–51,1%.

Июнь в 2012 и 2013 гг. был более обеспечен теплом в сравнении с климатической нормой, а в 2014 г. — практически сравнялся с ней. Относительная влажность воздуха изменялась от 41,4% в 2012 г. до 51,1% в 2013 г., что ниже биологически обоснованной нормы. Поступление осадков в этом месяце в 2012 г. было наименьшим, — 17,6 мм (при климатической норме 40,0 мм), в 2013 г. — почти втрое раза выше климатической нормы (113,2 мм), а в 2014 г. — не превышало 20,7 мм.

В июле климатическая норма по теплу была немного превышена только в 2012 г. (на 0,9 °С). В 2013 г. среднесуточная температура июля составила 22,9 °С, что на 1,3 °С меньше среднемноголетнего уровня. Для картофеля, учитывая, что он плохо переносит жару, это следует считать благоприятным явлением.

В сумме за вегетационный период все годы проведения полевого эксперимента оказались более обеспечены теплом, чем в среднемноголетнем разрезе. Обеспеченность накопления таких сумм среднесуточных температур воздуха в регионе обеспечивается с вероятностью не более 21,6%. По поступлению атмосферных осадков ситуация сложилась менее однозначно. В 2012 и 2014 гг. осадков поступило существенно ниже климатической нормы, обеспеченность этого явления в регионе составляет 76–88%. В 2013 г. за период вегетации картофеля поступило 185,5 мм осадков, что характеризует его как очень влажный. Обеспеченность такого явления в регионе исследований — не более 18,5%. В целом, сложившиеся погодные условия, включая разброс значений показателей по годам исследований, типичны для региона исследований.

2.3. Агротехника картофеля в опытных посадках

Агротехника картофеля, применяемая при проведении полевого эксперимента, разрабатывалась на основе зональных агротехнологических комплексов для капельного орошения и орошения дождевальной техникой. При разработке агротехники учитывались биологические особенности культуры, преимущества зональных систем земледелия и состав сложившейся в регионе системы машин для возделывания картофеля.

Система подготовки почвы в опытах включала комплекс мероприятий по основной обработке почвы и весенней, в том числе предпосадочной, подготовке. Лущение стерни проводилось сразу после уборки предшествующей культуры, — лука репчатого, на глубину 0,1 м. Это позволяет закрыть почвенную влагу, предотвратить чрезмерное иссушение почвы и исключает необходимость проведения технологического полива перед вспашкой. Кроме того, зяблевая вспашка после лущения позволяет создать мелкокомковатую, агротехнически ценную структуру почвы.

Вспашка зяби проводилась навесным плугом ПН-4-35 в агрегате с трактором ДТ-75 на глубину гумусового горизонта (0,27 м). При назначении сроков проведения зяблевой вспашки ориентировались на появление массовых всходов сорняков после лущения стерни предшественника.

Весной подготовку почвы начинали с проведения покровного боронования скоростными зубовыми боронами БЗСС-1,0 в агрегате со сцепкой и трактором ДТ-75. Выполнение последующих операций согласовывалось с метеорологическими условиями в годы проведения исследований.

Фрезерование почвы проводили одновременно с поделкой гребневого профиля поверхности почвы и внесением комплекса минеральных удобрений, включая азот, фосфор и калий. Весь комплекс мероприятий проводили агрегатом RSF-2000 + трактор МТЗ-82 непосредственно перед посадкой картофеля. Минимизация разрыва сроков между фрезерной обработкой почвы и посадкой необходима, чтобы сорняки в последующем не обгоняли в своем развитии культурные растения. Это, в свою очередь, позволяет снизить применение гербицидов на участке.

Если продолжительность периода от проведения боронования до начала посадки картофеля достаточно велика и сопровождается развитием сорной растительности, необходимо проведение промежуточных сплошных культиваций на глубину 0,10–0,12 м. На опытном участке такие условия сложились в 2014 г., когда и была проведена сплошная культивация агрегатом, включающим два культиватора КПС-4, сцепку и трактор ДТ-75.

На участке, где в соответствии с программой эксперимента посадка картофеля проводилась в гребень, — поделка гребней осуществлялась через 0,7 м. На участке, где в соответствии с программой эксперимента посадка картофеля проводилась сдвоенный рядок, — нарезали по три гребня через 0,5 м, с последующей раскладкой посадочного материала и формированием сдвоенного рядка (рис. 2.5).

Рис. 2.5. Раскладка посадочного материала при формировании сдвоенного рядка по формуле 0,5×0,9

Сроки посадки картофеля в опытах определялись погодными условиями и динамикой прогревания активного слоя почвы. При достижении температуры почвы в слое 0,1–0,15 м не менее 10–12 °С приступали к посадке. Густота растений картофеля на опытном участке определялась способом посадки. В рядке клубни картофеля раскладывали через 0,25 м в соответствии с рекомендациями для раннего картофеля [74]. Подготовка посадочного материала заключалась в проращивании клубней с формированием ростков не более 0,5–1,0 см. Проращивание проводили на открытых площадках (в пленочных теплицах) в течение 12–15 суток (рис. 2.6).

Рис. 2.6. Проращивание посадочного материала в пленочных теплицах

Поливы в опытах проводили при снижении влажности активного слоя почвы до 70% НВ поливной нормой 420 м³/га (от посадки до начала фазы бутонизации) и 80% НВ — поливной нормой 280 м³/га (весь оставшийся период вегетации). Мощность активного слоя почвы была принята равной 0,5 м [6, 19, 139]. За 1,5 недели до уборки поливы картофеля прекращали, что способствует созреванию клубней и формированию более качественной товарной продукции. Для проведения поливов использовали стационарную систему дождевания на основе дождевальных аппаратов спринклерного типа. Расстановка дождевальных аппаратов осуществлялась через 12 м. Производительность дождевальных аппаратов, используемых для полива опытных посадок, — 500 л/час, что при принятой схеме расстановки дождевателей обеспечивает за час подачу около 35 м³/га. Дождевание низкоинтенсивное, что позволяет избежать формирования луж и поверхностного стока. Раскладку поливных трубопроводов осуществляли после посадки картофеля.

Минеральные удобрения вносили дифференцированно, при формировании гребней и после массовых всходов с подкормками. Общая доза минеральных удобрений, N₂₂₀P₂₁₀K₂₇₀, рассчитывалась на формирование урожайности клубней на уровне 50 т/га. При подготовке участка к посадке клубней в гребень закладывали 400 кг/га азофоски с содержание азота, фосфора и калия соответственно 13, 19 и 19%, 200 кг/га двойного суперфосфата с содержанием 43% фосфора и 200 кг/га калимага с содержанием 47% калия. По отношению к расчетной дозе удобрений в гребень было заложено 23% азота, 77% фосфора и 63% калия. Оставшуюся часть удобрений вносили с поливной водой в форме аммиачной селитры, калийной селитры и двойного суперфосфата.

Система защиты растений помимо агротехнических приемов включала комплекс агрохимических мероприятий. Для подавления однолетних двудольных и злаковой сорной растительности по вегетирующим посадкам картофеля променяли баковую смесь гербицидов «Титус» 25% и «Тренд» 90% нормой соответственно 0,05 и 0,2 кг/га. Опрыскивание проводили по мере необходимости при высоте растений картофеля не более 0,2 м. Для борьбы с вредителями использовали инсектицид «Актара» 25%, который нормой 0,08 л/га вносили в почву при формировании гребней и такой же нормой дважды опрыскивали посадки в период активной вегетации. Позднее, чем за 20 дней до уборки, обработки картофеля инсектицидами не проводили. Клубни перед посадкой обрабатывали препаратом «Фитоспорин–М» нормой 0,5 л/т, что позволило избежать распространения болезней на опытных делянках.

3. Особенности формирования водного режима почвы при м алоинтенсивном дождевании картофеля

3.1. Поливной режим раннего картофеля

Фактический поливной режим картофеля в опытах был направлен на поддержание водного режима активного слоя почвы в заданном диапазоне в строгом соответствии с программой эксперимента. Мощность расчетного слоя почвы, для которого поливами должно обеспечиваться регулирование водного режима, была принята равной 0,5 м [6, 19, 139]. Порог предполивной влажности почвы в соответствии с программой эксперимента до вступления в фазу бутонизации не менее 10% растений картофеля поддерживали на уровне 70% НВ, а в последующие периоды, до начала периода отмирания ботвы, — на уровне 80% НВ. Диапазон поддержания водного режима почвы в первый из указанных периодов составил, соответственно, 70–100% НВ, а во второй — 80–100% НВ. Поливы назначали по данным физических измерений на постоянных водобалансовых площадках, организованных в соответствии с планом исследований.

Система малоинтенсивного дождевания на опытном участке была смонтирована с дополнительной установкой контрольно-запорной арматуры, позволяющей проводить индивидуальные поливы для каждого варианта опыта. Организация контроля влажности почвы на каждой делянке опытного участка в совокупности с особенностями смонтированной системы позволила формировать индивидуальный режим орошения на каждом отдельном варианте.

Опыты подтвердили, что потребность в орошении картофеля в регионе существует всегда, но объем оросительных мелиораций, необходимый для поддержания оптимального водного режима почвы, существенно зависит от складывающихся погодных условий.

В табл. 3.1–3.3 приведены сведения о числе проведенных поливов для всего 3-летнего периода исследований, дифференцированно по каждой фазе роста и развития. Из приведенных данных видно, что даже в рамках трехлетнего периода исследований число поливов, необходимых для поддержания заданного уровня предполивной влажности почвы, изменялось по годам от 3 до 9, или в три раза. Потребность в оросительных мелиорациях тесно связана с естественной влагообеспеченностью территории в рассматриваемые сроки. Например, в 2013 г., при поступлении за вегетационный период картофеля 171–182 мм осадков, для поддержания порога предполивной влажности почвы на уровне 70–80% НВ потребовалось 3–5 поливов с оросительной нормой 980–1540 м³/га (табл. 3.2). В 2012 и 2014 годах поступление атмосферных осадков за вегетационный период картофеля ограничилось 31–51 мм; соответственно, для поддержания заданного порога предполивной влажности почвы потребовалось проведение до 9 поливов с оросительной нормой 2240–2940 м³/га.

Таблица 3.1

Фактическое число поливов картофеля при малоинтенсивном дождевании, 2012 г.

Способ посадки

Вариант контроля влажности почвы

Период роста и развития

Оросительная норма, м³/га

Посадка – всходы

Всходы — начало бутонизации

Начало
бутонизации — цветение

Цветение — начало отмирания ботвы

Посадка — начало отмирания ботвы

Контроль (посадка в гребень через 0,7 м)

В1 (смешанный тип)

1

2

1

4

8

2660

В2 (в междурядье)

1

2

1

4

8

2660

В3 (в рядке)

1

2

1

4

8

2660

Посадка в сдвоенный рядок по формуле 0,5×0,7 м

В1 (смешанный тип)

1

2

1

4

8

2660

В2 (в междурядье)

1

2

1

4

8

2660

В3 (в рядке)

1

2

1

4

8

2660

Посадка в сдвоенный рядок по формуле 0,5×0,9 м

В1 (смешанный тип)

1

2

1

4

8

2660

В2 (в междурядье)

1

2

1

3

7

2380

В3 (в рядке)

1

2

1

5

9

2940

Посадка в сдвоенный рядок по формуле 0,5×1,1 м

В1 (смешанный тип)

1

2

1

4

8

2660

В2 (в междурядье)

1

2

1

3

7

2380

В3 (в рядке)

1

2

1

5

9

2940

Таблица 3.2

Фактическое число поливов картофеля при малоинтенсивном дождевании, 2013 г.

Способ посадки

Вариант контроля влажности почвы

Период роста и развития

Оросительная норма, м³/га

Посадка — всходы

Всходы — начало бутонизации

Начало
бутонизации — цветение

Цветение — начало отмирания ботвы

Посадка — начало отмирания ботвы

Контроль (посадка в гребень через 0,7 м)

В1 (смешанный тип)

0

1

1

2

4

1260

В2 (в междурядье)

0

1

1

2

4

1260

В3 (в рядке)

0

1

1

2

4

1260

Посадка в сдвоенный рядок по формуле 0,5×0,7 м

В1 (смешанный тип)

0

1

1

2

4

1260

В2 (в междурядье)

0

1

1

2

4

1260

В3 (в рядке)

0

1

1

2

4

1260

Посадка в сдвоенный рядок по формуле 0,5×0,9 м

В1 (смешанный тип)

0

1

1

2

4

1260

В2 (в междурядье)

0

1

1

1

3

980

В3 (в рядке)

0

1

1

3

5

1540

Посадка в сдвоенный рядок по формуле 0,5×1,1 м

В1 (смешанный тип)

0

1

1

2

4

1260

В2 (в междурядье)

0

1

1

1

3

980

В3 (в рядке)

0

1

1

3

5

1540

Таблица 3.3

Фактическое число поливов картофеля при малоинтенсивном дождевании, 2014 г.

Способ посадки

Вариант контроля влажности почвы

Период роста и развития

Оросительная норма, м³/га

Посадка — всходы

Всходы — начало бутонизации

Начало бутонизации — цветение

Цветение — начало отмирания ботвы

Посадка — начало отмирания ботвы

Контроль (посадка в гребень через 0,7 м)

В1 (смешанный тип)

0

2

2

4

8

2520

В2 (в междурядье)

0

2

2

4

8

2520

В3 (в рядке)

0

2

2

4

8

2520

Посадка в сдвоенный рядок по формуле 0,5×0,7 м

В1 (смешанный тип)

0

2

2

4

8

2520

В2 (в междурядье)