CC BY
195
УДК 631.675.2 ББК 42.П2
A.C. Овчинников, B.C. Бочарников, И.И. Азарьева
КАПЕЛЬНОЕ ОРОШЕНИЕ ТОМАТОВ В УСЛОВИЯХ ОТКРЫТОГО ГРУНТА
Аннотация. В статье приведены результаты исследований капельного орошения томатов. Установлен оптимальный режим орошения, обеспечивающий экономию оросительной воды. Наиболее эффективно оросительная вода расходуется при проведении поливов нормой 100 м3 /га.
Ключевые слова: томат, капельное орошение, водосбережение.
A.S. Ovchinnikov, US. Bocharnikov, /./. Azareva DRIP IRRIGATION OF TOMATOES IN THE OPEN GROUND
Annotation. The results of studies of drip irrigation of tomatoes. The optimum irrigation regime, which provides irrigation water saving. The most effective irrigation water consumed during the irrigation rate oflOO m3 / ha.
Keywords: tomato, drip irrigation, water conservation
Перспективность капельного способа орошения определяется новыми возможностями улучшения водно-воздушного режима почвы в зоне распространения корневой системы сельскохозяйственных культур, уменьшением площади увлажняемой зоны, что сопровождается снижением потерь влаги на испарение, исключением периферийных потерь воды, что обеспечивает экологическую безопасность производства, и подтверждается современной динамикой его распространения в регионе исследований [2,4,5].
Принципиальным технологическим отличием капельного способа орошения является подача воды в почву локально, из точечных источников. Это позволяет регулировать водный режим почвы в заданной, как правило, прикорневой зоне, и наиболее эффективно использовать воду [1,3].
В основу рабочей гипотезы проводимых исследований в условиях светлокаштановых почв положены биологические особенности и требования к факторам жизни томатов, а также допущение о существовании оптимальных с точки зрения продуктивности культуры, геометрических размеров контура увлажнения при орошении капельным способом в среде с определенными параметрами. К таким параметрам среды относятся тип и свойства почвы, технические особенности и напорно-расходные характеристики используемых капельниц, режим их эксплуатации, схема расположения капельных линий и др. В наших опытах использована ленточная схема посева томатов, к которой на два ряда растений приходится одна капельная линия. Очевидно, что при таком взаиморасположении капельных линий и растений томата особое внимание должно быть уделено горизонтальной составляющей контура увлажнения, что было учтено при закладке полевого эксперимента. При разработке программы исследований учитывалась также сложившаяся ситуация в сфере обеспечения сельскохозяйственного производства системами капельного
орошения. При всем их многообразии расходные характеристики используемых капельниц достаточны однородны. Учитывая прикладной характер исследований, а также, соблюдая требования типичности опыта и принципа единственного различия, на всех вариантах опыта использовалась система капельного орошения с капельницами, расходно-напорные характеристики которых были одинаковы. Поэтому размеры контуры увлажнения дифференцировали изменением поливных норм. В качестве шага дифференцирования уровней опыта принят объем воды, подаваемой на участок за один час - 30 м3/га, и, соответствующее этому, увеличение размеров контура увлажнения. Поливные нормы определяли расчетом по общепринятой методике, исходя из расчетных параметров увлажняемого профиля, уровня предполивной влажности почвы 80% НВ с учетом коэффициента неравномерного распределения влаги в контуре. Вертикальную составляющую контура увлажнения определяли из экспериментально определенного соотношения максимального вертикального и горизонтального размеров контура увлажнения.
Исследованиями установлено, что влажность почвы в контуре больших геометрических размеров дольше сохраняется в заданном диапазоне. В результате при увеличении поливной нормы необходимость в проведении поливов возникает реже и межполивной интервал увеличивается. Наиболее часто в опыте поливы проводились на участках, где поливная норма была минимальной, 100 м3 /га. В период «посев-всходы» поливы нормой 100 м3 /га проводились до двух раз, тогда как при норме полива 130 м3/га и выше максимальное число поливов, которое потребовалось провести за этот период, не превышало одного.
В период «всходы-образование 1-го настоящего листа» в разные годы исследований проводили от 1-го до 5 поливов нормой 100 м3/га. При поливной норме 160 м3/га максимальное число поливов, которое потребовалось провести в течение этого периода, не превышало трех, а при норме полива 220 м3/га - двух.
В период «образование 1-4-го настоящего листа» число поливов при поливной норме 100 м3/га изменялось по годам исследований от 3 до 5. При норме полива 160 м3/га число поливов в годы исследований составило 2-3, а максимальное число проведения поливов нормой 220 м3/га, которое потребовалось за период «образование 1-4-го настоящего листа» не превышало двух.
В период от образования четвертого настоящего листа до начала цвете-ния томатов поливы нормой 100 м3/га проводились от 3-х до 4-х раз. При поливной норме 160 м3/ га максимальное число поливов, которое потребовалось провести за этот период, не превышало трех, а при поливной норме 220 м3/га - двух.
Период цветения у томатов перекрывается с периодом плодоношения. За период цветения в чистом виде, до образования первой завязи в опытах проводилось от 3-х до 6-ти поливов по 100 м3/га. При норме полива 160 м3/га влажность почвы до предполивного, 80% НВ, уровня опускалась за период цветения 3-4 раза, а при проведении поливов нормой 220 м3/га - 2-4 раза.
Одним из наиболее продолжительных периодов развития томатов является период от образования первой завязи до созревания первых плодов, то есть до начала плодоношения. В этот период пришлось провести значительное число поливов и израсходовать от 760 до 1330 м3 /га поливной воды. На участках, где поливы проводились наименьшей нормой, 100 м3 /га, ориентированной на формирование контура увлажнения с диаметром 0,55 м и глубиной промачивания 0,4 м, влажность почвы в зоне увлажнения до предполивного уровня снижалась 8-10 раз. Поливы нормой 160 м3/га, ориентированной на формирование контура увлажнения с диамет-
ром 0,7 м и глубиной промачивания 0,5 м за этот период проводили 5-7 раз, а нормой 220 м3/га, ориентированной на формирование контура увлажнения с диаметром 0,8 м и глубиной промачивания 0,6 м - 4-6 раза. Поддержание порога предполивной влажности почвы на уровне 80% НВ при поливной норме 100 м3/га в период плодоношения обеспечивалось проведением до 7-16 поливов. При поливной норме 160 м3/га влажность почвы до предполивного уровня, 80% НВ, снижалась 4-11 раз, а при норме полива 220 м3/га -отЗ-х до 7-ми раз.
В целом за вегетационный период при увеличении нормы полива со 100 м3/га до 220 м3/га то есть в 2,2 раза, число поливов сокращается примерно в двое. При этом объем поливной воды, подаваемой на орошаемый участок за вегетационный период и в отдельные фазы развития посева сохраняется, то есть снижение числа поливов не сопровождается экономией оросительной воды.
Таким образом, динамика иссушения почвы, если рассматривать вегетационный период в целом, сокращается при увеличении расчетных геометрических размеров контура увлажнения, и, соответствующего им, увеличения поливной нормы. При увеличении поливной нормы со 100 м3/га до 130 м3/га динамика иссушения почвы замедляется - в 1,2-1,3 раза,до 160м3/га-в 1,4-1,5 раза, до 190 м3/га-в 1,65-1,75 раза, до 220 м3/га - в 1,9-2,0 раза. Однако, даже при проведении поливов максимальной в опыте нормой 220 м3/га, влажность почвы до предполивного уровня снижается от15 до21 раза за вегетационный период.
Исследования показали, что при формировании урожайности томатов на уровне 100-110 т/га посевами за вегетационный период может расходоваться до 6000 м3 /га воды. Величина суммарного водопотребления в опытах изменялась в зависимости от принятых схемой эксперимента размеров контура увлажнения и соответствующей им поливной нормы. Наименьшее количество воды, 5080-5180 м3/га, посевами томатов потреблялось при норме полива 100 м3/га. Увеличение поливной нормы на 30 м3/га сопровождалось существенным увеличением суммарного водопотребления, которое, в среднем за годы исследований выросло на 120 м3/га. Еще в большей степени суммарное водопотребление посевов выросло при увеличении поливной нормы до 160 м3/га. При увеличении поливной нормы на 60 м3/га суммарное водопотребление томатов возросло до 5460-5600 м3/га, что на 7,5-8,1% больше, чем при проведении поливов нормой 100 м3 /га.
Исследованиями не отмечено существенного повышения суммарного водопотребления томатов при дальнейшем увеличении поливной нормы, до 190 и 220 м3 /га. Суммарное водопотребление томатов при проведении поливов нормой 160 м3/га составило 5460 м3/га, при поливной норме 190 м3/га - 5500 м3/га, а при норме полива 220 м3/га - 5490 м3/га.
Исследованиями установлено, что в зону контура увлажнения, содержание влаги в которой остается оптимальной для томатов в течение межполивного периода, расходуется не более 53,7-72,2% всей поливной воды. Наибольшая доля поливной воды, 71,3-72,2%, расходуемой при поливе в эту зону, обеспечивалась в опыте при проведении поливов нормой 100 м3 /га. При увеличении поливной нормы до 130 м3/га доля воды в эту зону расходовалось уже не более 65,9-67,3% поливной воды.
Использование методов математической статистики с применением ЭВМ и современных программных продуктов, позволило подобрать форму многомерной зависимости, учитывающей нелинейность установленных взаимосвязей. Уравнение представлено выражением вида:
У=Х1+Х2+ХЗ+Х4+Х12+Х22+Х42+Х2-Х1+Х2-Х4,
с соответствующими эмпирическими коэффициентами для каждой переменной. Здесь XI - глубина профиля промачивания (максимальный вертикальный размер), м, Х2 - диаметр профиля промачивания (наибольший горизонтальный размер), м, ХЗ - скважность почвы в границах профиля увлажнения, Х4 - доля «переходной» зоны в границах профиля увлажнения,%. В таблице 1 приведены параметры уравнения. Приведенное уравнение с параметрами, представленными в таблице 1, учитывает нелинейность зависимости урожайности томатов от максимальной глубины промачивания в профиле увлажнения, от его диаметра и доли площади зоны почвы в профиле, в которой вода после полива содержится в легкодоступной форме, а перед проведением очередного полива - в трудно доступной или недоступной форме. Коэффициент детерминации зависимости 0,98.
Таблица 1
Параметры зависимостиурожайности томатов от геометрических размеров профиляувлажнения почвы при капельном орошении
Уровень фактора Переменная
XI Х2 ХЗ Х4
Главные члены
0 (свободный член) 116
1 742,55 -457,65 -5,76 25,24
2 -2216,78 -648,39 0 0,22
Взаимодействие
Уровень взаимодействия Х1хХ2 Х2хХ4
1 3021,46 -43,29
Само по себе уравнение имеет определенное множество решений даже при ограничении диапазона варьирования переменных условиями, в которых проводился полевой эксперимент. Однако, очевидно, что при наибольшей глубине промачивания почвы максимальный диаметр профиля увлажнения не может быть наименьшим. Эти параметры, равно как и доля «переходной» зоны профиля увлажнения взаимосвязаны и зависят от поливной нормы.
Исследованиями установлены взаимосвязи между размерами профиляувлажнения и долей площади «переходной» зоны в контуре увлажнения для светло-каштановых почв тяжелосуглинистого гранулометрического состава. Взаимосвязи описываются следующими математическими выражениями:
Х4=4,86-е2’81,(Х1’Х2), причем Х1= 1,55-Х22- 1,34-Х2+0,74 Коэффициент детерминации приведенных зависимостей 0,95-0,97, что свидетельствует об определенной стабильности геометрических параметров профиля увлажнения для почвы с одинаковыми водными и физическими свойствами.
Учитывая приведенные выше взаимосвязи можно найти единственное решение геометрических параметров контура увлажнения, которые обеспечат наибольшую продуктивность посева.
Исследованиями установлено, что наибольшая продуктивность томатов при традиционном способе обработки почвы формируется при максимальной глубине промачивания почвы в профиле 0,6 м и наибольшем диаметре профиля увлажнения
0,75 м. При этом доля площади «переходной» зоны в контуре увлажнения составляет 18,8%. Такие параметры профиля ув-лажнения обеспечиваются при норме поливе 160 м7га.
Наибольшая продуктивность томатов при внедрении предлагаемого способа обработки почвы формируется при максимальной глубине промачивания почвы в профиле 0,70 м и наибольшем диаметре профиля увлажнения 0,6 м. При этом доля площади «переходной» зоны в контуре увлажнения не превышает 14,6%. Такие параметры профиля увлажнения обеспечиваются при норме поливе 190 м /га.
Установлено, что увеличение минимальной в опыте поливной нормы, 100 м /га, (и, связанных с этим, размеров зоны увлажнения) на 30% способствует увеличению урожайности томатов на 14,5-15,3%.
При повышении минимальной в опыте поливной нормы, 100 м /га, на 90% урожайность томатов повышалась на 19,1%, но была ниже на 6,7 т/га (НСРов = 4,2 т/ га), чем при проведении поливов нормой 160 м /га.
Результаты проведенных исследований подтверждают значимость общеизвестной закономерности увеличения суммарного водопотребления при росте продуктивности посева для томатов, возделываемых при капельном орошении. Принимая одним из основных положений совершенствования технологии капельного орошения томатов принцип водосбережения, важно учитывать насколько эффективно вода используется растением на формирование хозяйственно-ценной части урожая. Критерием эффективности использования воды на формирование урожая томатов, как и любой культуры, служит коэффициент водопотребления. Нашими исследованиями предложена нелинейная модель класса регрессии для определения коэффициента водопотребления томатов в зависимости от факторов, характеризующих геометрию и водно-воздушный режим почвы в контуре увлажнения:
К=Х 1+Х2+ХЗ+Х4+Х12+Х22+Х42+Х2-Х1+Х2-Х4,
Е ’
здесь КЕ - коэффициент водопотребления томатов, м /т, XI - глубина профиля промачивания (максимальный вертикальный размер), м, Х2 - диаметр профиля промачивания (наибольший горизонтальный размер), м, ХЗ -скважность почвы в границах профиля увлажнения, Х4 - доля «переходной» зоны в границах профиля увлажнения,%. В таблице 2 приведены параметры уравнения.
Таблица 2
Параметры зависимости коэффициента водопотребления томатов от геометрическихразмеров профиляувлажнения почвы при капельном орошении
Уровень фактора Переменная
XI Х2 ХЗ Х4
Главные члены
0 (свободный член) 67
1 -443,3 153,8 4 -16
2 1148,4 341,1 0 -0,09
Взаимодействие
Уровень взаимодействия Х1хХ2 Х2хХ4
1 -1469 25
Повышение поливной нормы на 60% от минимального в опыте уровня способствовало увеличению урожайности томатов на 31,5%
Сравнение экспериментального материала и расчетных значений коэффициента водопотребления томатов подтвердило хорошую сходимость полученных зависимостей. Максимальная ошибка в распределении расчетных значений коэффициента водопотребления томатов составила 9,3%. Установлено, что наименьшие значения коэффициента водопотребления томатов обеспечиваются при максимальной глубине промачивания почвы в профиле 0,6 м и наибольшем диаметре профиля увлажнения 0,75 м. Такие параметры профиля увлажнения обеспечиваются при норме поливе 160 м /га. Наиболее эффективно на формирование урожая вода посевами томатов расходовалась на участках, с которых был получен максимальный урожай товарных плодов.
Таким образом, с увеличением расчетных размеров контура увлажнения и, соответственно, поливной нормы, доля оросительной воды, расходуемой в зону контура увлажнения, содержание влаги в которой остается оптимальным для томатов в течение межполивного периода, снижается.
Список литературы
1. Овчинников, A.C. Применение ресурсосберегающих способов полива при возделывании сельскохозяйственных культур / A.C. Овчинников, М.П. Мещеряков II Известия Нижневолжского агроуниверситетского комплекса: Наука и высшее профессиональное образование. - 2007. -№ 1.- С.46-49.
2. Овчинников, A.C. Оценка рентабельности производства овощей в Нижнем Поволжье / A.C. Овчинников, О.В. Бочарникова, B.C. Бочарников II Известия Нижневолжского агроуниверситетского комплекса: Наукаи высшее профессиональное образование. - 2007. -№ 1.-С. 49-53.
3. Овчинников, A.C. Особенности распространения влаги в контуре увлажнения при капельном орошении / A.C. Овчинников, И.И. Азарьева II Плодородие. - 2010. -№ 1.-С. 29-30.
4. Овчинников, A.C. Особенности технологии возделывания сладкого перца при капельном орошении в условиях Нижнего Поволжья / A.C. Овчинников, О.В. Бочарникова, B.C. Бочарников, Т.В. Пантюшина II Известия Нижневолжского агроуниверситетского комплекса: Наука и высшее профессиональное образование.-2010.-№3.-С. 18-22.
5. Овчинников, А.С Инновационные технологии орошения овощных культур / A.C. Овчинников, B.C. Бочарников, О.В. Бочарникова, М.П. Мещеряков II Известия Нижневолжского агроуниверситетского комплекса: Наукаи высшее профессиональное образование.- 2011. - №4 (24). -С. 13-17.
6.Е- mail: volgau@ volgau.com
