Влияние теплоэнергетических факторов на продуктивность кукурузы в условиях орошения Юга России

В статье приведены результаты исследований по установлению степени влияния ряда теплоэнергетических факторов на продуктивность зерновой кукурузы в условиях обыкновенных черноземов Ростовской области, дан анализ основных показателей корреляционного анализа в различные по влагообеспеченности годы.

Особая роль света и тепла в формировании урожая сельскохозяйственных культур общеизвестна. По утверждению К. А. Тимирязева, это единственный фактор, который может в перспективе ограничить урожайность сельскохозяйственных культур. Известно, что из всей приходящей на посев фотосинтетически активной радиации (ФАР) обычно используется всего 1,5−2,0%. Теоретически возможная величина КПД ФАР значительно выше и составляет 5−10%.

По закону взаимодействия факторов урожая степень использования ФАР зависит от наличия других условий жизни растений, что отмечается в работах И. С. Шатилова, И. П. Кружилина, А. А. Ничипоровича, А. А. Климова, Г. П. Устенко, Н. И. Гойса, С. Д. Лысогорова, В. А. Ушкаренко и др. Это открывает путь к планомерному повышению эффективности использования тепла и света в результате улучшения водоснабжения, питания и других условий жизнедеятельности культурных растений.

Такая задача выполнима, если установлены количественные связи урожайности изучаемых культур с этими факторами, однако прежде необходимо установить наличие существенной связи между урожайностью той или иной культуры и основными теплоэнергетическими факторами.

Результаты наших опытов позволили подойти к решению вопроса о комплексном воздействии теплоэнергетических факторов на урожайность кукурузы в условиях различной влагообеспеченности. Для этого сопоставлены показатели теплоэнергетического режима в различные по уровню влагообеспеченности годы. Эти показатели затем подвергались корреляционному и регрессионному анализу. Чтобы исключить ограничивающее действие недостатков технологии выращивания, взята урожайность в оптимальном варианте стационарного опыта, где вносили оптимальное количество удобрений и проводили поливы при влажности почвы наименьшей влагоемкости, равной 80%.

Корреляционно-регрессионный анализ позволил установить взаимосвязь урожайности кукурузы и основных теплоэнергетических факторов. По результатам многолетних полевых наблюдений нами рассчитаны средние квадратические отклонения значений исследуемых факторов от среднего, корреляционные коэффициенты, характеризующие тесноту связи зависимой и независимой переменной, а также коэффициенты детерминации, определяющие степень влияния изучаемых факторов на урожайность кукурузы на зерно (табл. 1).

Из анализа данных таблицы 1 видно, что наиболее тесная связь урожайности наблюдается с КПД ФАР (), где теснота связи составляет 0,841−0,959, менее тесная с суммарной и фотосинтетически активной радиацией (Q,) и радиационным балансом (В) и менее всего — с суммой температур (УТ), где она была в пределах 0,550- 0,731.

урожай кукуруза теплоэнергетический продуктивность Таблица 1 — Результаты корреляционного анализа взаимосвязи теплоэнергетических факторов и урожайности кукурузы на зерно.

Зависимость.	Результаты корреляционного анализа.	Температурный индекс.
Среднее квадратическое отклонение.	Коэффициент детерминации.	Коэффициент корреляции.
Средневлажный год.
У = ѓ (УТ).	55,8.	0,302.	0,550.	227,3.
У = ѓ (Q).	40,8.	0,628.	0,792.
У = ѓ ().	36,1.	0,708.	0,841.
У = ѓ ().	39,7.	0,647.	0,804.
У = ѓ (В).	42,9.	0,589.	0,767.
Сухой год.
У = ѓ (УТ).	67,5.	0,310.	0,557.	339,7.
У = ѓ (Q).	69,1.	0,278.	0,530.
У = ѓ ().	23,1.	0,919.	0,959.
У = ѓ ().	74,3.	0,166.	0,491.
У = ѓ (В).	71,1.	0,235.	0,486.
Влажный год.
У = ѓ (УТ).	70,7.	0,525.	0,731.	234,4.
У = ѓ (Q).	87,3.	0,276.	0,525.
У = ѓ ().	32,7.	0,898.	0,948.
У = ѓ ().	94,3.	0,155.	0,394.
У = ѓ (В).	88,4.	0,257.	0,507.
Средний год.
У = ѓ (УТ).	61,8.	0,398.	0,631.	253,0.
У = ѓ (Q).	54,0.	0,559.	0,748.
У = ѓ ().	57,4.	0,501.	0,708.
У = ѓ ().	65,3.	0,326.	0,571.
У = ѓ (В).	62,7.	0,380.	0,616.

Корреляционный анализ зависимости урожайности от суммы температур в различные по влагообеспеченности годы показал среднюю степень взаимосвязи между ними за исключением влажного года. Это дает основание предположить, что существуют оптимальные температуры для продукционного процесса в течение вегетации, а также что сумма температур не является фактором, лимитирующим урожай.

Влияние каждого фактора характеризуется коэффициентом детерминации, изменяющимся в зависимости от влагообеспеченности года. Отмечено, что во влажный год (20% обеспеченности дефицита водного баланса) влияние температурного фактора (УТ) на урожайность составило 52,5%, в то время как в сухой — всего 31%, что объясняется оптимизацией температурных условий с увеличением засушливости года.

Тепловые ресурсы тесно связаны с солнечной радиацией. Известно, что приход фотосинтетически активной радиации (ФАР) в разных регионах неодинаков. Возможны условия, при которых недостаточный приход ФАР ограничивает урожайность культур.

В связи с этим исследована зависимость урожайности кукурузы от прихода активной радиации за период вегетации в центральной орошаемой зоне Ростовской области.

Суммарная и фотосинтетически активная радиация лишь в средневлажный год определяли урожайность на 62,8−64,7%, а в сухой и влажный годы их влияние снизилось до 15,5−27,8%. Влияние радиационного баланса более всего проявилось во влажный год (58,9%), в остальные годы оно было существенно ниже.

Из изучаемых теплоэнергетических факторов наиболее высокая связь с урожайностью отмечена у коэффициента полезного действия ФАР (), где коэффициенты корреляции изменяются от 0,708 в год 50-процентной до 0,959 в год 80-процентной обеспеченности по ДВБ.

При этом коэффициент детерминации изменяется от 0,501 до 0,919, то есть степень влияния данного фактора варьируется от высокой до очень высокой.

В среднем за годы исследований приток ФАР, взятый по фазам вегетации кукурузы, определял ее урожайность всего на 6,6%, КПД ФАР на 86,5, радиационный баланс на 31,3 и сумму температур всего на 5,3%.

Однако решающая роль света и тепла в формировании урожая этим не отрицается; приведенные данные свидетельствуют лишь о том, что приход ФАР и сумма температур для кукурузы составляет оптимальную величину.

Ведущая роль в создании урожая на фоне научно обоснованной зональной агротехники принадлежит условиям обеспеченности растений влагой и элементами питания, а также приемам, регулирующим эти процессы.

Чем благоприятнее эти условия, тем создается большая биомасса растений и в ней аккумулируется большее количество фотосинтетически активной радиации.

Приток определенного количества тепла — обязательное условие для роста и репродуктивного развития кукурузы.

Термический режим в значительной мере определяет скорость прохождения фаз вегетации, темпы роста вегетативных и репродуктивных органов. Потребность кукурузы в тепле выражают суммой активных температур, превышающих 10 °C.

Для раннеспелых гибридов за период посев — образование метелок она составляет 1345 °C, для среднеи позднеспелых 1500 °C; за период посев — полная спелость отмечены соответствующие суммы 2300 и 2604 °C.

В наших опытах сумма среднесуточных температур за основные месяцы вегетации (май — сентябрь) в период полевых опытов составляла 2270−2500 °С. Обеспеченность кукурузы теплом в годы исследований была не ниже биологической потребности.

Обеспеченность теплом определяется условиями солнечной радиации. Оба фактора находятся в достаточном количестве для среднеи позднеспелых гибридов.

Задача заключается в правильном и эффективном использовании ресурсов тепла.

Путь к этому указывает закон взаимодействия факторов: ресурсы тепла используются тем полнее, чем лучше растения обеспечены другими факторами жизни, в том числе водой и питательными веществами.

Эффективность использования тепла условно можно представить температурным индексом, выражающим отношение суммы температур за период вегетации культуры к полученной урожайности (табл.).

Согласно полученным данным установлено, что наиболее эффективно тепло используется в сухой год с высокой теплообеспеченностью, где затраты температур составили 339,7 °С на каждую тонну зерна, и наименее эффективно во влажный и средневлажный годы с низкой теплообеспеченностью, где они равнялись 227,3 и 234,4 °С соответственно.

Анализ теплоэнергетических условий роста, развития и формирования урожая среднепозднеспелых гибридов кукурузы на юге России позволяет заключить, что количество приходящего тепла и различных форм солнечной радиации в значительной степени влияют на продуктивность растений, однако они не являются факторами, ограничивающими урожайность этой культуры.

В то же время установлено, что степень использования тепла зависит от уровня влагообеспеченности года и от других факторов, которые ввиду ограниченного объема данной статьи не рассматривались.