Scientific journal
Advances in current natural sciences
ISSN 1681-7494
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 0,791

FINE IRRIGATION AS THE MAIN TOOL FOR PRODUCTIVITY, WATER-AIR AND HEAT REGULATION WITHIN AGRICENOSIS OF TEA PLANTATIONS IN ADYGEA REGION

Dobezhina S.V. 1 Tuov M.T. 1 Pchikhachev E.K. 1 Shishkhov M.B. 1
1 Federal State Budgetary Scientific Institution «Russian Research Institute of Floriculture and Subtropical Crops»
The article presents the results of 3 years study of fine irrigation effect upon tea plantations in the conditions of Adygea Region. Irrigation contributed to an increase in productivity of tea plantings by 65 % over 3 years. Productivity during irrigation was 56 centner / ha, while in the non-irrigated control it equaled 34 centner / ha. A favorable environment is created in the ecosystem of tea plantations under the effect of fine irrigation: air temperature at the trellis level decreased by 8-10 °С to the optimum values of 23-25 °С; humidity increased by 20-40 % and was within range of 75-95 %; optimal soil moisture level was preserved for the root system (71.4-84.7 % of HB). The optimal water regime is confirmed by indicators of the concentration of cell sap in tea flushes of 8-9 % during leaf harvesting period. Based on multiple correlation and regression analysis, a mathematical model was obtained that enables prediction and adjustment of level of cell sap concentration in 3-leaf tea flushes: Y = 19.61 + 0.039 X1 – 0.338 X2 – 0.056 X3, where Y is concentration of cell sap, %; X1 – air temperature, °C; X2 – soil moisture content of the root layer of 0-60 cm, %; X3 – relative humidity %. Sample multiple correlation coefficient Rb = 0.95 was significant, a close relationship between the resultant trait and the totality of factorial traits included in the regression model was observed. Based on multiple correlation and regression analysis, a mathematical model was developed, and it provides for predicting and adjusting level of cell sap concentration in 3-leaf tea flushes. A positive correlation was obtained between concentration of cellular sap in tea leaves and air temperature (r = 0.90) and a negative correlation was found between the concentration of cellular sap and soil moisture (r = – 0.90) and air (r = – 0.77).
fine irrigation
tea
water potential
air and thermal conditions
the concentration of cell sap

Чайное растение, в соответствии с местом его исторического происхождения (районы Китая и Индии с теплым, влажным муссонным климатом, где максимум осадков выпадает в летнее время и господствуют туманы) очень требовательно к гидротермическим условиям. Самая северная граница культигенного ареала чая в России находится в Республике Адыгея.

Основными факторами, лимитирующими урожайность растений чая, здесь выступают гидротермические условия: низкие температуры воздуха в зимние и ранневесенние периоды, недостаточная влагообеспеченность в сочетании с высокой температурой и атмосферной засухой в летние месяцы (июль – август). Этим и обусловлена низкая по зоне урожайность 20 ± 5 ц/га [1, 2].

Интенсификация отрасли чаеводства в Республике Адыгея возможна только в том случае, если будут созданы условия, отвечающие требованиям культуры, при которых раскрывались бы генетически заложенные потенциальные возможности урожайности [3].

Появление атмосферной засухи при небольшом дефиците воды в почве сразу влияет на состояние чайных растений: рост, урожайность и устойчивость к стрессовым воздействиям окружающей среды значительно снижается [4, 5]. Для устранения этого неблагоприятного фактора необходимо увеличение влажности и снижение температурных параметров околоземного слоя воздуха.

Наиболее перспективным с этой позиции является мелкодисперсное орошение, которому в настоящее время уделяется большое внимание. При этом методе полива насыщается влагой приземный слой воздуха, окружающий растения чая. Увлажненный воздух имеет более высокую плотность и образует защитный слой (экранирует) между растениями и верхними слоями сухого воздуха. Из-за испарения мелкодисперсной воды с поверхности листьев начинается охлаждение растений. Кроме того, значительно снижается поливная норма и, поскольку поверхностный сток не происходит, эрозия исключается, а структура почвы и ее физико-химические параметры сохраняются [6].

Цель исследования: изучить воздействие мелкодисперсного орошения на урожайность, водно-воздушный и температурный режимы в агроценозе чайной плантации в условиях Адыгеи.

Материалы и методы исследования

Экспериментальные исследования проводились в 2016–2018 гг. на плантациях чая популяции Кимынь в пос. Цветочный, Майкопский район, на базе Адыгейского филиала ФГБНУ ВНИИ цветоводства и субтропических культур. В схему опыта входили варианты:

Вариант 1. Контроль (без полива)

Вариант 2. МДП с разовой поливной нормой 20 м3/га.

Примечание: МДП – мелкодисперсный полив. Схема посадки 1,5×0,33 м. Размер опытных делянок составлял 5 пог. м, повторность в опыте трехкратная.

Мелкодисперсный полив был проведен в неблагоприятные для растений чая периоды, которые возникали в результате отсутствия осадков, повышения температуры воздуха свыше 30 °С и при снижении относительной влажности воздуха, с 11 ч до 16 ч, длительностью по 10 мин каждый час с интервалом 50 мин.

На основании агрохимического обследования почвы опытного участка перед закладкой опыта, с учетом фактической урожайности плантации (20 ± 5 ц/га), были рассчитаны необходимые дозы минеральных удобрений (N250 P100 K100 кг/га д.в.), согласно существующим рекомендациям [7, 8]. Удобрения вносились одинаково по вариантам опыта.

В молодых побегах чая (трехлистных флешах) определяли концентрацию клеточного сока с помощью рефрактометра. Растительные образцы отбирали до и после поливов, а также в динамике листосборного периода в зависимости от метеоусловий года [9].

Измерения температуры воздуха проводили психрометром Ассмана на уровне листосборной поверхности чайной шпалеры на высоте 90–100 см от поверхности почвы до и после полива. Относительную влажность воздуха рассчитывали по разности показаний сухого и влажного термометра и определяли по психрометрической таблице [10]. Одновременно снимались показания температуры и относительной влажности воздуха прибором «Регистратор температуры и влажности воздуха (логгер) EClerk-M-RHT» с мая по сентябрь, ежедневно, через каждые 3 ч.

Анализ почвы на влажность проводили термостатно-весовым методом. Пробы почвы отбирались на глубину корневого слоя 0,6 м, через 0,1 м на стационарных участках до и после полива [11]. Сбор урожая и его учет проводился с мая по сентябрь согласно указаниям по технологии выращивания чая [8]. Анализ метеорологических показателей проведен по данным метеостанции Майкопской опытной станции (МОС) ВИР. Обработка результатов исследований выполнена с применением пакета программ Stаtistika-6.0 и Microsoft Excel.

Результаты исследования и их обсуждение

Урожайность культуры чая тесно связана с характером погодных условий в период листосбора. Растению чая для формирования высокого урожая требуется как минимум 600–800 мм осадков за вегетационный период (апрель-сентябрь) и не меньше 100 мм в течение 1 месяца [12].

Самым благоприятным сезоном из трех лет исследований для чайной культуры стал 2016 г. – за вегетацию выпало 704 мм осадков. Вегетационный период 2017 г. по температурным условиям отличался коротким листосборным периодом июнь – август (осадков выпало 476 мм). В сентябре рост чая полностью прекратился из-за сильных перепадов ночных и дневных температур – 5 °С и 25 °С соответственно. Наиболее засушливым из трех лет исследований был 2018 г. (осадков выпало 395 мм), в августе наблюдалась сильная атмосферная засуха с высокими температурами воздуха до + 37–38 °С.

Мелкодисперсное орошение существенно увеличило урожайность чайной плантации. Средняя за три года урожайность при поливе составила 5,6 т/га, тогда как на неорошаемом варианте – 3,4 т/га (рис. 1).

dobeg1.tif

Рис. 1. Урожайность чайной плантации, т/га, 2016–2018 гг.

С помощью корреляционно-регрессионного анализа выявлена тесная связь между урожайностью на контроле и количеством выпавших осадков за период вегетации (коэффициент корреляции r = 0,989).

Основным физиологическим диагностическим показателем влагообеспеченности растений чая является концентрация клеточного сока (ККС) в молодых побегах (трехлистных флешах). Оптимальному значению соответствует величина равная 8–9 %. Граничное значение ККС, при котором начинаются нарушения водного режима, у растений чая составляет 10 %. Показатели выше 12 % указывают на напряженные гидротермические условия и существенные нарушения водного режима растений [9].

На рис. 2 представлена динамика изменения ККС в зависимости от осадков и орошения по годам исследований 2016–2018 гг.

dobeg2a.tif

dobeg2b.tif

dobeg2c.tif

Примечание: Мелкодисперсный полив ↓ осуществлялся:

2016 г.: 13.07. − 16.07; 02.08. − 05.08; 30.08–31.08.

2017 г.: 11.07. − 14.07; 07.08. − 10.08.

2018 г.: 02.07. − 05.07; 14.08. − 17.08.

8–9 % – оптимальный водный режим чайного растения

10 % – начало нарушений водного режима

12–13 % – серьезные нарушения

Рис. 2. Воздействие мелкодисперсного полива на концентрацию клеточного сока в флешах чайного растения в течение периода листосбора по годам исследований 2016–2018 гг.

Мелкодисперсный полив способствовал поддержанию концентрации клеточного сока в оптимальном диапазоне 8–9 % в течение всего листосборного периода, тогда как без полива с июля по сентябрь ККС превышала 10 % граничное значение и достигала максимумов в августе и сентябре 13,0; 12,7; 13,5 % соответственно по годам исследований, что свидетельствовало о серьезных нарушениях водного режима у растений чая.

Для выявления сопряженного воздействия на ККС влажности почвы, температуры и влажности воздуха проведен множественный корреляционно-регрессионный анализ и получена математическая модель:

Y = 19, 61 + 0,039 X1 – 0,338 X2 – 0,056 X3, (1)

где Y – концентрация клеточного сока в трехлистных флешах чая, %

X1 – температура воздуха, °С;

X2 – влажность почвы в корнеобитаемом слое растений чая (0–60 см), %.

X3 – относительная влажность воздуха, %.

Коэффициент множественной корреляции является значимым (Rb = 0,95). Получена тесная связь результативного признака с совокупностью факторных признаков, включенных в регрессионную модель. Коэффициент детерминации (D = 90,30) показывает, что изменения показателей ККС на 90,30 % объясняются за счет вариации признаков включенных в модель.

Получена положительная корреляция между ККС и температурой воздуха (r = 0,90) и отрицательная корреляция между ККС и влажностью почвы и воздуха. Коэффициенты парной корреляции представлены в табл. 1.

Таблица 1

Парные коэффициенты корреляции, характеризующие тесноту взаимосвязи ККС с температурой, влажностью почвы и воздуха

Факториальные признаки

Парные коэффициенты корреляции

X1

температура воздуха, °С

0,9036

X2

влажность почвы в слое 0–60 см, %

–0,9004

X3

относительная влажность воздуха, %

–0,7671

В табл. 2 приведены коэффициенты эластичности, которые показывают, на сколько процентов изменяется ККС при увеличении соответствующего факториального признака на 1 процент.

Сравнивая коэффициенты эластичности по абсолютной величине, можно утверждать, что наибольшее влияние на ККС оказывает влажность почвы (54 %), затем следует влажность воздуха (34,9 %) и в последнюю очередь – температура воздуха (10,7 %).

Таблица 2

Коэффициенты эластичности

Факториальный признак

Изменение результативного признака (в %)

Температура воздуха

0,107

Влажность почвы

–0,540

Влажность воздуха

–0,349

Полученная математическая модель позволяет прогнозировать и регулировать уровень концентрации клеточного сока в трехлистных флешах чая в зависимости от изучаемых параметров.

Для большинства культурных растений оптимальной является влажность почвы от 70 до 100 % от наименьшей влагоемкости (НВ). Влажность ниже 70 % от НВ соответствует началу затормаживания процессов роста и снижению урожайности [10]. Своевременное орошение чайных растений способствовало сохранению влагозапасов в почве в оптимальном диапазоне (71–84,7 % HB), в то время как без полива влажность почвы начинала снижаться с середины июля от 70 % НВ до минимальных значений в августе – 57 % НВ и сентябре – 51 % НВ.

На рис. 3 представлена динамика влажности и температуры воздуха во время орошения на примере наиболее засушливого 2018 г., при поливах 2 июля и 15 августа. При МДП температура воздуха на уровне чайной шпалеры в июле поддерживалась в оптимальном диапазоне 23–25 °C для чайного растения, в то время как на контрольном варианте она поднималась до 33 °C; влажность воздуха увеличилась по сравнению с контролем на 20–40 % и поддерживалась в диапазоне 82–95 %. В августе при сильной атмосферной засухе (Wвозд. 56–37 %) и высокой температуре воздуха 30–37 °C амплитуда колебаний температуры между поливами составляла 23–27 °C, влажности – 75–95 %.

dobeg3a.tif dobeg3b.tif

а) б)

dobeg3c.tif dobeg3d.tif

в) г)

Рис. 3. Влияние мелкодисперсного полива на температуру и влажность воздуха на уровне чайной шпалеры: a, б – 02.07.2018; в, г – 15.08.2018. Примечание: ο – до полива; ● – после полива

Заключение

Мелкодисперсное орошение повысило урожайность чайной плантации в среднем за три года на 65 %. На орошаемой площади она составила 5,6 т/га, тогда как без полива – 3,4 т/га. Под воздействием полива формируется благоприятный микроклимат в экосистеме чайного растения: температура воздуха на уровне шпалеры растений чая снижалась на 10 °С, достигнув оптимальных значений 23–25 °С; влажность увеличилась на 20–40 % и находилась в пределах 75–95 %; запасы влаги в почве поддерживаются в диапазоне, в котором корневая система растений не испытывает недостатка влаги (71,4–84,7 % от НВ). Оптимальные условия подтверждаются основным диагностическим показателем – концентрацией клеточного сока в трехлистных флешах чая, которая, за период листосбора не превышала 10 % значения, тогда как на варианте без полива ККС повышалась до 13; 12,7; 13,5 %, соответственно по годам исследований, что указывало на серьезные нарушения водного режима у растений чая.