Современное агротехническое и мелиоративное состояние почв под чайными насаждениями в Республике Адыгея свидетельствует о недостаточно рациональном подходе к решению проблем, возникающих при использовании земельных и водных ресурсов, что ведет к низкой по зоне урожайности (20 ± 5 ц/га). Одним из основных приемов интенсификации чаеводства в Республике Адыгея является орошение и внесение минеральных удобрений. В условиях дефицита водных и энергетических ресурсов требуется разработка современных ресурсосберегающих экологически безопасных технологий [1, 2].
Научные исследования и практика показывают, что на некоторых мелиоративных системах происходит развитие процессов, ухудшающих физические свойства почвы, потеря комковато-зернистой структуры, развитие слитизации, увеличение удельной и объемной плотности, снижение влагонакопительной способности и аэрации. При орошении большими поливными нормами часто происходит вымывание подвижных питательных элементов, органических кислот и минеральных коллоидов в нижележащие горизонты, снижение гумуса в почвах [3–5]. По данным Кудеярова (1984), с 1 мм смытой почвы с гектара выносится 10–20 кг азота, 10 кг фосфора и 100–200 кг связанного углерода [6].
Чайные плантации Адыгеи размещены на склонах гор и в холмистой местности, поэтому важно при выборе способа орошения учитывать фактор ирригационной эрозии.
Наиболее перспективным ресурсосберегающим способом полива является мелкодисперсное орошение. Мелкодиспергированная вода увлажняет приземный слой воздуха, надземную часть растений и частично поверхность почвы. При этом способе значительно снижается норма полива, полностью отсутствует поверхностный сток и глубинная фильтрация, сохраняется структура и физические свойства почвы [7]. Создается благоприятный микроклимат в экосистеме чайного куста: понижается температура воздуха на уровне чайной шпалеры до оптимальных значений 23–25 °С, увеличивается относительная влажность воздуха на 15–30 %, влажность почвы поддерживается в диапазоне 77,8–82,3 % от наименьшей влагоемкости, при котором корневая система растений не испытывает недостатка влаги [8].
Цель исследования: изучить влияние мелкодисперсного способа полива на продуктивность культуры чая и питательный режим в агроценозе чайной плантации в предгорных условиях Адыгеи.
Материалы и методы исследования
Исследования проведены в 2015–2018 гг. в Майкопском районе на базе Адыгейского филиала ФГБНУ ВНИИЦиСК на полновозрастных чайных плантациях сорта-популяции «Кимынь». Схема опыта наложена в 2016 г. и включала следующие варианты:
Вариант I – контроль (без орошения) + N250 P100 K100 кг/га д.в.
Вариант II – мелкодисперсное орошение с разовой поливной нормой 20 м3/га + + N250 P100 K100 кг/га д.в.
Схема посадки 1,5*0,33 м. Опытные делянки по 15 растений (5 погонных метров) в трёхкратной повторности.
Удобрения внесены согласно методическим указаниям по технологии возделывания чая [9]: перед началом вегетации (в апреле) внесено 60 % азота, 100 % фосфора и калия с заделкой в почву, подкормка (40 % азота) проведена в июне. В качестве удобрения использовалась нитроаммофоска с добавлением аммиачной селитры при основном внесении. Дозы удобрений установлены после агрохимического обследования почвы опытного участка с учётом урожайности плантации и уровня обеспеченности элементами питания перед закладкой опыта, согласно существующим рекомендациям [9, 10].
Мелкодисперсный полив (МДП) осуществлялся с помощью снегогенератора (снежной пушки) (рис. 1), возможности которого заключаются не только в производстве снега зимой, но и мелкодисперсном орошении летом, при котором корректируются параметры окружающей среды (температура воздуха, относительная влажность воздуха и почвы).
Рис. 1. Снегогенератор (снежная пушка) модель ESG-305 в работе
В критические для чайного растения периоды (июль, август), сопровождающиеся высокими температурами воздуха (30…38 °С) и отсутствием осадков, был проведен мелкодисперсный полив продолжительностью по 10 мин каждый час с интервалом 50 мин с 11 до 16 ч.
До закладки опыта и внесения удобрений на опытном участке в 2015 г. проведено почвенное обследование, отобраны образцы почвы на глубину 0–20, 20–40, 40–60 см с 15 точек, в которых определены следующие свойства: рНkcl – потенциометрическим методом; гумус – по Тюрину в модификации Орлова и Гриндель; подвижный фосфор и калий - по Ониани; гидролитическую кислотность (Нг) – по Каппену; сумму обменных оснований (S) – по Каппену и Гильковицу; степень поглощенных оснований (V) – расчетным методом [11]. Водно-физические свойства почвы определены по разрезу: гранулометрический состав почвы – по Качинскому; наименьшую влагоемкость – методом рам, объемную массу – методом колец [12].
Для изучения влияния орошения на динамику содержания основных элементов питания (N, P, K) на опытном участке в 2016–2018 гг. по вариантам опыта отобраны почвенные образцы на глубину 0–20, 20–40, 40–60 см в течение листосборного периода май, июль, сентябрь. В почвенных образцах определяли: нитратный азот – дисульфофеноловой кислотой; аммиачный азот – реактивом Несслера; подвижный фосфор – по Ониани; подвижный калий – по Ониани [11]. Влажность почвы определяли термостатно-весовым методом. Образцы почвы отбирали на глубину корнеобитаемого слоя 0,6 м, послойно через 0,1 м на стационарных площадках до и после поливов, а также в течение листосборного сезона в зависимости от метеоусловий года [12]. Сбор и учет урожая проводили с мая по сентябрь согласно методическим указаниям по технологии возделывания чая [9]. Анализ метеорологических показателей проведен по данным метеостанции Майкопской опытной станции (МОС) ВИР. Обработка результатов исследований проведена с применением пакета программ Stаtistika-6.0 и Microsoft Excel.
Результаты исследования и их обсуждение
В результате почвенного обследования опытного участка установлено, что почва – бурая лесная слабоненасыщенная, малогумусная, сформированная на делювиальных суглинках. В табл. 1 приведены средние статистические показатели кислотно-основных свойств, содержания гумуса и подвижных форм питательных элементов в почве до закладки опыта.
Таблица 1
Агрохимические свойства бурой лесной почвы опытного участка, 22.05.2015 г.
|
Глубина, см |
рН kcl |
Гумус, % |
Р2О5 |
К2О |
Нг |
S |
V, % |
|
по Ониани, мг/100 г |
мг-экв/100 г почвы |
||||||
|
0–20 |
4,30 ± 0,21 |
2,92 ± 0,61 |
17,42 ± 3,85 |
8,24 ± 2,20 |
12,28 ± 0,53 |
2,06 ± 0,95 |
14,36 |
|
20–40 |
4,63 ± 0,45 |
1,76 ± 0,30 |
12,70 ± 0,95 |
5,45 ± 0,99 |
4,87 ± 0,34 |
2,57 ± 0,86 |
34,54 |
|
40–60 |
4,67 ± 0,55 |
0,46 ± 0,40 |
9,32 ± 0,61 |
5,24 ± 3,04 |
4,33 ± 0,19 |
4,74 ± 0,74 |
52,26 |
Исследуемая почва по степени кислотности входит в разряд среднекислых, степень насыщенности основаниями увеличивается с глубиной, что позволяет отнести ее к подтипу бурых лесных слабоненасыщенных. По гранулометрическому составу она классифицируется до глубины 50 см как легкосуглинистая, и среднесуглинистая ниже 50 см. По степени плотности почва характеризуется как рыхлая (объемная масса увеличивается с глубиной 1,0–1,27 г/см3).
В соответствии с ориентировочными градациями обеспеченности почв основными элементами питания почва имела низкую обеспеченность фосфором и калием на всю глубину корнеобитаемого слоя 0–60 см [9, 10].
Содержание подвижных форм питательных элементов в почвах изменяется в течение вегетационного периода под влиянием минеральных удобрений и орошения. Основным критерием эффективности этих агротехнических мероприятий является прибавка урожая.
До закладки опыта в 2015 г. средняя урожайность чайной плантации без полива и внесения удобрений составила 24,03 ± 0,80 ц/га.
Исследования 2016–2018 гг. показали, что мелкодисперсное орошение на фоне внесения минеральных удобрений в дозах N250 P100 K100 кг/га д.в. существенно увеличило продуктивность чайной плантации. В среднем за 3 года прибавка урожая составила 65 % (табл. 2).
Таблица 2
Урожайность чайной плантации, ц/га, 2016–2018 гг.
|
Вариант |
Урожай, ц/га |
|||
|
2016 г. |
2017 г. |
2018 г. |
Средний за 3 года |
|
|
Контроль |
39,5 ± 0,90 |
34,87 ± 0,31 |
27,62 ± 0,73 |
34,09 |
|
Полив |
71,4 ± 0,25 |
46,24 ± 0,56 |
51,12 ± 0,99 |
56,25 |
|
% к контролю |
180 |
133 |
185 |
165 |
|
Сумма осадков за период вегетации, в мм |
704 |
476 |
395 |
|
Примечание. НСР05 = 9,04.
Рис. 2. Влияние мелкодисперсного полива на влажность почвы (данные 2017 г.)
Результаты дисперсионного анализа данных урожайности за три года показали, что между вариантами есть существенные различия, о чем свидетельствуют коэффициент Фишера фактический, значение которого выше табличного (Fфакт = 27,05 > Fтабл = 4,49).
Между урожайностью на контроле и количеством осадков выявлена тесная корреляционная связь (r = 0,989).
Установлено влияние мелкодисперсного полива на влажность почвы в корнеобитаемом слое растений чая (0–60 см) (рис. 2 на примере 2017 г.).
Оптимальной для большинства растений является влажность почвы в диапазоне от 70 до 100 % наименьшей влагоемкости (НВ). Влажность почвы ниже 70 % от НВ – это граничное значение влажности, при которой начинается угнетение ростовых процессов и снижение урожайности.
Своевременный мелкодисперсный полив растений чая способствовал поддержанию запасов почвенной влаги в оптимальном диапазоне (72–84,7 % от НВ), тогда как без полива влажность почвы с середины июля опустилась ниже граничного значения (70 % НВ) и достигла минимума в сентябре 47,6 % от НВ.
В табл. 3, 4 представлены данные по содержанию подвижных форм фосфора и калия в динамике листосборного периода чая по вариантам опыта.
Таблица 3
Содержание подвижного фосфора в почве в динамике листосборного сезона, в мг/100 г почвы
|
Вариант |
Глубина, см |
2016 г. |
2017 г. |
2018 г. |
||||||
|
V |
VII |
IX |
V |
VII |
IX |
V |
VII |
IX |
||
|
Контроль |
0–20 |
26,69 |
17,26 |
9,26 |
26,05 |
18,22 |
9,03 |
20,32 |
16,99 |
17,11 |
|
20–40 |
13,63 |
13,49 |
7,18 |
16,00 |
10,08 |
11,02 |
15,05 |
7,07 |
12,36 |
|
|
40–60 |
9,34 |
11,11 |
8,57 |
9,82 |
6,87 |
7,29 |
11,36 |
4,11 |
9,80 |
|
|
МДП |
0–20 |
26,87 |
17,16 |
3,28 |
28,09 |
21,79 |
9,11 |
20,25 |
10,73 |
5,55 |
|
20–40 |
15,14 |
14,48 |
6,14 |
16,18 |
10,32 |
5,49 |
8,40 |
12,68 |
3,64 |
|
|
40–60 |
7,18 |
6,39 |
10,2 |
10,05 |
5,54 |
6,02 |
4,36 |
8,46 |
2,48 |
|
Примечание. НСР05: май – 7,60; июль – 5,18; сентябрь – 2,20.
Таблица 4
Содержание подвижного калия в почве в динамике листосборного сезона, в мг/100 г почвы
|
Вариант |
Глубина, см |
2016 г. |
2017 г. |
2018 г. |
||||||
|
V |
VII |
IX |
V |
VII |
IX |
V |
VII |
IX |
||
|
Контроль |
0–20 |
12,97 |
10,58 |
8,25 |
12,37 |
6,45 |
6,22 |
12,28 |
10,92 |
7,21 |
|
20–40 |
10,30 |
8,43 |
7,85 |
11,16 |
5,42 |
5,36 |
10,18 |
9,78 |
7,21 |
|
|
40–60 |
7,98 |
8,53 |
7,42 |
8,63 |
5,46 |
4,22 |
9,67 |
8,68 |
7,21 |
|
|
МДП |
0–20 |
12,74 |
10,50 |
5,98 |
13,24 |
5,36 |
4,18 |
12,21 |
7,14 |
6,70 |
|
20–40 |
9,32 |
7,90 |
5,30 |
10,35 |
4,26 |
3,33 |
7,71 |
7,21 |
5,54 |
|
|
40–60 |
5,88 |
5,86 |
4,36 |
8,72 |
4,35 |
3,34 |
6,71 |
6,18 |
4,30 |
|
Примечание. НСР05: май – 2,25; июль – 2,01; сентябрь – 1,23.
Внесение минеральных удобрений способствовало повышению уровня обеспеченности подвижным фосфором и калием в верхнем слое (0–20 см) в начале листосборного периода до среднего (уровень обеспеченности по методу Ониани: фосфор подвижный 15–30 мг/100 г почвы; калий подвижный 10–15 мг/100 г почвы [9]).
Дисперсионный анализ данных не выявил существенных различий между вариантами по содержанию фосфора до полива в мае (Fфакт = 0,13 < Fтабл. = 4,49) и июле (Fфакт = 0,01 < Fтабл. = 4,49). К концу листосборного периода (сентябрь) на варианте с поливом происходит существенное снижение подвижных форм фосфора по сравнению с контролем. Различие между вариантами подтверждается коэффициентами Фишера: Fфакт = 16,34 > Fтабл. = 4,49.
Аналогичная тенденция отмечается и по содержанию подвижного калия. До полива различия по вариантам несущественны (май Fфакт = 0,82 < Fтабл. = 4,49; июль Fфакт = 3,32 < Fтабл. = 4,49), после полива – существенны (сентябрь Fфакт = 11,86 > Fтабл. = 4,49).
Таким образом, на орошаемых вариантах происходит усиленный вынос питательных элементов, что сопряжено с возросшей массой урожая чая.
Источником азотного питания растений является нитратный и аммиачный азот. Ранневесенние запасы их в почве под чайными насаждениями весьма незначительны (по данным 2016 г.):
в слое почвы 0–20 см 20–40 см
N-NH4+ (в кг/га) 96,40 83,74
N-NO3- (в кг/га) 72,00 32,86
Указанные уровни недостаточны для получения высокого урожая чайного листа. К тому же чай – листосборная культура, которая выносит большое количество азота с зеленой массой, поэтому азотным удобрениям принадлежит первостепенная роль при формировании урожая.
На рис. 3 и 4 представлено распределение по профилю почвы минеральных форм азота на чайной плантации на примере 2017 г. В 2016 и 2018 гг. наблюдалась аналогичная тенденция.
Рис. 3. Распределение аммиачного азота по профилю почвы в динамике листосборного периода чая, 2017 г.
Рис. 4. Распределение нитратного азота по профилю почвы в динамике листосборного периода чая, 2017 г.
Большая часть как аммиачного, так и нитратного азота сосредоточена в 20-сантиметровом слое почвы. В июле после июньской подкормки заметно возросло содержание нитратного азота. До полива существенных различий между вариантами не наблюдалось. Значительное снижение, по сравнению с контролем, содержания минеральных форм азота в корнеобитаемом слое почвы отмечено в конце листосборного периода на варианте с поливом, что обусловлено более интенсивным выносом этого элемента при возросшей массе урожая.
Заключение
Использование мелкодисперсного полива на чайных плантациях в условиях Адыгеи показало высокую эффективность этого метода. Под влиянием полива урожайность чайных насаждений возросла в среднем за три года на 65 % и составила 56,25 ц/га, тогда как без полива – 34,09 ц/га. Влажность почвы поддерживалась в оптимальном диапазоне 72–84,7 % от наименьшей влагоемкости, при котором растения чая не испытывают недостатка влаги. Установлено существенное снижение в конце листосбрного периода содержания подвижных форм основных элементов питания (N, P, K), что сопряжено с возросшей массой урожая.