Способ возделывания кукурузы на зерно Советский патент 1990 года по МПК A01G1/00 A01G25/00 A01B79/02 

Изобретение относится к сельскому хозяйству и может быть использовано при выращивании кукурузы на зерно на орошаемых землях.

Цель изобретения - получение высоких устойчивых урожаев зерна в регионах с частыми воздушными засухами, приходящимися на период цветения, при снижении расхода воды.

На фиг.1 представлен график роста критической влажности посева кукурузы в фазе 3-5 листьев в зависимости от влажности почвы; на фиг.2 - график .динамики влажности почвы с корнеза- нимаемом слое (а), критической влажности посевов (б), водопотреблення (в), листового индекса (г), цветения метелки (д) при известном (1) и пред лагаемом (2) способе выращивания куку рузы на зерно; на фиг.З - зависимость критической влажности двух посевов кукурузы, выращиваемых при различных уровнях влажности почвы: прямая 1 - при влажности 0,8 от НВ, прямая 2 - при влажности 0,6 от НВ.

Согласно предлагаемому способу выращивания кукурузы на зерно орошение осуществляют с соблюдением заданного режима почвы, при этом в период от проведения сева до появления 7-8 листьев влажность почвы поддерживают на уровне критической и допускают кратковременное ее снижение на 10-15% ниже критической (в условиях водного дефицита) в силу засухоустойчивости культуры и отсутствия необходимости ее кущения. Более глубокий дефицит ведет к .значительному отстаиванию роста и снижению фотосинтетического потенциала на последующих фазах развития. В этом состоит одно из отличий предлагаемого способа от известного. До начала III-IV этапов органогенеза (закладки генеративных органов, фаза 7-8 листьев) производят полив нормой, повышающей влажность почвы в корневой зоне до такого уровня, чтобы к на чалу очередного полива, приуроченного к периоду формирования тычинок и образования пыльцы (опорогенеза, фаза ,11-12 листьев) влажность почвы снизилась до уровня критическом. Расчет поливных норм, отвечающих предлагаемому способу выращивания, находится по уравнению

wi,+iwit- Bnu-t L+ ni1

v VHBH

Wy + Д 100

где Wt - количество плаги в корнеза- ннмаемом слое на момент начала полива (предполивной влагозапас), &У± - приращение влагозапаса

за счет роста корнем в меж- поливной период, м /га;

ВП. , - суммарное водопотребле- V l

ние посева за межполнв3 / нон период, м /га,

5

0

5

0

At, Ч

НВ. Ч

W

ожидаемая разница влажности почвы (W ) и критической влажности посева на конец межполивного интервала (W ) задаваемая согласно предлагаемому способу, % от НВ; Д Wf - WtKa; Ws - влажность почвы, % от НВ, глубина корнезанимаемого слоя почвы на конец межполивного периода, м, средняя величина наименьшей влагоемкости корнеэанимаемо- го слоя почвы на конец межполивного периода, значение критической влажности посева на конец межполивного интервала, % от

пв;

поливная норма на момент t,

м3/

га,

или П„ V

НВ, х

-«

. , Ч/Ј+йсг ч „ АП

х V loo} - w . - AWV

5

0

5

0

5

В фазе 11-12 листьев производят полив нормой, обеспечивающей снижение влажности почвы к моменту появления метелок до критического уровня. Два следующих полива в фазе выметывания метелок и начала цветения початков производят такими допустимыми нормами, при которых к концу межполивного периода влажность почвы в корневой зоне оставалась на 5-10% выше критического уровня. Более высокий уровень влажности ведет к заметному снижению засухоустойчивости и отрицательно отражается на водно-воздушном режиме почвы в корневой зоне, увеличивает инфильтрационный поток. Далее уровень влажности почвы до конца молочной спелости поддерживается в диапазоне, обеспечивающем максимальную транспира- цию. К концу периода налива зерна влажность почвы снижается на уровень не ниже 40-50% от НВ для сохранения початков на стеблях.

Способ осуществляют следующим об-. разом.

Иод критической mi юностью почпы WK под конкретньтм посевом понимаетсч наименьшая длч данных метеоусловий влажность почпы, не приводящая к заметному снижению трангпирации и фотосинтетической продуктивности растений, В предлагаемом способе используются присущие культурным растениям способности к пластичности формообразования, связанной с ксероморфностью листьев, формированием гибитуса как адаптивных растении на давление водного фактора.

71ля растений кукурузы характерна высокая чувствитечьноеть зависимости урожайности от дефицита влажности в критический период развития, связанная с двумя негативными явлениями,

но и блт.1 опричгнып во in -ВОЗДУШНЫЙ режим почп в корневой зоне, снижение возможных разруш шщи структуру | . почв процессов, снижение физического испарения с почп, экономию воды Лто, в свою очеречь, усиливает рост корневой системп, ведет к изменению габн- ТУСЗ растении в сторону засухоустойQ чивых форм и кссроморфности чистьев. Стрлтегит почина такопа, что,создавая бчагоприятные успопия для раз- пития эпементов урожая, стремятся сохранить ЗАСУХОУСТОЙЧИВЫ габитус

5 растении, их ксероморфность, сформи- рованнпе На ранних этапах вегетативного роста. Л это, в свою очередь, обеспечивает возможн теть повышения влажности почви в погчечуюцие ответ

Изобретение относится к сельскому хозяйству и может быть использовано при выращивании кукурузы на зерно на орошаемых землях. С целью получения высоких устойчивых урожаев зерна в регионах с частыми воздушными засухами, приходящимися на период цветения при снижении расхода воды, в период от сева до фазы появления 7-8 листьев, влажность почвы поддерживают на уровне критической, затем производят четыре полива по фазам не позднее начала появления 7-8 листьев, 11-12 листьев, до начала цветения с момента появления метелок и до начала цветения початков с момента появления нитей нормами, рассчитываемыми по формуле П_I=V^.HB_I^.H_I+1((Ω_I+1+Δ_I):100)-Ω_I-ΔΩ_I+1+ВП_I,I+1 где П_I - искомая поливная норма, м³/га, очередного I-го полива

I - номер полива = 1,2,3,4, НР_I+1 - средняя наименьшая влагоемкость слоя почвы, занятого корнями к концу межполивного интервала, м³/т

V - объемная масса почвы, т/га^.м

@ _I - влагозапас в корневой зоне на момент начала полива, м³/га

Δ @ _I+1 - приращение влагозапаса за счет роста корней в межполивной период, м³/га

H_I+1 - глубина корнезанимаемого слоя почв на конец межполивного периода, м

@ _I+1 - критическая влажность посева на момент следующего (I+1)-го полива, % от НВ, ВП_I,I+1 - водопотребление культуры за период времени от I-го полива до (_I+1)-го полива, м³/га

Δ_I - задаваемая величина порога предполивной влажности относительно критической влажности, % от НВ, причем значения Δ_I задают в пределах -10≤Δ₁≤-5

-10≤Δ₂≤-5

5≤Δ₃≤10, Δ*980, а четвертый и последующие поливы проводят допустимыми нормами, обеспечивающими максимум транспирации. Кроме того, при наступлениии острозасушливой погоды в ранние периоды развития культуры, но не ранее фазы 3 листьев, допускают кратковременное превышение критической влажности над влажностью почвы на 10-15%. 2 з.п. ф-лы, 1 табл.

25

30

возникающими при водном стрессе и при-20 стченнне периоды развития растении водящими к резкому снижению урожайности зерна. Это снижение фертильности или образование стерипьной пыльцы, прекращение цветения метелки раньше выметывания нитей или подсыхание нитей (рассогласование времен цветения метелки и початков при неблагоприятных условиях).Опыление и оплодотворение женских цветков пыльцой низкой фертнль- ностн или стерильной пыльцой, а также попадание пыльцы на сухие нити пестиков ведет к череззернице и снижению урожайности. На урожайность оказывают большое влияние условия периода закладки будущих метелок и початков (фаза 7-8 листьев), определяющего продолжительность цветения метелки, размеры початков и число зерен в них. Повышение влажности почвы на 10-15% выше критической в наиболее чувствительные периоды репродуктивного развития растений (7-8 лис35

40

за счет испопьзования небольших пол ных норм и тем с IMUM снижает или по ностью исключает действие воздушных засух при ДОПУСТИМОЙ втажности почв Описанная стратегия целесообразн в том смысле, что с помощью предлаг емого режима орошения формируется т кой максимальный Лотосинтетическин тенциал, который в наибольшей степе реализуется в урожае зерна. Некотор снижение вепичины надземной биомасс и площади листьев компенсируется упучшением радиационного режима пос вов, увеличением эффективности и пр должитепьности работы фотосинтетиче кого аппарата растений. Тем самым достигается более полное использова ние элементов минерального питания и влаги на единицу продукции, более равномерное использование влагозала почвы. При этом оросительная норма распределяется на вегетационный рос формирование фотосинтетического потенциала и гЬормнрование репродуктивных органов и налив зерна таким образом, что вклады каждом части в ве личину урожайности (по степени влияния) оказываются равными. В этом слу чае как в математическом, так и в со держательном биологическом смысле ре жим орошения оказывается оптимальным при заданном ресурсе оросктель- ной поды (для конкретных почвенно- климатических условий вырагаивания).

тьев, 11-12 листьев, цветение метелки и початков) обеспечивает исключение давления водного фактора и водных стрессов, создает комфортные условия для закладки компонента структуры урожая, ведет к образованию крупных початков, большого количества высоко фертильной пыльцы, увеличивает про- должительность цветения метелки, снижает возможность подсыхания нитей. Применение в критические периоды умеренных (строго рассчитанных по водо- потреблению, уровню критической влажности и глубине корнезанимаемого слоя) поливных норм обеспечивает не только создание комфортных условий для репродуктивного органогенеза,

25

30

20 стченнне периоды развития растении 35

40

45

JQ

5

за счет испопьзования небольших поливных норм и тем с IMUM снижает или полностью исключает действие воздушных засух при ДОПУСТИМОЙ втажности почвы. Описанная стратегия целесообразна в том смысле, что с помощью предлагаемого режима орошения формируется такой максимальный Лотосинтетическин потенциал, который в наибольшей степени реализуется в урожае зерна. Некоторое снижение вепичины надземной биомассы и площади листьев компенсируется упучшением радиационного режима посевов, увеличением эффективности и про- должитепьности работы фотосинтетического аппарата растений. Тем самым достигается более полное использование элементов минерального питания и влаги на единицу продукции, более равномерное использование влагозаласа почвы. При этом оросительная норма распределяется на вегетационный рост, формирование фотосинтетического потенциала и гЬормнрование репродуктивных органов и налив зерна таким образом, что вклады каждом части в величину урожайности (по степени влияния) оказываются равными. В этом случае как в математическом, так и в содержательном биологическом смысле режим орошения оказывается оптимальным при заданном ресурсе оросктель- ной поды (для конкретных почвенно- климатических условий вырагаивания).

На фиг.1 представлена динамика изменения величины критической влажности посева кукурузы в фазе 3-5 листьев при постоянной напрчженнности метеус- ловин (постоянной испаряемости) и

различных уровнях влажности почвы. Наблюдаемым эффект прогрессирующей скорости роста критической влажности в зависимости от величины разнос- ти влажности почвы и критической влажности свидетельствуют о важности роли предполивной влажности в процессе формирования засухоустойчивого габитуса и ксероморфности лис- тьев. На фиг.2 отражены основные этапы органогенеза кукурузы, показана динамика влажности почвы при известном и предлагаемом способах выращивания (1а, 2а), динамика крити- ческой влажности посевов (16, 26),динамика водопотребления культуры за вегетационный период, динамика нарастания площади лнстьей (1г, 2г) и продолжительности цветения метелки (1д, 2д) при известном и предлагаемом способах соответственно. На фиг.3 показана зависимость критической влажности двух посевов кукурузы, выращенных при различных уровнях под- держания: влажности почвы, от испаряемости.

Пример. В полевых условиях степи, для которой характерны частые воздушные засухи (суховеи), возникающие именно в период цветения кукурузы и приводящие к значительному снижению урожайности этой культуры, были проведены опыты по влиянию различных режимов орошения на формирование урожая зерна кукурузы. На основании проведенных исследований были построены кривые динамики роста культуры и параметров посевов, представленные на фиг.2 и 3.

Так, например, кривая 16 наглядно показывает, что в период опыления и образования завязей (наиболее напряженный по метеусловиям период) при известном режиме орошения (посев 1) растения оказываются в состоянии выраженного водного стресса. Это приводит к череззернице, мелкозернице и в конечном итоге снижает урожайность. В дни с высокой температурой воздуха и низкой влажностью в период цветения отмечалось подвядание верхних листьев их сворачивание, имело место подсыхание концов нитей початков. Состояние депрессии наблюдалось и позднее - в период налива зерна.

Посев, выращенный по предлагаемому способу (посев 2), имел проявление ксероморфной структуры: укороченные

стебли, меньшие размеры листьев,меньший спад и пожелтение. Посев 1 имел более высокую начальную скорость роста стеблем и листьеп, но к фазе 15 листьев наблюдалось заметное снижение скорости роста надземной части и регистрировались продолжительные состояния депрессии (перегрев культуры) в полуденные часы, в то время как посев 2, выращиваемый по предлагаемому способу, имел лишь слабые проявления таковом.

В таблице представлено сравнение характеристик и элементов структуры урожаев посевов кукурузы при известном и предлагаемом способах.

Учитывая недопотребление по фазам, а также регистрируя уровень критической влажности посева и фазы развития, выдерживался режим орошения в жесткой привязке к срокам развития в соответствии со схемой: начало появления 7-8 листьев 350 мэ/га , 11-12 листьев 400 м /га; перед выметыванием метелки 650 м /га; перед выметыванием нитей 700 мэ/га; в период налива зерна - три полива 500, 400 и 300 м /га. При этом предполивная влажность почвы в корневой зоне изменялас соответственно: 50,55,70,75,75 и 70% от НВ; глубина основной массы корней составляли: 40,55,70,,150 и 170 см соответственно. Следует отметить, что первый полив был проведен на 3-4 дня раньше, т.е. в фазе 5-7 листьев. Необходимость в поливе была вызвана устойчивым повышением критической влажности на 10% из-за повышения напряженности метеоусловий.

Для создания влажности в корневой зоне, требующейся по известной схеме орошения, т.е. поддержания предполив- ной влажности на уровне 70 и 80% от НВ, потребовалось 4000 м3 оросительной воды, которая распределялась по поливам следующим образом: 500, 600, 700, 700, 600, 500 и 400м3/га. Увеличение расхода связано как с несколько большим испарением культурой, так и увеличением инфильтрации.

Для расчета поливных норм и прогнозирования состояния посевов использовали соотношение, предложенное Буда- говским, связывающее значение критической влажности с испаряемостью - характеристикой напряженности метеоусловий:

u u + у F w wo Т о j

где W - значение критической влажности для посева, доли от

нв;

WQ - влажность почвы, при которой наблюдается торможение роста при минимальной напряженности метеоусловий

п„- 0);

$ - эмпирический коэффициент,

ч

Е0 - испаряемость, мм . ч( . Коэффициент у не является для данной культуры постоянной характеристикой. Его величина связана, с одной стороны, с доступностью почвенной влаги растениям, определяемой водно- физическими свойствами почвы, содержанием влаги в ней и степенью развития корневой системы, с другой - со способностью растений испарять воду, степенью ксероморфности листьев, возрастом растения. В этой связи коэффициент )( можно представить в виде функции вида:

У- Y (Ј L,R,wS h-СМЛ ку- w,

где k - размерностный коэффициент

пропорциональности;

л

с- - сумма накопленных посевом

,t

температур (возраст растения) ;

W - количество доступной влаги

(характеристика почвы); текущая влажность почвы, (ВЗ - влажность завяда- ния);

L - листовой индекс м2/м , К- - глубина проникновения корней, либо масса;

эмпирические коэффициенты, определяемые для конкретной культуры и типа почвы.

Анализ данного выражения показывает, что при всех прочих равных условиях крутизна зависимости критической влажности посевов от напряженности метеоусловий (Е0 ) зависит от характе- ристик поглощающей (R) и испаряющей (L) частей растения. Кроме того, оказалось, что в эмпирическое соотношение для посевов кукурузы целесообразно включить такой параметр, как сред- нее значение отношений массы листьев к массе корней за период от всходов до текущего момента как параметр ксероморфности, характеризующий предисторию развития посева (mu/m). Интенсификация коэффициентов этого соотношения покатала высокую значимость компонента (mL/m ), т.е. фактора ксероморфности. В этом плане выражение для расчета критической влажности отличается от соответствующей формулы для колосовых культур.

Представленную зависимость вида

W + о

С7

L -R5 (mz/m) Е,

использовали для анализа и слежения за уровнем критической влажности посева. При этом поддержание влажности в пределах (WK, Wy«Л ) приводит к формированию посева,не только обладающег более засухоустойчивым габитусом,но и большей ксероморфностью листьев. Физиологическое объяснение этого явления состоит в том, что при давлении водного фактора наблюдается повышенное содержание Сахаров за счет снижения интенсивности ростовых процессов в надземной части. Эти сахара перераспределяются в корневую зону и используются на синтез структурного вещества в корнях, увеличивая их массу. В то же время наличие в листьях в течение продолжительного срока относительно большего содержания осмотически активных веществ (сахаров) приводит к морфологическим изменениям в строении листа, заметно увеличивая их ксероморфность.

Анализ динамики водопотребления посевов, выращиваемых по известному и предлагаемому способам, показывает что водопотребление этих посевов практически равное, но посев, имеющий более развитую на ранних стадиях надземную часть, оказывается в периоды засух и высокой напряженности метеоусловий в состоянии глубокого водного стресса, в то время, как посев 2 испытывает лишь небольшую депрессию, не приводящую к резкому снижению фер- тильности пыльцы и уменьшению периода цветения метелки,подсыханию нитей, завяданию листьев.

Увеличение влажности почвы в период налива до уровня максимально возможной транспирацни позволяет более эффективно использовать созданный фо- тосинтетическнн потенциал для налива зерна. Кроме того, лучший радиационный режим в посеве 2 и меньшая надземная биомасса, отвлекающая меньшую часть фотосинтетатов на процессы поддержания жизнедеятельности, также ведут к большей эффективности использования фотосннтетического потенциала, использования ресурсов воды, мине- рального питания.

Критическая влажность посева может быть определена с помощью теплобалан- совых методов или путем измерения температурных градиентов в посеве, а также расчетными методами по динамическим моделям агроценозов.

Требуемый режим орошения можыт быть осуществлен высокопроизводительными дождевальными машинами, позволяю щими за короткие временные промежутки производить поливы необходимыми нормами.

Использование предлагаемого спосо- ба возделывания кукурузы на зерно обеспечивает возможность получения устойчивого урожая зерна кукурузы в регионах с частыми воздушными засухами, повышение урожайности зерна кукурузы в острозасушливые годы, устойчивости к полеганию, эффективности использования воды на производство единицы продукции, а также возможность получения высоких урожаев при дефиците водных ресурсов. Экономия оросительной воды увеличивается на 10-20%.

Формула изобретения

г

5

0

П V НВ

+ ВП;,,,, где Пи.

h- -t664L) -w- -flw««

5

0

5

40 45 50

г НВ.

w. UW. V,

,

вп

.(

искомая поливная норма м3/га очередного 1-го полива;

номер полива 1,2,3,4, средняя наименьшая влагоем- кость слоя почвы, занятого корнями к концу межполивного интервала, м /т; объемная масса почвы, т/га.м;

влагозапасы в корневой зоне н,1 момент начала полива, м3/га;

приращение влагозапаса за счет роста корней в межполивной период, м3/га; глубина корнезанимаемого слоя почвы на конец межполивного периода, м; критическая влажность почвы на момент следующего (i+1)-ro полива, % от HBJ водопотребления культуры за период от 1-го полива до (i+1)-ro полива, м /га; задаваемая величина порога предполивной влажности относительно критической влажности, % от НВ,

при этом значения Л, задают в диапазонах: -10 Ј4,-5; -106Де -5; 5 й.Ю, , а четвертый t и последующие поливы проводят эррозионно допустимыми, не превышающими избыточного поверхностного и глубинного сброса, нормами, обеспечивающими максимум транспирации () и согласующимися с традиционными режимами орошения.

Д, щ

oja

i

W

Фаг. /

4#ц

nift&eefes-E

| of I /

I

1