PORÓWNANIE EFEKTÓW NAWADNIANIA KROPLOWEGO KUKURYDZY NA DWÓCH RODZAJACH GLEB

Transkrypt

1 ZESZYTY PROBLEMOWE POSTĘPÓW NAUK ROLNICZYCH 2007 z. 519: PORÓWNANIE EFEKTÓW NAWADNIANIA KROPLOWEGO KUKURYDZY NA DWÓCH RODZAJACH GLEB Jacek śarski, Stanisław Dudek, Bogdan Grzelak Katedra Melioracji i Agrometeorologii, Uniwersytet Technologiczno-Przyrodniczy im. J.J. Śniadeckich w Bydgoszczy Wstęp Kukurydza uprawiana na ziarno stanowi jedną z głównych roślin nawadnianych w skali światowej. W Stanach Zjednoczonych powierzchnia uprawy objęta nawadnianiem wynosi 3,8 mln ha, co stanowi 14% całości areału obsianego kukurydzą. W krajach Bliskiego Wschodu nawadnia się około 1,2 mln ha kukurydzy (głównie w Egipcie), a w Meksyku ponad 1 mln ha. Na duŝych powierzchniach prowadzone są takŝe nawodnienia kukurydzy w krajach europejskich, zwłaszcza we Francji, Włoszech, Hiszpanii i Grecji. W krajach tych w 2003 r. kukurydzę nawadniano na obszarze 2,1 mln ha. W Polsce nie prowadzi się nawodnień kukurydzy na ziarno w skali produkcyjnej. Niewiele przeprowadzono takŝe badań z nawadnianiem tej cennej uprawy. Z powodu niesprzyjających dla produkcji ziarna warunków klimatycznych, jej uprawa była w Polsce mało popularna. Dopiero odnotowany w ostatnich latach postęp w hodowli odmian pozwolił zmniejszyć ryzyko uprawy tej ciepłolubnej rośliny, równieŝ w chłodniejszych rejonach kraju. Powierzchnia uprawy kukurydzy na ziarno zwiększyła się w Polsce w latach do około 350 tys. ha, a średni plon wzrósł o blisko 70%. Jednak współczynnik wykorzystania potencjału plonowania kukurydzy nadal wynosi około 60%, głównie z powodu występowania okresowych niedoborów wodnych [LIPSKI 2003]. Okresowe braki wody w czasie wegetacji notuje się przede wszystkim na glebach lekkich, odpowiednich pod uprawę kukurydzy oraz w regionie Krainy Wielkich Dolin, obejmującym centralne tereny Polski, charakteryzujące się zmniejszonymi opadami atmosferycznymi. Pokrycie niedoboru jest moŝliwe dzięki zastosowaniu nawadniania. Według badań własnych [śarski i in. 2001], kukurydza na ziarno, obok ziemniaka i bobiku, naleŝy do tych upraw polowych, których nawadniane moŝe być efektywne ekonomicznie. Aktualnie najbardziej przydatną technologią nawadniania kukurydzy jest deszczowanie za pomocą urządzeń frontalnych lub szpulowych. Jednak ze względu na małe zasoby wody dyspozycyjnej do nawodnień naleŝy sprawdzić inne metody dostarczania wody roślinom. Taką metodą jest nawadnianie za pomocą wodooszczędnych linii kroplujących, umieszczonych na powierzchni (DI) lub pod powierzchnią gleby (SDI). Kroplowe systemy nawadniania kukurydzy znalazły zastosowanie w badaniach prowadzonych nie tylko w suchych lub półsuchych strefach klimatycznych, ale równieŝ

2 340 J. śarski, S. Dudek, B. Grzelak na obszarach o porównywalnych z Polską wysokością i rozkładem opadów atmosferycznych [ASSOULINE i in. 2002; HOWELL i in. 1997; LAMM, TROOIEN 2003; WENTWORTH, JACOBS 2001]. W wymienionych badaniach główną zaletą zastosowania sytemu kroplowego było mniejsze zuŝycie wody, a takŝe większa, w porównaniu z innymi systemami nawadniania, efektywność produkcyjna aplikowanych dawek nawodnieniowych. Celem przeprowadzonych badań była ocena moŝliwości oraz efektów zastosowania powierzchniowego systemu nawadniania kroplowego kukurydzy na ziarno, uprawianej na dwóch rodzajach gleb. Materiał i metody badań Pracę oparto na rezultatach prowadzonych równolegle ścisłych eksperymentów polowych. Doświadczenia przeprowadzono w latach na polach doświadczalnych Katedry Melioracji i Agrometeorologii Uniwersytetu Technologiczno- Przyrodniczego w Bydgoszczy, zlokalizowanych w Mochełku oraz w Kruszynie Krajeńskim koło Bydgoszczy. Obiekt Mochełek leŝy około 20 km od Bydgoszczy, na południowo-wschodniej (zawietrznej) krawędzi Wysoczyzny Krajeńskiej. Wysokość normatywna opadów atmosferycznych w półroczu letnim wynosi 290 mm. Glebę pola doświadczalnego stanowi gleba płowa właściwa, wytworzona z piasku gliniastego mocnego na glinie średniej. Polowa pojemność wodna w 1 m warstwie gleby wynosi mm. Glebę zaklasyfikowano do klasy bonitacyjnej IVa i kompleksu Ŝytniego bardzo dobrego. Obiekt Kruszyn Krajeński połoŝony jest 15 km od Bydgoszczy w pobliŝu Kanału Górnonoteckiego. Opady normatywne sezonu wegetacyjnego wynoszą 325 mm. Gleba pola doświadczalnego to czarna ziemia zdegradowana, wytworzona z piasku słabogliniastego na piasku luźnym. Polowa pojemność wodna w 1 m warstwie wynosi zaledwie 90 mm. Gleba zaliczana jest zasadniczo do VI klasy bonitacyjnej i kompleksu Ŝytniego bardzo słabego. Badaniami objęto dwa mieszańce trójliniowe kukurydzy: Cedro (FAO-210) oraz Reduta (FAO-230). PoniewaŜ większość określanych cech porównywanych odmian nie róŝniła się istotnie, w niniejszej pracy podano rezultaty średnie dla tego czynnika. Czynniki doświadczeń: 1. Czynnik wodny (W 0 - bez nawadniania, W 1 - nawadnianie kroplowe), 2. Czynnik nawozowy (N 1-90 kg N ha -1, N kg N ha -1 ). Eksperymenty przeprowadzono w układzie zaleŝnym, metodą losowanych podbloków, w 4 powtórzeniach. Powierzchnia poletek do zbioru wynosiła 10 m 2. Do nawadniania zastosowano linię kroplującą drip-line z wtopionymi w ścianę przewodu co 200 mm emiterami labiryntowymi, produkcji firmy NAAN. Jedna linia kroplująca nawadniała dwa rzędy kukurydzy oddalone o cm, w zaleŝności od rodzaju gleby. Zastosowano siew dwurzędowy kukurydzy - kolejne dwa rzędy były od siebie oddalone o 100 cm na glebie bardzo lekkiej i o 120 cm na glebie średniej. Terminy nawodnień ustalano na podstawie pomiarów wilgotności gleby. Dozowano jednorazowe dawki wody mm na glebie bardzo lekkiej i mm na glebie średniej, kontrolując ilość wydatkowanej wody za pomocą wodomierzy. Osłonę meteorologiczną doświadczenia zapewniał standardowy deszczomierz Hellmanna zainstalowany na polu doświadczalnym w Kruszynie Krajeńskim oraz automatyczna stacja meteorologiczna firmy Eijkelkamp w Mochełku. Dawki nawodnieniowe (D) na tle niedoborów opadowych (N) kukurydzy uprawianej na dwóch rodzajach gleb (mm) Tabela 1; Table 1

3 PORÓWNANIE EFEKTÓW NAWADNIANIA KROPLOWEGO Rok; Year Irrigation doses (D) against the background of rainfall deficit (N) for corn grown on two soil types (mm) Miesiące; Months V VI VII VIII IX Gleba średnia (piasek gliniasty mocny na glinie średniej) Medium-heavy soil (heavy loamy sand on medium loam) 2003 N D N D N D Gleba bardzo lekka (piasek słabogliniasty na piasku luźnym) Very light soil (coarse sandy soil on loose sandy soil) 2003 N D N D N D nadmiary opadów atmosferycznych; excessive precipitation Potrzeby nawadniania kukurydzy wystąpiły we wszystkich latach prowadzenia eksperymentów, chociaŝ w 2004 r. były one znacznie zmniejszone z powodu wystąpienia wyŝszych od średnich wieloletnich i równomiernie rozłoŝonych opadów atmosferycznych. Znacznie większe niedobory opadów atmosferycznych (obliczone w zestawieniu z opadami optymalnymi Klatta) stwierdzono na glebie bardzo lekkiej. Zastosowane na tej glebie sumaryczne dawki nawodnieniowe wyniosły w kolejnych latach: 225, 70 i 215 mm. Na glebie średniej dawki te były mniejsze i kształtowały się odpowiednio: 140, 45 i 145 mm wody (tab. 1). Wyniki i dyskusja Wysokość plonu suchej masy ziarna kukurydzy na stanowiskach kontrolnych oraz nawadnianych kroplowo, a tym samym efektywność produkcyjna nawadniania, zaleŝała bardzo istotnie od warunków glebowych prowadzonych eksperymentów polowych (tab. 2). Na piasku gliniastym mocnym na glinie średniej nawadnianie kroplowe pełniło rolę uzupełniającą okresowe braki opadów atmosferycznych, stanowiąc czynnik intensyfikujący i stabilizujący plonowanie. Pod wpływem nawadniania uzyskano średni wzrost plonu suchej masy o 2,77 t ha -1. Efektywność zastosowania 1 mm wody nawodnieniowej wynosiła przeciętnie 25,2 kg ha -1, a w roku 2005 charakteryzującym się największymi niedoborami opadów atmosferycznych w okresie wzmoŝonego zapotrzebowania na wodę - 33,4 kg ha -1. Zwiększone nawoŝenie azotowe prowadziło do przeciętnych zwyŝek plonów ziarna, porównywalnych na poletkach kontrolnych (0,35 t ha -1 ) i nawadnianych (0,30 t ha -1 ).

4 342 J. śarski, S. Dudek, B. Grzelak Na glebie bardzo lekkiej posiadającej przepuszczalne podłoŝe, nawadnianie kroplowe stanowiło niezbędny, umoŝliwiający uprawę kukurydzy, czynnik plonotwórczy. Przyczyniało się do wielokrotnych zwyŝek plonu, takŝe w roku 2004, cechującym się zmniejszonymi potrzebami nawadniania. Efektywność produkcyjna 1 mm wody nawodnieniowej była w tym roku rekordowo wysoka (56,9 kg. ha -1 ), a przeciętnie wyniosła 35,7 kg ha -1. Plon pozyskany w warunkach nawadniania (średnio 7,37 t ha -1 ) tylko nieznacznie odbiegał od plonu roślin nawadnianych, uprawianych na glebie średniej (średnio 8,33 t ha -1 ). Zwiększone nawoŝenie azotowe na stanowiskach kontrolnych prowadziło w kaŝdym roku badań do spadków plonów suchej masy ziarna, a w warunkach kontrolnych przyczyniało się do wzrostu tych plonów, średnio o 0,53 t ha -1. Tabela 2; Table 2 Plony suchej masy ziarna kukurydzy (t ha -1 ) Dry matter of corn grain yield (t ha -1 ) Rok badań Year Wpływ nawadniania kroplowego Influence of drip irrigation Wpływ nawoŝenia Influence of fertilization W 0 W 1 W 1-W 0 (t ha -1 ) W 1-W 0 (kg mm -1 ha -1 ) Gleba średnia (piasek gliniasty mocny na glinie średniej) Medium-heavy soil (heavy loamy sand on medium loam) W 0 W ,63 9,37 2,74 19,6 0,68 0, ,01 6,73 0,72 16,0 0,93 0, ,04 8,88 4,84 33,4-0,55 0,14 Średnio Mean 5,56 8,33 2,77 25,2 0,35 0,30 Gleba bardzo lekka (piasek słabogliniasty na piasku luźnym) Very light soil (coarse sandy soil on loose sandy soil) ,54 8,98 8,44 37,5-0,25 0, ,44 6,42 3,98 56,9-0,15 0, ,92 6,71 5,79 26,9-0,18 0,57 Średnio Mean 1,30 7,37 6,07 35,7-0,19 0,53 W związku z duŝo większym zróŝnicowaniem wysokości plonów ziarna, nawadnianie kroplowe na glebie bardzo lekkiej w znacznie większym stopniu niŝ na glebie średniej, wpływało na wybrane elementy struktury i jakości plonu (tab. 3). Prowadziło przede wszystkim do zmian korzystnych, przyczyniając się do zwiększenia udziału kolb w plonie ogólnym masy kukurydzy (średnio o 16,0%), udziału plonu ziarna w plonie kolb (średnio o 10,4%), wzrostu dorodności nasion, a przede wszystkim do zmniejszenia ich wilgotności podczas zbioru z 34,9 do 29,0%. Zmianą niekorzystną była zanotowana pod wpływem nawadniania kroplowego zmniejszona średnio o 1,7% jednostkowa zawartość białka ogólnego w ziarnie. Na glebie średniej jedyną istotną zmianą była zwiększona przeciętnie o 36,8 g masa tysiąca nasion roślin nawadnianych, w porównaniu z nienawadnianymi. Wybrane wskaźniki struktury i jakości plonu kukurydzy (średnio ) Chosen indices of structure and quality of corn yield (mean for ) Tabela 3; Table 3

5 PORÓWNANIE EFEKTÓW NAWADNIANIA KROPLOWEGO Wskaźnik; Factor Wpływ nawadniania kroplowego Influence of drip irrigation Udział kolb w plonie ogólnym Share of corn ear in total yield Udział ziarna w plonie kolb Share of grain in corn ear yield Masa tysiąca nasion Thousand seed weight Wilgotność ziarna podczas zbioru Grain moisture during the harvest W 0 W 1 W 1-W 0 Gleba średnia (piasek gliniasty mocny na glinie średniej) Medium-heavy soil (heavy loamy sand on medium loam) % 53,9 53,3-0,6 % 62,2 65,7 +3,5 g 254,3 291,1 +36,8 % 35,6 35,8 +0,2 Białko ogólne; Total protein % 11,2 11,3 +0,1 Udział kolb w plonie ogólnym Share of corn ear in total yield Udział ziarna w plonie kolb Share of grain in corn ear yield Masa tysiąca nasion Thousand seed weight Wilgotność ziarna podczas zbioru Grain moisture during the harvest Gleba bardzo lekka (piasek słabogliniasty na piasku luźnym) Very light soil (coarse sandy soil on loose sandy soil) % 36,6 52,6 +16,0 % 55,9 66,3 +10,4 g 182,1 268,0 +85,9 % 34,9 29,0-5,9 Białko ogólne; Total protein % 12,2 10,5-1,7 ZróŜnicowanie efektów nawadniania kroplowego kukurydzy uprawianej na ziarno na dwóch rodzajach gleb było podobne jak we wcześniejszych wieloletnich badaniach własnych z zastosowaniem nawadniania deszczownianego w tych samych warunkach glebowych [śarski, DUDEK 2003; śarski i in. 2004]. Jednak porównując rezultaty z obu serii doświadczeń, obejmujące lata o podobnym przebiegu warunków meteorologicznych, moŝna stwierdzić, Ŝe efektywność 1 mm wody dawkowanej systemem kroplowym była znacząco wyŝsza niŝ zastosowanej przy pomocy deszczowni (28 kg ha -1 na glebie bardzo lekkiej oraz 11 kg ha -1 na glebie średniej). Wynikało to przede wszystkim z mniejszych o około 20-25% sumarycznych dawek wody zastosowanych linią kroplującą, w porównaniu do deszczowni szpulowej. Wnioski 1. Na glebie bardzo lekkiej posiadającej przepuszczalne podłoŝe, nawadnianie kroplowe stanowiło niezbędny, umoŝliwiający uprawę kukurydzy na ziarno czynnik plonotwórczy, przyczyniając się do wielokrotnych zwyŝek wysokości plonu suchej masy ziarna oraz poprawy wybranych elementów struktury i jakości plonu. 2. Na glebie średniej o podłoŝu zwięzłym, nawadnianie kroplowe pełniło typową dla warunków klimatycznych Polski rolę uzupełniającą okresowe niedobory opadów atmosferycznych, stanowiąc zabieg interwencyjny, przyczyniający się do ogólnego podwyŝszenia, a takŝe stabilizacji plonowania w latach.

6 344 J. śarski, S. Dudek, B. Grzelak 3. Efektywność produkcyjna 1 mm wody dawkowanej systemem kroplowym była wyŝsza niŝ uzyskana we wcześniejszych badaniach z nawadnianiem deszczownianym kukurydzy. Sumaryczne dawki wody zaaplikowane linią kroplującą były o 20-25% mniejsze od zastosowanych przy pomocy deszczowni. Literatura ASSOULINE S., COHEN S., MEERBACH D., HARODI T., ROSNER M Microdrip irrigation of field crops. Effect on yield, water uptake and drainage of sweet corn. Soil Science Society of America Journal 66: DUDEK S., śarski J Ocena efektów zastosowania nawadniania w uprawie kukurydzy na ziarno. InŜynieria Rolnicza 3(63): HOWELL T.A., SCHNEIDER A.D., EVETT S.R Subsurface and surface microirrigation of corn: Southern High Plains. Trans ASAE 40(3): LAMM F.R., TROOIEN T.P Subsurface drip irrigation for corn production: a review of 10 years of research in Kansas. Irrig Sci 22: LIPSKI S Produkcja ziarna kukurydzy w Polsce i w Europie. Pam. Puławski 132: WENTWORTH S., JACOBS B Sustainable irrigated maize on sodic soils in the Lachlan Valley. Proceedings of the Australian Agronomy Conference. śarski J., ROLBIECKI S., RZEKANOWSKI C., ROLBIECKI R., DUDEK S., GRZELAK B Cost-effectiveness of sprinkler irrigation of field crops and vegetables in central Poland. Przeg. Nauk. Wydz. InŜ. i Kształt. Środow. SGGW 22: śarski J., DUDEK S Rola deszczowania w kształtowaniu plonowania wybranych upraw polowych. Pam. Puławski 132: śarski J., DUDEK S., GRZELAK B Rola czynnika wodnego i termicznego w kształtowaniu plonów ziarna kukurydzy. Acta Agrophysica 3(1): Słowa kluczowe: nawadnianie kroplowe, nawoŝenie azotowe, kukurydza na ziarno, rodzaj gleby Streszczenie Pracę oparto na wynikach ścisłych eksperymentów polowych, których głównym celem była ocena efektów produkcyjnych zastosowania nawadniania kroplowego w uprawie kukurydzy na ziarno. Doświadczenia prowadzono w latach w dwóch obiektach połoŝonych koło Bydgoszczy, róŝniących się warunkami glebowymi. W porównywalnych warunkach meteorologicznych, uzyskano bardzo duŝe róŝnice efektów zastosowania nawadniania kroplowego, spowodowane odmiennymi warunkami glebowymi. Na glebie bardzo lekkiej posiadającej przepuszczalne podłoŝe, nawadnianie kroplowe stanowiło niezbędny, umoŝliwiający uprawę kukurydzy, czynnik plonotwórczy, przyczyniając się do wielokrotnych zwyŝek wysokości plonu i poprawy jego struktury oraz jakości. Na glebie średniej o podłoŝu zwięzłym, nawadnianie kroplowe pełniło typową dla strefy klimatycznej Polski rolę uzupełniającą okresowe braki opadów atmosferycznych, stanowiąc czynnik intensyfikujący i stabilizujący plonowanie. COMPARISON OF RESULTS OF CORN DRIP IRRIGATION IN TWO SOIL TYPES

7 PORÓWNANIE EFEKTÓW NAWADNIANIA KROPLOWEGO Jacek śarski, Stanisław Dudek, Bogdan Grzelak Department of Land Reclamation and Agrometeorology, University of Technology and Life Sciences, Bydgoszcz Key words: drip irrigation, nitrogen fertilization, corn, type of soil Summary The paper is based on the results of field experiments carried out in the years at two localities situated near Bydgoszcz. The aim of the field trials was the evaluation of production results of the drip irrigation used in corn crop. Very large differences in effects of drip irrigation were obtained due to different soil condition because meteorological conditions were comparable. Drip irrigation was the basic yield creating factor on a very light soil with permeable parent rock. This treatment enabled the cultivation of corn and caused multiple yield increase as well as the improve of yield structure and quality. Under the conditions of a medium-heavy soil with the concise substrate, drip irrigation was a supplementary irrigation the periodic lack of rainfall. In this case the drip irrigation played a typical role in the Poland of climatic zone - the intensification and stabilization of yielding. Prof. dr hab. Jacek śarski Katedra Melioracji i Agrometeorologii Uniwersytet Technologiczno-Przyrodniczy im. J.J. Śniadeckich ul. Bernardyńska BYDGOSZCZ zarski@atr.bydgoszcz.pl