Врожайність та якість цукрових буряків під крапельним зрошенням та дощуванням із позакореневим підживленням мікроелементами (частина 2)

 

За матеріалами наукової статті на тему «Врожайність та якість цукрових буряків під крапельним зрошенням та дощуванням з позакореневим підживленням мікроелементами» («Root yield and quality of sugar beet under drip and sprinkler irrigation with foliar application of micronutrients») Мурата Їлдирима.

Зрошення

У даному експерименті було досліджено два різні способи зрошення — крапельне та дощування, а також потребу цукрових буряків у воді в обох системах протягом усього вегетаційного періоду.

DF: крапельне зрошення з позакореневим підживленням мікроелементами

DNF: крапельне зрошення без позакореневого підживлення мікроелементами

SF: дощування з позакореневим підживленням мікроелементами

SNF: дощування без позакореневого підживлення мікроелементами

Дане дослідження було проведено для визначення впливу зрошення та мікроелементів на якісну врожайність цукрових буряків та порівняння характеристик крапельного зрошення та дощування у плані економії води та виходу цукру. Усі обробки використовували однакову кількість води протягом 20 днів після посіву для визначення розвитку буряків. Календарне планування зрошення для обох систем визначалося за допомогою стандартної програми IRSIS (Інформаційна система планування зрошення) з використанням рівняння Пенмана-Монтейта. Програма використовує кліматичні дані, властивості ґрунту (продуктивність поля, коефіцієнт зав’ядання, тощо) та властивості рослин для визначення фактичного сумарного випаровування (ETa).

Ефективність використання води (WUE) (кг м-3) визначалася як:

де: Y — врожайність (кг га-1), ET — евапотранспірація (мм).

Індекс листової поверхні (LAI): три зразки цукрових буряків були відібрані методом випадкової вибірки з кожної ділянки для визначення площі листя. Зелене листя відрізалося, а площа листя визначалася за допомогою портативного лазера для вимірювання площі CI-202 в см2. Індекс листової поверхні (LAI) визначався наступним чином:

Вихід цукру: аналіз цукру проводився на цукровому заводі в Кютахьї (Туреччина). Вміст цукру (%) визначався поляриметром після вилучення цукру з жому з ацетатом свинцю. Вихід цукру (кг га-1) вираховувався за наступним рівнянням:

де: SY — вихід цукру (кг га-1), SC — вміст цукру (%).

Маса сирої та сухої речовини (кореня та листя) визначалася окремо за допомогою зважування. Щоб визначити суху масу всіх рослин у кожному зразку, їх висушували до постійної маси при приблизно 70 °С протягом двох днів. Протягом усього періоду вегетації на кожній ділянці постійно контролювалися параметри розвитку врожаю. Для визначення кількісних та якісних параметрів, включаючи врожайність та вміст цукру, використовувалися три зразки з центральних рядків кожної піддослідної ділянки. Цукровий буряк збирали вручну 20 жовтня. Зібраний з кожної ділянки буряк зважували та прирівнювали до тонни з гектару. Загальна кількість розчинних сухих речовин визначалася за допомогою портативного ручного рефрактометра (Serico Shanghai E-Reliance International Co., Ltd., Китай). 

Статистичний аналіз: показники врожайності та якості аналізували за допомогою дисперсійного аналізу (ANOVA) та багатовимірної шкали (MDS). Після дисперсійного аналізу засоби були відокремлені за допомогою багато-рангового критерію Дункана при рівні ймовірності 1% та 5%.

Результати та обговорення

Вода для зрошення, евапотранспірація та врожайність: об’єм зрошувальної води (I), евапотранспірація (ET), ефективність використання води (WUE), врожайність, вміст цукру, вихід цукру та загальні параметри розчинних сухих речовин наведені в Таблиці 2. Під час експерименту було повністю забезпечено потребу цукрових буряків у воді як на дощуванні, так і в системі крапельного зрошення з та без позакореневого підживлення мікроелементами.

Таблиця 2. Об’єм зрошувальної води (I), евапотранспірація (ET), ефективність використання води (WUE), врожайність (Y), вміст цукру (SC), вихід цукру (SY), загальна кількість розчинних сухих речовин (TSS)

Зрошення Позакореневе підживлення I (мм) ET (мм) WUE (кг м-3) Y (кг га-1) SC (%) SY (кг га-1) TSS (20 °С)
SF Із позакореневим підживленням мікроелементами 975 1002 12,6 12831ab 15,65b 1950 17,3
SNF Без позакореневого підживлення мікроелементами 12464b 16,28a 2088 19,3
DF Із позакореневим підживленням мікроелементами 867 894 15,2 13899a 16,16a 2246 17,2
DNF Без позакореневого підживлення мікроелементами 13216a 16,66a 2201 16,7

Зрошення починалося на початковій стадії розвитку цукрових буряків і завершувалося майже за місяць до початку збирання. Протягом усього періоду вегетації буряків кількість води для зрошення та евапотранспірація становили 975 мм та 1002 мм у системі дощування та 867 мм та 894 мм у системі крапельного зрошення, відповідно. Незважаючи на це, потреба буряків у воді була повністю забезпечена в обох зрошувальних системах. У системі дощування, навіть, було виявлено надлишковий об’єм використаної для зрошення води в обсязі 108 мм. Тому, навіть, з найбільшим об’ємом води система дощування не змогла забезпечити більшу врожайність, ніж крапельне зрошення. Найбільшу врожайність (13 899 кг га-1) було отримано в системі крапельного зрошення із позакореневим підживленням мікроелементами. Тому в системі крапельного зрошення врожайність цукрових буряків та вміст цукру значно зросли. У 2003 році багато відомих вчених повідомляли, що крапельне зрошення у виробництві цукрових буряків збільшує ефективність використання води, що може стимулювати їх живлення, і, таким чином, прискорюється дозрівання коренеплодів. Завдяки цьому врожайність та вміст цукру були вищими, порівняно з системою дощування. Крім того, у системі крапельного зрошення приріст врожайності цукрових буряків був найвищим при застосуванні позакореневого підживлення мікроелементами, порівняно з дощуванням, і дивно, що при застосування позакореневого підживлення мікроелементами в системі дощування вміст цукру все одно був низьким. В інших способах зрошення не було виявлено суттєвого впливу на вміст цукру, хоча в системі крапельного зрошення врожайність збільшилася завдяки позакореневому підживленню мікроелементами. Тому в системі крапельного зрошення загальний вихід цукру збільшився завдяки збільшенню врожайності. Основною причиною найвищої врожайності (13 216 кг га-1) та виходу цукру може бути пересування добрив N та P у ґрунті через крапельне зрошення, і цей приріст врожайності (13 899 кг га-1) був, головним чином, зумовлений деякими перевагами крапельного зрошення зі збільшенням застосування мікроелементів. У 2015 році повідомилося, що для досягнення максимального вмісту білого цукру позакореневе підживлення мікроелементами має застосовуватися у концентрації 2 л га-1 лише один раз — через 45 днів після посівної. Отже, порівнюючи крапельне зрошення та дощування, можна побачити, що крапельне зрошення має значний вплив на рух добрив у кореневому шарі ґрунту.

У виробництві цукрових буряків система крапельного зрошення має свої переваги за рахунок збільшення врожайності та обмеженої кількості води в кореневому шарі ґрунту, що забезпечує охорону якості води, а також підвищує безпеку навколишнього середовища. Отже, крапельне зрошення більш ефективне для стійкого сільського господарства. При позакореневому підживленні мікроелементами (Табл. 2) в системі крапельного зрошення збільшується вміст сухої речовини в цукрових буряках. Тому крапельне зрошення має позитивний вплив на утворення сухої речовини, на відміну від дощування, яке показало протилежний ефект. Про роль мікроелементів у збільшенні вмісту сухої речовини та врожайності цукрових буряків також повідомлялося в 2013 та 2014 роках. Дозрілі цукрові буряки вказували на те, що позакореневе підживлення мікроелементами позитивно впливає на врожайність, а ефективність підживлення збільшується при правильному регулюванні та налаштуванні системи крапельного зрошення.

Результати досліджень показали, що при позакореневому підживленні мікроелементами крапельне зрошення та дощування суттєво впливають на свіжу та суху масу кореня, а без застосування підживлення крапельне зрошення та дощування були більш ефективними для розвитку листового апарату, а листова поверхня була найбільшою при дощуванні з кореневим підживленням та на крапельному зрошенні без позакореневого підживлення (Табл. 3). Результати експерименту показали, що на вміст цукру нічого не впливало, але найвищу врожайність було отримано в системі крапельного зрошення.

Таблиця 3. Параметри розвитку листя та кореня цукрового буряка при позакореневому підживленні мікроелементами

Зрошення Свіжа маса кореня (г цукровий буряк-1) Суха маса кореня (г цукровий буряк-1) Свіжа маса листя (г) Суха маса листя (г) Довжина кореня (см) Діаметр кореня (см) Листова поверхня (см2) LAI
SF 1598,2а 427,6а 212,2а 77,5a 27,9 14,7a 3803,6 4,18
DF 1695,0а 408,9а 141,7b 48,1bb 28,0 13,7b 3089,3 3,40
SNF 1259,8b 295,1b 132,1b 48,43b 27,3 13,2b 3313,4 3,64
DNF 1313,0b 384,1b 204,6a 69,8a 27,4 13,2b 3554,6 3,91

Система дощування: період вегетації цукрового буряка складав 183 дні (Графік 1). Початкова стадія розвитку буряка тривала 38 днів, і в цей період для його приживлення було необхідно 143 мм води. На початковій стадії розвитку середня маса кореня та листя складали 66 г та 139,5 г, відповідно, в цей період для досягнення загальної маси 205,5 г було необхідно 143 мм води.

Графік 1. Періоди розвитку цукрового буряка та кількість використаної води в системі дощування

Середина періоду вегетації (вегетативний розвиток та приріст урожайності) тривала 92 дні, в цей час було використано 622 мм води для зрошення. У вегетаційний період розвитку буряка потрібно повністю задовольняти його потребу в воді, оскільки саме в цей час рослина дуже чутлива до дефіциту води. Нестача води викликає скорочення врожайності, але збільшення цукристості. Наприкінці вегетаційного періоду маса кореня та листя досягли 942,3 г та 529,3 г, відповідно, завдяки використанню 622 мм води.

Період дозрівання тривав 53 дні, і протягом цього часу було використано 210 мм води. Зрошення було припинено майже за місяць до збільшення накопичення цукру в буряках. На кінець періоду дозрівання загальна маса кореня та листя склали 1363,4 г та 329,5 г, відповідно. Для досягнення таких результатів загальний обсяг використаної води за весь період вегетації буряка склав 975 мм. У системі дощування значення WUE склало 12,6 кг м-3, але найвище значення WUE (15,2 кг м-3) було отримано в системі крапельного зрошення, що було пов'язано, головним чином, із меншою кількістю зрошень. Повідомлялося, що протягом 30 днів після посадки цукрових буряків на ранніх стадіях його розвитку формуються кореневі волоски та листочки. Тому на ранній стадії розвитку буряка, станом на кінець червня, маса кореня та листя досягли 66 г та 139,5 г, відповідно. Зазначалося, що розвиток кореня та листя прискорюється через 30 днів після посівної, а розвиток листя досягнув максимального значення між 90-м та 120-м днем.

У даному дослідженні маса листя досягла свого максимального значення 529,3 г на 131-й день після посівної, після цього, внаслідок старіння, його маса почала зменшуватися і склала 212,2 г на 183-й день та повністю завершила свій розвиток. Зрошення було припинено майже за місяць перед початком збирання врожаю, щоб збільшити накопичення цукру, тому свіжа маса кореня зменшилася до 1296,1 г. Суха маса цукрового буряка склала 423,3 г та складалася з води (67,1%) і сухої речовини (32,9%), а маса листя досягла 458 г (89,5% — вода та 10,5% — суха речовина).

Графік 2. Зміни параметрів маси кореня та листя цукрового буряка у період його розвитку в системі дощування

Система крапельного зрошення: за весь вегетаційний період цукрових буряків загальна кількість зрошувальної води та евапотранспірація склали 867 мм та 894 мм, відповідно. Усі стадії розвитку буряка та споживання води зображено на Графіку 3. Початковий період розвитку буряка тривав 38 днів, а обсяг використаної води склав 127 мм, за цей період маса кореня досягла 51,5 г, а маса листя — 114,9 г, а після зрошення загальна маса буряка збільшилася до 166,4 г. Вегетаційний період буряка тривав 92 дні. У період вегетативного розвитку та приросту врожайності було використано 553,2 мм води для зрошення. Незважаючи на те, що цей обсяг був меншим, порівняно з дощуванням, параметри розвитку буряка (маса кореня та листя) були вищими (Графік 4). Маса кореня та листя склали 1276,4 г та 509,2 г, відповідно. У період дозрівання було використано 186,8 мм води, а зрошення було припинено за місяць до початку збирання врожаю.

Графік 3. Періоди розвитку цукрового буряка та кількість використаної води в системі крапельного зрошення

На відміну від дощування, у системі крапельного зрошення маса кореня постійно збільшувалася та досягла 1358,8 г станом на початок збирання врожаю, але з серпня по жовтень маса листя зменшилася з 509,2 г до 204,5 г через його старіння. У системі крапельного зрошення корінь буряка складався з 68,5% води та 31,5% сухої речовини, а листя — з 88,5% води та 11,5% сухої речовини, тоді як протягом вегетаційного періоду загальна маса буряка досягла 509,2 г.

У системі крапельного зрошення було використано 596,4 мм води, середня врожайність склала 1,15 кг цукрових буряків-1, а в системі дощування було використано 685,9 мм води, середня маса кореня склала 1,04 кг цукрового буряка-1, але вихід білого цукру в обох способах зрошення був приблизно однаковим — на рівні близько 9 т га-1, отже не було зміни у виході цукру. У даному експерименті в системі крапельного зрошення середня врожайність склала 1,36 кг цукрових буряків-1 при використанні 867 мм води, а вихід цукру — 22,46 т га-1. Незважаючи на те, що ці значення коливаються відповідно до даних різних інформаційних джерел, значення, отримані в даному експерименті, виявилися трохи вищими середнього рівня. Тому система крапельного зрошення забезпечує збільшення врожайності та вмісту цукру, а також економію води в кореневому шарі ґрунту.

Графік 4. Зміни параметрів маси кореня та листя цукрового буряка у період його розвитку в системі крапельного зрошення

Висновки

Сільське господарство зіткнулося з потребою — поливати менше, а збирати більше, і в той же час фермери відчувають посилення конкуренції за дефіцитні прісноводні ресурси з боку промисловості та побутових споживачів. У цих умовах раціональне використання зрошувальної води стає ще важливішим через екологічні проблеми.

У даному дослідженні на розвиток та врожайність цукрових буряків суттєво впливала система крапельного зрошення, у якій було використано 867 мм води — на 11% менше, ніж у системі дощування. Врожайність та цукристість є одними з найважливіших показників у виробництві цукрових буряків. Тому система крапельного зрошення забезпечила збільшення врожайності цукрових буряків, а позакореневе підживлення мікроелементами — приріст маси кореня та виходу цукру. Найбільшу врожайність цукрових буряків було отримано саме в системі крапельного зрошення. Однак позакореневе підживлення мікроелементами не мало значного впливу на вміст цукру. Вчені повідомляють, що під час вегетативного розвитку цукровий буряк дуже чутливий до дефіциту води та втрати тургорного тиску. Втрата тургору призводить до закриття пор листя з подальшим зниженням ефективності фотосинтезу, що призводить до скорочення потенційної врожайності. Тому використання 867 мм води в системі крапельного зрошення підтримує тургор клітин цукрових буряків протягом усього періоду вегетації, а, отже, цього об’єму зрошувальної води цілком достатньо для запобігання втратам маси кореня та виходу цукру. У випадку дефіциту води, об’єм води (553,2 мм), використаної в системі крапельного зрошення у період вегетативного розвитку та приросту врожайності цукрових буряків, має вирішальне значення для отримання промислової продукції. Порівнюючи крапельне зрошення та дощування з точки зору як азотних добрив, так і позакореневого підживлення мікроелементами, очевидно, що в системі крапельного зрошення позакореневе підживлення мікроелементами має більший вплив на масу кореня та вихід цукру. Отже, отримані результати можна розглядати як стратегію раціонального використання води в системі крапельного зрошення цукрових буряків.


1878