НЕМТІНОВ Віктор Ілларіонович

УДК 635.63/64:635.34/35:635.646:631.54

Теоретичне обҐрунтування стратегії енергозбереження при вирощуванні овочевих рослин у захищеному
Ґрунті півдня України

06.01.06 – овочівництво

АВТОРЕФЕРАТ
дисертації на здобуття наукового ступеня
доктора сільськогосподарських наук

Київ-2006

Дисертацією є рукопис

Роботу виконано на Кримській дослідній станції овочівництва Інституту південного овочівництва і баштанництва УААН

Науковий консультант – доктор сільськогосподарських наук,

професор, академік АН ВШ України

Болотських Олександр Степанович,

Харківський національний аграрний університет

ім. В. В. Докучаєва, завідувач кафедри плодоовочівництва і зберігання

Офіційні опоненти: доктор сільськогосподарських наук,
професор, член кор УААН
КРАВЧЕНКО Владислав Андрійович,
директор Науково-дослідного і навчального центру
закритого ґрунту АК "Пуща Водиця"

доктор сільськогосподарських наук,
старший науковий співробітник
ВІТАНОВ Олександр Дмитрович,
Інститут овочівництва і баштанництва УААН,
завідувач лабораторії землеробства

доктор сільськогосподарських наук, професор
ЧЕРНЕЦЬКИЙ Василь Михайлович,
Вінницький державний аграрний університет, професор кафедри плодівництва, овочівництва, технології збирання і переробки сільськогосподарської продукції

Провідна установа – Уманський державний аграрний університет, кафедра овочівництва, Міністерство аграрної політики України, м. Умань.

Захист відбудеться "13" жовтня 2006 р. о 10 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 26.004.04 у Національному аграрному університеті за адресою: 03041, м. Київ, вул. Героїв оборони, 15, навчальний корпус 3, ауд. 65

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Національного аграрного університету за адресою: 03041, м. Київ, вул. Героїв оборони, 13, навчальний корпус 4, кімн. 28

Автореферат розісланий "11" вересня 2006 р.

Вчений секретар
спеціалізованої вченої ради Присташ І.В.

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність проблеми. Теоретичне обґрунтування стратегії енергозбереження при вирощуванні овочевих рослин у захищеному ґрунті з реформуванням сільськогосподарського виробництва в Україні не розроблялося. Нині в країні побудовано понад 3 тис. га теплиць. Типові проекти розроблялися переважно у 70-80-х роках минулого століття без урахування ощадливого використання енергоносіїв. З підвищенням цін на енергоносії витрати їх майже вдвічі перевищують аналогічні показники в інших країнах. При цьому на обігрівання теплиць вони становлять понад 50%, тобто сумарні витрати теплоти на 1 га теплиць у південних районах дорівнюють 4,04 Гкал/год. Умовного палива витрачається на 1тонну продукції – 12-30 т, металу – 18-30 т, добрив – 1,5-2,5 кг/м2. Затрати праці на 1 т продукції становлять 85-200 люд.-год. Витрата енергоресурсів на одиницю продукції збільшилась в аграрному секторі до 90% і стала в 2-3 рази вищою, ніж в європейських країнах. Коефіцієнт еластичності становить 0,3-0,32, тоді як у розвинених країнах він дорівнює 0,95-0,97.

Серед багатьох причин цього негативного явища однією з головних є відсутність науково обґрунтованих зональних технологій вирощування капусти білоголової ранньої і цвітної, огірка, томата і розсади з урахуванням особливостей реформування сільськогосподарського виробництва. В даному разі важливе значення має актуальна проблема теоретичного обґрунтування стратегії енергозбереження, її спрямованість на реалізацію біологічного потенціалу рослин, теплоємних видів біопалива, сидеральних добрив і антитранспірантів.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дисертаційна робота виконана на Кримській дослідній станції овочівництва Інституту південного овочівництва і баштанництва УААН по проблемі 02: “Розширити асортимент овочево-баштанних культур у плівкових теплицях” (номер державної реєстрації 01828031787); темі 12, шифру РН 051.18.04: “Розробити високоефективні технології виробництва овочів в умовах захищеного ґрунту для різних зон УРСР” (номер державної реєстрації 01860135563); темі : “Розробити ресурсоощадні технології вирощування овочевих культур в умовах захищеного ґрунту для різних зон України” (номер державної реєстрації А Р); тем 12 і 15, шифрів РН 51.04.05 і 15: “Розробити високоефективні технології виробництва овочів для різних зон УРСР в умовах захищеного ґрунту і передати в Мінплодоовочгосп УРСР” (номери державної реєстрації 01828031787 і 01860135563). Дана проблема і теми входили в загальну тематику Інституту овочівництва і баштанництва УААН.

Мета й завдання досліджень. Теоретично обґрунтувати і визначити ефективні та раціональні технологічні прийоми й елементи вирощування капусти білоголової ранньої і цвітної, огірка, томата і розсади баклажана в захищеному ґрунті півдня України при зниженні енерговитрат.

Для досягнення поставленої мети передбачалося вирішення таких завдань: виявити реакцію рослин капусти білоголової ранньої і цвітної на строки висаджування розсади і способи обігріву; визначити енергоємність продукції; вивчити теплоємність різних видів біопалива – соломи рисової, стрижнів кукурудзяних (подрібнених) і лози виноградної (подрібненої) при вирощуванні огірка в зимових і плівкових теплицях; визначити водно-фізичні властивості, біологічну активність різних видів біопалива та визначити їх вплив на вміст загальних солей у ґрунті теплиць; розробити способи застосування біоактиваторів – агрофілу, вермикомпосту й оксигумату, що підвищують теплоємність і біологічну активність традиційного виду біопалива – соломи пшеничної пакованої – та поліпшують якість продукції огірка; вивчити вплив обробки насіння і розсади біоактиваторами на врожайність огірка; підібрати сидерати, вивчити їх вплив на родючість ґрунту, урожайність та якість продукції огірка і томата в плівкових теплицях; розробити передвисадковий захист розсади баклажана від високої температури і суховію у відкритому ґрунті, підібрати дози і способи обробки розсади антитранспірантами; дати біоенергетичну оцінку, визначити економічну ефективність нових прийомів і елементів у цілому технологій; запропонувати практичні рекомендації з освоєння технологій, що знижують енерговитрати.

Обєкт досліджень – біохімічні та фізіологічні процеси, які відбувалися в рослинах капусти білоголової ранньої і цвітної, огірка, томата та розсади баклажана за різних технологій, направлених на зниження енерговитрат та звязки між абіотичними факторами і рівнем реалізації біологічного потенціалу рослин.

Предмет досліджень – біометричні та продукційні параметри рослин залежно від біологічних особливостей у процесі розробки енергозберігаючої технології їх вирощування, агрофізичні, теплофізичні та біологічні показники грунту, технологічні, біохімічні показники якості продукції.

Методи досліджень. У дисертаційній роботі використовували лабораторні та польові методи (фізіологічні, хімічні, фізичні, біологічні), економічні, біоенергетичні і статистичні за загальноприйнятими методиками.

Наукова новизна отриманих результатів. Теоретичні й експериментальні дослідження дозволили вперше визначити основні напрямки раціонального використання захищеного ґрунту та підвищення урожайності капусти білоголової ранньої і цвітної, огірка і томата при зниженні енерговитрат. В умовах регіону виявлена енергоємність продукції, подана біоенергетична оцінка, визначена економічна ефективність елементів, прийомів і в цілому технологій вирощування, визначена теплоємність різних видів біопалива, виявлені способи обробки насіння і розсади та резерви збільшення теплоємності і біологічної активності традиційного виду біопалива – соломи пшеничної.

Уперше в регіоні підібрані сидерати, встановлена їх роль у підвищенні родючості ґрунту та зниженні енерговитрат при вирощуванні огірка і томата в плівкових теплицях. Розроблено прийом передвисадкового захисту розсади баклажана від високої температури і суховію у відкритому ґрунті, підібрані дози і способи обробки розсади антитранспірантами.

Практична цінність роботи. Розроблено й освоєно в господарствах Криму науково-обґрунтовані елементи, заходи й енергозберігаючі технології, що знижують енерговитрати в овочівництві захищеного ґрунту – капусти білоголової ранньої і цвітної до 1,1 тис.МДж/м2, огірка на різних видах біопалива до 7,9 МДж/м2, огірка і томата на сидератах до 15 МДж/м2 і розсади баклажана на 600 МДж/га для відкритого ґрунту. Рекомендовані прийоми й елементи енергозберігаючої технології сприяли підвищенню врожайності в плівкових теплицях – капусти білоголової ранньої і цвітної на 2,1 і 0,2 кг/м2, огірка на різних видах біопалива: в зимових теплицях – 0,4-0,8 кг/м2 і плівкових – 0,8-2,9 кг/м2, огірка і томата на сидератах у плівкових теплицях – 0,7-2,3 і 1,8 кг/м2, а також баклажана у відкритому ґрунті на 4,4 т/га. При цьому собівартість одиниці продукції зменшилась: капусти білоголової ранньої і цвітної на 88 і 87%, огірків на різних видах біопалива в зимових теплицях – 5 і плівкових теплицях – 12%, огірків і томатів на сидератах – 7-11 і 11% і баклажана – 18%. Освоєння результатів досліджень здійснено в 10 господарствах Криму на площі 5,85 га захищеного і 140 га відкритого ґрунту. Результати досліджень використовуються Міністерством АПК у Криму, сільськогосподарськими підприємствами різних форм власності.

Основні положення дисертації освоюються в навчальному процесі за курсом “Овочівництво” для студентів Південної філії “Кримський агротехнологічний університет” Національного аграрного університету і при підготовці дипломних робіт студентами Агропромислового коледжу (с. Маленьке, АР Крим).

Особистий внесок здобувача. Наукові положення дисертаційної роботи обґрунтовані та розроблені особисто автором. Частина досліджень проведена разом з науковими співробітниками Кримської дослідної станції овочівництва ІПОБ УААН: Р.Л. Борисовою, А.А. Огінською, О.Г. Лучиніною, К.І. Макаревичем, І.С. Здерчуком.

Частина авторства здобувача в експериментальних дослідженнях, узагальненні результатів, спільних публікаціях, освоєнні в виробництві, пропаганді складає 80% загального обсягу дисертаційної роботи. Автор висловлює особливу подяку науковому консультанту доктору сільськогосподарських наук, професору, академіку АН ВШ України Олександру Сткпановичу Болотських за постійну кваліфіковану допомогу і підтримку на всіх етапах оформлення і захисту дисертації.

Апробація результатів дисертації. Основні положення і результати досліджень повідомлені на міжнародних, республіканських, обласних і міжрегіональних конференціях (Ленінград, 1987; Пущино, 1989; Сімферополь, 1990, 1992; Каховка, 2002; Московська область: ВНИИО, 2002, 2003; ВНИИССОК, 2005); науково-виробничих нарадах у зонах товарного овочівництва Криму (Красногвардійське, 1984; Джанкой, 1985; Саки, 1988; Радянське, 1989; Укромне, 2002-2005); на засіданнях вченої ради Кримської дослідної станції овочівництва (Укромне, 1981-2005) та Інституту овочівництва і баштанництва УААН (Мерефа, 1982-1994).

Публікації. Основні положення дисертації висвітлено у 38 наукових працях, серед яких 1 монографія, 23 фахових виданнях (з них 9 без співавторства), 2 статті опубліковані у зарубіжних видання, одержано 3 авторських свідоцтва на технологічні засоби вирощування огірка і томата та розчин для захисту розсади баклажана.

Структура дисертації. Дисертація написана російською мовою, містить 320 сторінок комп'ютерного тексту і складається з 8 розділів, у тому числі даних з виробничої перевірки й освоєння результатів досліджень, висновків, рекомендацій виробництву, списку використаних джерел з 395 найменувань, з них 97 іноземних, 32 додатків. Дисертація містить 42 рисунка і 91 таблицю.

ОСНОВНИЙ зМІСТ РОБОТИ

Стратегія енергозбереження та технологія вирощування
овочевих рослин у захищеному ґрунті (огляд літератури)

В розділі охарактеризовані шляхи зниження енерговитрат, у т.ч. з використанням кліматичних факторів, при вирощуванні тепловимогливих і холодостійких рослин у захищеному ґрунті.

Виявлена реакція огірка, томата, баклажана, капусти білоголової ранньої і цвітної на температуру повітря, ґрунту та технологічні прийоми вирощування. Проведено детальний аналіз використання низькопотенційного джерела тепла – різних видів біопалива і субстратів, які знижують енерговитрати та поліпшують якість продукції. В результаті аналізу літератури вітчизняних та зарубіжних авторів теоретично обґрунтовано вплив сидерації на покращення родючості ґрунту, зниження енерговитрат, ріст і розвиток рослин, формування врожаю.

На підставі здійсненого біоенергетичного аналізу обґрунтована необхідність комплексного вивчення шляхів зменшення енерговитрат при виробництві овочів в умовах захищеного ґрунту півдня України, що сформувало напрямок досліджень, їх теоретичне обґрунтування.

Методика й умови проведення досліджень

Експериментальну роботу й освоєння результатів досліджень проводили в ґрунтово-кліматичних умовах передгірного та степового Криму в захищеному і відкритому ґрунті (1978-2006 рр.).

На початок вегетаційного періоду рослин у ґрунті зимових теплиць містилось: органічної речовини – 22-25%, азоту (N) – 110-130 мг/кг, фосфору (Р2О5) – 60-70, калію (К2О) – 210-230 мг/кг ґрунту і відповідно в плівкових теплицях відповідно – 11-12,5%, N – 140-160 мг/кг, Р2О5 – 50-60, К2О – 275-290 мг/кг ґрунту. У відкритому ґрунті карбонатних чорноземів вміст гумусу в орному шарі – 2,8-3,0%, N– 20-34 мг/кг, Р2О5 – 20-30, К2О – 280-300 мг/кг ґрунту.

Польові, лабораторні і виробничі дослідження проводили відповідно до “Методики опытного дела в овощеводстве и бахчеводстве” (під ред. В.Ф. Белика, 1979, 1992), “Методики полевого опыта” (Б.А. Доспехов, 1985), за методикою “Опытного дела в полеводстве” (під ред. Г.Ф. Никитенко, 1982), “Методическими рекомендациями по проведению опытов с овощными культурами в сооружениях защищенного грунта” (під ред. С.Ф. Ващенко, Т.А. Набатовой, 1976; під ред. Л.М. Шульгиной, 1977). Застосовані сучасні пакети прикладних, статистичних і графічних комп’ютерних програм “Ttest”.

Виявлення енергоємності витрат палива на вирощування холодостійких рослин – капусти білоголової ранньої і цвітної (сорти Іюнська і Мовир74) – проводили в плівкових теплицях конструкції ЦІМЕТ. Випробовували п’ять строків висаджування розсади – з 25 січня до 20 березня з інтервалом в одну декаду. Висаджували в теплицях: з обігрівом повітря та ґрунту, тільки з обігрівом повітря і без обігріву. У ранній строк висаджування (тобто з обігрівом ґрунту і повітря) при густоті рослин від 4,1 до 6,6 шт./м2 випробовували капусту білоголову ранню, а відповідно цвітну при висаджуванні в другій декаді березня (з обігрівом повітря) при густоті від 5,5 до 11,1 шт./м2.

У зимових блокових і плівкових теплицях зимово-весняного і весняного оборотів при вирощуванні огірка (гібриди Стела, ТСХА 211, ТСХА 98) вивчали теплоємність різних видів біопалива, відходів рослинництва і виноградарства – соломи рисової, стрижнів кукурудзяних і лози виноградної. Крім того, з метою підвищення теплоємності тюків пшеничних застосовували біоактиватори – агрофіл, вермикомпост і оксигумат. Агрофіл – це культура бактерій роду агробактеріум. В 1 г препарату – 10 млрд клітин бактерій. Вермикомпост містить біологічно активні речовини та ферменти. Відношення вуглецю до азоту в ньому (С : N) складало 14-17:1. Оксигумат екстрагований з торфу, містить гумінові кислоти.

За технології вирощування огірка і томата (сорти ВІР 517 і Перемога 165) на сидеральних добривах при біомасі 7,4-22,8 т/тис.м2 у плівкових теплицях проводили облік енергетичних витрат. Насіння вико-вівсяної суміші, гірчиці листкової і перко на сидерати висівали в теплицю з відкритою покрівлею в першій декаді серпня і заорювали наприкінці жовтня. Потім ділянки за вмістом органічної речовини вирівнювали до 15%-го рівня перегноєм (після вико-вівсяної суміші 12,1-13,4 т/тис.м2), у тому числі в контролі (без сидератів 18,1-21,6 т/тис.м2).

При вирощування розсади баклажана (сорт Симферопольський 105) у захищеному ґрунті були значні енерговитрати, їх скорочення пов'язане з забезпеченням найбільшої приживлюваності рослин у відкритому ґрунті. З цією метою підбирали дози латексів-антитранспірантів і способи обробки розсади перед висаджуванням у ґрунт.

Для вимірювання факторів мікроклімату керувалися вказівками В.И. Виткевича (1962) і М.Д. Павловой (1968). У розрахунках теплоємності різних субстратів у теплиці використовували методику В.І. Горези (1982). Водно-фізичні властивості ґрунту визначали за А.А. Роде (1969). При обліку водопроникності ґрунту, запасу продуктивної вологи, норм зрошення використовували рекомендації ЦІНАО (1984). Біологічну активність і дихання ґрунту визначали за Е.Н. Мишустиним (1970) та В.И. Штатновим (1979). Визначення фотосинтетичного потенціалу, чистої продуктивності фотосинтезу проводили за методичними вказівками А.А. Ничипоровича та ін. (1961). Вод-ний дефіцит у листках визначали за методикою Л.А. Незгородова й А.К. Соловьева (1965).

Агрохімічний аналіз ґрунту проводили за загальноприйнятими методиками: органічну речовину – озолюванням (спалюванням), гумус – за І.В. Тюриним, рН – потенціометрично, азот аміачний – з реактивом Несслера, нітратний – за Грандваль-Ляжу, фосфор рухомий – за Б.П. Мачигиним фотокалориметрично, обмінний калій – на полум'яновому фотометрі (ГОСТ 26205-91), загальну суму солей – ваговим методом.

Якість овочевої продукції визначали: суху речовину – висушуванням (ГОСТ 24556-89), суху розчинну речовину – рефрактометрично, суму цукрів – ціанатним методом, аскорбінову кислоту – за І.К. Мурри (ГОСТ 24556-89), загальну кислотність – титруванням лугом у перерахунку на яблучну кислоту, нітрати – потенціометрично йоноселективним методом.

Статистичну обробку дослідних даних проводили методами дисперсійного і кореляційного аналізів, викладених у книгах Б.А.Доспехова (1985), А.В. Кільчевського і Л.В. Хотильової (1985). Коефіцієнт еластичності (Е) визначали за Г.Л. Громико (1981) як величину відносної зміни однієї ознаки щодо іншої.

Економічну ефективність технології та прийомів розраховували шляхом порівняння виробничих витрат і отриманих результатів за И.Т. Дудоровим (1992). Біоенергетичну оцінку прийомів визначали на основі енергетичних еквівалентів, зведених до єдиного показника – Джоуля (В.П. Мартьянов, 1996; О.С. Болотських, М.М. Довгаль, 1999).

Теплозапезпеченість та технологічні прийоми
вирощування капустяних рослин у плівкових теплицях

Способи обігріву і строки висаджування капусти білоголової ранньої. Існуюча технологія вирощування капусти білоголової ранньої в плівкових теплицях вимагає більших витрат енергії. Ріст і розвиток рослин змінювалися залежно від строків висаджування. Висаджування розсади в теплиці, що обігріваються, з третьої декади січня до другої декади лютого дозволило на 35-38 діб раніше приступити до збирання врожаю (друга декада квітня – перша декада травня) порівняно з теплицями, що не обігріваються. При висаджуванні в пізній строк (15-20 березня) спостерігалося скорочення міжфазного періоду “висаджування – перший збір” на 6-7 діб. До початку формування головки в теплицях, що обігріваються повністю, площа листків збільшувалася на 2200-2675 см2, у теплицях без обігрівання й із частковим обігріванням – на 3637- 4900 см2, що відповідно в 1,7-2 і 3,6-4,3 раза більше. Аналогічні дані отримані також щодо розвитку розетки листків.

У перші три строки висаджування (при повному обігріванні) кореляція між площею листків і врожайністю була слабкою (12-20%). З початком весни і кращою освітленістю в березневих строках, тобто в теплицях із частковим обігріванням і без нього, ця залежність проявлялася сильніше, від 52 до 77% (r = 0,86 і 0,72).

Зі збільшенням ФАР прискорювалося настання фенофаз і збільшувалася чиста продуктивність фотосинтезу. Величина його ККД залежала від інтенсивності ФАР, урожайності та накопичення сухої речовини в продукції. Чиста продуктивність фотосинтезу капусти в теплицях без обігрівання в 1,4-2,2 раза перевищувала цей показник за інших строків вирощування.

Найбільш раннє надходження продукції починалося при висаджуванні в третій декаді січня у плівкові теплиці, що повністю обігріваються, де за першу декаду збирання врожайність становила 0,8 кг/м2. При висаджуванні в першій і другій декаді березня врожай отримували пізніше, проте врожайність за першу декаду збору становила 5,8-6,1 кг/м2. Строк висаджування розсади 15-20 березня щорічно істотно перевищував на 2,1 кг/м2 контроль – 15-20 лютого з обігрівом ґрунту і повітря (табл. 1).

Різні способи обігрівання та строки висаджування розсади вплинули на витрат палива. При висаджуванні розсади 5-10 березня в теплиці з частковим обігріванням, тобто без інтенсивного обігріву теплиць протягом третьої декади січня й усього лютого, витрати пічного палива на 1 м2 площі скорочувалися в 1,8-2 рази. Висаджування розсади 15-20 березня, тобто в теплиці без обігрівання, дозволило вирощувати рослини за рахунок природного тепла. Енергоємність 1 кг продукції

Таблиця 1 – Урожайність капусти білоголової ранньої

залежно від строків висаджування розсади і способів обігрівання

плівкових теплиць (1978-1981 рр., сорт Іюнськая)

Строк висад-жування | Урожайність товарних головок, кг/м2 | Різниця врожайності, кг/м2

1978 р. | 1979 р. | 1980 р. | 1981 р. | середня | 1978 р. | 1979 р. | 1980 р. | 1981 р. | середня

Обігрівання ґрунту та повітря

15-20.02

(контроль) | 3,4 | 3,0 | 4,6 | 5,0 | 4,0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0

5-10.02 | 4,2 | 4,3 | 4,2 | 5,8 | 4,6 | +0,8 | +1,3 | -0,4 | +0,8 | +0,6

25-30.01 | 4,5 | 5,1 | 5,0 | 5,8 | 5,1 | +1,1 | +2,1 | +0,6 | +0,8 | +1,2

Обігрівання повітря

5-10.03 | 5,6 | 6,7 | 4,8 | 5,9 | 5,8 | +2,2 | +3,7 | +0,2 | +0,9 | +1,8

Без обігрівання

15-20.03 | 5,0 | 5,8 | 6,5 | 7,1 | 6,1 | +1,6 | +2,8 | +1,9 | +2,1 | +2,1

НІР05, кг/м2 | 0,4 | 0,9 | 1,0 | 1,3

становила в теплицях з повним обігрівом 4,8-5,4 кг порівняно з теплицями з частковим обігрівом – 2,4 кг. За пізніших строків фактична енергоємність рослин була меншою (при роботі ТГ-150), що заощаджувало до 2,9 кг пічного палива на 1 кг продукції.

Способи обігрівання та строки висаджування капусти цвітної в плівкових теплицях. Рослини при висаджуванні в третій декаді січня потягом перших трьох тижнів інтенсивно збільшували висоту – в 1,5 раза, кількість листків в – 1,4 раза і площу листків в – 6,4 раза. Через місяць площа листків збільшувалася меншими темпами, лише в 3,3 раза порівняно з 4,3-4,8 раза за інших строків, тобто в теплицях з обігрівом повітря і без нього.

Аналіз кореляції між площею листків і врожайністю капусти цвітної показав, що при ранніх строках висаджування рослин (кінець січня – початок лютого) кореляція була слабкою (1-9%). Наприкінці зими – початку весни, при кращій освітленості і вищих показниках ФАР, у теплицях з обігрівом ґрунту і повітря та тільки повітря ця залежність проявлялася сильніше і відповідала впливу площі листків на врожайність від 64 до 83% (r = 0,91 і 0,8). При відсутності обігріву подібної залежності не виявлено.

Оцінка фотосинтетичних показників рослин показала, що при незначних витратах на повітряний обігрів теплиць при висаджуванні 5-10 березня можна одержати майже однаковий ККД ФАР порівняно з ранніми строками, з 25 січня до 10 лютого (при повному обігріві теплиць), і на 30% більше, ніж при з вирощувані рослин без обігріву. При чистій продуктивності фотосинтезу 11,9 г/м2 за добу рослини без обігріву показали значний приріст урожайності – 14,8 г/м2.

Розходження в розвитку рослин різних строків висаджування відбилися на їхній урожайності. Рослини, висаджені 5-10 березня в теплиці з обігрівом повітря і 15-20 березня без обігріву, протягом двох-трьох років мали достовірне збільшення врожайності порівняно з контролем (строк висаджування 15-20 лютого з обігрівом ґрунту і повітря). У середньому за 4 роки врожайність збільшувалася на 0,9 і 0,2 кг/м2 (табл. 2).

У теплицях із частковим обігрівом і без обігріву надходження продукції за першу декаду зборів становило 0,4-1,0 кг/м2; надалі врожайність збільшувалася від 1,9 до 2,6 кг/м2. Найбільша маса головки формувалася в теплицях із частковим обігрівом – 0,48 кг.

Таблиця 2 – Урожайність капусти цвітної залежно від строків
висаджуван-ня розсади і способів обігріву плівкових теплиць
(1978-1981рр.,сорт МОВІР 74)

Строк висад-жування | Урожайність товарних голівок, кг/м2 | Різниця в урожайності, кг/м2

1978 р. | 1979 р. | 1980 р. | 1981 р. | середня | 1978 р. | 1979 р. | 1980 р. | 1981 р. | середня

Обігрівання ґрунту та повітря

15-20.02
(контроль) | 2,0 | 1,4 | 2,2 | 1,3 | 1,7 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0

5-10.02 | 2,3 | 1,8 | 2,1 | 1,8 | 2,0 | +0,3 | +0,4 | -0,1 | +0,5 | +0,3

25-30.01 | 2,0 | 1,8 | 1,8 | 1,9 | 1,9 | 0 | +0,4 | -0,4 | +0,6 | +0,2

Обігрівання повітря

5-10.03 | 2,3 | 2,5 | 2,8 | 2,7 | 2,6 | +0,3 | +1,1 | +0,6 | +1,4 | +0,7

Без обігрівання

15-20.03 | 1,9 | 1,3 | 2,5 | 2,0 | 1,9– | 0,1– | 0,1 | +0,3 | +0,7 | +0,2

НІР05, кг/м2 | 0,4 | 0,3 | 0,3 | 0,3

Способи обігріву та строки висаджування розсади впливали на витрати палива. При висаджуванні 5-10 березня в теплиці з обігрівом повітря, тобто при виключенні інтенсивного обігріву в теплицях протягом третьої декади січня й усього лютого, витрати пічного палива на 1 м2 площі скорочувалися в 1,4-2,1 раза. При висаджуванні в середині березня, тобто в теплиці без обігріву, витрати палива виключалися, рослини вирощувалися за рахунок природного тепла. Енергоємність (витрати пічного палива на 1 кг продукції) в теплицях з повним обігрівом була 11,3-14,7 кг порівняно з 5,1 кг в теплицях з обігрівом повітря. Пізні строки вирощування зменшували фактичну енергоємність продукції (при роботі ТГ-150) за рахунок природного тепла, прихід якого заощаджує до 11,7 кг пічного палива на 1 кг продукції.

Енергоємність урожаю капусти білоголової ранньої і цвітної за різної густоти рослин. Установлення густоти капустяних рослин на одиниці площі в певних межах сприяє підвищенню врожайності і зниженню енергоємності продукції. Виявлено, що зі зменшенням густоти рослин з 6,6 до 4,7 шт./м2 капусти білоголової ранньої досягнуто найбільшого ККД ФАР (1,37%) і середньодобового проросту величини врожаю, що перевищує контроль (густота рослин 5,5 шт./м2) на 14%. Загальна врожайність товарних головок становила 5,6 кг/м2. У цвітної капусти найбільшу чисту продуктивність фотосинтезу 11,2 г/м2 забезпечувала густота рослин 6,6 шт./м2 з ККД ФАР 1,66%. Подальше збільшення густоти рослин на одиниці площі знижувало ЧПФ і призводило до збільшення витрат посадкового матеріалу в 1,5-1,7 раза при тих же значеннях ККД ФАР. За густоти рослин 6,6 шт./1 м2 спостерігалося інтенсивніше надходження врожаю. Урожайність товарних головок була 2,4 кг/м2, що на 9% перевищувало контроль (густота 5,5 шт./м2).

За сучасної оцінки виробництва істотне значення має енергоємність продукції. Так, при густоті рослин капусти білоголової ранньої 4,7 шт/м2 і капусти цвітної 6,6 шт./м2 знижувались витрати пічного палива відповідно на 10 і 11% при найбільшому виході продукції. Подальше збільшення числа рослин на одиниці площі підвищувало витрати палива й енергоємність продукції.

За дослідженнями Ф.А.Ткаченка (1978), В.В. Лізгунової (1984), О.Я. Жук (1988), В.В. Хареби (2004), капуста білоголова під час проходження основних етапів органогенезу досить чутлива до факторів зовнішнього середовища. Виявити зв’язок між абіотичними факторами та рівнем реалізації біологічного потенціалу дозволяють існуючі статистично-імовірні моделі ботаніко-географічного методу.

Найбільша урожайність й економія полива була в теплицях без обігрівання. Результати багаторічного освоєння строку висаджування за таких умов в агрофірмі СПМ Сімферопольського району підтвердило обґрунтованість.

За даними наших досліджень, в передгірній зоні Криму сума ефективних температур повітря (х) в теплицях без обігрівання коливалася від 1505 до 1700С для капусти білоголової та від 1477 до 1862С для капусти цвітної. При цьому сума тривалості сонячного освітлення також змінювалася відповідно від 768 до 848 годин та від 673 до 814 годин. Урожайність капусти білоголової ранньої змінилася від 5,0 до 7,1 кг/м2 та від 1,3 до 2,5 кг/м2 у капусти цвітної. Різниця врожайності у капусти білоголової ранньої в 2,1 кг/м2 і у капусти цвітної 1,2 кг/м2 дала можливість виявити критерій рівня врожайності на кожен 1С суми ефективних температур та на 1 годину тривалості сонячного освітлення. Ці показники можна використовувати для прогнозування врожайності.

Відношення розмаху варіювання суми ефективних температур і суми тривалості сонячного освітлення капусти білоголової ранньої і цвітної (205 та 385С і 143 та 141 год.) до різниці в урожайності (2,1 та 1,2 кг/м2) становить 98 та 321 і 68 та 118. Рівнянням регресії:

,

де а1 – коефіцієнт регресії, який показує, на скільки одиниць змінюється результативність ознаки. Визначено, що із збільшенням суми ефективних температур (х) на 1С урожайність у капусти білоголової ранньої зменшувалась на 6,3 г/м2, а капусти цвітної збільшувалася на 2,1 г/м2. Із збільшенням суми тривалості сонячного освітлення на 1 годину урожайність капусти білоголової ранньої зросла на 22 г/м2 і капусти цвітної на 6,7 г/м2. Коефіцієнт еластичності незначно коливався у капусти білоголової ранньої і цвітної. Коефіцієнт варіювання (V, %) урожайністі і суми ефективних температур у капустяних рослин відрізнявся. Для капусти білоголової ранньої він був вищим в 5,7 раза, а цвітної – нижчим в 1,2 раза, коли значення варіювання були 14,9 і 17,4% (табл. 3).

Таблиця 3 – Статистична характеристика суми ефективних температур,
тривалості сонячного освітлення та урожайності капустяних рослин
у теплицях без обігрівання (в середньому за 1978-1981 рр.)

Показник | Сума, х | Sx | S2 | S | V, % | НОМ

Капуста білоголова рання

Урожайність, кг/м2 | 24,4 | 6,1 | 0,46 | 0,83 | 0,91 | 14,9 | 0,41

Сума ефективних температур, С | 6351 | 1587,8 | 40,7 | 6628 | 81,4 | 5,1 | 311,3

Сума тривалості сонячного освітлення, годин | 3306 | 826,5 | 21,6 | 1867 | 43,2 | 5,2 | 158,9

Капуста цвітна

Урожайність, кг/м2 | 7,7 | 1,9 | 0,16 | 0,11 | 0,33 | 17,4 | 0,11

Сума ефективних температур, С | 6459 | 1614,8 | 84,8 | 28711,7 | 169,4 | 10,5 | 153,8

Сума тривалості сонячного освітлення, годин | 2914 | 728,5 | 32,4 | 4194 | 64,8 | 8,9 | 81,8

Коефіцієнт кореляції між урожайністю та сумою ефективних температур для капусти білоголової ранньої і цвітної був відповідно r =-0,53 і 0,74, а кореляція між урожайністю і тривалістю сонячного освітлення 0,69 і 0,18.

Гомеостатичність урожайності, суми ефективних температур і тривалості сонячного освітлення капусти білоголової ранньої була відповідно в 3,7; 2,0 і 1,9 раза більше капусти цвітної. Таким чином, урожайність капусти білоголової ранньої і цвітної мала позитивний зв’язок з сумою ефективних температур та тривалістю сонячного освітлення.

За даними впровадженнями технології в 1998-2006 рр. в агрофірмі СПМ (с. Первомайське, АР Крим) середня урожайність капусти білоголової ранньої в плівкових теплицях без обігрівання (гібрид Голден Кросс) становила 4,1 кг/м2, у той час як теоретично розрахована мінімальна – 3,2 кг/м2, а максимальна – 6,2 кг/м2 з масою головки відповідно 800 і 1631 г. (табл. 4).

Таблиця 4 – Фактична і теоретична врожайність і маса головки капусти білоголової ранньої в теплицях без обігрівання (середня за 1998-2006 рр., агрофірма СПМ, с.Первомайське, АР Крим).

Показник | Урожайність, кг/м2 | Екологіч-ний кое-фіцієнт варіації

середня | мінімальна | максимальна

фактична | теоретична | фактична | теоретична

Xy+Sx | -S | -2S | -3S | -S | -2S | -3S

Урожайність, кг/м2 | 4,1+0,46 | 3,2 | 2,7 | 2,3 | 1,8 | 4,8 | 5,3 | 5,7 | 6,2 | 11,3

Маса головки, г | 1044+147 | 800 | 653 | 506 | 359 | 1250 | 1397 | 1544 | 1631 | 14,0

На основі використання існуючої статистично-імовірної моделі ботаніко-географічного методу показані зв’язки суми ефективних температур, тривалості сонячного освітлення та врожайності капусти білоголової ранньої і цвітної в плівкових теплицях без обігрівання, а також фактична і теоретична врожайність і маса головки капусти білоголової ранньої з інтервалом часу.

Теплоємність органічних субстратів у зимових і
плівкових теплицях. Добір теплоємних видів біопалива

Використання відходів рослинництва і виноградарства на півдні України як біопалива може зменшити витрати палива для обігрівання теплиць, вплинути на стратегію енергозбереження при вирощуванні овочів.

Ступінь мінералізації субстратів, їхня теплоємність залежали від співвідношення в них елементів вуглецю (С) і азоту (N). Оптимальним вважається рівняння С : N = 20 : 1, коли азот швидко мінералізується мікроорганізмами ґрунту і стає доступнішим для рослин (К.Рауе, 1969; Л.Нечаєв та ін., 2002). Найближчим співвідношення С : N було в разі розпаду тюків рисових (20 : 1) та лози виноградної (13 : 1) і значно ширшим у стрижнів кукурудзяних та соломи пшеничної (26 : 1) з початковою (13-33 і 8) і кінцевою зольністю відповідно 50-54% і 32-37%.

Водно-фізичні властивості і теплоємність субстратів у зимових теплицях. Біохімічні процеси, що відбуваються при розігріванні біопалива, вплинули на розпад органічної речовини субстратів і ґрунту насипного шару. Вміст органічної речовини в субстратах – тюках пшеничних і рисових, стрижнях кукурудзяних і лозі виноградній – впливало на їхні водно-фізичні властивості. Між об'ємною і питомою вагою субстратів і вмістом органічної речовини спостерігалася зворотна залежність. Від початку до кінця вегетаційного періоду рослин підвищувалася об'ємна і питома вага субстрату при зниженні рівня органічної речовини і шпаруватості ґрунту.

У насипному шарі ґрунту на різних видах біопалива пористість була високою – до 80%. У кінці плодоношення огірка вона знижувалася на
9-14%. У субстратах, невкритих ґрунтом, пористість досягала 90-94%, тобто перебувала на рівні торф'яних ґрунтів.

Укриття біопалива ґрунтом у зимових теплицях знижувало аерацію субстратів і виділення діоксиду вуглецю в тюках пшеничних на 13%, тюках рисових – 29% і стрижнях кукурудзяних – 66%. Подібне спостерігалось й щодо розпаду клітковини. Укриття ґрунтом лози виноградної не змінювало виділення діоксиду вуглецю, але зменшувало розкладання клітковини. Кількість виділеного тепла субстратом – важливий показник його “біологічного горіння”, що визначав ріст і розвиток рослин огірка. У зимових теплицях у січні перше місце з виділення тепла займали тюки рисові, як укриті, так і невкриті ґрунтом (825-997 тис. кДж/м2), потім стрижні кукурудзяні (778-846 тис. кДж/м2) і тюки пшеничні (707-823 тис. кДж/м2).

Ріст і розвиток рослин огірка на різних видах біопалива в зимових теплицях. Після висаджування розсади огірка температура субстратів та їхня біологічна активність визначала ріст і розвиток рослин. У фазі масового цвітіння більшу площу листків мали рослини на тюках рисових і стрижнях кукурудзяних. Від початку до кінця плодоношення за висотою, кількістю листків та площею випереджали рослини, висаджені безпосередньо на біопаливі – тюках рисових, лозі виноградній і стрижнях кукурудзяних, але найбільший темп росту був у рослин на тюках рисових і лозі виноградній, де довжина і маса кореня в 1,2-1,7 раза перевищувала контроль (рослини на тюках пшеничних).

У період плодоношення за кількістю жіночих квіток майже на всіх субстратах рослини на 5-28% випереджали контроль. За кількістю плодів перевага залишалася за тюками рисовими і лозою виноградною: більше ніж у контрольному варіанті, на насипному ґрунті на 54 і 18% та без нього – на 24 і 12% відповідно.

Аналіз кореляційної залежності між кількістю плодів і врожайністю за перший місяць плодоношення огірка, що вирощували на насипному ґрунті (поверх біопалива), показав пряму залежність: середню на тюках пшеничних і рисових (r = ,3-0,5), сильну на стрижнях кукурудзяних (r ,9) і пряму функціональну на січці виноградній (r ).

Насипний ґрунт на двох видах біопалива – стрижнях кукурудзяних і лозі виноградній – був визначальним як за врожайністю (20,1-20,5 кг/м2), так і за продуктивністю фотосинтезу (99,6-100,4 г/м2 ·доба), а також за ККД ФАР (3,16-3,2%). Найбільшу врожайність (20,2 кг/м2) і ККД ФАР (3,1%) мали тюки рисові без ґрунту.

Об'єктивну оцінку різних видів біопалива можна дати тільки на основі даних урожайності огірка (табл. 5).

Таблиця 5 – Урожайність огірка в зимових теплицях на різних видах
біопалива з насипним ґрунтом

Субстрат | Урожайність товарних плодів, кг/м2 | Маса плоду,

кг

за 1-й місяць плодоношення | на 10.06*)

1986 р. | 1987 р. | 1988 р. | середня | 1986 р. | 1987 р. | 1988 р. | середня

Тюки пшеничні (контроль) | 4,8 | 2,2 | 3,0 | 3,3 | 20,9 | 18,2 | 19,9 | 19,7 | 0,28

Тюки рисові | 5,2 | 2,5 | 3,0 | 4,5 | 20,9 | 18,6 | 19,3 | 19,6 | 0,29

Стрижні кукурудзяні | 5,0 | 2,5 | 3,5 | 3,6 | 21,0 | 19,2 | 20,1 | 20,1 | 0,29

Лоза виноградна | 4,6 | 1,8 | 3,3 | 3,2 | 22,1 | 18,5 | 20,9 | 20,5 | 0,28

НІР05, кг/м2 | 0,3 | 0,3 | 0,4 | 1,2 | 0,5 | 0,3

*) – останній облік урожаю.

У середньому за перший місяць плодоношення на 36% більше контролю надходило плодів огірка, вирощених на тюках рисових з насипним ґрунтом, а без нього – на 9-11% (табл. 6).

У середньому за загальною врожайністю товарних плодів на 0,4 кг/м2 перевищували контроль субстрати з стрижнями кукурудзяними з насипним ґрунтом і тюки рисові без ґрунту, але найбільш істотне збільшення врожайності дали рослини, висаджені на лозі виноградній з насипним ґрунтом (на 0,8 кг/м2).

Таблиця 6 – Урожайність огірка в зимових теплицях
за різних видів біопалива

Субстрат | Урожайність товарних плодів, кг/м2 | Різниця в урожайності, кг/м2

за перший місяць плодоношення | на 10.06*) | за перший місяць плодоношення | на 10.06

1987 р. | 1988 р. | 1987 р. | 1988 р. | 1987 р. | 1988 р. | 1987 р. | 1988 р.

Тюки пшеничні (контроль) | 2,7 | 3,4 | 17,9 | 21,8 | 0 | 0 | 0 | 0

Тюки рисові | 3,0 | 3,7 | 18,4 | 21,9 | +0,3 | +0,3 | +0,5 | +0,1

Стрижні кукурудзяні | 2,4 | 3,1 | 18,0 | 20,9– | 0,3– | 0,3 | +0,1– | 0,9

Лоза виноградна | 2,1 | 3,3 | 16,8 | 20,0– | 0,6– | 0,1– | 1,1– | 0,8

НІР05, кг/м2 | 0,3 | 0,3 | 0,4 | 0,3

*) – останній облік урожаю.

Хімічний аналіз продукції показав, що плоди за сумою цукрів, вітаміном С, сухою речовиною практично не відрізнялися, за винятком субстратів з насипним ґрунтом поверх тюків рисових, де в плодах було більше сухої речовини на 0,32%. У плодах, вирощених на