CC BY
20
СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫЕ НАУКИ
УДК 631.67:635.132
УСЛОВИЯ ЭФФЕКТИВНОГО ПРИМЕНЕНИЯ СПРИНКЛЕРНЫХ СИСТЕМ ДЛЯ ОРОШЕНИЯ СТОЛОВОЙ МОРКОВИ
CONDITIONS OF EFFECTIVE USE OF SPRINKLER SYSTEMS FOR IRRIGATION OF CARROT
А.С. Овчинников1, член-корреспондент РАН,
доктор сельскохозяйственных наук, профессор
С.А. Дусарь1, аспирант
В.В. Бородычев2, академик РАН, доктор сельскохозяйственных наук, профессор
А.А. Мартынова2, кандидат сельскохозяйственных наук
1 2 2 A.S. Ovchinnikov , S.A. Dusar'1, V.V. Borodychev , A.A. Martynova
1Волгоградский государственный аграрный университет 2ФГБНУ Всероссийский научно-исследовательский институт гидротехники и мелиорации, г. Москва
1 Volgograd State Agrarian University
2All-Russian research Institute of hydraulic engineering and land reclamation
В статье приводятся результаты оптимизации основных технологических параметров технологии спринклерного орошения столовой моркови на основе данных многолетних полевых исследований. Содержание работы включает последовательное формулирование и последующее обоснование рабочей гипотезы на основе метода факторного полевого эксперимента, стохастического моделирования и системного анализа опытных данных. Рабочей гипотезой исследований является предположение о возможности интенсификации продукционного процесса моркови при совокупном регулировании влажности почвы и воздуха за счет проведения регулярных увлажнительных и освежительных поливов стационарными дождевальными системами спринклерного типа. В соответствии с выдвинутой гипотезой программа исследований построена на оценке различных пороговых условий назначения вегетационных (увлажнительных) и освежительных поливов. Цель настоящей работы состоит в обосновании уровней этих пороговых условий, обеспечивающих в сочетании формирование не менее 80 т/га стандартных корнеплодов моркови при наименьших затратах воды на формирование урожая. Впервые установлены закономерности, касающиеся распределения данных совокупной (общей) урожайности корнеплодов моркови, доли выхода стандартных корнеплодов, урожайности стандартных корнеплодов и коэффициента водопотребления моркови в зависимости от режима проведения увлажнительных и освежительных поливов стационарными дождевальными системами спринклерного типа. Стохастическое моделирование по опытным данным с учетом установленных закономерностей позволило получить регрессионные модели формирования урожая моркови и эффективности расходования водных ресурсов с коэффициентом детерминации 0,95-0,97. Анализ разработанных регрессионных моделей показал взаимное перекрытие локальных экстремумов поверхности отклика по урожайности и по эффективности расходования водных ресурсов, область которого и определяет оптимальное сочетание факторов. Координаты этой области по исследуемым факторам определяются диапазоном значений RH (пороговый уровень относительной влажности воздуха) от 50 до 55 % и h (расчетная глубина промачива-ния почвы до фазы образования 2-го листа), равной 0,3 м. При этом урожайность стандартных корнеплодов моркови составляет не менее 81 т/га с совокупными затратами воды на формирование урожая не более 66,5 м3/га.
The article presents the results of optimization of main technological parameters of the technology of sprinkler irrigation of carrot based on data from long-term field studies. The content of the work comprises the sequential formulation and subsequent substantiation of a working hypothesis based on the
method of factorial field experiment, stochastic modeling and system analysis of the pilot data. The working hypothesis of the research is the assumption of an intensification of productional process carrots in comprehensive regulation of soil moisture and air by carrying out regular moisturising and refreshing irrigation stationary sprinkler system with a sprinkler. According to the proposed research program is built on the evaluation of different threshold conditions of the appointment of the vegetation (humid) and refreshing waterings. The aim of this work is to study of the levels of these threshold conditions, providing in a combined form at least 80 t/ha standard root crops of carrots at the lowest cost of water for crop production. First established principles regarding the distribution of the data, the cumulative (total) yield of root crops of carrots, the share of the output of standard root crops, yield of standard roots and coefficient of water consumption of carrots depending on the mode of holding humidifying and refreshing irrigation stationary sprinkler system with a sprinkler. Stochastic modeling of the experimental data based on established laws of numerosta allowed us to obtain regression models for the formation of a crop of carrots and efficiency of water resources with determination coefficient of 0,95-0,97. Analysis of the developed regression models showed mutual overlap of the local extrema of the response surface for yield and efficiency of water resources, the area of which determines the optimal combination of factors. The coordinates of this region in the studied factors are determined by the range of values of RH (threshold level relative humidity) 50 to 55 % and h (the estimated depth of soil makiwane to the phase of formation of the second sheet), equal to 0.3 m. the standard yield of root crops of carrots is not less than 81 t/ha with total water consumption for crop production is not more than 66.5 m3/t.
Ключевые слова: морковь столовая, орошение, урожайность, коэффициент во-допотребления, регрессионная модель, оптимизация.
Key words: carrot, irrigation, yield, water use coefficient, regression model, optimization.
Введение. В постсоветской России динамика производства столовой моркови неоднократно меняла вектор развития, что не позволяет охарактеризовать ее каким-либо устойчивым трендом. По приведенным в Росстате официальным данным относительно продолжительный тренд роста производства моркови продолжался с 1993 по 2005 годы [10]. Однако уже со следующего, 2006 года, достигнутые результаты были сведены на нет резким спадом интереса к этой культуре, и с 2007 года по настоящее время годовой объем производства столовых корнеплодов этой культуры слабо варьировал около 1,5 млн тонн. Спад производства моркови в России, безусловно, можно объяснить сложившейся макроэкономической обстановкой, в которой не последнюю роль играет опережающее, по сравнению с Россией, развитие технологий в развитых странах дальнего и ближнего зарубежья. Это подтверждается и растущей долей импорта столовой моркови, объемы которого в 1993 году не превышали 4,4 тыс. тонн, а в 2013 году достигли рекордных 258,0 тыс. тонн, увеличившись более, чем в 58 раз [3]. Еще совсем до недавнего времени основную долю импорта моркови в России составляла продукция производства Бельгии (24,5 тыс. тонн), Нидерландов (19,4 тыс. тонн), Польши (13,2 тыс. тонн), других стран Европы (11,0 тыс. тонн), а также Турции (2,8 тыс. тонн). Сегодня, с введением продовольственного эмбарго [6], ситуация на Российском продовольственном рынке изменилась и у отечественных сельхозтоваропроизводителей появились реальные условия для ускоренной интенсификации производства моркови. Приоритетным направлением интенсификации, обеспечивающим качественно новый уровень аграрного производства, видится развитие отечественных аг-ротехнологий. Особое внимание следует обратить на потенциал развития производства столовой моркови на орошении, которое при использовании современных технологий мониторинга и оптимального управления водным режимом почвы, является мощным фактором интенсивного развития аграрного производства [8, 9, 1, 5].
Материалы и методы. Общей целью наших исследований является освоение современных высокоэффективных способов орошения и разработка ресурсосберегающих технологий полива столовой моркови с целевыми индикаторами уровня продуктивности не ниже 80 т/га. Рабочей гипотезой исследований стало предположение о возможности интенсификации продукционного процесса моркови при совокупном регулировании влажности почвы и воздуха за счет проведения регулярных и освежительных поливов стационарными дождевальными системами спринклерного типа. В основу методологии исследований был поставлен метод полевого эксперимента.
Одним из ключевых преимуществ стационарных систем орошения, к которым относятся системы спринклерного типа, является возможность реализации гибких подходов в формировании поливного режима. Технологическая реализуемость проведения частых поливов малыми поливными нормами и возможность плавного изменения поливных норм обеспечивает возможность поддержания практически любого диапазона влажности почвы в слое почвы любой мощности. Это позволяет ориентировать технологии орошения исключительно на биологические потребности орошаемой культуры.
Многие исследователей [4-7] указывают на целесообразность дифференцирования увлажняемого слоя почвы в период формирования корневой системы растений. Отмечается, что в начальные периоды роста и развития корневая система моркови развита чрезвычайно слабо и регулирование водного режима почвы за пределами ее распространения непродуктивно. С другой стороны, важно учитывать тот момент, что геометрические параметры увлажняемой зоны почвы определяют вектор развития корневой системы. Необходимость определения оптимальных параметров зоны увлажнения почвы при орошении моркови стационарными дождевальными системами сприн-клерного типа в период активного роста корней обусловило постановку вопросов исследований в рамках фактора А полевого эксперимента. Варианты в рамках фактора А полевого опыта были впервые заложены в 2015 году на трех уровнях:
- вариант А1 - поддержание заданного (80 % НВ) порога предполивной влажности почвы в слое 0,2 м до начала фазы образования 2-го настоящего листа с последующим увеличением расчетного слоя до 0,5 м;
- вариант А2 - поддержание заданного (80 % НВ) порога предполивной влажности почвы в слое 0,3 м до начала фазы образования 2-го настоящего листа с последующим увеличением расчетного слоя до 0,5 м;
- вариант А3 - поддержание заданного (80 % НВ) порога предполивной влажности почвы в слое 0,4 м до начала фазы образования 2-го настоящего листа с последующим увеличением расчетного слоя до 0,5 м.
Другой известной производственной проблемой при выращивании столовой моркови в зоне сухих степей Нижневолжского региона является снижение доли выхода товарной продукции как последствий воздушной засухи [11,2]. Возможность использования спринклерных систем для проведения освежительных поливов позволяет в определенной степени снимать воздушную засуху и температурную напряженность в среде посева. Учитывая, что научно обоснованных рекомендаций по этому поводу в регионе нет, этот вопрос также был поставлен к исследованию в рамках реализуемого нами полевого эксперимента. В рамках фактора В полевого опыта (проведение освежительных поливов) были заложены следующие варианты:
- вариант В1 (контроль) - без проведения освежительных поливов;
- вариант В2 - проведение освежительных поливов при снижении относительной влажности воздуха ниже 30 %;
- вариант В3 - проведение освежительных поливов при снижении относительной влажности воздуха ниже 50 %;
- вариант В4 - проведение освежительных поливов при снижении относительной влажности воздуха ниже оптимального уровня (70 %).
Полевой эксперимент по такой программе был заложен на опытном участке, расположенного в границах фермерского хозяйства «им. Л.Н. Василенко» Городищенского района, Волгоградской области. Почвы на опытном участке светло-каштановые, среднесугли-нистые, типичные для региона исследований. Почвенный покров таких почв, как правило, слабогумусирован и малоплодороден, что обуславливает необходимость применения минеральных удобрений. Удобрения в опытах вносили дозой ^00РшК140, рассчитанной на формирование урожайности корнеплодов на уровне 80 т/га.
Результаты и обсуждение. Результаты численного анализа распределения урожайных данных столовой моркови в зависимости от сочетания изучаемых в опыте факторов показали (таблица 1):
- изменение расчетного слоя промачивания почвы в ранние фазы вегетационного периода столовой моркови (до образования 2-го листа) и проведение освежительных поливов при пороговых снижениях относительной влажности воздуха обуславливают статистически значимую вариацию общей урожайности.
Таблица 1 - Показатели продуктивности столовой моркови при спринклерном орошении
Фактор А (мощность увлажняемого горизонта почвы, м) Фактор В (режим проведения освежительных поливов) Урожайность корнеплодов, всего, т/га Доля выхода стандартной продукции, % Урожайность стандартной продукции, Y, т/га
2015 год 2016 год Средняя 2015 год 2016 год Среднее 2015 год 2016 год Средняя
А1 (0,2-0,5 м) В1 (контроль) 82,1 83,2 82,7 85,5 86,8 86,2 70,2 72,2 71,2
В2 84,3 83,2 83,8 87,2 86,8 87,0 73,5 72,2 72,9
В3 85,0 83,9 84,5 88,7 88,7 88,7 75,4 74,4 74,9
В4 85,0 84,1 84,6 88,6 87,9 88,3 75,3 73,9 74,6
А2 (0,3-0,5 м) В1 (контроль) 82,2 84,7 83,5 88,4 90,2 89,3 72,7 76,4 74,6
В2 84,5 84,7 84,6 91,2 90,2 90,7 77,1 76,4 76,8
В3 85,2 86,2 85,7 94,1 94,8 94,5 80,2 81,7 81,0
В4 85,2 86,2 85,7 94,2 94,5 94,4 80,3 81,5 80,9
А3 (0,4-0,5 м) В1 (контроль) 77,4 81,2 79,3 90,1 90,0 90,1 69,7 73,1 71,4
В2 79,5 81,2 80,4 93,0 90,0 91,5 73,9 73,1 73,5
В3 82,0 82,4 82,2 94,4 94,5 94,5 77,4 77,9 77,7
В4 82,0 82,1 82,1 94,5 94,5 94,5 77,5 77,6 77,6
НСР05 Фактор А 1,72 1,00 2,2 1,5
Фактор В 1,99 1,15 2,5 1,8
Для частных средних 3,45 1,99 4,4 3,1
Статистически доказано снижение общей урожайности корнеплодов при увеличении расчетного слоя промачивания почвы при спринклерном орошении моркови до фазы образования 2-го листа с 0,2-0,3 м до 0,4 м. Изменение расчетного слоя увлажнения почвы всего на 10 см, с 0,3 до 0,4 м в этот период обуславливало снижение общей
продуктивности моркови на 3,5-4,3 т/га. При увеличении расчетной мощности увлажняемого слоя почвы с 0,2 до 0,4 м урожайность корнеплодов столовой моркови снижалась на 2,3-3,4 т/га. Наряду с этим, разницу общей урожайности корнеплодов моркови в вариантах, где до фазы образования 2-го листа поливы проводили из расчета увлажнения слоя почвы 0,2 м и 0,3 м, статистически доказать не удалось. Другим, статистически доказанным фактом можно считать увеличение общей продуктивности столовой моркови при проведении освежительных поливов в случае достижения порогового уровня относительной влажности воздуха. Статистически доказано увеличение общей урожайности корнеплодов моркови при проведении освежительных поливов в дни, когда относительная влажность воздуха снижается до 30 % (на 1,0-1,1 т/га) и в периоды, когда относительная влажность воздуха снижается до 50 % (на 1,8-2,9 т/га). В то же время, статистически доказанной разницы в общей урожайности корнеплодов моркови на участках, где освежительные поливы назначались при пороговом значении относительной влажности воздуха 50 % и 70 %, в опытах не было;
- еще в большей степени, чем на уровень общей продуктивности корнеплодов моркови, изучаемые в опыте факторы оказывают влияние на выход товарной продукции той части корнеплодов, которая отвечает требования стандарта качества. Дисперсия распределения данных по доли выхода стандартных корнеплодов (в процентном отношении) более чем в 2 раза больше дисперсии распределения данных по общей урожайности корнеплодов в вариантах опыта. Наибольший процент отходов, в среднем 86,2-88,7 %, в виде нестандартных корнеплодов моркови в опытах наблюдался, где заданный порог предполивной влажности почвы, 80 % НВ, поддерживали в слое 0,2 м до фазы образования 2-го листа с последующим увеличением расчетной глубины промачивания почвы до 0,5 м. При увеличении глубины промачивания почвы в ранние фазы развития моркови до 0,3 м (вариант 0,3-0,5 м) доля выхода стандартных корнеплодов моркови из общего урожая возрастала до 89,3-94,5 %. Еще в большей степени, на 3,9-6,3 %, доля выхода стандартных корнеплодов моркови возрастала на участках, где заданный уровень предполивной влажности почвы, 80 % НВ, до фазы образования 2-го листа поддерживали в слое 0,4 м. Проведение освежительных поливов также способствовало повышению качества формируемого урожая, увеличивая выход стандартных корнеплодов моркови. Даже проведение всего нескольких освежительных поливов за весь вегетационный период столовой моркови при пороговом снижении относительной влажности воздуха до 30 % позволило увеличить выход стандартных корнеплодов на 0,8-1,5 %. Еще в большей степени, на 2,6-5,1 %, доля выхода стандартной продукции возрастала при проведении освежительных поливов с пороговым уровнем снижения относительной влажности воздуха 50 %. В то же время, проведение освежительных поливов при пороговом уровне снижения относительной влажности воздуха 70 % обеспечило выход 87,9-94,5 % стандартных корнеплодов моркови, что на 0,10,5 % меньше, чем в вариантах с проведением освежительных поливов при относительной влажности воздуха менее 50 %;
- урожайность стандартной продукции столовой моркови определилась формированием общей продуктивности посевов и долей выхода стандартных корнеплодов. Несмотря на то, что общая продуктивность корнеплодов моркови на участках с увлажнением в ранние сроки (до фазы образования 2-го листа) 0,2-метрового слоя почвы достаточно высока, урожайность стандартных корнеплодов при поддержании такого режима орошения оказалась в минимуме и составила 71,2-74,9 т/га. Увеличение доли выхода стандартных корнеплодов в вариантах, где до образования 2-го листа поливы проводили из расчета увлажнения 0,3-метрового слоя почвы позволило увеличить урожайность стандартной продукции до 74,6-81,0 т/га. При увлажнении вегетационными поливами 0,4-метрового слоя почвы до фазы образования 2-го листа выход стандартных корнеплодов был наибольшим, однако за счет снижения общей продуктивности посе-
вов урожайность стандартной продукции моркови не превышала 71,4-77,7 т/га. Это на 3,2-3,4 т/га меньше, чем при увлажнении 0,3- метрового слоя почвы, но на 0,2-3,0 т/га больше, чем при поддержании заданного предполивного уровня (80 % НВ) до фазы образования 2-го листа в слое 0,2 м.
Таким образом, зависимость урожайности стандартной продукции моркови от изучаемых в опыте факторов определяется взаимосвязанной динамикой формирования общего урожая корнеплодов и доли выхода стандартных корнеплодов из общего урожая. Эта взаимосвязь, а также разная направленность динамики указанных показателей, определяет довольно сложный, нелинейный характер связи урожайности стандартной продукции с основными, изучаемыми параметрами технологии спринклерного орошения. Нелинейность связи визуально прослеживается и на картах линий уровня распределения значений общей урожайности, доли выхода стандартной продукции и урожайности стандартных корнеплодов моркови (рисунок 1). Кроме того, на картах линий уровня четко прослеживаются и зоны нулевой динамики (равного уровня) рассматриваемых показателей, которые могут характеризовать локальные минимумы или максимумы нелинейной взаимосвязи. В частности из рисунка хорошо видно, что для общей продуктивности моркови зона нулевой динамики по показателю h (глубина промачивания почвы в ранние, до фазы образования 2-го листа, периоды развития моркови) четко определяется значениями 0,26-0,3 м, а левый склон (в сторону снижения глубины увлажнения почвы в ранние фазы развития) существенно более пологий, чем правый. Диапазон нулевой динамики общей продуктивности моркови по показателю ЯН (относительная влажность воздуха) достаточно четко определяется граничными значениями в 50 и 70 %.
Ь.м Н :70
в
Рисунок 1 - Карта линий уровня для распределения значений общей урожайности (а), доли выхода стандартной продукции (б) и урожайности стандартных корнеплодов моркови (б) в зависимости от изучаемых факторов
Для значений доли выхода стандартных корнеплодов зона нулевой динамики по показателю h (глубина промачивания почвы) существенно сдвигается вправо и ограничивается диапазоном от 0,32 до 0,38 м, а правый склон едва прослеживается. Для урожайности стандартных корнеплодов моркови зона нулевой динамики существенно уже, чем для общей урожайности и для распределения данных по доле выхода стандартной продукции. По показателю h (глубина промачивания почвы) зона нулевой динамики в распределении данных стандартной урожайности моркови определяется диапазоном 0,28-0,32 м, а правый и левый склоны равновыражены. По показателю ЯН (относительная влажность воздуха) зона нулевой динамики стандартной урожайности моркови лежит в интервале от 50 до 60 %.
Из приведенного выше следует, что зависимость урожайности стандартных корнеплодов моркови от основных, изучаемых параметров имеет локальный экстремум, нелинейна и ассиметрична. Установленные и описанные выше закономерности определяют всю совокупность требований к разработке модели формирования урожая моркови в зависимости от изучаемых факторов. В качестве методологической основы разработки модели формирования урожая моркови был выбран метод множественной нелинейной регрессии. Этот метод позволяет, наряду с линейной оценкой зависимости между изучаемыми факторами и целевой переменной, включать в анализ различные нелинейные преобразования аргументов регрессионной модели. Другой особенностью проводимого анализа является использование алгоритма пошаговой регрессии. Использование такого алгоритма позволяет вести построение регрессионной модели с последовательным включением статистически значимых компонентов уравнения и исключением компонентов, значимость которых ниже заданного уровня.
Учитывая нелинейность зависимости урожайности моркови и ее явно выраженную параболическую динамику, по крайней мере, в пределах уровней варьирования факторов, в качестве начальных компонентов регрессионной модели были включены: предиктор ЯН (линейная функция порогового уровня влажности воздуха), ЯН2 (параболическое преобразование порогового уровня влажности воздуха), h (линейная функция расчетной глубины увлажнения почвы) и Ь2 (параболическое преобразование расчетной глубины увлажнения почвы). В общую модель регрессии, помимо этого, были включены нелинейные преобразования третьей и четвертой степени, а также взаимодействие изучаемых факторов. Результаты пошаговой регрессии с включением статистически значимых компонентов представлены в таблице 2.
Таблица 2 - Результаты пошаговой регрессии для урожайности стандартных
корнеплодов моркови в зависимости от изучаемых факторов
Номер Преобразование Р компоненты, Р компоненты, Статус
шага включенной в модель не включенной в модель компоненты
ЬхЯН 0,199 Не включен
Ь3 0,999 Не включен
1 ЯН3 0,028 Включен
Н4 0,999 Не включен
ЯН4 0,028 Не включен
ЬхЯН 0,037 Включен
Ь3 0,999 Не включен
2 ЯН3 0,028 Включен
Н4 0,999 Не включен
ЯН4 0,999 Не включен
ЬхЯН 0,037 Включен
Ь3 0,999 Не включен
3 ЯН3 0,008 Включен
Н4 0,999 Не включен
ЯН4 0,999 Не включен
В результате пошагового анализа статистической значимости компонентов в регрессионную модель было включено нелинейное преобразование порогового уровня относительной влажности воздуха третьей степени и произведение уровней изучаемых факторов. Общая регрессионная модель зависимости урожайности столовой моркови от расчетной глубины промачивания почвы и порогового уровня относительной влажности воздуха, регламентирующих проведение вегетационных и освежительных сприн-клерных поливов, определилась в виде следующего выражения (рисунок 2):
Yst = 38,4+244,8^Ь-0,207^КН-408,ЬЬ2+0,0098^ЯН2+ +0,22^ЯН-9,540"^ЯН3,
где Yst - урожайность стандартных корнеплодов моркови, т/га, Ь - расчетная глубина увлажнения почвы при спринклерном орошении моркови в период «посев - образование 2-го листа», м, ЯН - пороговое значение относительной влажности воздуха при достижении которого назначаются освежительные поливы, %.
Условные обозначения:
Yst - урожайность стандартных корнеплодов моркови; Ь - расчетная глубина промачивания почвы; ЯН - пороговое значение относительной влажности воздуха
Рисунок 2 - График зависимости урожайности стандартных корнеплодов моркови от уровня обеспеченности изучаемых факторов
Полученное уравнение обладает высокой степенью сходимости с опытными данными, коэффициент детерминации модели составляет Я2 = 0,97. Из графика зависимости видно, что наибольшая динамика изменения урожайности стандартных корнеплодов моркови обуславливается варьированием расчетной глубины промачивания почвы в период «посев - образование 2-го листа». Связь нелинейная с локальным минимумом на границе с расчетным, 0,2-метровым слоем увлажняемой вегетационными поливами почвы и максимумом в области 0,3-метрового слоя увлажнения. Связь урожайности стандартных корнеплодов моркови с пороговыми значениями относительной влажности воздуха также нелинейная с областью наибольшей продуктивности (урожайность стандартных корнеплодов более 81 т/га) в интервале 50-65 %.
Таким образом, на светло-каштановых почвах Нижневолжского региона поддержание предполивного уровня влажности почвы не ниже 80 % НВ в слое 0,3 м до фазы образования 2-го листа и 0,5 м - в остальные фенологические фазы развития моркови, вкупе с проведением систематических освежительных поливов при пороговых значениях относительной влажности воздуха 50-65 %, обеспечивает стабильное получение свыше 80 т/га стандартных корнеплодов моркови. Однако в современных условиях жесткой конкурен-
16
НИЖНЕВОЛЖСКОГО АГРОУНИВЕРСИТЕТСКОГО КОМПЛЕКСА: НАУКА И ВЫСШЕЕ ПРОФЕССИОНАЛЬНОЕ ОБРАЗОВАНИЕ
ции в сфере аграрного производства на первый план выходит задача рационального расходования ресурсов. Поэтому формирование наивысших урожаев будет оправдано лишь при условии экономного, сбалансированного ресурсопользования. В орошаемом земледелии одним из важнейших вовлекаемых в производство ресурсов является оросительная вода, которая в почвенно-климатических условиях региона исследований является основной приходной статьей водного баланса орошаемого поля.
Оценка эффективности использования водных ресурсов в орошаемом земледелии традиционно проводится по динамике коэффициента водопотребления, характеризующего отношение суммарного водопотребление посевов к урожайности орошаемой культуры. Значения коэффициента водопотребления столовой моркови нами были определены для каждого сочетания изучаемых в опыте факторов (таблица 3).
Таблица 3 - Коэффициент водопотребления столовой моркови при орошении стационарными дождевальными системами спринклерного типа
Фактор А
м
а
о §
е
2015 г
Суммарное водопотребление, м3/га
л
и
^ .гГ
Я н
а о
¡> 5
Коэффициент во-допотреб-ления, м3/т
2016 г
Суммарное водопотреб-
ление, м3/га
¡И
а о
Коэффициент во-допотреб-
ления, м3/т
В1
5160
70,2
73,5
5090
72,2
70,5
А1 (0,2-0,5 м)
В2
5280
73,5
71,8
5090
72,2
70,5
В3
5370
75,4
71,2
5180
74,4
69,6
В4
5400
75,3
71,7
5270
73,9
71,3
В1
5170
72,7
71,1
5120
76,4
67,0
А2 (0,3-0,5 м)
В2
5300
77,1
68,7
5120
76,4
67,0
В3
5410
80,2
67,5
5210
81,7
63,8
В4
5430
80,3
67,6
5300
81,5
65,0
В1
5030
69,7
72,2
5000
73,1
68,4
А3 (0,4-0,5 м)
В2
5140
73,9
69,6
5000
73,1
68,4
В3 В4
5260 5270
77.4
77.5
68,0 68,0
5120 5160
77,9 77,6
65,7 66,5
Опытные значения коэффициента водопотребления столовой моркови легли в основу разработки регрессионной модели эффективности расходования водных ресурсов на формирование урожая стандартных корнеплодов. Разработка регрессионной модели проводилась по описанному выше алгоритму, с использованием методов пошаговой регрессии и статистической оценки компонентов математического выражения. В результате проведенной работы было получено следующее математическое выражение:
Ке = 94,2-161,99^+0,133^ЯН+257,5^2-0,0052^ЯН2+ +5,7-10"5-КН3-0,187^ЯН,
где Ке - коэффициент водопотребления моркови, взятый отношением к урожайности стандартной продукции, м3/га. Коэффициент детерминации полученного выражения составляет Я2=0,95. График полученной зависимости (рисунок 3) в границах уровней варьирования факторов характеризуется четко определенным минимумом.
Область минимальных значений по оси h (расчетная глубина промачивания почвы при спринклерном орошении моркови до фазы образования 2-го листа) определяется диапазоном 0,3-0,34 м. По оси ЯН (пороговое значение относительной влажности воздуха) область минимальных значений коэффициента водопотребления моркови лежит в границах 50-55 %.
НИЖНЕВОЛЖСКОГО АГРОУНИВЕРСИТЕТСКОГО КОМПЛЕКСА: НАУКА И ВЫСШЕЕ ПРОФЕССИОНАЛЬНОЕ ОБРАЗОВАНИЕ
Условные обозначения:
Ке - коэффициент водопотребле-ния моркови; h - расчетная глубина промачивания почвы; ЯН -пороговое значение относительной влажности воздуха
Рисунок 3 - График поверхности отклика модели эффективности расходования водных ресурсов на формирование урожая стандартных корнеплодов
Совместное решение полученных регрессионных моделей определило положение общей зоны области формирования наибольшей продуктивности стандартных корнеплодов моркови и области наименьших затрат воды на формирование урожая. Пересечение этих областей дает возможность говорить о существовании области оптимума, координаты которой на плоскости определяются диапазоном значений ЯН (пороговый уровень относительной влажности воздуха) от 50 до 55 % и расчетной глубины промачивания почвы до фазы образования 2-го листа, равной 0,3 м.
Заключение. Формирование урожая стандартных корнеплодов моркови, равно как и эффективность расходования воды на формирование урожая, находятся в сильной взаимосвязи с целевыми технологическими функциями спринклерного орошения, такими как регулирование водного режима почвы в дифференцированном по мощности слое и проведение освежительных поливов при достижении порогового уровня относительной влажности воздуха в среде посева. Доказано, что зависимости урожайности стандартных корнеплодов моркови и эффективности использования воды на формирование урожая от указанных факторов имеют локальный экстремум, нелинейны и асси-метричны. Разработанные регрессионные модели формирования урожая и эффективности расходования водных ресурсов хорошо согласуются с полученными в опыте распределениями данных, коэффициент детерминации составляет 0,95-0,97. Локальные экстремумы модели формирования урожая и эффективности расходования водных ресурсов имеют общее поле значений, совокупность которых определяет область оптимума. Координаты этой области по исследуемым факторам определяются диапазоном значений ЯН (пороговый уровень относительной влажности воздуха) от 50 до 55 % и И (расчетная глубина промачивания почвы до фазы образования 2-го листа), равной 0,3 м. При этом урожайность стандартных корнеплодов моркови составляет не менее 81 т/га с совокупными затратами воды на формирование урожая не более 66,5 м3/га.
Библиографический список
1. Бородычев, В.В. Комплексы показателей мониторинга работы дождевальной техники в режиме реального времени [Текст]/ В.В. Бородычев, М.Н. Лытов, Е.Э. Головинов // Известия Нижневолжского агроуниверситетского комплекса: наука и высшее профессиональное образование. -2015. - № 3 (39). - С. 33-37.
2. Ванеян, С.С. Оптимальные режимы орошения моркови [Текст]/ С.С. Ванеян, В.С. Соснов, А.М. Меньших // Картофель и овощи. - 2006. - № 4. - С. 17-18.
3. Корпоративная база статистических данных FAO. Торговля. - [Электронный ресурс].
- Режим доступа: http://faostat3.fao.org/download/T/TP/E (дата обращения 09.11.2016)
4. Макарычев, С.В. Особенности формирования почвенно-физических условий при орошении моркови [Текст]/ С.В. Макарычев, К.В. Березовская // Вестник Алтайского государственного аграрного университета. - 2016. - № 2 (136). - С. 58-62.
5. Моделирование процесса управления водно-солевым режимом почв в условиях орошения [Текст]/ В.В. Бородычев, Э.Б. Дедова, М.А. Сазанов, М.Н. Лытов // Известия Нижневолжского агроуниверситетского комплекса: наука и высшее профессиональное образование. -2016. - № 2 (42). - С. 26-33.
6. О применении отдельных специальных экономических мер в целях обеспечения безопасности Российской Федерации: Указ Президента Российской Федерации от 6.08.2014 г. -[Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://kremlin.ru/events/president/news/46404 (дата обращения 03.03.2016)
7. Овчинников, А.С. Урожайность моркови в зависимости от режима капельного орошения и способов обработки почвы [Текст]/ А.С. Овчинников, С.А. Лисиченко // Стратегическое развитие АПК и сельских территорий РФ в современных международных условиях: материалы международной научно-практической конференции, посвящённой 70-летию Победы в Великой Отечественной войне 1941-1945 гг. - Волгоград: ВолГАУ, 2015. - С. 160-165.
8. Оптимальное управление поливами на основе современных вычислительных алгоритмов [Текст]/ В.В. Бородычев, М.Н. Лытов, А.С. Овчинников, В.С. Бочарников // Известия Нижневолжского агроуниверситетского комплекса: наука и высшее профессиональное образование. - 2015. - № 4. - С. 21-27
9. Овчинников, А.С. Современные технологии ирригационных систем орошения [Текст]/ А.С. Овчинников, М.П. Мещеряков, В.С. Бочарников, О.В. Бочарникова // Проблемы рационального использования природохозяйственных комплексов засушливых территорий: сборник научных трудов международной научно-практической конференции. - Волгоград: ВолГАУ, 2015. - С. 124-126
10. Федеральная служба государственной статистики. - Центральная база статистических данных. - [Электронный ресурс] - Режим доступа: http://www.gks.ru/dbscripts/munst/munst18/DBInet.cgi#1 (дата обращения 01.02.2017)
11. Ovchinnikov, A.S. Oil tillage, irrigation, and carrot yield in the lower Volga region / A.S. Ovchinnikov, S.A. Lisichenko, V.V. Borodychev, A.A. Martynova // Плодородие. - 2015. -№ 3 (84). - С. 30-32.
Reference
1. Borodychev, V. V. Kompleksy pokazatelej monitoringa raboty dozhdeval'noj tehniki v rezhime real'nogo vremeni [Tekst]/ V. V. Borodychev, M. N. Lytov, E. Je. Golovinov // Izvestiya Nizhnevolzhskogo agrouniversitetskogo kompleksa: nauka i vysshee professional'noe obrazovanie. -2015. - № 3 (39). - S. 33-37.
2. Vaneyan, S. S. Optimal'nye rezhimy orosheniya morkovi [Tekst]/ S. S. Vaneyan, V. S. Sos-nov, A. M. Men'shih // Kartofel' i ovoschi. - 2006. - № 4. - S. 17-18.
3. Korporativnaya baza statisticheskih dannyh FAO. Torgovlya. - [Jelektronnyj resurs]. -Rezhim dostupa: http://faostat3.fao.org/download/T/TP/E (data obrascheniya 09.11.2016)
4. Makarychev, S. V. Osobennosti formirovaniya pochvenno-fizicheskih uslovij pri oroshenii morkovi [Tekst]/ S. V. Makarychev, K. V. Berezovskaya // Vestnik Altajskogo gosudarstvennogo agrarnogo universiteta. - 2016. - № 2 (136). - S. 58-62.
5. Modelirovanie processa upravleniya vodno-solevym rezhimom pochv v usloviyah oro-sheniya [Tekst]/ V. V. Borodychev, Je. B. Dedova, M. A. Sazanov, M. N. Lytov // Izvestiya Nizh-nevolzhskogo agrouniversitetskogo kompleksa: nauka i vysshee professional'noe obrazovanie. - 2016.
- № 2 (42). - S. 26-33.
6. O primenenii otdel'nyh special'nyh jekonomicheskih mer v celyah obespecheniya bezopas-nosti Rossijskoj Federacii: Ukaz Prezidenta Rossijskoj Federacii ot 6.08.2014 g. - [jelektronnyj resurs]. - Rezhim dostupa: http://kremlin.ru/events/president/news/46404 (data obrascheniya 03.03.2016)
7. Ovchinnikov, A. S. Urozhajnost' morkovi v zavisimosti ot rezhima kapel'nogo orosheniya i sposobov obrabotki pochvy [Tekst]/ A. S. Ovchinnikov, S. A. Lisichenko // Strategicheskoe razvitie APK i sel'skih territorij RF v sovremennyh mezhdunarodnyh usloviyah: materialy mezhdunarodnoj nauchno-prakticheskoj konferencii, posvyaschjonnoj 70-letiyu Pobedy v Velikoj Otechestvennoj vojne 1941-1945 gg. - Volgograd: VolGAU, 2015. - S. 160-165.
8. Optimal'noe upravlenie polivami na osnove sovremennyh vychislitel'nyh algoritmov [Tekst]/ V. V. Borodychev, M. N. Lytov, A. S. Ovchinnikov, V. S. Bocharnikov // Izvestiya Nizh-nevolzhskogo agrouniversitetskogo kompleksa: nauka i vysshee professional'noe obrazovanie. - 2015.
- № 4. - S. 21-27
9. Ovchinnikov, A. S. Sovremennye tehnologii irrigacionnyh sistem orosheniya [Tekst]/ A. S. Ovchinnikov, M. P. Mescheryakov, V. S. Bocharnikov, O. V. Bocharnikova // Problemy racional'nogo ispol'zovaniya prirodohozyajstvennyh kompleksov zasushlivyh territorij: sbornik nauchnyh trudov mezhdunarodnoj nauchno-prakticheskoj konferencii. - Volgograd: VolGAU, 2015. - S. 124-126
10. Federal'naya sluzhba gosudarstvennoj statistiki. - Central'naya baza statisticheskih dannyh.
- [Jelektronnyj resurs] - Rezhim dostupa: http://www.gks.ru/dbscripts/munst/munst18/DBInet.cgi#1 (data obrascheniya 01.02.2017)
11. Ovchinnikov, A.S. Oil tillage, irrigation, and carrot yield in the lower Volga region / A.S. Ovchinnikov, S.A. Lisichenko, V.V. Borodychev, A.A. Martynova // Plodorodie. - 2015. - № 3 (84). -S. 30-32.
E-mail: [email protected]
УДК 633.2:631.67
СОВРЕМЕННЫЕ АЛГОРИТМЫ СОЗДАНИЯ ИНТЕНСИВНОГО КОРМОПРОИЗВОДСТВА В УСЛОВИЯХ ОРОШЕНИЯ
MODERN ALGORITHME CREATE INTENSIVE FODDER PRODUCTION UNDER IRRIGATED CONDITION
В.В. Бородычев, академик РАН, доктор сельскохозяйственных наук, профессор М.Н. Лытов, кандидат сельскохозяйственных наук, доцент
ФГБНУ Всероссийский научно-исследовательский институт гидротехники и мелиорации им. А.Н. Костякова, г. Москва
V.V. Borodychev, M.N. Lytov
Federal state budgetary scientific institution all-Russian research Institute of hydraulic engineering and land reclamation them. A. N. Kostyakova
В работе приводятся результаты исследования процесса проектирования орошаемого кормопроизводства и адаптации алгоритма создания оптимальных проектов интенсивного кормопроизводства в условиях орошения. Объектом исследований являются орошаемые комплексы по производству основных видов кормов для отрасли животноводства. Предметом исследований являются модели и алгоритмы создания сбалансированных проектов орошаемого кормопроизводства с учетом фактической и прогнозируемой потребности в кормах и использования ресурсов естественной кормовой базы. Цель исследований определяется необходимостью адаптации моделей создания орошаемого кормопроизводства на основе оросительной техники нового поколения. Новизна подходов решения заявленной проблемы заключается в том, что в основу создания моделей орошаемого кормопроизводства положен учет преимуществ оросительной техники нового поколения, включая: новый уровень кинематики рабочего и холостого хода дождевальных машин, реализацию принципов поверхностного дождевания разновысотных фитоценозов, модульный подход в комплектовании дождевальных машин, системы оперативного контроля работы дождевальной техники на основе дистанционных технологий, системы интеллектуального управления дождевальными машинами на основе мониторинга в режиме реального времени. В предлагаемом алгоритме создание кормопроизводства в рамках конкретного хозяйствующего субъекта рассматривается как неотъемлемая часть проектов животноводческих комплексов. Весь расчет начинается и заканчивается проектированием таких комплексов, с учетом стратегии их развития на перспективу. На этапе оперативного планирования параметров орошаемого кормопроизводства в заданных условиях со-
