Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Состояние изученности вопроса 8
1.1. Значение и биологические особенности томатов 8
1.2. Способы обработки почвы под томаты 22
1.3. Способы и режимы орошения томатов 29
1.4. Обоснование направления исследований 42
Глава 2. Условия и методика проведения исследований 44
2.1. Схема полевого опыта и методика проведения исследований 44
2.2. Климатическая и почвенная характеристика опытного участка 50
2.3. Агротехника томатов в опыте 57
2.4. Краткая характеристика сорта 58
Глава 3. Способы основной обработки почвы на томатах 61
3.1. Влияние способов основной обработки почвы на агрофизические показатели плодородия 61
3.2. Способы основной обработки почвы и засоренность посевов и почвы 73
3.3. Влияние способов основной обработки почвы на фотосинтетическую деятельность томатов 81
Глава 4. Режим орошения томатов при разных способах орошения и обработки почвы 97
4.1. Режим орошения томатов в зависимости от условий выращивания 98
4.2. Суммарное и среднесуточное водопотребление томатов 105
4.3. Коэффициенты водопотребления и биофизические коэффициенты томатов в разных условиях выращивания 116
Глава 5. Урожайность и качество томатов в зависимости от условий выращивания 123
Глава 6. Энергетическая и экономическая оценка возделывания томатов 132
6.1. Энергетическая оценка возделывания томатов 132
6.2. Экономическая эффективность возделывания томатов 135
Заключение 140
Рекомендации 143
- Способы обработки почвы под томаты
- Влияние способов основной обработки почвы на агрофизические показатели плодородия
- Режим орошения томатов в зависимости от условий выращивания
- Экономическая эффективность возделывания томатов
Способы обработки почвы под томаты
Среди мероприятий по обеспечению высокой культуры земледелия и получения высоких урожаев сельскохозяйственных культур обработка почвы – одна из первостепенных. Ее доля в повышении урожайности культур составляет от 15 до 20% [47].
Значение обработки почвы в интенсивном земледелии определяется, главным образом, тем, насколько результативно с ее помощью возможно решить основные задачи механического воздействия на почву, то есть сформировать необходимые условия для роста и развития выращиваемой культуры. На ее проведение затрачивается около 40% энергетических и 25% трудовых ресурсов, используемых для выращивания урожаев сельскохозяйственных культур. Поэтому разработка и внедрение в практическую деятельность энергосберегающих систем обработки почвы с наименьшими затратами ГСМ обеспечивает экономический эффект за счет экономии нефтепродуктов, а также способствует снижению выбросов в окружающую среду токсических веществ, образующихся при сжигании топлива.
Все это явилось основной причиной того, что в последнее время технология почвы меняется в сторону минимизации и энергосбережения на базе использования высокопроизводительных машин и орудий, внедрения комбинированных агрегатов. Другими направления минимизации обработки почвы является замена традиционной (отвальной) технологии обработки почвы – плоскорезной или безотвальной, уменьшение глубины обработки почвы, сокращения числа обработок за счет применения химических мер борьбы с сорняками. В.И. Кирюшин [78] считает, что достоинства минимизации почвообра-ботки часто сопровождаются недостатками: возрастает дефицит минерального азота в почве, повышается засоренность посевов.
Задачи обработки почвы под овощные культуры такие же, как и при возделывании других сельскохозяйственных культур, но существует ряд особенностей, связанных с требованиями к качеству проводимой обработки, что вызвано биологическими особенностями овощных культур. К ним относятся:
- мелкосемянность многих овощных культур;
- долговременность прорастания семян из-за наличия в них эфирных масел, затрудняющих набухание семян;
- создание рыхлого поверхностного слоя почвы для корнеплодных, корневищных и клубнеплодных растений, формирующих урожай в земле.
Томаты, которые могут возделываться рассадным способом, избегают этих проблем к качеству обработки в случае применения безрассадной технологии. В то же время, в литературе и практике в условиях орошения много противоречивых данных о выборе приемов обработки почвы, особенно, когда речь заходит об основной обработке почвы.
В условиях юга России при возделывании овощных культур Р.А. Гиш и Г.С. Гикало [46] рекомендуют отвальную зяблевую обработку почвы на глубину 25…30 см с учетом предшественника, сорной растительности, мощности пахотного слоя и др.
Аналогичной технологии проведения основной обработки почвы придерживаются Н. Андреева и А. Дерявская [11], а также специалисты Министерства сельского хозяйства страны, но в тоже время на тяжелых почвах рекомендуют осенью вместо подъема зяби провести культивацию и лущение, а вспашку – весной, во избежание уплотнения за зиму этих почв до исходного состояния.
Под томаты Алексеев Р.В. [7] рекомендует отвальную обработку почвы на 27…30 см, а после вспашки, после раноубираемых предшественников, выравнивание планировщиками и проведение 1…2 культиваций по мере отрастания сорняков. В случае если предшественником томатов является поздно убираемая культура, то проводится дискование, планировка и отвальная обработка. Предпосевная обработка под томаты состоит из перекрестного боронования и 2-х культиваций: первая на глубину 5…6 см после отрастания сорняков, вторая на 15…18 см. Такую же технологию обработки почвы рекомендуют В.М. Андреев и В.М. Марков [10], однако весной культивацию заменить на 2…4-х кратное боронование.
Отвальную зяблевую обработку почвы под томаты рекомендует и А.В. Алпатьев [9], но на тяжелых заплывающих почвах лучше применять поздне-осеннюю глубокую обработку зяби плугами с безотвальными корпусами или плоскорезами-глубокорыхлителями без выравнивания ранней зяби.
В.П. Котов вместе с соавторами [84] рекомендуют лущение или без него с последующей отвальной зяблевой обработкой. Весенняя обработка почвы под рассаду заключается в культивации зяби на 12…15 см с одновременным боронованием. Для борьбы с сорняками применяют Зенкор 1…2 кг д.в./га с последующей заделкой на глубину 8…10 см. Непосредственно перед высадкой рассады проводят глубокую культивацию с внесением удобрений и одновременным боронованием.
Исследования, проведенные на орошаемых землях ОПХ «Семикара-корское» (Донской зональный НИИСХ) показали, что проведение безотвальной обработки почвы под озимую пшеницу и кукурузу на зерно более выгодно, чем отвальная обработка почвы, а по сое на зерно – наоборот. Преимущество проявлялось в более высоких показателях энергетической и экономической эффективности [93].
Изучение отвальной вспашки на 25…27 см, плоскорезной на 25…27 см и дисковой на 12…14 см на орошаемых темно-каштановых почвах сухостеп-ного Заволжья показало, что применение плоскорезной обработки, не влияя на величину урожая, обеспечивает снижение энергозатрат на обработку почвы и благоприятно влияет на агрофизические показатели, т.е. на плодородие почвы и в целом снижает себестоимость продукции [151]. Аналогичные исследования в 2009-2011 гг. на неорошаемых землях проводились на опытном поле Саратовского ГАУ, где, несмотря на рост засоренности посевов и снижение урожайности овса на 3,4…12,9%, также была выявлена экономическая и энергетическая эффективность ресурсосберегающих приемов основной обработки почвы [57].
Ранее проведенные исследования в этих же условиях в орошаемых зер-нопропашных и травяно-зернопропашных севооборотах показали, что по продуктивности как целого севооборота, так и отдельных его культур, существенных различий между отвальной и безотвальной обработкой на глубину 18…20 см нет, а плоскорезная обработка на ту же глубину приводит к снижению продуктивности севооборота [156]. Аналогичные результаты были получены в 1996-2001 гг. в условиях Саратовской области В.А. Шадских [152].
Исследования, проведенные в Туркменском районе Ставропольского края в 2006-2008 гг. на богарных землях также не выявили различий в способах основной обработки почвы под культуру подсолнечника на количество продуктивной влаги и урожайность [157].
Минимальная и нулевая обработки почвы больше подходят для засушливых условий, и в основном для трав и зерновых культур, а для овощей и картофеля почву нужно обрабатывать как можно глубже, не менее 20…25 см. Поэтому без плуга не обойтись [68].
Необходимости придерживаться отвальной обработки почвы рекомендует А.В. Дронов с соавторами [62]. Изучая в сравнении отвальную, плоскорезную и дисковую обработки почвы под суданскую траву, он считает, что отвальная обработка обеспечивает наиболее оптимальные условия для роста и развития растений, способствует улучшению фитосанитарного состояния посевов, более интенсивному накоплению надземной биомассы, увеличению площади листьев и фотосинтетического потенциала и позволяет получить высокий урожай. К таким же выводам пришли в своих исследованиях И.В. Панкова и С.В. Шайкин [112], В.П. Тохтаров [133], Т.А. Трофимова [135], В.М. Гармашов с соавторами [44], И.В. Дудкин [65], Я.Г. Керимов [77], а О.А. Савоськина и соавторы [123] рекомендуют, что поверхностные обработки лишь в комплексе с использованием высокоэффективных гербицидов.
Исайкин И.И. [72] наоборот считает, что плуг – самое нелогичное орудие в борьбе с засоренностью полей и, что именно он провоцирует размножение сорняков. Рассыпавшиеся после уборки семена сорняков при отвальной обработке относительно равномерно распределяются по пахотному горизонту, поэтому они на будущий год в посевах прорастают неодновременно, что осложняет борьбу с сорняками как агротехническими, так и химическими методами.
Серьезным недостатком в орошаемом земледелии является физическая деградация плодородия почвы, характеризующаяся уплотнением ее горизонтов. Для решения этой проблемы А.Е. Новиков [104] рекомендует основную обработку почвы проводить один раз в три года чизельными почвообрабатывающими орудиями.
Влияние способов основной обработки почвы на агрофизические показатели плодородия
Полученные нами данные плотности почвы в зависимости от различных способов основной обработки почвы показали, что перед посадкой рассады при отвальной обработке почвы на глубину 0,23...0,25 м лугово-каштановая среднесуглинистая почва отличалась меньшей плотностью сложения, а значения объемной массы указывают на рыхлое состояние пахотного слоя (таблица 3.1.1).
Исследования, проведенные нами показали, что глубокое рыхление почвы ведет к некоторому уплотнению почвы на 0,02…0,03 т/м3, но в то же время плотность почвы находится в пределах оптимальных значений, как и при отвальной вспашке. Естественное уплотнение почвы от весны к осени наблюдается на всех вариантах опыта и к завершению периода вегетации томатов она приходит в состояние равновесной плотности.
Наибольшее уплотнение почвы происходит при поливе по бороздам, где к концу вегетации плотность почвы на фоне отвальной обработки возрастает на 0,09 т/м3, приближаясь к значениям плотности почвы при глубоком рыхлении. На наш взгляд, это связано с уплотняющим действием поливной воды, которой при поливе по бороздам подается на 1 га в 2-4 раза больше, чем при капельном орошении. Применение капельного орошения при обоих способах основной обработки почвы также приводит к постепенному самоуплотнению почвы, но в отличие от отвальной обработки, при глубоком рыхлении плотность сложения возрастает на 0,06…0,07 т/м3, что на 0,02 т/м3 больше, чем при отвальной обработке.
На плотность почвы оказывают некоторое влияние и предполивные пороги влажности почвы и связанные с ними различия в поливных нормах и количестве поливов. Отмечено, что наибольшее уплотнение почвы происходит при пороге предполивной влажности не ниже 70% НВ, где применялась наибольшая поливная норма – 225 м3/га. При этом пороге влажности почвы объемная масса увеличилась на 0,06…0,08 т/м3, а повышение предполивного порога влажности почвы до 90% НВ и применение поливных норм на уровне 75 м3/га снизило рост объемной массы до 0,04…0,06 т/м3.
Важным агрофизическим свойством почвы в ирригационном отношении является водопроницаемость, которая находится в тесной обратной зависимости от плотности почвы и ее общей пористости. Вследствие уплотнения почвы и снижения общей пористости, водопроницаемость закономерно снижается к концу вегетационного периода на 8,3…17,9%. Отмечено, что при отвальной обработке она снижается всего на 3,9…8,3%, тогда как при глубоком рыхлении уже на 11,4…17,8% или в среднем в 2,5 раза.
Среди сравниваемых способов орошения отмечено, что полив по бороздам приводит к снижению водопроницаемости при отвальной обработке на 3,4%, а при глубоком рыхлении – 8,6%, что мы связываем с различиями в плотности и пористости почвы.
Сравнивая варианты с предполивными порогами влажности почвы было установлено, что наибольшее снижение водопроницаемости наблюдается при предполивном пороге влажности почвы 70% НВ – в среднем на 13,1%, при 80% НВ – на 10,0%, а при 90% НВ – на 7,6%. По всей вероятности это связано с различиями в поливных нормах, увеличение которых способствует снижению количества агрономически ценных и водопрочных агрегатов.
Анализ данных общей пористости показывает, что отмечается тенденция ее снижения к концу вегетации культуры независимо от способов основной обработки почвы, а лучшие условия воздушного режима складываются при отвальной обработке почвы, где общая пористость в среднем составила 54,3%, при глубоком рыхлении почвы - 53,0%. Переход на капельное орошение снижает амплитуду колебаний в пористости почвы, по-видимому, за счет локальности увлажнения. Изменения в предполивных уровнях влажности активного слоя почвы не оказали заметного влияния на значения пористости почвы, хотя на фоне отвальной обработки она была несколько выше.
Наиболее важным агрофизическим показателем окультуренности и плодородия почвы служит характеристика ее структурного состояния, а в условиях орошаемого земледелия – значения водопрочности структуры. Структура почвы влияет на все процессы, проходящие в почвенном горизонте. Результаты исследований свидетельствуют о том, что способы основной обработки почвы по разному оказывают влияние на структуру почвы и содержание водопрочных агрегатов (таблица 3.1.2).
Анализ агрегатного состава пахотного слоя почвы при воздушно-сухом просеивании показал, что существенных различий по вариантам опыта в содержании структурных агрегатов не выявлено. Однако отмечено некоторое снижение глыбистости и фракции меньше 0,25 мм при глубоком рыхлении почвы, что в свою очередь способствовало некоторому увеличению агрономически ценных агрегатов (0,25…10 мм). При поливе по бороздам также отмечено увеличение на 2,9% глыбистости почвы, однако при глубоком рыхлении глыбистость при поливе по бороздам ниже на 2,4% за счет большего количества агрономически ценных агрегатов. На наш взгляд, это связано с оставлением части растительных остатков и большим накоплением в поверхностном слое органических веществ от предшественника при глубоком рыхлении.
Переход на капельное орошение и глубокое рыхление почвы способствует некоторому (на 1,8 и 1,6% соответственно) увеличению агрономически ценных агрегатов за счет уменьшения глыбистой и илистой фракций. Что касается предполивных порогов влажности почвы и связанных с ними изменений в режиме орошения, то они не значительно повлияли на содержание агрономически ценных агрегатов, хотя тенденция их роста с увеличением предполивного порога влажности почвы отмечается. Полученные результаты сухого просеивания свидетельствуют о том, что повышение предполивных порогов до 80 и 90% НВ при отвальной обработке почвы, позволяет оценить структурное состояние почвы на данных вариантах по шкале С.И. Долгова [58], как хорошее.
Режим орошения томатов в зависимости от условий выращивания
Проведенными опытами установлено заметное влияние метеорологических условий на поливной режим томатов и формирование водного режима в активном слое почвы. Из всех 3-х лет наблюдений за режимом орошения сравниваемых сортов, 2016 год был самым жарким (средняя температура воздуха за период вегетации сортов томатов составила 26,1С) и самым засушливым - гидротермический коэффициент Селянинова составил 0,27, характерный для зоны полупустынь. Посадка рассады была произведена 13 мая при средней декадной температуре воздуха 18,7С (приложение 1).
В связи с низким содержанием продуктивной влаги в период посадки рассады на всех вариантах был проведен послепосадочный полив нормой 75 м3/га, а первый вегетационный полив был проведен 16 мая, независимо от способа орошения и уровня предполивной влажности почвы, но соответствующими поливными нормами.
Сравнительный анализ количества поливов по вариантам опыта свидетельствует о том, что эта составная часть режима орошения существенно зависит от погодных условий годов исследования, способов орошения и от изучаемых порогов влажности почвы. В 2016 году складывались самые жесткие условия по естественной влагообеспеченности вегетационного периода, что способствовало увеличению количества поливов по всем изучаемым вариантам (таблица 4.1.1).
Сравнивая поверхностный самотечный способ орошения, в частности полив по бороздам, необходимо отметить, что количество поливов по сравнению с 2018 годом (коэффициент увлажнения составлял 0,66) увеличилось на 4 единицы. Основное увеличение числа поливов пришлось на вторую половину вегетационного периода - период плодоношения, когда пришлось проводить на 3 вегетационных полива больше.
При капельном орошении предполивном пороге 70% НВ количество поливов возросло на 4…5, а особенно резко по сравнению с 2018 годом – на 9 поливов. Аналогичная ситуация по годам исследований и по другим пред-поливным порогам влажности почвы при капельном орошении: при 80% НВ количество поливов возросло с 21 до 31 поливов, а при 90% НВ – с 54 до 66 поливов. Так же как и при поливе по бороздам основное увеличение числа поливов приходилось на самую продолжительную фазу – фазу плодоношения.
В пределах одного года исследований переход от умеренного режима орошения (70% НВ) с поливной нормой 225 м3/га к более увлажненному (80% НВ) при поливной норме 150 м3/га способствовал увеличению количества поливов на 7…8, то есть в меньшей степени, чем погодные условия. Переход к предполивному порогу 90% НВ, поддерживаемому поливными нормами 75 м3/га, привело к учащению поливов и увеличению их количества по сравнению с предполивным порогом 70% НВ на 40…43 полива, а по сравнению с предполивным порогом 80% НВ – на 33…35 поливов. Наибольшие различия между изучаемыми вариантами были в жаркий и засушливый 2016 год, а наименьшие – в 2018 год.
Характер распределения поливов по межфазным периодам свидетельствует о том, что при сравниваемых способах орошения и предполивных порогах увлажнения почвы, независимо от года исследования, наибольшее количество поливов томатов приходится на период максимального роста и развития растений и полного плодоношения. Так, в период появления первой завязи - начало плодоношения количество поливов по сравнению с межфазным периодом «начало цветения - первая завязь» в среднем возрастает в 2 раза, в период полного плодоношения – почти в 3 раза при способе полива по бороздам и в 4 раза на фоне капельного орошения. При этом межполивной период в зависимости от складывающихся метеорологических условий при предполивном уровне влажности почвы 70% НВ при бороздковом поливе составляет 7…21 день, при том же предполивном пороге, но при капельном орошении – 4…7 дней, при предполивном пороге влажности почвы 80% НВ – 2…5 дней, а при предполивном пороге 90% НВ – 1…3 дня.
Способ основной обработки почвы не повлиял на количество поливов как на фоне бороздкового полива, так и на фоне капельного орошения, за исключением уровня предполивной влажности почвы 90% НВ, где на фоне глубокого рыхления почвы в фазе плодоношения потребовалось уменьшение на один полив нормой 75 м3/га.
Исходя из количества поливов по годам исследований и вариантам опыта, оросительная норма томатов существенно различалась (таблица 4.1.2).
Прослеживается четкая зависимость величины оросительной нормы от метеорологических условий по всем вариантам (рисунок 4.1.2). Если в 2016 г. средняя оросительная норма (независимо от способа орошения и уровня предполивной влажности почвы) составила 4994 м3/га, то в 2017…2018 гг. она уменьшилась на 13,8…18,4%. Наибольшие колебания оросительных норм от средней многолетней в годы исследований было при 70% НВ при капельном орошении - 48,7, при 80% НВ это отклонение составляло 38,4%, а при поливе по бороздам – 37,2% и наименьшее отклонение было при 90% НВ - всего 20,0%.
По нашему мнению это зависит от того, что при более частых поливах (90% НВ) в большей степени удается сгладить различия в погодных условиях вегетационного периода, когда межполивной период составляет всего 1…3 дня. То есть учащение поливов малыми поливными нормами (75 м3/га) способствует более равномерной динамике влажности корнеобитаемого слоя в течение вегетации.
По сравнению с контролем (полив по бороздам) наименьший расход оросительной воды отмечен при капельном орошении и поддержании пред-поливного порога 80% НВ, где отмечено сокращение оросительной нормы в среднем на 9,3%.
Значительное влияние на значение оросительных норм оказывают и изменения в предполивных уровнях влажности почвы. При переходе от предполивного порога 70% НВ к порогу 80% НВ поливная норма снижается с 225 м3/га до 150 м3/га, т.е. уменьшается в 1,5 раза, сокращается продолжительность межполивных периодов с 4…7 до 2…5 дней, приводящая к учащению поливов в 1,4 раза. При этом оросительная норма в среднем понижается на 260 м3/га или на 6,3%. Уменьшение оросительной нормы по всей вероятности связано с лучшим структурным состоянием пахотного слоя почвы при 80% НВ, а также более экономным использованием оросительной воды за счет лучшего развития растений, уменьшения физического испарения с контуров увлажнения.
Экономическая эффективность возделывания томатов
Расчеты экономической эффективности показали, что изучаемые приема агротехники оказали существенное влияние на экономические показатели. Переход с отвальной основной обработки почвы на глубокое рыхление почвы на ту же глубину, несмотря на некоторое сокращение производственных затрат, привел к росту себестоимости в среднем на 7,9%, снижению чистого дохода на 14,5%, что привело к уменьшению уровня рентабельности на 13,7% (таблица 6.2.1).
Расчеты сравнительной экономической эффективности способов орошения подтвердили предпочтение, при одинаковом предполивном пороге влажности почвы 70% НВ, полива по бороздам по сравнению с капельным орошением. Самые лучшие экономические показатели обеспечиваются при поддержании предполивного порога влажности почвы не ниже 80% НВ на фоне отвальной обработки почвы. При этом сочетании изучаемых факторов отмечена самая низкая себестоимость единицы продукции, самый высокий чистый доход – 1127,9 тыс. руб./га и наивысшая рентабельность – 189,8%.
Изменение предполивных порогов также изменили экономические показатели производства томатов. Переход с жесткого режима орошения (70% НВ) к оптимальному (80% НВ), независимо от способа основной обработки почвы, способствовал снижению себестоимости одной тонны томатов в среднем на 24,9%, росту чистого дохода на 442,4 тыс. руб./га и уровня рентабельности в 1,6 раза.
Переход к избыточному орошению (90% НВ) привел к снижению экономических показателей по сравнению с режимом орошения 80% НВ. В частности, себестоимость одной тонны плодов томатов возрастает на 8,0…9,8% причем в большей степени при глубоком рыхлении почвы. Снижается на 143,1…154,1 тыс. руб./га величина чистого дохода и падает рентабельность на 21,5…23,7%.
Таким образом, расчеты экономической эффективности показали, что переход на безотвальную основную обработку почвы экономически нецелесообразен, так снижает все экономические показатели, а наиболее эффективным является переход на предполивной порог влажности почвы 80% НВ на фоне отвальной обработки, который обеспечивает наименьшую себестоимость единицы продукции при повышении рентабельности ее производства до 189,8%.
Подтвердили расчеты экономической эффективности по традиционной методике, оценка, основанная на расчетах эффективности инвестиционных проектов (таблица 6.2.2).
Оценка эффективности инвестиций сроком на 5 лет с учетом сопутствующих позитивных результатов и негативных последствий показала, что при отвальной обработке обеспечивается накопление максимального дисконтированного притока, что обеспечивает наибольший чистый дисконтированный доход по сравнению с глубоким рыхлением почвы на 13,6% и индекс доходности 2,87.
Расчеты инвестиционной привлекательности проекта свидетельствуют о том, что капельное орошение даже при пороге 70% НВ практически не уступает поливу по бороздам, а при 80 и 90% НВ существенно превосходит его. Наиболее оптимальным сочетанием изучаемых приемов агротехники является капельное орошение на фоне отвальной обработки почвы с поддержанием предполивного порога влажности активного слоя почвы в пределах 80…100% НВ в течение вегетации, что обеспечивает 15,48 млн. руб. чистого дисконтированного дохода с индексом доходности 3,31и окупаемостью затрат в течение одного года.
Срок окупаемости капиталовложений на всех вариантах составляет 1 год, что свидетельствует об эффективности возделывания томатов и на других вариантах опыта и, в частности, при поддержании 80% НВ на фоне глубокого рыхления почвы.