Капельное орошение летних посадок картофеля в нижнем Поволжье

Капельное орошение летних посадок картофеля в Нижнем Поволжье

Н.Н. Дубенок, академик РАН, д.с.-х.н, профессор, ФГБОУ ВО РГАУ- МСХА; Д.А. Болотин, аспирант, ФГБНУ Всероссийский НИИ орошаемого земледелия

Одним из наиболее востребованных продуктов питания у россиян является картофель. Российская Федерация производит около 28—31 млн т картофеля и занимает лидирующие позиции в мире. Однако урожайность клубней картофеля в 2—3 раза ниже, чем в развитых странах, что отрицательно сказывается на рентабельности его возделывания. Особенно это относится к Нижнему Поволжью, где картофелеводческая отрасль базируется на орошении и привозном посадочном материале отечественной и зарубежной селекции, так как данный регион по экологическим условиям относится к неблагоприятной зоне получения оздоровлённого семенного картофеля. В связи с этим производители картофеля, в особенности хозяйства населения, крайне редко обновляют семенной фонд и в качестве посадочного материала используют картофель местных весенних репродукций, который из-за поражения болезнями и неблагоприятных погодных условий приводит к снижению урожая на 30—50% и более. Поэтому увеличение объёмов и повышение эффективности производства картофеля в регионе связано с решением проблемы получения местного оздоровлённого посадочного материала.

Цель исследования — разработка водо- и энергосберегающих режимов капельного орошения летних посадок картофеля, подбор и оценка степени адаптации различных сортов отечественной селекции, обеспечивающих получение оздоровлённых клубней, соответствующих семенным стандартам и

конкурентоспособных по отношению к завозному посадочному материалу.

Материал и методы исследования. Объектом исследования служили орошаемые летние посадки картофеля отечественной и зарубежной селекции, а предметом исследования — закономерности формирования водного режима почвы, водопотребления и семенной продуктивности картофеля.

Исследование по разработке параметров оптимизации водных режимов почвы, закономерностей водопотребления и продукционных процессов картофеля проводили в двухфакторном полевом опыте по определённой схеме.

Фактор А (водный режим почвы) включал следующие варианты: I — проведение вегетационных поливов при снижении влажности почвы до 80% наименьшей влагоёмкости (НВ) в расчётном слое 0,6 м; II — то же, но в расчётном слое увлажнения почвы 0,4 м; III — то же при дифференциации расчётного слоя увлажнения почвы от посадки до бутонизации включительно 0,4 м, а в остальной период вегетации — 0,6 м; IV — без орошения (контроль).

Сортовой состав картофеля (фактор В) включал пять вариантов: Роко, Иван-да-Марья, Невский, Голубизна и Журавинка.

Полевой эксперимент проводили методом расщеплённых делянок при одноярусном рендо-мизированном расположении вариантов режимов капельного орошения и систематическом по сортам. Повторность опыта трёхкратная. Опыты сопровождались наблюдениями, учётами и измерениями, выполненными при соблюдении требований «Методики опытного дела» Б.А. Доспехова [1], ФГБНУ «Всероссийский НИИ орошаемого земледелия» [2],

ФГБНУ «Всероссийский НИИ картофельного хозяйства» [3] и др.

Поливы назначались при снижении влажности почвы в соответствии с вариантами схемы опытов. Влажность почвы определяли термостатно-весовым методом по А.А. Роде [4], а также почвенным влагомером «AQUATERR М-300» на динамических площадках в трёхкратной повторности.

Поливные нормы рассчитывали по формуле А.Н. Костякова [5] в модификации И.П. Кружи-лина [6].

Почвы опытного участка Волго-Донского стационара ФГБНУ ВНИИОЗ светло-каштановые тяжелосуглинистые с содержанием гумуса 1,74— 1,91%. По содержанию доступных форм элементов питания они характеризуются низкой обеспеченностью азотом, средней — подвижным фосфором и высокой — обменным калием. Плотность расчётных слоёв увлажнения почвы 0,4 и 0,6 м составляет 1,28 и 1,33 т/м3, а наименьшая влагоёмкость — 23,4 и 22,3% массы сухой почвы.

Выращивание картофеля осуществлялось с использованием гребневой технологии, разработанной во Всероссийском НИИ орошаемого земледелия [7, 8].

Результаты исследования. Территория проведения исследования по условиям влагообеспеченно-сти относится к полусухой зоне незначительного увлажнения с гидротермическим коэффициентом

лось в пределах 0,4—0,7. Полученные в результате исследования значения ГТК, равные 0,19 и 0,49, а в среднем — 0,34, относят данную территорию к зоне обязательного орошения (рис. 1).

Динамика влажности почвы в расчётных слоях, как свидетельствуют полученные данные, не опускалась в течение вегетации ниже заданных схемой опытов предполивных порогов. Формировалась она в соответствии с биологическими особенностями роста и развития растений, водно-физическими свойствами, метеорологическими условиями и проведением поливов согласно схеме опытов (табл. 2).

Для получения дружных всходов картофеля по всем вариантам после посадки как в 2015, так и в 2016 г. был проведён довсходовый полив нормой 100 м3/га. В дальнейшем в I варианте (80% НВ, И = 0,6 м) влажность почвы в 2015 г. опускалась до предполивного порога 11 раз, а в 2016 г. — 9 раз. Для повышения её до наименьшей влагоёмкости потребовалось провести соответственно 11 и 9 поливов нормой 210 м3/га каждый. Оросительная норма летних посадок картофеля в этом варианте в 2015 г. составила 2410, в 2016 г. - 1990 м3/га.

Уменьшение расчётного слоя увлажнения почвы до 0,4 м (II вариант) в эти годы сопровождалось увеличением количества поливов соответственно до 19 и 16 по 140 м3/га каждый, а оросительная норма при этом изменялась от 2760 до 2340 м3/га. В варианте с дифференцированным в течение

1. Характеристика влаго- и теплообеспеченности района проведения полевого опыта по картофелю

Год Среднемноголетнии

2015 2016

Период сумма сумма сумма

атмосферных осадков, мм температур воздуха, °С ГТК атмосферных осадков, мм температур воздуха, °С ГТК атмосферных осадков, мм температур воздуха, °С ГТК

Июнь Июль Август Сентябрь Итого 15,5 15,0 2,1 21,2 53,8 741,0 781.2 660.3 621,0 2803,5 0,21 0,19 0,03 0,34 0,19 51,7 30,6 10,6 41,6 134,5 678,0 784,3 812,2 462,0 2736,5 0,76 0,39 0,13 0,90 0,49 36,0 33,0 32,0 25,0 126,0 630,0 725,4 682,0 486,0 2523,4 0,57 0,45 0,47 0,51 0,50

(ГТК) 0,5-0,6 и показателем естественного увлажнения 0,10-0,15, что подтверждается результатами нашего исследования (табл. 1).

За период июнь — сентябрь 2015 г. сумма атмосферных осадков составила 53,8 мм, или 42,7% среднемноголетних значений, в 2016 г. — 134,5 мм, или 106,8% соответственно. Сумма среднесуточных температур воздуха по годам исследования за тот же период изменялась от 2803,5 до 2736,5°С, или 111,1 и 108,4% нормы соответственно. Гидротермический коэффициент в 2015 г. изменялся в пределах 0,03-0,34, а в 2016 г. - 0,13-0,90. В среднем за рассматриваемый период ГТК в 2015 г. составил 0,19, что характеризует данную территорию как сухую зону (ГТК<0,4), а в 2016 г. - как крайне засушливую зону, так как значение ГТК находи-

Рис. 1 - Значения гидротермического коэффициента в период вегетации картофеля

2. Поливные нормы и количество поливов летних посадок картофеля

Водный режим Поливная Продолжительно сть Количество поливов по годам

почвы норма, м3/га полива, час 2015 2016

80% НВ, И=0,б м 210 3,7 11 9

80% НВ, И=0,4 м 140 2,5 19 16

80% НВ, И=0,4 - 0,6 м 140 210 2,5 3,7 14 11

3. Эвапотранспирация летних посадок картофеля, м3/га

Вариант водного режима почвы Оросительная норма Использовано Эвапотранспирация

влаги от осадков почвенной влаги

80% НВ, И=0,б м 2200 536 453 3189

80% НВ, И=0,4 м 2550 536 392 3478

80% НВ, И=0,4-0,6 м 2305 536 433 3274

вегетации расчётным слоем увлажнения почвы 0,4 и 0,6 м для поддержания влажности в пределах 80—100% НВ было осуществлено 14 и 11 поливов с оросительной нормой 2550 и 2060 м3/га, а в среднем за годы исследования — 2305 м3/га (табл. 3).

Суммарное водопотребление (эвапотранспи-рация) картофеля летних посадок при капельном орошении по годам исследования в зависимости от водного режима почв изменялась в пределах 3001—3642 м3/га. Максимальными его значения (3315—3642 м3/га.) по годам исследования были в варианте с предполивной влажностью 80% НВ в расчётном слое почвы, равном 0,4 м, а в среднем эвапотранспирация составила 3478 м3/га. Увеличение расчётного слоя увлажнения почвы до 0,6 м сопровождалось снижением водопо-требления картофеля до 3189 м3/га, а по годам исследования — до 3001—3378 м3/га. В варианте с дифференцированным расчётным слоем увлажнения суммарное водопотребление картофеля по годам исследования изменялось от 3109 до 3440 м3/га, а в среднем — 3274 м3/га. Оросительная вода в суммарном водопотреблении картофеля летних посадок в годы исследования изменялась от 66,3 до 75,8%, а в среднем — 69,0—73,3%. Доля атмосферных осадков в суммарном водопотреблении в среднем занимает 15,4—16,8%, а на долю использованных запасов почвенной влаги приходилось 11,3-14,2% (рис. 2).

Результаты нашего исследования по режимам орошения картофеля, а также анализ опубликованных научных трудов показали, что оптимальный порог влажности и расчётный слой увлажнения почвы в каждом конкретном случае определяется рядом факторов. К важнейшим из них относят гранулометрический состав почвы, погодные условия, биологические особенности культуры, уровень агротехники и др. [9, 10]. По водному режиму светло-каштановых почв продуктивность летних посадок картофеля в годы исследования изменялась от 30,34 до 46,23 т/га, а в среднем — от 31,22 до 44,72 т/га. Наибольшая продуктивность изучаемых сортов картофеля

формировалась при поддержании предполивной влажности 80% НВ в слое 0,4 м, а наименьшая (31,22—36,68 т/га) — в варианте с расчётным слоем увлажнения почвы, равным 0,6 м (табл. 4). В варианте с дифференциацией увлажняемого слоя (0,4—0,6 м) почвы в течение вегетации продуктивность посадок картофеля изменялась от 33,49 до 40,26 т/га.

Урожайность клубней картофеля сорта Жура-винка белорусской селекции в нашем исследовании была наибольшей и в зависимости от изучаемых вариантов водного режима почвы изменялась от 36,68 до 44,72 т/га. По продуктивности этот сорт отличался достоверной прибавкой по отношению к остальным сортам, так как разница в урожайности клубней была выше, чем значения наименьшей существенной разницы при 0,5% уровня значимости (НСР05). Продуктивность посадок картофеля сорта Голубизна отечественной селекции и сорта Роко голландской селекции изменялась в пределах 33,93—41,03 т/га и 33,46—42,22 т/га соответственно. Прибавка в урожайности клубней картофеля между этими сортами была несущественная, так как она меньше значения НСР05, а по отношению к сортам Невский и Иван-да-Марья отечественной и голландской селекции — существенная. Посадки картофеля последних сортов отличались наименьшей продуктивностью и в зависимости от изучаемых вариантов водного режима почвы изменялись от 31,22 до 37,83 т/га. Прибавка урожайности клубней картофеля между этими сортами была несущественная, так как находилась в пределах ошибки опыта.

Эффективность орошения картофеля определяется не только величиной получаемого урожая, но и затратами воды на формирование единицы товарной продукции, т.е. коэффициентами водопо-требления. В нашем исследовании коэффициенты водопотребления картофеля в зависимости от изучаемых факторов изменялись от 77,8 до 102,1 м3/т (табл. 5).

По сорту картофеля Журавинка коэффициенты водопотребления были наименьшими и изменялись в пределах 77,8—86,9 м3/т. По сортам Роко

Рис. 2 - Элементы водного баланса летних посадок картофеля

4. Продуктивность летних посадок картофеля, т/га

5. Коэффициенты водопотребления картофеля, м3/т

Сорт картофеля Вариант водного режима почвы

80% НВ, 80% НВ, 80% НВ,

h=0,6 м h=0,4 м h=0,4-0,6 м

Роко 33,46 42,22 38,12

Иван-да-Марья 31,22 36,90 33,49

Невский 31,71 37,83 34,20

Голубизна 33,93 41,03 36,92

Журавинка 36,68 44,72 40,26

Сорт картофеля Вариант водного режима почвы

80% НВ, 80% НВ, 80% НВ,

h=0,6 м h=0,4 м h=0,4-0,6 м

Роко 95,2 82,4 84,0

Иван-да-Марья 102,1 94,2 94,8

Невский 100,5 91,9 93,6

Голубизна 94,0 84,8 86,8

Журавинка 86,9 77,8 79,5

Примечание: НСР05: для 2015 г. — 2,37 т/га, 2016 г. — 2,71 т/га

и Голубизна они были близкими, но выше, чем по сорту Журавинка, и изменялись от 82,4 и 84,8 до 95,2 и 94,0 м3/т соответственно. Наибольшими затратами воды на формирование 1 т клубней картофеля характеризовались сорта Невский и Иван-да-Марья, которые изменялись от 91,9 и 94,2 до 100,5 и 102,1 м3/т соответственно. Наиболее высокие коэффициенты водопотребления изучаемых сортов картофеля (86,9—102,1 м3/т) были получены в варианте с предполивной влажностью почвы 80% НВ в слое 0,6 м, а наименьшие (77,8—94,2 м3/т) — в варианте с расчётным слоем увлажнения почвы, равным 0,4 м, значения которых незначительно отличались от варианта с дифференцированным в течение вегетации слоем увлажнения.

Выводы. 1. Гидротермические коэффициенты характеризуют территорию проведения исследования в 2015 г. как сухую зону, а в 2016 г. — как крайне засушливую и относят её к зоне обязательного орошения.

2. Для обеспечения заданных схемой опытов водных режимов почвы в 2015 г. потребовалось провести 11—19, а в 2016 г. — 9—16 поливов поливной нормой 210 и 140 м3/га каждый. При этом оросительная норма картофеля по вариантам водного режима почвы в 2015 г. изменялась от 2410 до 2760 м3/га, а в 2016 г. — от 1990 до 2340 м3/га.

3. Суммарное водопотребление картофеля по годам исследования в зависимости от изучаемых водных режимов почв изменялась от 3001 до 3642 м3/га. В структуре водопотребления оросительная вода занимала 66,3—75,8%. На долю атмосферных осадков приходилось 10,2—23,4%, а на использование запасов почвенной влаги — 8,3—17,7%.

4. Максимальная продуктивность посадок картофеля в зависимости от водных режимов почвы 33,46—44,12 т/га в среднем за годы исследования получена по сортам Журавинка, Роко и Голубизна. Сорта картофеля Невский и Иван-да-Марья отличались наименьшей урожайностью клубней — от 31,22 до 37,83 т/га.

Литература

1. Доспехов Б.А. Методика полевого опыта. М.: Колос, 1985. 351 с.

2. Методика полевого опыта в условиях орошения. Волгоград: ВНИИОЗ, 1983. 149 с.

3. Коршунов А.В. Многофакторные опыты по картофелю (планирование, проведение, анализ). М.:ВНИИКХ, 2002. 100 с.

4. Роде А.А. Методы изучения водного режима почв. М.: АН СССР, 1960. 244 с.

5. Костяков А.Н. Основы мелиораций. М.: Сельхозгиз, 1960. 621 с.

6. Способ определения поливных норм при капельном орошении томатов / И.П. Кружилин, Е.А. Ходяков, Ю.И. Кру-жилин, А.М. Салдаев, А.В. Галда. Патент № 2204241, 20.05.2003.

7. Навитняя А.А. Особенности выращивания картофеля в Волгоградской области // Научные основы технологического обеспечения орошаемого земледелия в современных агроклиматических условиях: сб. науч. тр. Волгоград: ВНИИОЗ, 2002. С. 184-194.

8. Дергачева И.А., Гуренко В.М., Бородычев В.В. и др. Перспективное направление возделывания картофеля на юге Российской Федерации // Комплексные мелиорации — средство повышения продуктивности сельскохозяйственных земель: сб. науч. тр. М.: ФГБНУ ВНИИГиМ, 2014. С. 49—54.

9. Дубенок Н.Н., Чечко Р.А., Дружкин А.Д. Водопотребление и продуктивность раннего картофеля при спринклерном орошении // Мелиорация и водное хозяйство. 2015. № 1. С. 15—18.

10. Бородычёв В.В., Шуравилин А.В., Сухарев Ю.И. Обоснование режима увлажнения почвы при капельном орошении картофеля в аридной зоне // Вестник Российского университета дружбы народов. Серия: Агрономия и животноводство. 2013. № 3. С. 45—52.