КИЇВСЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ
Київський національний університет
імені Тараса Шевченка
Одинцова Валентина Анатоліївна
УДК 581.1:632.111.52]:634.21(477.7)
ФІЗІОЛОГІЧНІ АСПЕКТИ ЗАХИСТУ НАСАДЖЕНЬ АБРИКОСА ВІД ВЕСНЯНИХ ПРИМОРОЗКІВ В УМОВАХ ПІВДНЯ УКРАЇНИ
03.00.12 – фізіологія рослин
Автореферат
дисертації на здобуття наукового ступеня
кандидата біологічних наук
Київ – 2004
Дисертацією є рукопис.
Робота виконана в Нікітському ботанічному саду –
Національному науковому центрі Української академії аграрних наук
Науковий керівник: доктор біологічних наук,
старший науковий співробітник
Ільницький Олег Антонович,
Нікітський ботанічний сад – Національний науковий центр УААН,
провідний науковий співробітник відділу фізіології та репродуктивної біології
Офіційні опоненти:
доктор біологічних наук, професор
Силаєва Алла Михайлівна,
Інститут садівництва Української академії аграрних наук,
завідувач відділу фізіології рослин та біотехнологічних досліджень
кандидат біологічних наук, доцент
Кожукало Валентина Євгенівна,
Національний аграрний університет,
доцент кафедри фізіології рослин, вірусології та біотехнології
Провідна установа:Таврійський національний університет
iм. В.I. Вернадського Міністерства освіти і науки України, м. Сімферополь
Захист відбудеться “26” квітня 2004 р. о “1400” годині на засіданні
спеціалізованої вченої ради Д 26.001.24 у Київському національному
університеті імені Тараса Шевченка за адресою: 03127, м. Київ,
пр. Академіка Глушкова 2, корпус 12 (біологічний факультет), ауд. 433.
Поштова адреса: 01033, Київ-33, вул. Володимирська, 60,
Спецрада Д 26.001.24, біологічний факультет. .
З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Київського
національного університету імені Тараса Шевченка за адресою:
01033, м. Київ-33, вул. Володимирська, 58.
Автореферат розісланий “_15__” травня 2004 р.
Вчений секретар
спеціалізованої вченої ради Андрійчук Т.Р.
Загальна характеристика роботи
Актуальність теми. Грунтово-кліматичні умови південної частини Степу України сприятливі для вирощування абрикоса, але в середньому двічі на п’ять років його бруньки пошкоджуються весняними приморозками, унаслідок чого частково або повністю гине урожай. Для отримання стабільних урожаїв високоцінних та дієтичних плодів абрикоса необхідно розробити технологію захисту насаджень від весняних приморозків.
В умовах зрошуваного садівництва з усього різноманіття заходів захисту рослин від весняних приморозків найбільш перспективним, доцільним і екологічно безпечним є дощування. Застосування протиприморозкового дощування садів висвітлено у вітчизняних та зарубіжних працях, але в них не враховано фізіологічний стан рослин під час захисту. Тому безперечну актуальність має вивчення фізіологічних процесів, що відбуваються у бруньках абрикоса, яке дасть можливість визначити основні еколого-фізіологічні показники стану бруньок абрикоса та дозволить розробити й ефективно реалізувати відповідну технологію управління протиприморозковим дощуванням в умовах Південного Степу України.
Зв’язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дисертаційна робота тісно пов’язана з тематичним планом Нікітського ботанічного саду – ННЦ УААН за завданням “Виявити вплив зовнішніх факторів середовища на темпи морфогенезу, органічного спокою, силу та строки цвітіння у різних за морозостійкістю сортів абрикоса” (№ державної реєстрації 0197U004314) та планом аспірантської підготовки.
Мета та задачі дослідження. Основною метою даної роботи є виявлення основних еколого-фізіологічних показників, використовуючи які, можна ефективно реалізувати розроблену технологію управління протиприморозковим захистом насаджень абрикоса за допомогою систем дрібнодисперсного дощування. Для досягнення мети в роботі були поставлені такі задачі:
вивчити можливість використання фенокліматографічних моделей виходу рослин з періоду спокою і початку цвітіння для визначення дат початку і закінчення протиприморозкового дощування абрикоса при непрямому методі захисту в кліматичній зоні півдня України;
зробити аналіз зв’язку ростових процесів у бруньках (маси сухої речовини, загального вмісту води) з фенокліматографічними показниками, пов’язаними з температурними змінами навколишнього середовища;
установити етапи морфогенезу бруньок абрикоса, які зумовлені змінами зовнішнього середовища;
визначити характер динаміки добових змін температур бруньок під впливом факторів зовнішнього середовища та протиприморозкового дощування для двох районованих сортів абрикоса різного строку достигання;
установити за температурними змінами в бруньках момент вмикання протиприморозкового дощування та його тривалість при застосуванні непрямого і прямого методів захисту;
визначити динаміку росту бруньок і плодів, довжини пагонів та урожайність абрикоса під впливом протиприморозкового дощування;
за отриманими даними визначити еколого-фізіологічні параметри для реалізації технології управління протиприморозковим захистом системами дрібнодисперсного дощування.
Об’єктом дослідження є фізіологічні процеси, які відбуваються у бруньках абрикоса залежно від температурних змін зовнішнього середовища. Предмет дослідження – генеративні бруньки абрикоса, що знаходяться під впливом протиприморозкового дощування.
Для досягнення мети й вирішення задач використано такі методи дослідження: фізіологічні й біофізичні методи, фенокліматографічний метод визначення закінчення періоду біологічного спокою та дати початку цвітіння, методи математичної статистики для оцінки достовірності отриманих результатів.
Наукова новизна одержаних результатів. Для зони Південного Степу України вперше науково обґрунтовано можливість застосування захисту абрикоса від весняних приморозків прямим і непрямим методами. Показана можливість використання фенокліматографічних моделей виходу рослин з періоду спокою й початку цвітіння в кліматичній зоні півдня України. Уперше визначено й вивчено фізіологічні процеси: ріст, морфогенез і температуру генеративних бруньок абрикоса на фоні змін температури навколишнього середовища. Установлено залежність ростових процесів та морфогенетичних змін у бруньках від фенокліматографічних показників. Уперше виявлено закономірності добової динаміки температурних змін у бруньках під дією дрібнодисперсного дощування. Також виявлено особливості температурних змін генеративних, вегетативних бруньок і камбію однорічного пагона абрикоса. Уперше виявлено еколого-фізіологічні показники стану абрикоса для реалізації технології управління протиприморозковим дрібнодисперсним дощуванням для захисту абрикоса прямим і непрямим методами.
Практичне значення одержаних результатів. На основі визначених еколого-фізіологічних показників стану абрикоса розроблено технологію управління протиприморозковими поливами для захисту абрикоса, яка є результативною, не поступається зарубіжним аналогам і може використовуватися для проведення протиприморозкових поливів у садівничих господарствах півдня України. Одержано позитивний ефект застосування протиприморозкового дощування за запропонованою технологією в насадженнях абрикоса промислового саду ДГ “Мелітопольське” площею 2 га. Результати застосування фенокліматографічних моделей для визначення дат виходу дерев зі стану спокою та цвітіння можуть використовуватися при вивченні біологічного розвитку плодових культур.
Особистий внесок здобувача. Робота є самостійним дослідженням здобувача й виконувалася в рамках науково-дослідної програми. Зроблено аналіз наукової літератури, проведено дослідження з даної проблеми в польових умовах, оброблено експериментальні дані статистичними методами, проаналізовано й узагальнено наукові положення.
Апробація результатів дисертації. Матеріали, викладені в дисертації, було представлено на двох всеукраїнських конференціях – науково-практичній конференції “Інтенсивні технології у садівництві Наддніпрянщини та Передкарпаття України” (Чернівці, 1995), науково-практичній конференції “Наслідки наукових пошуків молодих вчених-агрономів в умовах реформування АПК” (Чабани, 1996), на науково-практичному семінарі “Вчимося господарювати” (Чабани, 1999), а також на дев’яти міжнародних конференціях – на II, IV, V, VIII конференціях молодих учених “Проблемы дендрологии, цветоводства и плодоводства” (Ялта, 1994, 1996, 1997, 2000), на конференції країн співдружності “Экологические проблемы садоводства” (Ялта, 1998), на конференції в Росії “Медико-биологические проблемы экологической безопасности АПК” (Сергиев Посад, 1998), на конференції в Білорусі “Плодоводство на рубеже ХХI века” (Самохваловичи, 2000), на VII конференції із садівництва в Чехії (Lednice, 1999), на III Міжнародному симпозіумі зі зрошення плодових культур в Португалії (Lisbon, 1999).
Публікації. За результатами досліджень, поданих у дисертації, опубліковано 20 наукових праць, з них 5 статей у наукових журналах та збірниках, 2 статті в науково-популярних виданнях, а також 13 робіт у матеріалах і тезах конференцій.
Структура дисертації. Дисертацію викладено на 210 сторінках машинописного тексту. Дисертаційна робота містить вступ, 10 розділів, висновки, 4 додатки, список використаних джерел із 181 найменування, у тому числі 93 іноземних авторів, 27 таблиць, 51 рисунок.
ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ
Весняні приморозки та методи боротьби з ними для збереження урожаю плодових культур
Весняні приморозки в південній степовій зоні України спричиняють значне пошкодження генеративних бруньок або зав’язі плодових культур, а іноді викликають їх повну загибель. В умовах зрошуваного садівництва з усієї різноманітності заходів захисту від весняних приморозків заслуговує на увагу проведення дощування, яке можна виконувати як при застосуванні прямого методу, коли захист відбувається безпосередньо під час дії негативних температур, так і непрямого, в основі якого лежить випарне охолодження бруньок з подальшою затримкою цвітіння плодових культур, щоб найбільш чутливі фази розвитку генеративних бруньок не припадали на час приморозків.
Питання деяких технологічних умов проведення протиприморозкового захисту плодових культур за допомогою дощування висвітлено в обмеженій кількості наукових робіт. Тому вивчення фізіологічних процесів, які відбуваються у бруньках абрикоса при застосуванні прямого і непрямого методів захисту дерев від весняних приморозків, дасть можливість визначити основні еколого-фізіологічні показники стану бруньок для розробки технології управління протиприморозковим дрібнодисперсним дощуванням і автоматизувати цей процес.
Агрокліматичні особливості району вирощування абрикоса
Абрикос є відносно теплолюбною культурою. Знижена стійкість абрикоса до приморозків зумовлена його біологічними особливостями – у нього короткий період спокою, його генеративні бруньки розвиваються на 5–7 днів раніше, ніж вегетативні. При культивуванні абрикоса в умовах, відмінних від природних, такі аномальні явища, як весняні приморозки, можуть викликати значні пошкодження квіткових бруньок або зав’язі і врожаю взагалі. У зв’язку з цим, проблема захисту абрикоса від весняних приморозків є досить актуальною, рішення якої дозволить підвищити його врожай.
Дослідження протиприморозкового дрібнодисперсного дощування проводилися в насадженнях абрикоса поблизу м. Мелітополя Запорізької області – у степовій зоні півдня України. Клімат – континентальний, з високими тепловими ресурсами, посушливий. Середня температура повітря найтеплішого місяця року, липня, перебуває в межах 21,5–23,3оС, а найхолоднішого, січня, досягає 4,0–6,0оС. Середня тривалість вегетаційного періоду складає 220 днів, а безморозного – 160–175 днів.
Отже, кліматичні умови Південного Степу України є сприятливими для вирощування абрикоса. Але весняні приморозки, які можуть спричинити пошкодження його генеративних бруньок, припиняються переважно в другій половині квітня. Найпізніші приморозки, за даними Мелітопольської метеостанції, зафіксовано 14 травня 2000 р.
Для оцінки стану дерев абрикоса перед початком і в період досліджень наведено коротку характеристику осінніх, зимових та весняних місяців з 1992 по 2000 р. За період досліджень зі сприятливими погодними умовами були 1995, 1996 і 1998 рр. Взимку 1994 та 1997рр. відбулось пошкодження бруньок дерев низькими негативними температурами. Весняні приморозки мали місце в 1993, 1999 та 2000 рр.
Умови і методи проведення досліджень
Протиприморозковий захист здійснювали в насадженнях абрикоса двох районованих сортів – Мелітопольський ранній і Краснощокий – раннього і середнього строку достигання відповідно. Захист насаджень абрикоса прямим і непрямим методом виконували системами надкронового дощування й комбінованого (одночасно надкронового й підкронового) зрошення з дрібнодисперсним розпиленням води, які розроблено в Інституті зрошуваного садівництва. Для встановлення впливу дрібнодисперсного дощування на фізіологічний стан бруньок, дослідження проводили одночасно на зрошуваній і незрошуваній (контроль) ділянках саду.
При застосуванні непрямого методу захисту вивчали три варіанти управління системами дрібнодисперсного дощування з різною загальною тривалістю періодів випарного охолодження бруньок, яка відповідає кількісному накопиченню градусо-годин росту (ГГР), визначеному за фенокліматографічними моделями (Richardson, 1974; Anderson, 1986).
Вивчали основні фізіологічні процеси: темп росту генеративних бруньок визначали за накопиченням ними маси сухої речовини й води за методикою Є.О. Яблонського (1979), анатомо-моpфологічні зміни зимуючих генеративних бруньок – за методикою О.М. Шолохова (1972), вихід рослин з періоду спокою і встановлення дати початку цвітіння – за моделями E.A. Richardson (1974), J.l. Anderson (1986), температурні зміни в бруньках – біофізичним методом (Ліщук та ін., 1991).
При застосуванні прямого методу захисту вивчали два варіанти управління системами зрошення, які вмикалися при загрозі приморозку при різній температурі повітря 0С та +1С. Фізіологічні процеси в бруньках досліджували за їх температурними змінами в передприморозковий період і під час приморозку.
Для отримання показань температурних змін у бруньках було обрано датчики на основі диференційної термопари, які мають невеликі розміри, стабільні в роботі при довготривалій реєстрації параметрів з високою чутливістю. Датчик вимірював різницю потенціалів між температурою бруньки й температурою середовища. При виконанні захисту непрямим методом таким середовищем була вода, а при прямому – навколишнє повітря. Сигнали від датчиків надходили на самописний багатоканальний потенціометр типу КСП-4.
Температуру повітря та інтенсивність сонячної радіації реєстрували за допомогою приладів і пристроїв промислового зразка.
Фенологічні показники розвитку дерев абрикоса, ступінь пошкодження бруньок зимовими морозами й весняними приморозками, зав’язування плодів, облік урожаю визначали у трикратній повторності за загальноприйнятими методиками.
Отримані результати обробляли методами математичної статистики за Б.О. Доспєховим (1985) та Т. Літтлом, Ф. Хіллзом (1981) за допомогою ком’ютерних програм.
Використання прогнозних феноклiматографiчних моделей для призначення дат початку протиприморозкового дощування непрямим методом
При застосуванні непрямого методу протиприморозкового захисту абрикоса для встановлення обґрунтованого терміну вмикання систем зрошення було використано фенокліматографічні моделі. Для цього за багаторічними метеоданими і даними фенології бруньок абрикоса методом найменших стандартних відхилень попередньо визначено граничні постійні значення одиниць охолодження (ОО), необхідні деревам для виходу зі стану глибокого спокою, та граничні значення ГГР, які їм необхідно накопичити для початку цвітіння. Установлено, що для виходу зі спокою абрикоса сорту Мелітопольський ранній необхідно накопичити 980оС, сорту Краснощокий – 920оС ОО, а для початку цвітіння – 3561оС та 3896оС ГГР відповідно.
Валідація (оцінка) фенокліматографічних моделей на адекватність, точність та репрезентативність, яку проведено порівнянням розрахованих з фактичними датами початку цвітіння в саду, показала, що розбіжність між ними не перевищувала одного дня. Це свідчить про досить високу прогнозність фенокліматографічних моделей. Виходячи з цього, призначення дат початку й закінчення випарного охолодження бруньок, які встановлюються також за цими моделями, є досить точним.
Фенокліматографічні моделі дозволяють також урахувати потребу абрикоса в теплі на основі метеорологічних умов року. Графічне відображення моделей наочно демонструє динаміку накопичення ОО та ГГР від дати входу в спокій до дати початку цвітіння абрикоса (рис. 1).
Рис. 1. Установлення дат виходу зі спокою і початку цвітіння абрикоса
сорту Мелітопольський ранній, 1999–2000 рр.
Використовуючи раніше визначені граничні значення цих показників для сорту Мелітопольський ранній, неважко встановити дати виходу зі спокою (точка А) і початку цвітіння (точка С). Застосовуючи цей метод, установлено, що в умовах Мелітополя абрикос обох сортів виходить з періоду спокою в грудні, січні та лютому, що не суперечить даним Г.О. Федченкової (1973).
Аналіз динаміки накопичувальних процесів ОО та ГГР у певній мірі показав, що вона вiдображає темп розвитку бруньок абрикоса. У кліматичних умовах півдня України фенокліматографічний метод цілком придатний і для призначення дат початку протиприморозкового дощування абрикоса при непрямому методі захисту.
Визначення основних еколого-фізіологічних показників при проведенні протиприморозкового захисту абрикоса непрямим методом
Зв’язок загального вмісту сухої речовини та оводненості генеративних бруньок абрикоса з накопиченням ГГР. Ростові процеси у бруньках тісно пов’язані з температурою зовнішнього середовища. Вивчення вмісту сухої речовини та води в генеративних бруньках абрикоса одночасно з темпом накопичення ГГР, який залежить від мінімальної та максимальної температури повітря, дозволило встановити вплив ГГР на інтенсивність ростових процесів (рис. 2).
Мелітопольський ранній Краснощокий
ГГР Мелітопол. раннього ГГР Краснощокого
Рис.2. Динаміка накопичення маси сухої речовини (а) та маси води (б) в генеративних бруньках на фоні накопичення ГГР
У зимовий період у бруньках відбувається незначне збільшення маси сухої речовини та води. На цей час накопичення ГГР зовсім відсутнє або становить 0–3% через те, що дерева абрикоса ще не вийшли зі стану спокою. Далі, з 09.03.00 р., відбувається більш прискорений темп росту бруньок аж до початку цвітіння. Незначне припинення ростових процесів в цей період відбувалося через нетривале зниження температури повітря, що підтверджено темпом накопичення ГГР. Отже, обидва процеси мають одну й ту саму тенденцію. Установлено, що між темпом ростових процесів бруньок і накопиченням ГГР є тісний позитивний корелятивний зв’язок (R2=0,99). Аналогічні результати отримано протягом досліджень у 1998–2000 рр. Таким чином, незалежно від строку спостережень з різними погодними умовами, темп росту бруньок достовірно залежить від накопичення ГГР.
Основні етапи морфогенезу генеративних бруньок абрикоса на фоні накопичення ГГР. Визначення основних етапів морфогенезу генеративних бруньок, поряд з кількісним накопиченням ГГР, дозволило встановити їх відповідність (табл. 1). Етап формування спорогенної тканини пилку збігається з періодом глибокого спокою. На цьому етапі бруньки більш стійкі до пошкоджень негативними температурами повітря, ніж на подальших етапах, а накопичення ГГР відсутнє. При накопиченні ГГР від 3 до 8% в абрикоса починається утворення “тетрад мікроспор”. За роки спостережень воно відбувалося в різні календарні дати в кінці лютого й на початку березня. При накопиченні деревами 10 і 30 % ГГР, що є підставою на вмикання дощування при непрямому методі захисту, бруньки знаходяться на етапі морфогенезу “мікроспора”. Цей етап було відмічено у кінці першої та протягом другої декади квітня. Припиненню дощування у варіантах випарного охолодження (при 80 і 100% ГГР) відповідає етап “утворення пилку” та ”цвітіння” відповідно.
Таблиця 1
Етапи морфогенезу генеративних бруньок абрикоса сорту Мелітопольський ранній та накопичення градусо-годин росту
Сезон спостережень
1996-1997 рр. | 1997-1998 рр. | 1998-1999 рр. | 1999-2000 рр.
Дата | Етап морфо-
генезу | ГГР, % | Дата | Етап морфо-
генезу | ГГР, % | Дата | Етап морфо-
генезу | ГГР, % | Дата | Етап морфо-
генезу | ГГР, %
16.12 | спт | - | 10.12 | спт | - | 11.12 | спт | - | 15.12 | спт | -
13.12 | спт | - | 17.12 | спт | - | 21.12 | спт | - | 22.12 | спт | -
14.12 | вихiд зі спокою за моделлю | 21.12 | вихiд зi спокою за моделлю | 27.12 | спт | - | 12.01 | спт | -
20.12 | мкм | 3 | 28.12 | мкм | 1 | 11.01 | спт | - | 19.01 | спт | -
16.01 | мкм | 3 | 13.01 | мкм | 1 | 25.01 | спт | - | 02.02 | мкм | -
25.02 | мкм | 4 | 28.01 | мкм | 1 | 01.02 | мкм | - | 09.02 | мкм | -
04.03 | мкм | 6 | 11.02 | мкм | 2 | 07.02 | вихiд зi спокою за моделлю | 16.02 | вихiд зi спокою за моделлю
11.03 | т-ди | 7 | 26.02 | т-ди | 3 | 08.02 | мкм | 0 | 16.02 | мкм | 0
18.03 | мс | 20 | 09.03 | мс | 11 | 16.02 | мкм | 2 | 01.03 | мкм | 1
28.03 | мс | 20 | 12.03 | мс | 18 | 22.02 | т-ди | 3 | 09.03 | т-ди | 8
07.04 | пз | 53 | 26.03 | мс | 18 | 02.03 | т-ди | 8 | 15.03 | мс | 9
10.04 | пз | 53 | 07.04 | пзкс | 85 | 09.03 | мс | 34 | 21.03 | мс | 10
22.04 | пзкс | 81 | 11.04 | цвiтiн. | 100 | 23.03 | пз | 43 | 30.03 | мс | 24
26.04 | цвiтiн. | 100 | 09.04 | цвiтiн. | 100 | 06.04 | пзкс | 65
13.04 | пзкг | 84
15.04 | цвiтiн. | 100
Умовнi позначення: спт - споpогенна тканина пилку; мкм - матеpинськi клiтини мiкpоспоp; т-ди - тетради мiкpоспоp; мс - мiкpоспоpа; пз - пилок; пзкс - пилок, синтез кpохмалю; пзкг - пилок, гiдpолiз кpохмалю; цвітін.- цвітіння абрикоса
Визначення температури бруньок абрикоса. У дослідженнях залежності динаміки фізіологічних процесів від температури необхідно враховувати не тільки температуру повітря, а й тканин самої рослини. У результаті польових досліджень вивчено динаміку фізіологічних показників температурного стану генеративних і вегетативних бруньок абрикоса на фоні температури зовнішнього середовища (рис. 3).
Рис. 3. Динаміка температур вегетативних і генеративних бруньок (а) та плоду
Установлено, що температура і пагона (б) на фоні змін температури повітрягенеративних бруньок перевищує температуру вегетативних бруньок, а з утворенням плоду і пагона ця розбіжність значно збільшується (Y=2,06+1,03*X).
У зв’язку із суттєвими розбіжностями в температурному режимі генеративних і вегетативних бруньок досліджувалися також особливості динаміки температури інших органів дерева, зокрема температури в камбії однорічного пагона відразу під основою бруньки (рис. 4).
генеративна камбій температура повітря сонячна радіація
брунька
Рис. 4. Порівняння температури органів абрикоса сортів Мелітопольський ранній (а) та Краснощокий (б) на фоні метеопараметрів
Дисперсійний аналіз отриманих даних показав, що температура всередині генеративної бруньки є істотно вищою (НІР095=0,65оС для сорту Мелітопольський ранній та НІР095=0,57оС для сорту Краснощокий), ніж температура камбію. На основі регресійного аналізу цих температур отримано рівняння залежності (Y=0,45+1,09X – для Мелітопольського раннього, Y=0,14+1,03X – для Краснощокого). Для різних сортів абрикоса залежність має прямий позитивний характер. Отже, дані температури тканин різних органів абрикоса свідчать, що вона перевищує температуру повітря. Розподіл теплових змін у різних органах абрикоса залежить від інтенсивності процесів їх життєдіяльності.
За допомогою контролю температурного потенціалу бруньок (різниці температур бруньки й повітря) обох сортів на фоні сонячної радіації встановлено її влив на температурний режим бруньок (рис. 5). У ранкові години доби до 10 та ввечері з 16 години температурний потенціал не перевищував 1,5оС, тобто температури бруньок і повітря майже не відрізнялись. При зростанні сонячної радіації вдень температурний потенціал обох сортів абрикоса збільшувався. Проведення регресійного аналізу цих показників показало, що між ними існує тісний лінійний зв’язок при досить високому коефіцієнті детермінації (R2=0,77 для сорту Мелітопольський ранній і R2=0,78 для сорту Краснощокий). Такі ж закономірності змін температурного потенціалу двох сортів протягом світлого часу доби спостерігались увесь період досліджень.
Дисперсійний аналіз потенціалу температур генеративних бруньок свідчить, що температура бруньок сорту Мелітопольський ранній істотно більша, ніж сорту Краснощокий, при НІР095=0,92оС, тобто сортові особливості дерев абрикоса, можливо через різну структуру та ступінь теплопереносу їх тканин, впливають на загальний температурний стан бруньок.
Рис.5. Порівняння температурного потенціалу бруньок абрикоса сортів Мелітопольський ранній та Краснощокий на фоні сонячної радіації
Отже, температурний потенціал бруньок абрикоса динамічно реагує на зміни метеорологічних факторів, має з ними тісний зв’язок і тому є чутливим і надійним показником при контролювання температури бруньки під час протиприморозкового захисту.
Пристосування цвітучих дерев абрикоса до приморозків. Абрикос в процесі еволюційного розвитку формувався в особистих природно-екологічних умовах, в яких склалися його біологічні властивості, у тому числі й стійкість до невеликих негативних температур повітря під час весняних приморозків. Однією з таких властивостей є регулювання температурного режиму крони цвітучого дерева залежно від погодних умов під час цвітіння. У результаті вивчення температурного режиму генеративних бруньок дерев абрикоса одного сорту, які перебували у фазі повного цвітіння, і тих, що не цвіли, установлено, що в денні години доби температура нерозпуклих бруньок на 0,8–2,0оС вища, ніж розпуклих, а вночі їх температури збігаються. Це свідчить про більш вирівняний добовий температурний режим дерев абрикоса з білим кольором квіток, у порівнянні з нецвітучим деревом, що, можливо, запобігає пошкодженню квіток абрикоса слабкими весняними приморозками.
Аналіз впливу випарного охолодження на температуру, розвиток генеративних бруньок, цвітіння та урожай абрикоса
Вплив випарного охолодження на температуру бруньок і затримку цвітіння абрикоса. За період з 1993 по 1995 р. проведення дрібнодисперсного дощування системами комбінованого й надкронового дощування дерев абрикоса сорту Мелітопольський ранній з метою випарного охолодження бруньок знижувало їх температуру від 3 до 12оС залежно від метеорологічних умов і часу доби. Найтривалішу затримку цвітіння на вісім діб отримано
в 1993 р. у варіантах 1 (вмикання при 10 і вимикання при 80% ГГР та 2 (вмикання при 10 і вимикання при 100% ГГР) і на шість діб у варіанті 3 (вмикання при 30 і вимикання при 80% ГГР). При застосуванні систем комбінованого зрошення спостерігалося більше зниження температури бруньок при більшій витраті води, ніж при надкроновому дощуванні, що, однак, не призвело до збільшення затримки цвітіння абрикоса.
Графічне зображення температури зволожених і незволожених бруньок демонструє, що до вмикання дощування загальний хід їх температурного потенціалу збігається як удень, коли при зростанні інтенсивності сонячної радіації абсолютне значення потенціалу охолодження збільшується (рис. 6), так і після заходу сонця (з 19 год).
Рис. 6. Динаміка потенціалу охолодження бруньок абрикоса на фоні сонячної радіації
Під час проведення поливів у переривистому режимі потенціал зрошуваної бруньки наближується до нуля, тобто різниця між температурами бруньки та змоченого термометра зменшується. Під час паузи бруньки повільно висихають, а величини потенціалів зволоженої і незволоженої бруньок знову збігаються. Установлено, що при температурі повітря до +7оС дощування забезпечує незначне зниження температури зволожених бруньок (на 0–3оС). Тому випарне охолодження доцільно призначати в денні години доби при досягненні температури повітря +7оС, вище якої відбувається активний розвиток рослин (Яблонський, 69; Alfaro et al., 1974; Lipe et al., 1977).
У результаті експерименту, змінюючи тривалість паузи від 1 до 3 хв при фіксованому поливі 2 хв, визначено, що максимальна величина різниці температурних потенціалів між брунькою і змоченим термометром становить 2,8оС. Отже, визначена величина потенціалу охолодження бруньки є підставою для відновлення поливу після повного висихання бруньки й підвищення її температури на вказану величину, що узгоджується з даними зарубіжних учених (Barfield et al., 1977).
Розвиток генеративних бруньок, плодів, ріст пагонів i урожай абрикоса. Динаміка об’єму бруньок у варіантах випарного охолодження показала, що розміри бруньок ставали істотно меншими, ніж у контролі. Затримка цвітіння становила шість і вісім днів, що позитивно впливало на збереження бруньок абрикоса під час весняних приморозків 22 (до –1,2оС) та 23 квітня (до –1,8оС) 1993 р. У дослідних варіантах спостерігалися менші пошкодження (4,7–5,2%), ніж у контрольному (20,9%). Однак зав’язування плодів абрикоса було нижчим (13,3%), ніж у контролі (22,7%) через відкладення солей на бруньках і пошкодження пелюстків квіток унаслідок випаровування з їх поверхні мінералізованої води (1,5 г/л). Негативна дія мінералізованої води при тривалому дощуванні (66 год 35 хв – 86 год 40 хв) спричинила істотне зниження врожаю абрикоса (4,41– 6,49 т/га) у порівнянні з контролем (10,23 т/га). У 1995 р. було скорочено час дощування бруньок (36 год) за рахунок удосконалених засобів управління. Весняні приморозки в цьому році не спостерігалися, але одержана затримка цвітіння на чотири дні дозволила перенести фазу цвітіння в більш сприятливі погодні умови без дощу, що сприяло кращому запиленню. Зав’язь плодів у варіантах випарного охолодження становила 8,6%, а на контролі – 0,3%. Динаміка об’єму плодів і росту пагонів свідчить, що затримка розвитку плодів була знівельована в кінці травня, а відмінності в рості пагонів не спостерігалися вже на початку червня. Урожай був істотно вищим на ділянках з випарним охолодженням (3,54– 5,57 т/га), ніж на контролі (1,33 т/га). Отже, урожай абрикоса за 1993–1995 рр. в значній мірі залежав від погодних умов і встановлених еколого-фізіологічних параметрів при виконанні випарного охолодження бруньок дощуванням.
Результати цих дослідів показали, що в подальших дослідженнях (1996–2000 рр.) раціонально застосовувати системи комбінованого зрошення, якi не тільки придатні для протиприморозкового захисту, а й для проведення освіжних і зволожувальних поливів дерев протягом вегетації. Крім того, у дослідження було введено сорт абрикоса Краснощокий середнього строку достигання.
Найкращий ефект випарного охолодження був досягнутий у варiантах 1 (вмикання при 10 і вимикання при 80% ГГР) та 3 (вмикання при 30 і вимикання при 100% ГГР). У цих варіантах тривалість поливів була більшою (від 5,4 до 26,4 год), що призводило до тривалішої затримки цвітіння (три – чотири дні), ніж у варіанті 2 (вмикання при 30% і вимикання при 80% ГГР). При тривалості поливів 5,4–21,5 год вона становила два дні. Початок проведення випарного охолодження на етапі моpфогенезу генеративних бруньок “мікpоспоpа” дозволяє затримати цвітіння дерев абрикоса на три дні у сорту Краснощокий і на чотири дні у сорту Мелітопольський ранній. Початок дощування на стадії “утвоpення пилку та синтез окремих зернин крохмалю” призводить до затримки цвітіння на два дні у обох сортів. Отже, чим пізніше вмикаються системи для проведення випарного охолодження бруньок, тим коротшу затримку їх цвітіння можна отримати. Проведення випарного охолодження дерев дозволяло знижувати температуру бруньок удень максимум до 12оС (при температурі повітря +24,9оС) і мінімум на 0–3оС увечері.
Затримка цвітіння дерев позначилася на розвитку зав’язі і пагонів абрикоса. Але вже перед достиганням у всіх варіантах плоди абрикоса мали однакові розміри. Унаслідок більшої швидкості росту пагонів їх довжина у варіантах із захистом і контролі зрівнялася в червні. Величина врожаю в значній мірі визначалася умовами зимівлі дерев, а також метеорологічними умовами під час цвітіння (табл.2).
Таблиця 2
Урожай абрикоса в 1996 –2000 рр., т/га
Рік | Варіанти випарного охолодження | Контроль | НІР095
1 | 2 | 3
сорт Мелітопольський ранній
1996 | 5,51 | 5,28 | 4,43 | 4,38 | 0,09
1997 | поодинокі плоди
1998 | 10,48 | 10,43 | 10,51 | 10,48 | 0,03
1999 | не було
2000 | 7,83 | 7,63 | 7,68 | 1,66 | 0,13
сорт Краснощокий
1996 | 5,17 | 5,51 | 5,39 | 5,05 | 0,11
1997 | поодинокі плоди
1998 | 9,72 | 10,68 | 10,84 | 10,65 | Fф< F095
1999 | не було
2000 | 1,34 | 1,33 | 1,32 | 0,52 | 0.04
У 1996 р. за відсутності весняних приморозків затримка цвітіння дозволила перемістити фазу цвітіння абрикоса обох сортів у більш сприятливі погодні умови для запилення, що позначилося на врожаї. Через відсутність приморозків та однакові погодні умови під час цвітіння не виявлено розбіжностей у варіантах в урожаї 1998 р. При пізніх весняних приморозках у 2000 р. на ділянках з випарним охолодженням затримка розвитку вже не діяла. Тому для збереження урожаю додатково застосовувалося дощування безпосередньо під час приморозків.
Досвід застосування непрямого методу захисту абрикоса від весняних приморозків дозволив розробити відповідну технологію управління протиприморозковим дрібнодисперсним дощуванням:
1) випарне охолодження бруньок дерев абрикоса виконується за варіантом 1 (початок при 10 і закінчення при 80% ГГР), або 2 (початок при 30 і закінчення при 100% ГГР);
2) дощування проводиться в денні години доби при досягненні температури повітря +7?С;
3) режим дощування переривистий: тривалість поливу відповідає часу повного змочування крони дерева (у нашому випадку вона дорівнює 2 хв), а тривалість паузи – часу висихання зволоженої бруньки, потенціал охолодження якої не повинен перевищувати 2,8?С.
Аналіз впливу протиприморозкового дощування прямим методом на бруньки абрикоса
За період досліджень прямий метод захисту абрикоса від весняних приморозків застосовувався у 1993 та 2000 р. У 1993 р. під час цвітіння абрикоса 22 і 23 квітня спостерігалися весняні приморозки інтенсивністю –1,2 і –1,8?С відповідно. При виконанні дощування під час адвективного приморозку (–1,2?С) зі швидкістю вітру понад 3 м/с помічено нетривале переохолодження зволожених бруньок до –2оС через перевагу процесу випаровування над льодоутворенням. Під час радіаційного приморозку (–1,8?С) дощування забезпечило підвищення температури бруньок на 0,5-1оС, порівняно з ділянкою без захисту. Змінюючи режим дощування, установлено, що тривалість паузи має дорівнювати часу, за якого температурний потенціал зволоженої бруньки й повітря не перевищує 0,5оС, але не більше 2,5 хв. Відмінностей у дії зрошення на температуру бруньок і величину врожаю у варіантах з різним моментом вмикання систем зрошення (при +1 та 0оС) не виявлено. Тому в подальших дослідженнях протиприморозкового захисту прямим методом пропонується розпочинати дощування при температурі повітря 0оС, для того щоб запобігти перезволоженню бруньок, якщо приморозку не буде. Приморозки 1993 р. можна вважати слабкими, які не завдали значних пошкоджень квіткам на ділянці саду без захисту, але врожай на захищених деревах був істотно вищим (11,38 т/га), ніж на контролі (10,24 т/га).
На час виникнення приморозків у 2000 р. (3, 4, 5 і 14 травня) інтенсивністю –0,9; –1,9; –1,8 і –1,2оС відповідно зав’язь абрикоса розвинулася в плоди діаметром до 2 см. Дрібнодисперсний дощ під час протиприморозкового захисту створював на листі і плодах абрикоса водно-льодове покриття, що підвищувало їх температуру до +2оС (при температурі зрошувальної води +10оС). Це дозволило зберегти врожай обох сортів абрикоса. У варіантах із захистом урожай абрикоса сорту Мелiтопольський раннiй становив 8,08 т/га, сорту Краснощокий – 1,68 т/га, а в контролі відповідно лише 1,66 і 0,52 т/га.
Досвід застосування прямого методу захисту абрикоса дозволив розробити відповідну технологію управління протиприморозковим дощуванням:
1) дощування вмикається при зниженні температури повітря до 0?С;
2) дощування виконується в переривистому режимі: тривалість поливу визначається дослідним шляхом і має відповідати часу повного змочування крони дерева (у нашому випадку – 2 хв), а тривалість паузи (не більше 2,5 хв) залежить від часу намерзання води на зрошуваній бруньці, коли її температура перевищуватиме температуру повітря на 0,5?С.
Розробка та реалізація біотехнічних пристроїв для алгоритму автоматизованого управління протиприморозковим захистом
Пpотипpимоpозковий захист непрямим і прямим методами за допомогою дpiбнодиспеpсного дощування доцільно здійснювати в автоматизованому режимі. Пристрій автоматичного управління процесом протиприморозкового захисту розроблено таким чином, щоб він відповідав технологічним вимогам обох методів захисту. Унаслідок цього, виникла необхідність розробки різних первинних термоперетворювачів – імітаторів теплових процесів бруньки: датчика охолодження бруньки при захисті непрямим методом і датчика температури бруньки при застосуванні прямого методу. В основу першого було покладено принцип вимірювання потенціалу охолодження – різниці температур бруньок та змоченого термометра. Датчик подає сигнал на відновлення дощування, коли за час паузи температурний потенціал наближується до 2,8оС. Датчик температури бруньки вимірює різницю температур зволожених імітаторів бруньок та навколишнього повітря. Відновлення дощування під час приморозків починається за умови, що температура бруньки перевищує температуру повітря на 0,5?С. Сигнали від датчиків надходять на пристрій автоматичного управління протипpиморозковим дощуванням, який діяв за розробленим алгоритмом.
Експериментальний зразок пристрою управління пройшов успішне випробування у виробничих умовах в абрикосовому саду площею 2 га.
Оцінка ефективності застосування протиприморозкового захисту абрикоса
При протиприморозковому захисті насаджень абрикоса обома методами економічна оцінка, виконана за основними (річний економічний ефект) та додатковими (коефіцієнт енергетичної ефективності) економічними показниками, показала збіг отриманих розрахунків. Ці показники були кращі у сорту абрикоса Мелітопольський ранній, який більш урожайний і стійкий до зимових пошкоджень генеративних бруньок, ніж сорт Краснощокий.
ВИСНОВКИ
У дисертації дається наукове обґрунтування проблеми захисту насаджень абрикоса від весняних приморозків в умовах півдня України, для вирішення якої визначено основні еколого-фізіологічні показники стану дерев і на їх основі розроблено технологію управління протиприморозковим дрібнодисперсним дощуванням двома методами.
1. Установлено, що в кліматичних умовах півдня України фенокліматографічні моделі за розрахованими граничними значеннями ОО та ГГР досить точно дозволяють визначити дати виходу рослин з біологічного спокою та початку цвітіння. На основі цих даних можна встановити дати початку й закінчення протиприморозкового дощування при застосуванні непрямого методу захисту.
2. Виявлено, що між вмістом сухих речовин і масою води в бруньках та градусо-годинами росту (ГГР) існує тісна лінійна залежність.
3. Анатомо-морфологічні дослідження бруньок абрикоса показали, що при застосуванні непрямого методу захисту початку вмикання систем зрошення (10 і 30% ГГР) відповідає етап морфогенезу „мікроспора”, а вимиканню (80 і 100% ГГР) – „утворення пилку” і „цвітіння” відповідно.
4. Дослідження температурних змін у різних органах дерев абрикоса показали, що між температурами генеративних та вегетативних бруньок і в камбії молодої деревини існує тісний позитивний корелятивний зв’язок. Установлено, що незалежно від сортових особливостей температура всередині генеративної бруньки істотно вища, ніж температура під основою бруньки в камбіальному шарі однорічного пагона.
5. Польовими дослідженнями встановлено, що під дією випарного охолодження відбувається зниження температури бруньок на 3–12?С і призводить до затримки цвітіння абрикоса на 2–8 днів.
6. При застосуванні непрямого методу захисту дощування слід здійснювати в переривистому режимі в денні години доби, розпочинаючи його при температурі повітря +7оС, у той час, коли генеративні бруньки знаходяться на етапі морфогенезу „мікроспора”. Тривалість паузи відповідає часу висихання зволоженої бруньки, потенціал охолодження якої не повинен перевищувати 2,8оС.
7. Випарне охолодження навіть за відсутності весняних приморозків, завдяки перенесенню цвітіння абрикоса на більш сприятливий за метеоумовами період, призвело
