CC BY
27УДК 634.11:0.01
Д. Л. Обумахов (ФГБОУ ВПО «НГМА»)
РАСЧЕТНЫЙ МЕТОД ОПРЕДЕЛЕНИЯ ГЕОМЕТРИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ КОРНЕВОЙ СИСТЕМЫ ЯБЛОНИ ДЛЯ ОБОСНОВАНИЯ СПОСОБОВ ПОЛИВА
Целью данного исследования является разработка методики определения и (или) прогнозирования геометрических параметров корневой системы яблоневых растений, которая может быть использована при разработке проектов капельного орошения плодоносящих садов. Зная геометрические размеры основной части корневой системы, можно определить зону локального орошения и внесения удобрений для яблоневых растений. Для систем капельного орошения полученные данные могут послужить обоснованием размещения капельниц в подкроновом пространстве растения и их количества. Разработанная методика представлена виде алгоритма расчета таких параметров, как глубина расположения основной части корневой системы яблони в горизонте почвы, средний радиус (диаметр) корневой системы яблоневого растения, плановая удаленность от штамба растения границы зоны расположения основной части корней корневой системы по трем замерным параметрам: количеству корней, протяженности корней и весу корней, площадь горизонтальной проекции зоны расположения основной части корневой системы на плоскость поверхности земли, объем почвенного пространства, в пределах которого располагается основная часть горизонтальных и вертикальных корней яблоневого растения. Итоги расчетов представляются в виде площадных и объемных геометрических характеристик. Сопоставление расчетных и опытных данных по определению удаленности корней яблони от штамба показало, что отклонение от опытного значения составляет для условий Московской области 0,30-16,3 %, Сумской области - 5,14-5,87 %, Крыма - 8,30-12,50 %, Краснодарского края - 2,80-6,00 %, Ростовской области - 0,80-4,33 %.
Ключевые слова: корни, корневая система, глубина расположения корней, удаленность корней, площадь питания растения, количество корней, протяженность корней, вес корней, локальное орошение, яблоневый сад.
D. L. Obumakhov (FSBEE HPE "NSMA")
TECHNIQUE FOR CALCULATING GEOMETRIC PARAMETERS OF AN APPLE TREE ROOT SYSTEM FOR IRRIGATION METHOD SUBSTANTIATION
The objective of the research is to develop a technique for determine and (or) prediction of geometric parameters of an apple tree root system. This technique can be used in design of drip irrigation for fructified orchards. Knowing the geometric dimensions of the main part of root system, zone of local irrigation and fertilizer applying can be determined. While design drip irrigation system the data obtained may be used to substantiate the layout of drip emitters in the under-crown space and their quantity. The developed technique is presented as a calculation algorithm of such parameters as the depth of the location of the main part of an apple tree root system in soil, mean radius (diameter) of an apple tree root system, planned space of the boundary of the location zone of the main part of an apple tree root system from a tree bole by three measurements: number of roots, length of roots, and weight of roots, the area of a horizontal plane of the location zone of the main part of a root system at ground sur-
face, the volume of soil occupied by the main part of horizontal and vertical roots. The calculation results are presented as area and volume geometric characteristics. Comparison of calculated and experiment data on determine the space of roots from a tree bole has shown that the difference between calculated and experiment data were 0.30-16.3 % for Moscow region, 5.14-5.87 % for Sumy region, 8.30-12.50 for Crimea, 2.80-6.00 % for Krasnodar territory, and 0.80-4.33 % for Rostov region.
Keywords: roots, root system, root depth, space of roots, plant nutrition area, number of roots, length of roots, weight of roots, local irrigation, apple orchard.
В соответствии с современными представлениями о локальном (капельном или внутрипочвенном) орошении и локальной фертигации садовых древесных насаждений поливную воду и растворенные в ней удобрения необходимо подавать в корнеосвоенное почвенное пространство, в пределах которого сосредоточивается основная часть корневой системы растения. Подлежащее искусственному увлажнению и искусственному насыщению элементами питания (удобрениями) почвенное пространство характеризуется такими геометрическими показателями корневых систем яблоневых растений, как расчетная глубина расположения основной части корней корневой системы в почвогрунтовую толщу (^ко/ч), расчетная плановая удаленность от штамба растения границы зоны расположения основной части корней корневой системы (R^), площадь горизонтальной проекции зоны расположения основной части корневой системы на плоскость поверхности земли (юко/ч), объем почвенного пространства, в пределах которого располагается основная часть горизонтальных и вертикальных корней яблоневого растения (^ко/ч). Схема определяемых геометрических параметров корневых систем яблоневых растений приведена на рисунке 1.
Под термином «основная часть корней» предлагается понимать количество, вес и (или) протяженность корней на уровне 80 % этих показателей по всей корневой системе или ее части, сосредоточенной в определенном (измеряемом) пространстве (глубине проникновения корней в почвог-рунтовую толщу или удаленности корней от штамба).
Разрез (вертикальная проекция) План (горизонтальная проекция)
Рисунок 1 - Схема к определению геометрических параметров основной части корневых систем яблоневых растений
Отметим, что вопросам изучения геометрических размеров корневых систем древесных растений в связи с организацией их орошения и ферти-гации посвящено значительное количество научно-исследовательских работ, среди которых фундаментальные труды М. И. Калинина, А. И. Касья-ненко, В. А. Колесникова и ряда других ученых-корневедов [1-6]. Но при этом необходимая для гидромелиоративной практики методика определения геометрических параметров корневых систем яблони отсутствует, что и предопределило актуальность ее разработки.
Предлагаемая методика определения и (или) прогнозирования геометрических параметров корневой системы яблоневых растений предусматривает сбор исходной информации о растении и природно-климатических условиях его произрастания. При биотехническом обосновании проекта капельного орошения зрелого плодоносящего яблоневого растения исходная информация включает нижеприведенные данные:
- характеристику природно-климатической зоны произрастания яблоневого растения (показатели естественного увлажнения, температурный режим);
- данные о почвогрунтовой толще (почвенном покрове), включающие сведения о типе почв, мощности почвенного слоя, уровнях стояния грунтовых вод, данные об основных физико-химических показателях почвы;
- сведения о сорте корнесобственного яблоневого растения, сорте привоя и виде подвоя (их рослости), высоте древостоя, средний диаметр кроны, соответствующий определенному возрасту растения, возраст растения, возраст вступления яблони в начальное и полное плодоношение.
Исходная информация устанавливается по имеющимся справочным материалам и (или) по результатам опытных измерений на участке произрастания растения, где проектируется система капельного орошения.
Собственно методика определения основных геометрических параметров корневых систем яблоневого растения предусматривает выполнение ряда расчетных операций по приведенному ниже алгоритму.
1 Определяется глубина расположения основной части корневой системы растения яблони в горизонте почвы (Ико/ч) по зависимости:
h . = И ко/ч -а /1 )015 -П , -П -К , ,
к,о/ч ' V пл / п/у р к/у ?
где И к,о/ч - осредненное значение заглубленности основной части корневой системы яблони, установленное по всему банку экспериментальных данных при средних значениях всех факторов влияния, И к,оч = 0,6 м;
? - возраст яблоневого растения, годы;
tшl - возраст вступления яблони в стадию устойчивого плодоношения, годы;
Пп/у - параметр, определяющий влияние почвенных условий на рост и
развитие корневых систем, принимаемый по соответствующим значениям К , , и К ,.:
п/у,1 п/у,2
Пп/у = Кп/уД - Кп/у,2 = (1,10 ± 0,34), где Кп/у1 - экспериментально установленный коэффициент, характеризующий мощность и плодородность почвенного слоя, принимаемый в пре-
делах от 0,9 до 0,95 для маломощных и низкоплодородных (но приемлемых для культивирования яблони) почв, равным 1,0-1,05 для среднемощ-ных и среднеплодородных почв и равным 1,1-1,15 для мощных и высокоплодородных почв;
Кп/у2 - коэффициент, характеризующий влияние типа и гранулометрических показателей почвогрунтовой корнеобитаемой толщи на глубину расположения основной части корней и принимаемый в экспериментально установленных пределах: от 1,2 до 1,25 - для лесостепных почв, от 1,1 до 1,2 - для черноземных почв, от 1,0 до 1,05 - для каштановых и бурых почв, от 0,9 до 1,0 - для дерново-подзолистых почв и от 0,85 до 0,90 - для серых почв (при этом верхние пределы значений Кп/у2 соответствуют легким,
а нижние - более тяжелым по гранулометрическому составу почвам);
Пр - параметр рослости растения, характеризующий влияние рослости
корнесобственных и привойно-подвойных яблонь на глубину расположения ее корневой системы и принимаемый по соответствующим значениям К и К :
пр под
Пр = Кпр - Кпод = (0,67-1,38) или (1,02±0,36),
где Кпр - коэффициент, характеризующий рослость прививаемого сорта
яблони и принимаемый равным 0,9; 1,0 и 1,1 для низко-, слабо-, средне-рослых, высокорослых и сильнорослых сортов соответственно;
Кпод - коэффициент рослости подвоя, принимаемый для низко- и слаборослых видов равным 0,75-0,90 (в зависимости от степени рослости - карликовости), для среднерослых - 0,95-1,05 и для сильнорослых - 1,10-1,25;
Кк/у - коэффициент климатических условий роста растений, принимаемый для сухой (степной, полупустынной - аридной) природно-климатической зоны равным 1,05-1,15, а в условиях регулярного орошения растений - 1,20-1,30, для условий умеренного гидротермического клима-
тического режима - 1,0±0,05 и для гумидной природно-климатической зоны - 0,90-0,95.
2 Определяется средний радиус (диаметр) корневой системы яблоневого растения с использованием двух нижеприведенных зависимостей:
R
0,1
R
+
кр \ пл у
2h
0,1
.о/ч
Н
t -1
V t +1 .
пл
15h
о/ч
Н
+
Г тл \
П , • П -
пр/у р
в
0,4 Л
V Н У
(1)
где hко/ч - глубина основного почвокорневого слоя, в пределах которого сосредоточивается 80 % корней растения (глубина расположения корней), м; Н - высота надземной части дерева, м;
Ппр/у - обобщенный показатель, характеризующий почвенные и другие
природно-климатические условия произрастания растений яблони (параметр природно-климатических условий территории культивирования);
Пр - параметр рослости сорта корнесобственных растений, вида его
привоя и подвоя: для среднерослых растений Пр = 0,95-1,05; для карликовых видов (сортов) Пр= 0,7-0,9 и для сильнорослых Пр = 1,15-1,25; Вк - диаметр кроны яблоневого растения, м:
в
_к
в
3,0-0,45
г t Л°'5
V t ,
V пл у
0,5
, Л0,32
Н
V h , У
у к,о/ч у
+
> -5'
пл
t+5
•0,5
0,32
Н
V h , У
к,о/ч
(2)
По значению Вк определяется средний радиус корневой системы.
Результаты расчетов Rк по зависимости (1) в сопоставлении с известными опытными данными приведены в таблице 1.
Отдельные примеры известных данных по параметрам, входящим в зависимость (2), и данные сопоставления расчетных и опытных значений соотношений диаметров Вк/ Вкр яблони по В. А. Колесникову, М. Д. Кузнецову, А. Д. Крестникову, О. Е. Ясониди и другим исследователям приведены в таблице 2.
0,1
Таблица 1 - Сопоставление расчетных и опытных данных
по определению удаленности корней яблони от штамба
Сорт яблони Возраст, лет Возраст устойчивого плодоношения, лет Заглубленность основной части корневой системы, м Высота дерева, м Диаметр кроны, м Расчетный радиус корневой системы, м Опытный радиус корневой системы, м Отклонение от опытного значения, %
Зона произрастания - Московская область (Ппр/у= 0,9; Пр= 1,0) (по опытным данным В. А. Колесникова)
Антоновка обыкновенная 14 7 0,40 4,30 3,80 2,91 2,90 - 0,3
Анис полосатый 6 7 0,35 2,20 1,50 1,49 1,40 - 6,4
Пепин шафранный 18 7 0,45 2,80 4,50 2,72 3,25 + 16,3
Коричное полосатое 22 7 0,40 5,20 6,90 4,17 4,5 + 7,3
Зона произрастания - Сумская область (Ппр/у = 1,3; Пр = 1,0) (по опытным данным М. Д. Кузнецова и А. Д. Крестникова)
Антоновка 52 7 0,90 7,00 9,80 7,06 7,50 + 5,87
Антоновка 58 7 0,95 7,30 10,3 7,36 7,00 - 5,14
Зона произрастания - Крым (Ппр/у = 1,76; Пр = 1,25) (по опытным данным В. А. Колесникова)
Сары синап 45 5 0,80 11,5 7,50 9,86 10,75 + 8,30
Ренет шампанский 26 5 0,60 5,00 5,20 6,53 5,80 - 12,5
Зона произрастания - Славянск-на-Кубани (Ппр/у = 2,4; Пр = 1,25) (по опытным данным В. А. Колесникова)
Ренет Симиренко 10 5 0,45 4,20 2,25 3,15 3,00 - 5,00
Пармен зимний 12 5 0,40 3,20 4,00 4,86 5,00 - 2,80
Кальвиль королевский 8 5 0,50 2,80 3,20 4,24 4,00 + 6,00
Зона произрастания - Ростовская область (Ппр/у = 1,67; Пр = 0,75) (по опытным данным И. М. Ващенко)
Анис серый (на лесной яблоне) 10 5 0,85 3,00 2,00 2,08 2,00 - 4,00
Зона произрастания - Мичуринск (Ппр/у = 1,68; Пр = 1,0) (по опытным данным Ю. В. Крысанова)
Папировка 12 7 1,62 4,80 4,55 5,46 5,30 - 3,0
Антоновка обыкновенная 12 7 1,20 4,00 4,15 4,92 4,95 + 0,6
Зона произрастания - Новочеркасск (Ппр/у = 1,67; (по опытным данным Д. Л. Обумахова) Пр = 0,75)
Айдаред 10 6 0,5 4,0 2,5 3,13 3,0 - 4,33
Айдаред 22 6 0,7 5,4 4,1 4,45 4,5 + 1,11
Айдаред 22 6 0,7 5,6 4,6 4,96 5,0 + 0,80
Айдаред 22 6 0,7 5,8 5,2 5,50 5,3 - 3,77
Научный журнал Российского НИИ проблем мелиорации, № 1(13), 2014 г., [109-119] Таблица 2 - Опытные и расчетные значения диаметров надземной
(кроны) и подземной (корневой системы) частей яблони
№ Сорт яблони (регион культивирования) Возраст растения, годы Возраст вступления в плодоношение, годы Высота растения яблони, м Глубина расположения основной массы корней, м Соотношение диаметров корневой системы яблони и кроны Относительные отклонения в процентах
по расчету по опыту
1 Антоновка (Подмосковье) 15 5 3,50 0,50 1,29 1,30 + 0,8 %
2 Антоновка (Сумская область) 58 7 7,30 0,95 1,42 1,36 - 4,28 %
3 Розмарин (Крым) 25 8 5,00 0,80 2,02 10,0 + 7,0 %
4 Ренет шампанский (Крым) 26 8 4,50 0,65 2,00 2,20 + 9,1 %
5 Кальвиль (Кубань) 8 7 2,80 0,50 2,38 2,50 + 5,0 %
6 Ренет Обердина (Кубань) 12 7 3,30 0,50 2,14 2,08 - 2,9 %
7 Осеннее полосатое (Подмосковье) 6 5 2,0 0,40 1,69 1,70 + 0,6 %
8 Анис полосатый (Подмосковье) 6 5 2,2 0,40 1,72 1,87 + 7,8 %
9 Пепин шафранный (Подмосковье) 18 5 2,8 0,45 1,44 1,44 + 0,3 %
10 Папировка (Мичуринск) 12 7 4,80 1,62 2,26 2,33 + 3,0 %
11 Антоновка обыкновенная (Мичуринск) 12 7 4,00 1,10 2,26 2,39 + 1,3 %
12 Айдаред (Новочеркасск) 10 6 4,0 0,5 2,50 2,40 - 4,17 %
13 Айдаред (Новочеркасск) 22 6 5,4 0,7 2,17 2,20 + 1,36 %
14 Айдаред (Новочеркасск) 22 6 5,6 0,7 2,16 2,17 + 0,46 %
15 Айдаред (Новочеркасск) 22 6 5,8 0,7 2,12 2,04 - 3,92 %
Окончательное значение среднего радиуса корневой системы (удаленности корневой системы от штамба яблони) определяется как среднее
из двух полученных значений, определенных по зависимостям (1) и (2).
3 Определяется удаленность основной части корней корневой системы яблони от штамба растения (Rко/ч, м) по нижеприведенным зависимостям:
- по замерному параметру (измерителю) - количеству корней (^к):
( t 1 Л0'16 (я / ) = 0,72|^-
V пл у
я к; (3)
по замерному параметру (измерителю) - протяженности корней
(Lк):
( t 1 ^0Д6 (я / ) = 0,67| ^
V к,о/ч^ ' ^ I + 2 ^
пл
я к; (4)
по измеряемому параметру (измерителю) - весу корней (М к):
• як. (5)
( t-1 Л0Д6 (я , ) = 0,50 1
V к,о/ч /М„ '
V t + 2 ,
пл
В вышеприведенных зависимостях приняты обозначения: t - возраст яблоневого растения (годы); tшl - возраст вступления растения в плодоношение; я к - средний радиус удаления (удаленность) корней (корневой системы) от штамба растения (при расчете отдельных корней рассматривается удаленность их окончаний от штамба, а при расчете всей корневой системы дерева - среднее значение радиуса (удаленности) корней корневой системы от штамба растения).
Отметим, что зависимости (3), (4) и (5) приемлемы при t> 2 и не учитывают степень ассиметричности расположения распространенности отдельных корней, формирующих корневую систему яблоневого растения, то есть позволяют получить осредненные по всей корневой системе значения удаленности границы зоны расположения основной части корней дерева. Отметим, что указанные зависимости позволяют рассчитать удаленность зоны сосредоточения основной части корней по отдельным круп-
ным корневым ветвям (образованиям) при известной их удаленности от штамба (Rкj). В этом случае конкретные значения Кко/ч в соответствии
со значениями будут пропорционально отличаться на величину соотношения Я / Я к.
к
Таким образом, приведенные выше зависимости по определению линейных параметров корневых систем яблони позволяют определить их площадные и объемные геометрические характеристики. Так, общая площадь питания яблоневого растения с круговой корневой системой составит
— 2
юкпит =л К к, а площадь, охватываемая основной частью корневой системы, будет юко/ч =лКк2о/ч. При установленной глубине расположения корневой
системы в почвенной толще (Нк) объем питания корневой системы яблони
— 2
составит юкпит = 0,75лКк•Ик, а объем почвенного пространства, охваченный основной частью корневой системы яблоневого растения, будет юко/ч =лКк2о/ч • Ик. Зная геометрические размеры основной части корневой
системы, можно определить зону локального орошения и внесения удобрений для яблоневых растений. К примеру, для систем капельного орошения полученные данные могут послужить обоснованием размещения капельниц в подкроновом пространстве растения и их количества.
Список использованных источников
1 Калинин, М. И. Корневедение / М. И. Калинин. - М.: Экология, 1991. - 173 с.
2 Калинин, М. И. Формирование корневой системы деревьев / М. И. Калинин. - М.: Лесная промышленность, 1983. - 152 с.
3 Касьяненко, А. И. Плодоводство на карликовых подвоях / А. И. Касьяненко. - Киев: Госсельхозиздат УССР, 1963. - 244 с.
4 Колесников, В. А. Корневая система плодовых и ягодных растений и методы ее изучения / В. А. Колесников. - М.: Сельхозиздат, 1962. -
Научный журнал Российского НИИ проблем мелиорации, № 1(13), 2014 г., [109-119] 191 с.
5 Колесников, В. А. Корневая система плодовых и ягодных растений / В. А. Колесников. - М.: Колос, 1974. - 509 с.
6 Колесников, В. А. Плодоводство / В. А. Колесников. - М.: Колос, 1979. - 415 с.
Обумахов Дмитрий Леонидович - Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение Высшего профессионального образования «Новочеркасская государственная мелиоративная академия» (ФГБОУ ВПО «НГМА»), аспирант. Контактный телефон: 8928-615-37-93. E-mail: Obumahov@rambler.ru
Obumakhov Dmitriy Leonidovich - Federal State Budget Educational Establishment of
Higher Professional Education "Novocherkassk State Meliorative Academy" (FSBEE HPE
"NSMA"), Postgraduate Student.
Contact telephone number: 8928-615-37-93.
E-mail: Obumahov@rambler.ru
