Сочетание антропогенно регулируемых факторов для получения планируемой урожайности гречихи в условиях Среднего Приамурья

Введение. Гречиха, возделываемая в Амурской области, является ценной крупяной культурой. В её зерне содержится 10–15 % легкоусвояемого белка, до 70 % углеводов, 2,0–2,5 % жиров, ценные для здоровья человека аминокислоты, микроэлементы, витамины группы В, Р, РР и др. Все это обусловливает уникальность лечебно-диетических свойств гречневой крупы, в том числе и для детского питания. Она нашла применение во многих отраслях: в пищевой промышленности, медицине, фармакологии, пчеловодстве, производстве удобрений, кормопроизводстве, а также в изготовлении строительных материалов, например теплоизоляционных плит [1, 2].

Гречиха – влаголюбивая культура, с изменяющейся в различные периоды роста и развития потребностью в воде. Недостаток влаги в любой период сопровождается стрессами и приводит к снижению урожая.

Учет особенностей физиологии культуры, свойств почв, пищевого режима, погодных условий, ограниченности ресурсов и др. является необходимым условием разработки и обоснования водного режима почвы, отвечающего современным требованиям аграрной науки. Неполный учет комплекса природных, технологических и экономических факторов приводит к недобору урожая, избыточным затратам, снижению плодородия почв и ухудшению мелиоративного состояния земель.

В Амурской области в первой половине теплого периода года высокая испаряемость и малое количество выпадающих атмосферных осадков обусловливают иссушение верхних горизонтов почвы. Для ликвидации дефицита влаги возникает необходимость в проведении регулярных поливов.

Естественное содержание элементов питания в почве характеризуется как недостаточное для получения высоких урожаев. В условиях орошения потребность в них возрастает, поэтому необходимый уровень питания должен обеспечиваться внесением дополнительного количества минеральных удобрений.

Цель исследований . Обоснование оптимального водного режима почвы, обеспечивающего в сочетании с внесением расчетных доз минеральных удобрений стабильное получение урожайности не ниже 1,5 т/га зерна.

Задачи :

• -    установить реакцию растений гречихи на динамику водного режима в активном слое почвы при различных уровнях предполивной влажности;

• -    дать анализ и оценку влияния водного режима почвы на обеспечивающий его регламент

поливов для возделывания гречихи на орошаемых землях в различных погодных условиях;

• -    определить основные показатели фотосинтетической деятельности гречихи при формировании различных уровней урожайности;

• -    определить влияние уровней урожайности на величину и структуру суммарного водопо-требления гречихи.

Объекты и методы исследований . Полевые исследования проводились в 2010–2011 гг. и 2013–2014 гг. на опытном поле отдела семеноводства Дальневосточного государственного аграрного университета (село Грибское). Повторность опытов трехкратная. Площадь опытных делянок по водному режиму почвы составляет 72 м², дозам внесения удобрений – 24 м².

Схема опыта по водному режиму почвы (фактор А) включает четыре варианта: 1. Без полива (контроль). 2. Поливы при снижении влажности в расчетном слое почвы до 60 % НВ. 3. Поливы при снижении влажности в расчетном слое почвы до 70 % НВ. 4. Поливы при снижении влажности в расчетном слое почвы до 80 %. Схема опыта по дозам удобрений (фактор В) включает четыре варианта: 1. Без удобрения (контроль). 2. N 30 P 60 . 3. N 40 P 80 K 20 . 4. N 50 P 100 K 30 – рассчитанные на получение урожайности соответственно 1,0; 1,5; 2,0 т/га зерна.

Способ полива – дождевание сборноразборной установкой с распылителями «Роса-3». Для предотвращения стока оросительной воды и эрозии почвы поливная норма подавалась частями, учёт оросительной воды по вариантам орошения проводили с помощью дождемеров. Расчетная глубина промачивания почвы поливами – 0,4 м.

Закладку полевых опытов и сопутствующие наблюдения осуществляли по методике полевого опыта Б.А. Доспехова [3] и методическим рекомендациям Всероссийского НИИ орошаемого земледелия [4]. Дозы минеральных удобрений под планируемую урожайность гречихи рассчитывали балансовым методом. Влажность почвы определяли термостатно-весовым способом, сроки поливов назначали по достижении фактической влажности почвы до предполивного порога, предусмотренного схемой опыта. В фенологических наблюдениях начало фазы отмечали при наступлении у 10 % растений, полную фазу – у 75 %. Площадь листьев определяли методом высечек, массу растений – аналитическими весами CASMWP 300H.

В опытах использовали районированный сорт гречихи Амурская местная. Минеральные удобрения вносились под зяблевую вспашку, а половинная доза азота под предпосевную культивацию. Посев гречихи проводили сплошным способом с нормой посева 3,5 млн всхожих зёрен на гектар. Агротехника в опытах соответствовала рекомендациям возделывания гречихи в Амурской области [5].

Результаты учетов обрабатывали методами дисперсионного и регрессионного анализов [6].

Результаты исследований и их обсуждение . По гидротермическим условиям вегетационного периода годы исследований характеризовались следующим образом: 2010 и 2013 гг. – влажные; 2010 г. – с засушливыми весной и первым месяцем лета, ГТК за период вегетации гречихи составил 2,5 и 2,8; 2011 г. – слабозасушливый, ГТК составил 1,2; 2014 г. – сухой, ГТК – 0,7. В 2011 г. сумма осадков в мае– августе была на уровне среднемноголетней величины и составила 394 мм, а в 2010 и 2013 гг. за этот же период их выпало соответственно 521 и 659 мм, что в 1,3 и 1,6 раза превысило норму. Однако за период апрель–июнь 2010 г. ГТК был ниже 1,0 и характеризовался как засушливый. Сумма среднесуточных температур за период май–август также изменялась по годам: наиболее высокой она оказалась в 2014 г. – 3036 ^оС при норме 2619 ^оС, а наиболее низкой – в 2013 г. и составила 2486 ^оС.

Чередование сухой ясной погоды с периодами выпадения осадков, связанное с признаками континентальности циклонического характера климата, обусловливало недостаток влаги в почве в период посева и в разрывах выпадения муссонных дождей. На контрольных вариантах гречихи (без полива) влажность почвы в периоды разрывов выпадения осадков опускалась ниже предела, предусмотренного схемой опыта в вариантах с орошением, что вызывало угнетение растений и снижение урожайности.

В связи с тем, что посев гречихи приходится на вторую декаду июня, а количество осадков в весенний период во все годы исследований недостаточное для получения дружных всходов, был проведен послепосевной полив во всех вариантах с нормой 200 м3/га и последующим проведением вегетационных поливов согласно вариантам водного режима почвы. Так, для поддержания водного режима почвы не ниже 70 % НВ в 2010 и 2013 гг. оросительная норма составила 900 м3/га, в сухих 2011 и 2014 гг. она увеличилась до 1250 м3/га, а число поливов с 3 до 4.

С повышением предполивного порога влажности почвы до 80 % НВ в годы по сумме осадков, близкой к среднемноголетней и выше, оросительная норма при 5 поливах составила

1200 м3/га. В сухие 2011 и 2014 годы она была максимальной и при 6 поливах составила 1450 м3/га.

В варианте с предполивным порогом влажности 60 % НВ оросительная норма во влажные 2010 и 2013 гг. составила 650 м3/га. В сухие годы (2011, 2014) она увеличилась до 1100 м3/га. Количество вегетационных поливов в этом варианте опыта варьировало от 2 до 3. Урожайность гречихи представлена в таблице 1 .

Таблица 1

Доза удобрений	Предполивной порог влажности почвы, % НВ
	Без орошения	60	70	80
Без удобрений	0,63	1,05	1,26	1,32
N 30 P 60	0,76	1,17	1,45	1,56
N 40 P 80 K 20	0,93	1,27	1,59	1,75
N 50 P 100 K 30	0,96	1,30	1,61	2,02

Урожайность гречихи в зависимости от водообеспеченности посевов (среднее за 2010–2014 гг.), т/га

Оценка эффективности водного режима почвы при орошении, наряду с уровнем урожайности, делается по таким показателям, как коэф- фициент водопотребления и затраты оросительной воды на формирование 1 т товарной продукции (табл. 2).

Таблица 2

Удельные затраты воды на получение продукции по вариантам водного режима почвы (средние данные за 2010–2014 гг.)

Предполивная влажность почвы, % НВ	Суммарное водопотреб-ление, м3/га	Оросительная норма, м³/га	Урожайность, т/га	Коэффициент водопотреб-ления, м³/т	Затраты оросительной воды на 1 т зерна, м³/т
60	3137	875	1,17	2719	742
70	3303	1075	1,59	2096	676
80	3647	1325	2,02	1821	611

Анализ полученных данных показывает, что наиболее продуктивно на формирование урожая влага использовалась в варианте с назначением поливов при влажности почвы 80 % НВ, при этом коэффициент водопотребления составил 1824 м3/т. Суммарное водопотребление на этом варианте составило 3647 м3/га, а затраты оросительной воды на создание одной тонны зерна – 674 м3, тогда как в двух других вариантах водного режима они возросли до 715 и 743 м3/т.

Важным показателем прогнозирования режимов орошения культуры является установление расхода воды по межфазным периодам (табл. 3). Используя закономерности изменения потребления воды растениями, представляется возможным прогнозировать динамику запасов почвенной влаги и сроки проведения очередных поливов, способствующих поддержанию водного режима почвы в необходимых для получения планируемых урожаев пределах.

Таблица 3

Водопотребление растений гречихи по межфазным периодам в разных вариантах водного режима почвы (средние данные за 2010–2014 гг.), м3/га

Предполив-ная влажность почвы, % НВ	Посев – всходы	Всходы – бутонизация	Бутонизация – цветение	Цветение – плодообразо-вание	Плодообразо-вание – уборка
60	224,1	482,3	933,2	959,8	537,8
70	236,9	496,6	983,7	1094,9	580,2
80	227,9	523,7	1084,0	1172,6	638,3

Так, в период посев – всходы суммарный расход воды во всех вариантах водного режима почвы за четыре года исследований был минимальным и изменялся в пределах 224,1–236,9 м3/га. В связи с нарастанием вегетативной и корневой массы, повышением среднесуточных температур воздуха в последующие межфазные периоды расход воды растениями гречихи увеличивался, достигая максимума в период цветение – плодообразование. В среднем за годы исследований в варианте с предполивным порогом влажности 60 % НВ он составил 959,8 м3/га, а в вариантах с назначением поливов при влажности почвы 70 и 80 % НВ в этот период увеличился до 1094,9 и 1172,6 м3/га соответственно. Объем потребляемой растениями влаги в течение суток повышался соответственно нарастанию вегетативной массы.

Для контроля процесса формирования планируемого урожая гречихи следует использовать такие показатели: густота стояния растений на 1 м2, масса 1000 зерен, высота растений, максимальная площадь листьев, фотосинтетический потенциал (ФП) (табл. 4).

Таблица 4

Урожайность, т/га		Сочетание факторов		Густота стояния растений, шт/м2	Высота растений, м	Максимальная площадь листьев, тыс. м2/га	Фотосин-тетиче-ский потенциал, тыс. м2·дн/га	Масса 1000 зерен, кг·10-3
Плани нируе-руе-мая	Фак-тиче-ская	Водный режим, не ниже, % НВ	Дозы удобрений
0,5– 0,65	0,63	Без орошения	Без удобрений	232	0,90	23,10	890,52	20,1
1,0	1,05	60	Без удобрений	254	0,92	39,18	1060,19	21,8
1,5	1,59	70	N 40 P 80 K 20	274	0,98	51,12	1647,91	22,6
2,0	2,02	80	N 50 P 100 K 30	303	1,04	53,78	2246,85	24,6

Сочетание антропогенно регулируемых факторов для получения планируемой урожайности гречихи

На естественном фоне (без орошения и без внесения удобрений) гречиха способна давать урожайность на уровне 0,5–0,65 т/га зерна, при примерно такой характеристике агроценоза: густота стояния – 232 шт/м2, высота растений –

0,9 м, максимальная площадь листьев – 23,10 тыс. м2/га, фотосинтетический потенциал – 890,52 тыс. м2·дн/га, масса 1000 зерен – 20,1 кг·10-3.

На варианте с предполивной влажностью почвы не ниже 80 % НВ и без внесения удобрений фотосинтетический потенциал составил 1720,36 тыс. м2·дн/га, густота стояния – 286 шт/м2, высота растений – 1,02 м, урожайность – 1,32 т/га.

Максимальная урожайность (2,02 т/га зерна), была получена при сочетании водного режима почвы не ниже 80 % НВ и внесении удобрений в дозе N50P100K30. Однако из-за полегаемости в этом варианте водного режима почвы и снижения в связи с этим урожайности до уровня вари- анта с предполивным порогом влажности 70 % НВ нами в производстве рекомендуется поливать гречиху при снижении влажности почвы до 70 % НВ. Контрольные показатели формирования хода такой урожайности: густота стояния – 274 шт/м2, максимальная площадь листьев – 51,12 тыс. м2/га, ФП – 1647,91 тыс. м2·дн/га, масса 1000 зерен – 22,6 кг·10-3.

Динамика урожайности гречихи при разном сочетании антропогенно регулируемых факторов, водного и пищевого режимов представлена на рисунке.

£

.a

2,50

2,00

1,50

1,00

0,50

0,00

контроль

60% НВ

70% НВ

N40P80K20

контроль

• □    1,50-2,00

• □    1,00-1,50

• □    0,50-1,00

• □    0,00-0,50

80% НВ

Двухмерное изображение формирования урожайности гречихи в связи с изучаемыми факторами (среднее за 2010–2014 гг.), т/га

Выводы. Размещение гречихи летних сроков посева на орошаемых луговочерноземовидных почвах Амурской области при сочетании водного режима почвы с допустимым снижением влажности до 70 % НВ и внесением удобрений N 40 P 80 K 20 способно формировать фотосинтетический потенциал на уровне 1647,91 тыс. м²·дн/га, обеспечивает устойчивое получение урожайности не ниже 1,5 т/га.

Во влажные годы для поддержания такого водного режима требуется проведение послепосевного и 2 вегетационных поливов с оросительной нормой 900 м3/га, в сухие количество поливов увеличивается до 4, а оросительная норма – 1250 м3/га.

Повышение предполивного порога влажности до 80 % НВ сопровождается увеличением числа поливов до 6, а оросительной нормы – до 1450 м3/га при урожайности гречихи около 2,0 т/га. Однако из-за полегания части растений фактическая урожайность её при более высоких затратах оросительной воды и удобрений скла- дывается примерно равновеликой с вариантом, где влажность почвы поддерживалась не ниже 70 % НВ. С учетом этого производству рекомендуется на посевах гречихи поддерживать влажность почвы в слое 0,4 м не ниже 70 % НВ.

Водопотребление по межфазным периодам гречихи от посева до цветения возрастает от 204 до 1130 м3/га, а среднесуточное по вариантам водного режима изменяется в пределах 39,6–51,1 м3/га.

Минимальный показатель энергии урожая (6550,2 МДж/га) получен в варианте без орошения и без внесения удобрений, где урожайность составила 0,63 т/га, а коэффициент энергетической эффективности 1,45. Максимальное количество энергии (24260,0 МДж/га) было получено в варианте с предполивной влажностью почвы 80 % НВ и дозой внесения минеральных удобрений N 50 P 100 K 30 , коэффициент энергетической эффективности повысился до 3,39.