Сокращение ежегодных колебаний урожайности клубней картофеля с помощью дополнительного орошения

Аннотация

В этом исследовании изучалось влияние дополнительного орошения (SI) на ежегодные колебания урожайности картофеля и связанные с ними экономические показатели во влажном климате. Испытания на фермах ежегодно проводились на четырех-пяти полях на острове принца Эдуарда, Канада, с 2019 по 2022 год. В исследовании использовались четыре различных способа обработки: неорошаемое производство в качестве контрольной группы, орошение в соответствии с традиционными методами, орошение с контролем влажности почвы и орошение с контролем влажности почвы в сочетании с сокращением внесения удобрений на 20%. Хотя использовались шесть широко выращиваемых сортов красновато-коричневого картофеля, на всех участках соблюдались местные стандартные методы культивирования. В 2019 году SI значительно повысила товарную урожайность (MY), что в первую очередь было связано с периодом засухи, который продолжался с июля по начало августа. Аналогичным образом, в 2020 году SI привело к существенному увеличению урожая клубней картофеля из-за того, что количество осадков в вегетационный период было значительно ниже оптимальной потребности картофеля в воде. И наоборот, в 2021 и 2022 годах, когда количество осадков было относительно достаточным и распределялось равномерно, фермеры либо воздерживались от полива, либо применяли минимальные нормы полива, что привело к незначительным результатам МОИХ ответов. Увеличение урожайности клубней в результате применения SI зависит от количества осадков и, следовательно, колеблется ежегодно. Межгодовые сравнения показали, что SI может эффективно смягчать ежегодные колебания урожайности клубней. Анализ затрат и выгод показал, что использование SI для минимизации ежегодных колебаний урожайности клубней может быть как прибыльным, так и убыточным в долгосрочной перспективе и зависит от затрат, связанных с ирригационным оборудованием, системой водоснабжения, эксплуатационными аспектами, масштабом поля и распределением осадков. Эти результаты имеют важное значение для принятия руководящих решений по управлению водными ресурсами при выращивании картофеля во влажных условиях.

Введение

Картофель, потребляемый более чем миллиардом человек во всем мире, занимает третье место в мире по значимости среди продовольственных культур после пшеницы и риса (Devaux et al. 2020). Чувствительность растений картофеля к колебаниям влажности в корневой зоне (van Loon, 1981; Opena и Porter, 1999; Unlu et al., 2006; Обидиегву и др., 2015) подчеркивает важность оптимизации водоснабжения для сохранения урожайности и качества клубней (Shock et al., 1998; Cantore et al., 2014; King et al., 2020). Недостаточное обеспечение водой может поставить под угрозу урожайность и качество клубней картофеля (Эпштейн и Грант, 1973), снижая финансовую рентабельность выращивания картофеля. Выращивание картофеля во влажном климате традиционно полагалось в основном на воду, поступающую в виде осадков. Однако возрастающая изменчивость количества осадков за вегетационный период (GS) в этих регионах, которое может варьироваться от значительно меньшего до существенно большего, чем оптимальные требования для выращивания картофеля, представляет серьезную проблему для поддержания стабильных урожаев картофеля (Benoit and Grand, 1985; Porter et al., 1999; Sexton et al., 2008; Silver et al., 2011). На острове принца Эдуарда (PEI), который отличается влажным климатом и производит 23% канадских урожаев картофеля преимущественно в условиях богарного земледелия (AAFC 2022), общее количество осадков (июнь–сентябрь) в период с 2000 по 2020 год составляло от 155 до 479 мм при среднем значении 338 мм и стандартном отклонении 84 мм. Окружающая среда и изменение климата Канады (ECCC n.d.). Напротив, оптимальное водоснабжение для растений картофеля или эвапотранспирации урожая (AAFC) в Канаде составляет ET_c) оценивался в 353-421 мм (Belanger et al. 2000; Xing et al. 2008; Sexton et al. 2008; Silver et al. 2011; Parent и Antil 2012; Jiang et al. 2022a). Хотя выращивание на основе дождевания в определенные годы оказалось экономически выгодным, дефицит в 222 мм между потребностью в воде и количеством осадков в самый засушливый год (2001) привел к тому, что товарный урожай на основе дождевания был на 26-45% ниже (в зависимости от сорта), чем в среднем за год, что создало серьезную финансовую проблему для производителей картофеля. Эта неопределенность становится еще более тревожной по мере роста производственных затрат, сокращения нормы прибыли и усиления рыночной конкуренции. Коэффициент вариации урожайности клубней при неорошаемом питании в провинциях в период с 2000 по 2020 год варьировался от 8 до 15%, при этом общее количество осадков составляло от 29% до 69% годовых колебаний урожайности клубней (Jiang et al. 2022a). Это демонстрирует важность улучшения управления водными ресурсами для уменьшения колебаний урожайности клубней во влажном климате. Изменение климата еще больше усугубило проблему непостоянного производства картофеля из-за более частых экстремальных погодных явлений, таких как засухи и чрезмерное количество осадков (Bush et al., 2019; Caretta et al., 2022). Улучшенное управление водными ресурсами имеет решающее значение для обеспечения устойчивого производства картофеля в этом исторически богатом регионе.

В нескольких исследованиях изучалось влияние дополнительного орошения (SI) на производство картофеля во влажных регионах Северо-востока Соединенных Штатов и Атлантической Канады. Некоторые исследования показали, что SI потенциально может значительно повысить общий урожай клубней (Porter et al., 1999; Belanger et al., 2000; Sexton et al., 2008), в то время как другие показали неоднозначные результаты. Например, в исследовании, проведенном Xing et al. (2012) в Нью-Брансуике, Канада, капельное орошение не оказало заметного влияния на урожайность клубней у мелкого картофеля. В PEI использование SI привело к значительному увеличению урожая товарных клубней красновато-коричневого картофеля Burbank в некоторые годы, в то время как в другие влияние не было очевидным (Afzaal et al., 2020; Хакбазан и др., 2023). Эти исследования подчеркивают сохраняющийся интерес к SI в этих областях и демонстрируют различное повышение товарной урожайности в результате применения SI, варьирующееся от минимальных уровней до 11,6 Мг / га. Большие различия в урожайности поднимают вопрос о том, является ли SI экономически жизнеспособным в этом климате. Дальнейшие исследования Цзяна и др. (2021; 2022a) показали, что SI увеличивает урожайность клубней при уменьшении количества осадков в соответствии с полиномиальным уравнением второго порядка. Это говорит о том, что реакция урожайности клубней на SI ежегодно меняется в зависимости от количества осадков. Эта изменчивость может объяснить ежегодные различия в реакции урожайности на SI, наблюдавшиеся в предыдущих исследованиях. Цзян и др. (2021; 2022a) представили анализ затрат и выгод SI, используя данные о средней урожайности клубней по провинции из PEI и данные о затратах из штата Мэн, США. Однако в этих анализах не были всесторонне учтены изменения на полях, влияние периодов засухи, происходящих еженедельно или ежемесячно, или затраты на СИ для конкретного участка. Хакбазан и др. (2023) обнаружили, что затраты на SI перевешивают выгоды, основываясь на данных об урожайности клубней за 2017 и 2018 годы, полученных в ходе исследовательского испытания в PEI. Поскольку количество осадков и связанная с ними польза от SI меняются ежегодно, оценка, основанная на данных об урожайности всего за два года, не может дать представления об экономических показателях SI в сезоны с количеством осадков за пределами экспериментальных диапазонов (Jiang et al. 2022a).

В этом исследовании изучалось влияние SI на урожайность клубней картофеля и удельный вес в PEI. Гипотеза предполагает, что SI значительно снизит ежегодные колебания урожайности клубней и увеличит удельный вес по сравнению с традиционным неорошаемым производством. Был проведен анализ затрат и выгод, чтобы определить, является ли SI экономически выгодным для производства картофеля во влажной среде.

Материалы и методы

Эксперименты на фермах

Испытания проводились ежегодно с 2019 по 2022 год на четырех-пяти полях в PEI, в первую очередь с упором на производство картофеля для переработки на картофель фри. Площадь каждого поля составляла от 20 до 40 га и принадлежала отдельному коммерческому хозяйству (таблица 1). Поля располагались в районе, граничащем с Викторией (46°12’45,05″северной широты, 63°29’21,81″западной долготы), Нижним Бедеком (46°20’15,46″северной широты, 63°46’38,6″западной долготы), Саммерсайдом (46°26’28″северной широты, 63°50’17″западной долготы) и северным Кенсингтоном (46°26’42,11″северной широты, 63 ° 38’38,39″западной долготы). В этом географическом районе производится большая часть картофеля провинции. Каждое поле было оборудовано центральной поворотной системой для орошения, за исключением BC21, на котором использовались катушка для шланга и разбрызгиватель, и KM19, на котором использовались катушка для шланга и тележка для стрелы. Вода для полива бралась либо из пруда на ферме, подпитываемого грунтовыми скважинами, либо из поверхностных вод близлежащей реки Данк. Обратите внимание, что испытания также проводились на GM19 в 2019 году и CG21 в 2021 году, но данные приведены в Дополнительном материале только для справки. Производство семян картофеля в GM19 было несопоставимо с производством картофеля при переработке, а данные по урожайности CG21 были искажены из-за смешивания верхнего слоя почвы с низкокачественной глубокой почвой при строительстве водоема для хранения воды вблизи экспериментальной площадки в предыдущие годы. В соответствии с Законом провинции о севообороте сельскохозяйственных культур, производители обычно использовали стандартный трехлетний севооборот картофеля, зерновых и кормовых культур. Большинство кормовых смесей на 60% состояли из красного клевера и на 40% из одного или двух видов многолетних трав, таких как тимофеевка и ржанка. Применялись стандартные методы борьбы с сорняками, вредителями и болезнями (Parent and Antil, 1967; PEIAIC, 2022). Обычно картофель сажают в середине мая, а сбор урожая проводят в октябре, в зависимости от требований к созреванию конкретных сортов. Сорт картофеля, вносимые удобрения, посевные культуры, используемые на каждом поле, содержание нитратов в почве перед посадкой и нормы орошения приведены в таблице 1. Информацию о сорте картофеля можно найти в Дополнительном материале.

Таблица 1 Сорт картофеля, внесение удобрений, предшествующие посевы, содержание нитратов в почве перед посадкой и нормы орошения

Идентификатор поля	Сорт картофеля	Смесь удобрений (N–P2O5–K2O)	Норма внесения удобрений (кг / га)	Норма N для Y100N (кг/га)	Норма N для Y80N (кг/га)	Предшествующие посевы	Содержание нитратов в почве перед посадкой (кг Н / га)	Норма полива (мм)
RG19	Руссет Бербанк	14.91–13.85–14.91	1054	157	126	Озимая пшеница	24.4	FA = 163Y100N = 193
KM19	Перспектива	14.76–14.72–19.64	1177	173	139	Корма	27	FA = 65Y100N = 80
AT19	Clearwater Russet	Предпосевная подготовка 7-0-16; посадка13–17–15	496;1289	202	162	Корм для сорго в Судане	37.8	FA = 128Y100N = 103
CB20	Горная жемчужина Красновато-коричневая			201	161	Корм для сорго в Судане	61.5	FA = 356Y100N = 356
JW20	Дакота Руссет	Предпосевная обработка 46-0-0; посадка 14-22-10	151;1121	226	181	Корма	45.4	FA = 167Y100N = 222
JV20	Clearwater Russet	13–20–10;23–0–22	1121;383	234	187	Горчица Калиенти	57.7	FA = 225Y100N = 440
AS20	Clearwater Russet	Предпосевная обработка 1: 9-0-47; предпосевная обработка 2: 15.5–0–0; посадка 11.9–14.6–9.1	200.7;290;981.4	180	143		53.6	FA = 263Y100N = 281
BC21	Алверстоун Руссет	Предпосевная обработка 31-0-18; посадка 10-18-19	190.5;1120	171	137	Корма	16.7	FA = 0Y100N = 0
AL21	Clearwater Russet	Предпосевная обработка 15-16-11;посадка 46-0-0	1121;112	220	176	Корма	14.1	FA = 40Y100N = 40
KS21	Алверстоун Руссет	Предпосевная обработка 0-0-60;посадка 14-20-10	246;1121	157	125	Корма	15.3	FA = 40Y100N = 40
CB22	Горная жемчужина Красновато-коричневая			213	170	Зерновая кукуруза	20.4	FA = 88Y100N = 88
HL22	Горная жемчужина Красновато-коричневая	14–18–19	1121	157	125	Корма	50.3	FA = 40Y100N = 40
BC22	Горная жемчужина Красновато-коричневая	Предпосевная обработка 31-0-18; посадка 10-18-19	190.5;1121	171	137	Корма	25.8	FA = 20Y100N = 20
RG22	Дакота Руссет	14.91–13.85–14.91	1054	157	126	Ячмень	20.3	FA = 21Y100N = 21
AL22	Clearwater Russet	Предпосевная обработка 15-16-11;посадка 46-0-0	1121;112	220	176	Озимая пшеница	N/A	FA = 40Y100N = 40

Каждое поле было идентифицировано идентификатором вместо имени владельца по соображениям конфиденциальности. Вторая часть идентификатора относится к году эксперимента. Корма обычно состоят из смеси 60% красного клевера, 20% тимофеевки и 20% ржаной травы. Весеннее содержание нитратов в почве представляет собой среднее значение по полю при составном отборе проб почвы по зонам обработки на глубине 0-0,3 м. Концентрации аммония в почве были обнаружены на незначительном уровне и не сообщаются. Нормы орошения для Y100N и Y80N были одинаковыми

Почва на экспериментальных полях получена из местного ледникового тилля, образованного песчаниковой формацией, состоящей из чередования красных слоев земли пермо-каменноугольного периода (van de Poll, 1989). В результате относительно однородной геологии по всему острову почва на каждом поле была относительно однородной и характеризовалась как супесчаная (MacDougall et al., 1988). Перед посадкой картофеля на каждом поле было собрано небольшое количество образцов почвы с помощью ручного голландского шнека (диаметром 0,05 м). Эти образцы были протестированы на содержание органического вещества почвы (SOM) с использованием метода Бродбента (1965), pH с использованием робота Lignin pH robot, емкость катионообмена (CEC) на основе значений катионов в почве (Munroe, 2018), а также содержание нитратов и аммония в почве в соответствии с методом, описанным Мейнардом и др. (2008). Результаты, наряду с информацией о структуре почвы, включены в таблицу 2.Таблица

2 Параметры почвы

Идентификатор поля	pH	Органическое вещество почвы (%)	CEC (смоль / кг)	Песок (%)	Глина (%)
RG19	6.6	2.8	8.8	65	9–11
KM19	5.7	2.2	10.3	62–67	9–11
AT19	5.9	2.1	9.0	60	10
CB20	6.3	3.1	11.6	63–67	9–11
JW20	6.0	2.8	11.8	66	9–11
JV20	5.8	2.7	11.5	60–65	10–13
AS20	6.3	3.1	11.2	62–66	9–11
BC21	6.0	2.0	9.9	65	11
AL21	5.8	2.7	12.7	65–67	9–11
KS21	5.8	2.6	11.1	60	11–13
CB22	6.4	1.6	8.1	60	11–13
HL22	6.1	2.4	12.0	67	9–11
AL22	5.5	3.0	11.5	65–67	9–11
BC22	5.3	2.5	10.5	65	11
RG22	6.3	2.1	10.5	65	9–11

Вторая часть идентификатора поля относится к экспериментальному году. Информация о структуре почвы была взята из проекта цифровой почвенной карты PEI (личное общение с доктором Сяоюань Гэн). Другие свойства почвы представлены средними полевыми показателями при отборе проб почвы по зонам обработки на глубине 0-0,3 м.

Эксперимент включал четыре обработки: дождевание (DA) в качестве контроля, дополнительное орошение (SI) в соответствии со стандартными методами производителей (FA), SI, основанное на мониторинге влажности почвы (Y100N), и SI, основанное на мониторинге влажности почвы в сочетании с 20%-ным сокращением внесения удобрений (Y80N). Каждая из обработок Y100N и Y80N проводилась на разных участках размером примерно 30 на 30 м на большом поле, в то время как обработка FA проводилась на оставшейся площади. Из-за практических трудностей, связанных с внедрением рандомизации с использованием одной крупной ирригационной системы, обработки не были рандомизированы. Производители картофеля обычно воздерживаются от полива в июне и сентябре, поскольку осадков в эти месяцы, как правило, достаточно для роста растений картофеля (Jiang et al., 2021; 2022a). Орошение чаще используется в июле и августе, когда клубни набухают (Sexton et al., 2008). В целом, SI наблюдается менее чем на 6% площадей, ежегодно производящих картофель, в PEI (Jiang et al. 2022a).

Орошение было запланировано на еженедельной основе, поскольку длительный недостаток воды может отрицательно сказаться на растениях картофеля (Jiang et al., 2021; 2022a). Для обработки FA производители эмпирически рассчитывали на 20-30 мм воды в неделю при орошении, учитывая прогнозируемое количество осадков в июле и августе (Jiang et al. 2022a). Для обработок Y100N и Y80N орошение проводилось, когда объемная влажность почвы в верхних 0,3 м слоя почвы (измеренная с вершины картофельного холма) упала до 16%, что эквивалентно 50% влагоудерживающей способности (WHC) супеси. Эта стратегия была направлена на поддержание влажности почвы в пределах 50-85% WHC, рекомендованных King et al. (2020), Sexton et al. (2008) и Steele (2013). В 2019 и 2020 годах измерения влажности почвы проводились с помощью портативного измерителя HydroSense II (Campbell Scientific, Эдмонтон, Канада) в нескольких точках еженедельно, и среднее значение рассчитывалось для целей планирования полива. Когда средняя влажность почвы приближалась к 16% или опускалась ниже, орошение проводилось одинаково при обработке Y100N и Y80N с такой скоростью, чтобы верхние 0,3 м почвы увлажнились до уровня влажности 22% (т.е. 85% от WHC), принимая во внимание еженедельный прогноз осадков. В 2021 и 2022 годах были установлены автоматические датчики для мониторинга влажности почвы. Однако датчики не давали достоверных показаний. В течение этих двух лет производители эмпирически рассчитывали на подачу 20-30 мм воды в неделю при орошении с учетом прогнозируемого количества осадков.

Отбор проб и мониторинг

Ежегодно с каждого участка обрабатываемого поля убирали четыре репрезентативных ряда картофеля длиной 3,05 м для анализа урожайности клубней, за исключением 2019 года, когда за одну обработку было убрано шесть рядов. Собранные клубни были очищены, взвешены и пересчитаны в общую урожайность картофеля в Мг с гектара (т.е. тонну / га) с использованием коэффициента плотности, основанного на расстоянии между рядами картофеля и растениями. Сортировка клубней для оценки товарного урожая проводилась на предприятии сельского хозяйства и агропродовольственной промышленности Канады (AAFC) в Шарлоттауне для образцов 2019 года, в то время как образцы 2020-2022 годов сортировались на центральном сортировочном предприятии Cavendish Farms. Удельный вес рассчитывали с использованием репрезентативных клубней на основе их веса в воздухе и воде в соответствии с методологией, изложенной Гулдом (1995).

Количество осадков отслеживалось на месте с помощью дождемерных станций, обычно начиная с середины-конца июня или июля. Поскольку данные на местах были неполными и/или несопоставимыми из-за различий в начале мониторинга осадков, данные с метеорологических станций по охране окружающей среды и изменению климата Канады (ECCC, н.э.) в Саммерсайде (46 °26’28″северной широты, 63 °50’17″западной долготы), Нью-Глазго (46 °24’32,08″северной широты, 63 °21’01,04″западной широты) и Харрингтоне (46 °20’37″северной широты, 63 °10’11″северной широты Вместо этого были использованы W). Недостающие данные были дополнены с использованием имеющихся данных с близлежащих станций ECCC.

Статистический анализ

СМЕШАННАЯ процедура SAS (SAS Studio 3.81, 2012-2020, SAS Institute Inc., Кэри, Северная Каролина, США) использовалась для анализа общего и товарного урожая клубней и удельного веса за каждый год. В частности, средние значения обработки этих переменных использовались как независимые переменные с каждым местом расположения экспериментального поля в качестве повторения. Обработка рассматривалась как фиксированный фактор, а расположение поля — как случайный фактор. Хотя выбор сорта зависит от местоположения поля, это исследование все же позволило определить, благоприятен ли SI для производства картофеля. СМЕШАННАЯ процедура SAS также использовалась для изучения ежегодных колебаний урожайности в условиях достаточного водоснабжения (т. е. Достаточного количества осадков или недостаточного количества осадков в сочетании с орошением) и недостаточного водоснабжения (т. е. Недостаточного количества осадков без орошения), при этом год рассматривался как фиксированный эффект, а случайные эффекты опускались. В этом анализе проверялось, может ли SI эффективно снижать ежегодные колебания урожайности клубней. В обоих случаях были проведены множественные сравнения между фиксированными факторами с использованием опции DIFF в SAS.

Оценка затрат и выгод

Для оценки экономической эффективности SI была проведена оценка затрат и выгод. Чистая выгода от SI была определена путем вычета затрат на SI из валовой выгоды. Валовая выгода рассчитывалась как увеличение товарного урожая в результате применения SI, умноженное на продажную цену картофеля. Увеличение товарного урожая в результате применения SI оценивалось по результатам эксперимента. Урожайность клубней картофеля обычно увеличивается с начальным увеличением подачи воды (т. Е. Количество осадков + орошение), становится относительно нечувствительной к дальнейшему увеличению в широком диапазоне (A–B), а затем снижается при очень высоких уровнях подачи воды, следуя функции производства воды из картофеля (рис. 1) (Шейкевич и др. 2002; Юань и др. 2003; Росс 2006; Секстон 2008; Карам и др. 2014; Цзян и др. 2022a ). Такая реакция на урожайность клубней соответствует типичным функциям производства воды для сельскохозяйственных культур (English, 1990; Varzi, 2016; Foster и Brzovic, 2018). Функции производства воды в картофеле показывают, что увеличение урожайности клубней за счет SI уменьшается с увеличением количества осадков, уменьшаясь по мере приближения количества осадков к уровню ET_c (Jiang et al. 2022a). Временное распределение подачи воды также играет роль в формировании функции производства воды, поскольку на разных стадиях роста картофеля требуются различные нормы подачи воды (Shock et al., 1998; King et al., 2020). Поскольку во влажной среде количество осадков меняется ежегодно, что вызывает колебания требований к орошению, урожайности клубней и, следовательно, валовой выгоды от SI, краткосрочная оценка не может точно отразить влияние годовой изменчивости количества осадков на экономические показатели SI (Jiang et al. 2022a). Таким образом, был проведен анализ затрат и выгод на гектар в течение 23-летнего периода, что примерно соответствует типичному сроку службы существующих ирригационных систем. Предполагалось, что количество осадков за этот 23-летний период было таким же, как в Нью-Глазго с 2000 по 2022 год. В отсутствие функции производства воды местными культурами для прогнозирования увеличения урожайности клубней, ежегодное увеличение товарной урожайности из SI было экстраполировано из наблюдаемых значений в эксперименте или предыдущих исследованиях путем сопоставления исторических норм осадков с 2000 по 2022 год с теми, которые наблюдались в течение экспериментального периода. Этот процесс сопоставления приблизительно отражает взаимосвязь, определяемую функцией производства воды картофелем. Отпускные цены на картофель и закупочные цены на создание и обслуживание ирригационных систем были приведены к ценам 2018 года для сравнительных целей.

Оценка затрат, связанных с типичными системами орошения в PEI, была произведена с помощью четырех производителей. Этим производителям принадлежали поля RG19, JW20, CG21 и BC21, хотя данные о стоимости не обязательно были получены с экспериментальных полей. Два производителя предоставили данные о стоимости орошения для центральных опор (pivot I и pivot II), один предоставил данные о стоимости орошения с использованием катушки для шланга и разбрызгивателя, а другой поделился информацией о стоимости катушки для шланга и тележки для стрелы. Pivot I использовался для ежегодного орошения поля площадью 38,5 га с помощью специальной системы водоснабжения, в то время как меньший pivot II перемещался взад и вперед для орошения двух соседних полей площадью 20 га в год с помощью общей системы водоснабжения. Катушечный дождеватель использовался для ежегодного обслуживания двух полей площадью 20 га, каждое из которых оборудовано отдельной системой водоснабжения. Аналогичным образом тележка с катушечной стрелой перемещалась взад и вперед, чтобы ежегодно охватывать два поля площадью 20 га с отдельными системами водоснабжения.

Общая стоимость каждой ирригационной системы включала ежегодные затраты на владение и эксплуатацию (Silver et al., 2011). Ежегодные затраты на владение включали амортизацию основного капитала и выплаты процентов. Капитальные затраты покрывали покупку оборудования, установку трубопроводов, строительство резервуара для воды (или пруда) и аксессуаров (например, поплавкового насоса и встроенного в пруд насоса), подключение к электросети (линия электропередачи, электрическая панель и электропроводка), бурение скважины и установку насоса. Эксплуатационные расходы включали услуги (настройку / упаковку, эксплуатацию / мобилизацию системы и подписку на приложение) и топливо / электроэнергию. Общие капитальные затраты за весь срок службы основных фондов были пересчитаны в год, чтобы обеспечить единые годовые капитальные затраты на гектар, включая проценты. В этом процессе предполагалось, что срок службы основного средства составляет 25 лет, а годовая норма износа составляет 8,1% (т. е. Остаточная стоимость составляла 12% от общих капитальных затрат) (Manitoba Agriculture Farm Management 2020). Большинство производителей согласились с тем, что обычно был получен банковский кредит на 85% капитальных вложений, а общая сумма процентов в течение 25 лет рассчитывалась с использованием годовой ставки 5% в течение пятилетнего срока, амортизируемого в течение 25 лет. Ежегодная выплата процентов была рассчитана в расчете на гектар как общая сумма выплаченных процентов, разделенная на 25 лет.

Результаты

Погода

Среднегодовые нормы осадков с 2000 по 2022 год в Саммерсайде, Нью–Глазго и Харрингтоне составили 961 мм, 1107 мм и 1106 мм соответственно, при этом среднее общее количество осадков (июнь-сентябрь) составило 334 мм, 389 мм и 348 мм соответственно (ECCC n.d.). Одной из ключевых причин более низких среднегодовых значений осадков и общего общего количества осадков в Саммерсайде является то, что метеостанция потеряла многие точки данных из-за неисправности оборудования. Следовательно, данные об осадках из Нью-Глазго были использованы для расчета долгосрочных средних значений, в то время как данные об осадках за 2019-2022 годы из Саммерсайда были использованы для расчета сезонных осадков, при этом недостающие точки данных были заполнены данными с близлежащих метеостанций. Месячная потребность растения картофеля в воде (рис. 2) была рассчитана на основе потенциальной эвапотранспирации, оцененной с использованием уравнения Линакра (Linacre, 1977), умноженного на коэффициент урожайности (Jiang et al., 2022a). Количество осадков в июне и сентябре обычно превышало потребность растений картофеля в воде, что приводило к нечастым дождям в эти месяцы в PEI. Однако в июле и августе обычно выпадало меньше осадков, чем требуется растениям для полива (рис. 2), что делает полив необходимым в засушливые годы.

В 2019 году общее количество осадков в Саммерсайде достигло 463 мм, что на 19% выше среднего многолетнего показателя (рис. 2). С 1 июля по 18 сентября выпало 289 мм осадков, что сопоставимо с нормами осадков на территории от 228 до 329 мм за тот же период (рис. 2). Относительно большие различия в количестве осадков на участках были вызваны не только пространственными различиями; частично это было вызвано различиями в начале мониторинга осадков. Несмотря на более высокое общее количество осадков, 30,4 мм осадков в июле выпало на 61% меньше, чем в среднем за длительный период в 77 мм (рис. 2; Дополнительный материал, таблица 5). Отсутствие осадков в июле и начале августа привело к длительному периоду засухи в 2019 году. Сезон 2020 года был вторым по засушливости с 2000 по 2020 год (Jiang et al. 2022a; Дополнительный материал, таблица 5). Количество осадков в Саммерсайде в 2020 году составило всего 239 мм, что на 39% меньше среднего долгосрочного показателя. Количество осадков в июле — 31,6 мм, что на 59% меньше среднего показателя. Хотя в августе выпало 95 мм осадков, что соответствует среднему многолетнему показателю, 81% этих осадков выпало после 24 августа (рис. 3 и 4). Количество осадков в июне было на 83% ниже среднего многолетнего показателя в 101 мм, что привело к значительному снижению переносимой влажности почвы. Этот дефицит осадков в сочетании с неравномерным распределением осадков во времени в июле и августе и недостатком переносимой влаги в почве привел к длительному периоду засухи на этапах формирования клубней и набухания.

В 2021 году выпало 431 мм осадков, что на 10,5% больше, чем в среднем за долгосрочный период (рис. 2). В течение сезона 2021 года датчики на местах BC21 и AL21 зафиксировали 465 мм, в то время как датчик на KS21 показал 358 мм. Более низкое значение KS21 было частично вызвано отсутствием данных об осадках за июнь. Данные мониторинга на месте были аналогичны данным ECCC Summerside. Хотя количество осадков в июне (43 мм) и августе (60 мм) было на 57% и 37% меньше, чем соответствующие долгосрочные средние значения 101 мм и 95 мм (рис. 2), в июле (132 мм) и сентябре (195 мм) количество осадков превысило средние значения на 71% и 68% (77 мм и 116 мм соответственно). В целом, общее количество осадков в 2021 году превысило средний уровень, и любой дефицит осадков в определенные периоды, вероятно, был частично компенсирован переносимой влагой почвы, обеспечивающей картофель достаточным количеством воды. В 2022 году общее количество осадков в Саммерсайде (436 мм) было немного выше среднего многолетнего показателя и потребности картофеля в воде. Месячное количество осадков GS близко соответствовало месячной потребности растений картофеля в воде (рис. 2). Меньшее количество осадков в BC22, вероятно, было связано с отсутствием данных об осадках в начале июня в результате мониторинга осадков на месте. Эти данные свидетельствуют о том, что норма осадков GS и временное распределение в 2022 году были благоприятными для роста растений картофеля. В 2023 году в четырех хозяйствах были проведены эксперименты SI; однако из-за большого количества осадков GS (458 мм) производители воздержались от орошения. Данные за 2023 год здесь не представлены.

С 2000 по 2022 год безморозный период в PEI составлял от 100 до 160 дней. Средние температуры воздуха в Саммерсайде в июне, июле, августе и сентябре за тот же период составили 15,3 ℃, 19,8 ℃, 20,1 ℃ и 14,6 ℃ соответственно (рис. 5). В период с 2019 по 2022 год примерно в половине месяцев GS температура была близка к средним многолетним значениям. Однако среднемесячные температуры в сентябре 2019 года, июне 2020 года, июне и июле 2021 года и сентябре 2022 года были на 1,3 ℃ ниже, на 1,1 ℃ выше, на 2,3 ℃ выше, на 1,9 ℃ ниже и на 0,6 ℃ выше соответствующих долгосрочных среднемесячных значений.

Орошение и влажность почвы

В 2019 году три производителя использовали SI с конца июля по конец августа. Производители орошали от трех до семи раз с расходом примерно 25 мм воды на внесение (рис. 3; Таблица 1). Из-за ограничений в изменении сроков полива для различных обработок с использованием одной крупной ирригационной системы площади FA и Y100N орошались одновременно, хотя и с несколько разными скоростями (рис. 3). Следовательно, показатели влажности почвы при обработке FA и Y100N были сопоставимы и стабильно выше, чем те, которые наблюдались на контрольном участке (DA) на всех четырех участках в период орошения в конце июля и августе. Однако уровень влажности почвы иногда опускался ниже нижнего порога в 16% для супесчаных почв в июле и августе (рис. 3). Это было связано с несколькими потенциальными факторами: задержкой полива, когда влажность почвы уже упала ниже порогового значения, недостаточными нормами и периодичностью полива, несоответствием между эмпирическими параметрами удержания почвы и типом почвы и / или недостаточным учетом эффективности ирригационного оборудования. Уровни влажности почвы были одинаковыми в зонах обработки до орошения, что указывает на относительную однородность влажности почвы при отсутствии орошения на участке поля. Полив на RG19 28 августа в дополнение к обильному количеству осадков, выпавших около 30 августа, повысил влажность почвы до 28%. Даже без полива на AT19 около 30 августа влажность почвы также повысилась до 27%. Эти уровни влажности были выше полевых на 26%, что, вероятно, привело к вымыванию нитратов. Вымывание нитратов в течение того же периода также наблюдалось на другом поле в ПЕЙ (Jiang et al. 2022b). Эти данные в совокупности подтверждают, что количество осадков в PEI сильно варьируется не только в годовом исчислении, но и от месяца к месяцу.

В 2020 году четыре производителя провели разное количество поливов — от семи до 18 поливов примерно по 25 мм каждый при обработке FA и Y100N (рис. 4; Таблица 1). В целом при обработке Y100N было проведено больше орошения, чем при обработке FA, хотя сроки были аналогичными. Как и в 2019 году, показатели влажности почвы перед началом орошения в начале июля были одинаковыми при DA, FA и Y100N, что свидетельствует о постоянном характере влажности почвы при отсутствии орошения по всему полю. Предполагалось, что уровни влажности почвы при обработке Y80N будут аналогичными уровням при обработке Y100N, поскольку обе обработки получали одинаковый полив и располагались рядом друг с другом на каждом поле. На участках AS20, CB20 и JW20 уровни влажности при обработке FA и Y100N оставались сопоставимыми из-за низких различий в нормах орошения, используемых производителями для этих обработок (рис. 4; Таблица 1). И наоборот, на JV20 применение значительно более высоких норм орошения для обработки Y100N по сравнению с обработкой FA привело к существенно более высоким показателям влажности в первом (рис. 4; Таблица 1). Как и ожидалось, на орошаемых площадях неизменно наблюдался более высокий уровень влажности, чем на неорошаемых площадях на всех полях в течение сезона орошения, при этом более высокие нормы орошения приводили к повышению уровня влажности почвы. Например, при обработке CB20 FA и Y100N были получены самые высокие нормы орошения и, как и ожидалось, были самые высокие уровни влажности почвы среди всех участков, которые поддерживались выше нижнего порога орошения в 16% для супесчаного суглинка с начала августа по начало сентября. На 20-м году Департамент окружающей среды PEI приостановил забор воды из поверхностного источника в августе для защиты водной среды обитания. Это повлияло на способность фермы осуществлять орошение и, следовательно, снизило влажность почвы. Примечательно, что показатели влажности почвы как в 2019, так и в 2020 годах не показали существенной реакции на SI при орошении, несмотря на стабильно более высокие значения, чем при неорошаемой обработке. Это отсутствие реакции было связано со сроками измерения влажности, полученными через один или два дня после орошения, усреднением показаний по глубине 0-0,3 м и относительно низкой частотой (т.е. еженедельный) анализ показаний, что способствует незначительным пикам в данных. Как и в 2019 году, влажность почвы в 2020 году не поддерживалась стабильно выше установленного нижнего порога в 16% из-за проблем, упомянутых выше.

В 2021 году BC21 не применяли никакого орошения, в то время как AL21 и KS21 применяли только 40 мм из-за большого количества осадков (рис. 2; Таблица 1). Следовательно, обработки DA, FA и Y100N были идентичны в BC21, а обработки FA и Y100N были идентичны в AL21 и KS21. Как и в 2021 году, в 2022 году все пять производителей проводили орошение с низкой нормой, от 20 до 88 мм, из-за большого количества осадков (рис. 2; Таблица 1), без изменений в нормах орошения у FA, Y100N и Y80N. Данные о влажности почвы за 2021 и 2022 годы не представлены, поскольку автоматические датчики не смогли получить достоверные показания, а ручные показания не снимались. Поскольку осадков было достаточно для производства картофеля, а орошение в эти два года проводилось нечасто, отказ датчиков влажности почвы не оказал существенного влияния на эксперименты.

Урожайность клубней и реакция на удельный вес

Годовые сравнения урожайности клубней и удельного веса приведены в таблице 3. В 2019 году внедрение SI в FA и Y100N значительно увеличило как общий, так и товарный урожай клубней на 39-44% и 52-63% соответственно по сравнению с неорошаемым производством (DA) (таблица 3). SI также повысила соотношение урожая товарных клубней к общему урожаю клубней с 79% до 86-90%. Однако урожайность клубней при FA и Y100N существенно не отличалась, в первую очередь потому, что их водоснабжение отличалось лишь незначительно (таблицы 1 и 3). В 2020 году применение SI при обработке FA, Y100N и Y80N значительно увеличило общий урожай клубней на 60-64% и товарный урожай клубней на 76-84%, повысив соотношение товарного урожая к общему с 67% до 74-76% по сравнению с DA (таблица 3). Эти значительные различия были связаны с сильной засухой в 2020 году. В 2021 году не было существенной разницы в урожайности клубней при неорошаемом производстве и производстве SI, главным образом потому, что производители либо поливали до 40 мм, либо вообще воздерживались от полива из-за большого количества осадков, равномерно распределенных во времени (таблицы 1 и 3). Аналогичным образом, в 2022 году внедрение орошения не оказало существенного влияния на общую и товарную урожайность по сравнению с неорошаемым производством (DA), опять же из-за высокого и благоприятно распределенного количества осадков, что привело к низким нормам орошения (таблицы 1 и 3). Неизменно в течение всех лет сокращение внесения удобрений на 20% существенно не изменяло урожайность клубней при достаточном водоснабжении, независимо от того, были ли источником воды только дождевые осадки или сочетание дождевых осадков и орошения. Это говорит о том, что внесение удобрений на опытные поля можно сократить без ущерба для урожайности. При повторном использовании полевых участков существенных различий в удельном весе между обработками не наблюдалось, независимо от норм подачи воды, хотя значительное влияние на удельный вес было очевидно на некоторых полях / годах (см. Дополнительные материалы, таблицы с 2 по 4).

Таблица 3 Влияние обработки на урожайность клубней и их удельный вес

	Общая урожайность (Мг / га)	Товарная урожайность (Мг / га)	Удельный вес(г /см3)
2019
DA	38.4a	30.4a
FA	55.4б	49.7б
Y100N	53.4б	46.2б
Y80N
Стандартная ошибка	3.8	4.1
Значение p	0.065	0.057
2020
DA	28.8a	19.3a	1.0894
FA	46.0б	33.9б	1.0904
Y100N	47.4б	35.0б	1.0875
Y80N	46.4б	35.5б	1.0900
Стандартная ошибка	2.6	2.3	0.002
Значение p	0.0004	0.0012	0.76
2021
DA	43.7	36.2	1.0854
FA	46.2	37.9	1.0867
Y100N	44.8	36.7	1.0906
Y80N	43.4	35.3	1.0855
Стандартная ошибка	2.37	2.29	0.006
Значение p	0.82	0.86	0.38
2022
DA	50.2	45.3	1.0877
FA	50.7	44.3	1.0907
Y100N	47.8	42.4	1.0929
Y80N	51.2	47.4	1.0922
Стандартная ошибка	2.3	2.8	0.003
Значение p	0.579	0.277	0.144

Средние показатели разделения проводились в течение каждого года с учетом местоположения поля в качестве повторения. Значения с одинаковыми буквами существенно не различаются при p = 0,1. Множественные сравнения не проводились, если p <0,1

Межгодовые сравнения урожайности клубней представлены на рис. 6. При проведении СМЕШАННОЙ процедуры в SAS для этого сравнения данные об урожайности клубней для обработки DA в 2019 и 2020 годах (которые включали длительные периоды засухи) были сгруппированы по годам, чтобы отразить условия недостаточного водоснабжения. Данные об урожайности для FA и Y100N в 2019 году, FA, Y100N и Y80N в 2020 году и DA, FA, Y100N и Y80N в 2021 и 2022 годах были объединены, чтобы представить достаточные условия водоснабжения. Отсутствие продолжительных периодов засухи в 2021 и 2022 годах не позволило провести анализ недостаточного водоснабжения в те годы. В отсутствие SI (т. е. При недостаточном водоснабжении) производители испытали значительную потерю 29,4% и 38,2% общего урожая и 36,7% и 44,5% товарного урожая в среднем в 2019 и 2020 годах (рис. 6). Средняя товарная урожайность при недостаточном водоснабжении составила 25,2 Мг / га, что на 19,2% ниже по сравнению со средним показателем по провинции за 2000-2018 годы в 31,2 Мг / га (Jiang et al. 2021). При достаточном водоснабжении товарная урожайность по-прежнему колебалась в годовом исчислении от 34,8 до 48 Мг / га, при этом в сезоне 2019 года были получены самые высокие общие и товарные урожаи, за которыми следуют 2022, 2021 и 2020 годы. Причины исключительно высоких урожаев в 2019 году требуют дальнейшего изучения. Более высокие урожаи в 2022 году были связаны с благоприятным количеством осадков и временным распределением. Кроме того, использование высокоурожайного горного самоцвета Руссет на трех из пяти участках, вероятно, способствовало повышению урожайности в 2022 году. Относительно небольшое количество осадков в июне и августе в сочетании с ограниченным орошением способствовали относительно низкой урожайности в 2021 году. Более низкие урожаи в 2020 году частично могут быть результатом недостаточного орошения при AS20, вызванного приостановкой забора воды Департаментом окружающей среды PEI в августе для защиты водной среды обитания. Урожайность при неорошении в 2020 году была заметно ниже, чем в 2019 году, из-за более сильной засухи 2020 года (рис. 6). Благодаря SI урожайность в 2020 году была сопоставима с урожайностью в сезоне 2021 года с достаточным количеством осадков, что указывает на то, что SI обладает потенциалом для эффективного смягчения ежегодных колебаний урожайности клубней в меняющихся климатических условиях. Средняя урожайность товарных клубней при достаточном водоснабжении составила 41 Мг / га, что на 31,4% выше среднего показателя по провинции за 2000-2018 годы. Эти результаты подчеркивают решающую роль SI в обеспечении экономической устойчивости производства картофеля в сезоны, характеризующиеся длительными периодами недостаточного количества осадков, особенно на решающих стадиях роста растения.

Анализ затрат и выгод

Среди статей затрат (таблица 4) стоимость владения составила 61%, 84%, 48% и 70% от общих затрат на центральные шарниры I и II, катушку для шланга и дождевальный аппарат, а также катушку для шланга и тележку для стрелы соответственно. Это означает, что производителям приходилось оплачивать большую часть общих годовых затрат на орошение за наличие оросительной системы, независимо от того, проводили ли они полив и как часто. Pivot I оказалась на 52% дороже pivot II, поскольку это более крупная система, за один проход которой покрывается примерно в два раза больше площади, чем pivot II. Хотя два pivot требовали аналогичных инвестиций в развитие системы водоснабжения и использовались для орошения одинаковой общей площади за один год, общие годовые затраты на использование pivot II для орошения были примерно на 52% ниже. Это произошло из-за того, что pivot II перемещался взад и вперед для орошения двух полей площадью 20 га с общей системой водоснабжения, что снижало капитальные затраты на единицу продукции. Кроме того, стоимость обслуживания pivot II, которая имела доступ к более дешевому источнику питания, была ниже. Общие затраты на катушечный дождеватель были значительно выше, чем на системы с двумя шарнирами и стреловой тележкой. Стоимость владения катушечным дождевальным аппаратом была выше, он работал на дизельном топливе, что приводило к более высоким эксплуатационным расходам. Эти данные о затратах свидетельствуют о том, что различные ирригационные системы требуют разного уровня инвестиций и что затраты на эксплуатацию и водоснабжение зависят от поля. Использование параметров для конкретного участка, включая тип ирригационной системы, финансовые переменные, нормы амортизации капитала, затраты на электроэнергию / топливо и обслуживание, позволило бы получить более точную оценку.

Таблица 4 Затраты на дополнительное орошение для производства картофеля

Ирригационное оборудование и система водоснабжения	Pivot I покрывает одно поле площадью 38,5 га в год специальной системой водоснабжения	Pivot II охватывает два поля площадью 20 га в год с общей системой водоснабжения	Мотовило для шланга и дождевальная установка охватывают два поля площадью 20 га в год отдельными системами водоснабжения	Катушка для шланга и тележка для стрелы охватывают два поля площадью 20 га в год с отдельными системами водоснабжения
Оборудование ($ / га)	140,000/38.5	92,000/40	68,000/40	100,000/40
Трубопроводы ($ / га)		28,000/40	56,000/40	130,680/40
Водоем + принадлежности ($ / га)		45,000/40	83,000/40	45,000/40
Скважина (ы) + насос (ы) ($ / га)		30,000/40	90,000/40	75,000/40
Доступ к электроэнергии ($ / га)		15,000/40	450,00/40
Общие активы ($ / га)	250,000/38.5	210,000/40	342,000/40	350,680/40
Амортизация ($ / га /год)	230	183	297	305
Проценты ($ / га / год)	204	131	252	219
Стоимость владения ($ / га / год)	434	314	549	524
Потребление электроэнергии / топлива ($ / га / год)	13		256	124
Услуги ($ / га /год)	255		333	99
Подписка на приложение ($ / га / год)	7
Эксплуатационные расходы ($ / га / год)	275	59	589	223
Общие затраты ($ / га / год)	709	373	1138	747
Увеличение товарной урожайности от орошения, необходимое для достижения безубыточности (Мг / га / год)	2.8	1.5	4.5	2.9

Все затраты указаны в канадских долларах 2018 года (или приблизительно равны им). Эксплуатационные расходы были основаны на пяти поливах в год.

Для оценки увеличения урожайности товарных клубней с помощью SI каждый год с 2000 по 2022 год был отнесен к одной из трех категорий в зависимости от характера выпадения осадков: к категории «очень сухой» (тип 2020 года), «тип 2019» и «влажный» (тип 2022). В категорию «Очень засушливых» вошли 2 наблюдаемых года: 2001 и 2020 гг. Количество осадков в 2019 году характеризовалось наименьшим количеством осадков в июле (23,6 мм) с 2000 по 2022 год (исключая 2001 и 2020 годы) (Дополнительный материал, таблица 5). Количество лет, выпадающих на 2019 год, было определено путем подсчета всех лет, в которых количество осадков в июле составляло менее 50% от 77 мм – медианного количества осадков в июле. Годы, соответствующие этому критерию, включали 2018, 2012 и 2008 годы. В дополнение к этим трем годам еще один год был отнесен к категории осадков типа 2019 года для консервативной оценки. В общей сложности пять лет (включая 2019 год) с 2000 по 2022 год относятся к категории 2019 года. Оставшиеся 16 лет (включая 2021, 2022 и 2023 годы) были отнесены к категории влажных, при которых либо выпадало достаточное количество осадков, либо количество осадков было настолько близко к оптимальному уровню водоснабжения, что СИ либо не внедрялось, либо внедрялось с низкой интенсивностью. Периодичность выпадения осадков в 2019 году составляет 5/23 года, а в 2022 году — 16/23 года, что соответствует доле лет, попадающих в каждую категорию осадков за период 2019-2023 годов: 1/5 года были засушливыми, а 3/5 года — влажными. Предполагается, что использование SI в 2001 году повысило бы товарную урожайность до средней урожайности 2020 года (15,5 мг / га / год), как показано на рис. 6 валовая выгода от SI за эти два засушливых года составила бы 7874 долл. / га, исходя из продажной цены картофеля в 2018 году в 254 долл. / Мг (AAFC 2022). Предполагая, что в остальные четыре года 2019 года также наблюдалось повышение товарной урожайности на 4,4 Мг / га / год, как наблюдалось при AT19 и соответствовало предыдущим исследованиям (Belanger et al. 2000; Sexton 2008; Afzaal et al. 2020; Хакбанзан и др. 2023), валовая выгода за пять лет типа 2019 года составила бы 5588 долларов с га. Увеличение урожайности в оставшиеся 16 лет привело бы к незначительному увеличению товарной урожайности. Суммирование валовых выгод дает в общей сложности 13 462 доллара с га за 23 года, что соответствует сценарию средней выгоды. Рассмотрение двух самых засушливых лет как приносящих пользу от SI, а оставшихся 21 года — как не приносящих никакой пользы от SI, представляет собой сценарий с низкой выгодой. Если предположить, что изменение климата приведет к еще одному засушливому году, аналогичному 2020 году, в общей сложности 3 засушливых года, пять лет типа 2019 года и 15 лет с повышенной влажностью, получается сценарий с высокой выгодой. Хотя общие затраты зависят от частоты полива, для простоты при расчете затрат предполагалось пять поливов в год при внедрении. Это допущение сделано потому, что расходы на владение составляют преобладающую часть затрат, и включение или исключение одного или двух применений существенно не меняет общую стоимость. Обратите внимание, что затраты включали затраты на владение только в течение нескольких лет без предполагаемого возникновения СИ.

Валовая выгода для трех сценариев выгод приведена в таблице 5. Сравнение затрат с валовой выгодой показывает, что опорные системы I и II принесут прибыль в размере 68 долларов с га в год и 264 доллара с га в год при сценарии средней выгоды, в то время как системы с катушечным дождеванием и стреловой тележкой понесут убытки в размере 143 долларов с га в год и 6 долларов с га в год соответственно. При сценарии с низкой выгодой три из четырех ирригационных систем будут постоянно нести убытки, в то время как pivot II принесет прибыль в размере 21 долл. / га в год. И наоборот, все четыре ирригационные системы станут прибыльными в долгосрочной перспективе при сценарии с высокой выгодой.

Таблица 5 Сравнение затрат и выгод от дополнительного орошения для производства картофеля

Система орошения	Общие затраты с 2000 по 2022 год ($ / га)	Общая валовая выгода за период с 2000 по 2022 год ($ / га)			Годовая чистая выгода ($ / га / год)
		Низкий	Средний	Высокий	Низкий	Средний	Высокий
Сводная таблица I	11907	7874	13462	17399	-175	68	239
Pivot II	7390	7874	13462	17399	21	264	435
Моток шланга и дождевальная установка	16743	7874	13462	17399	-386	-143	28
Катушка для шланга и стреловидная тележка	13605	7874	13462	17399	-249	-6	165

Все затраты и выгоды указаны в канадских долларах 2018 года (или приблизительно равны им)

Обсуждение

Влияние SI и нормы внесения удобрений на урожайность клубней

Урожайность клубней картофеля обычно достигает максимального уровня, когда водоснабжение (т. е. количество осадков + орошение) приближается к уровню ET_c (рис. 1). Используя среднее значение ET_c в 353 мм (Belanger et al. 2000; Xing et al. 2008; Sexton et al. 2008; Silver et al. 2011; Parent and Antil 2012; Jiang et al. 2022a) в качестве эталона для оптимального водоснабжения, общее количество осадков в 2019 году (463 мм) превысило оптимальное количество на 31%. Однако количество осадков в июле (30 мм) было на 78% ниже среднего значения ET_c за июль (137 мм) (рис. 2). Отсутствие осадков в июле и начале августа привело к продолжительной засухе, что отрицательно сказалось на урожайности картофеля с неорошаемым покрытием. Тестируемые сорта красно-коричневого цвета обычно набухают в течение этих месяцев и чувствительны к дефициту влаги (Sexton et al., 2008). Эта засуха частично объясняет, почему SI значительно (p < 0,1) повысил урожайность клубней при переработке картофеля в 2019 году, что согласуется с наблюдениями из Орегона, США, и Альберты, Канада, указывающими на то, что даже кратковременные периоды нехватки воды могут значительно снизить урожайность и качество клубней (Lynch et al. 1995; Shock et al. 1998; King et al. 2020). Общее количество осадков в 2020 году (239 мм) было на 32% ниже среднего по ET_c, что представляет собой значительный сезонный дефицит. В месячном исчислении количество осадков в июне (17 мм) было на 83% ниже среднего многолетнего показателя в 101 мм (рис. 2), что снижает количество влаги, которое потенциально может быть перенесено в июль. Недостаточное количество осадков продолжалось в июле и начале августа: в июле выпало всего 32 мм осадков, что на 77% ниже ET_c. В августе выпало 95 мм осадков, что на 29% меньше по сравнению с ET_c (134 мм), при этом 81% осадков выпало после 24 августа. Количество осадков ниже среднего GS в сочетании с неравномерным распределением по времени привело к длительному периоду засухи на этапах формирования клубней и набухания. Эта сильная засуха объясняет, почему SI последовательно и значительно повышала урожайность клубней на всех участках и сортах.

Количество осадков GS в 2021 году было на 22% выше, чем в ET_c (рис. 2). Хотя количество осадков в июне (43 мм) и августе (60 мм) было на 45% и 55% ниже значений ET_c, в июле (132 мм) и сентябре (195 мм) количество осадков было близко к значениям ET_c и на 178% выше, соответственно. Поскольку общее количество осадков GS превысило ET_c, дефицит осадков в некоторые периоды, вероятно, был смягчен либо переносимой влажностью почвы, либо последующим увеличением количества осадков. В результате урожайность клубней после богарного орошения в 2021 году была относительно высокой. SI оказал незначительное влияние на урожайность клубней в 2021 году, поскольку нормы орошения были низкими, а количество осадков — относительно высоким. Сокращение внесения удобрений на 20% существенно не повлияло на урожайность клубней, независимо от полива. Это связано с тем, что внесение удобрений на уровне 80 Н / га (например, 120 кг / га) является достаточным для картофеля красновато-коричневого типа в PEI, где рост картофеля ограничен относительно коротким вегетационным периодом и, следовательно, требует относительно небольшого внесения удобрений. Кроме того, содержание нитратов в почве перед посевом было относительно высоким на многих полях (таблица 1), а корма с преобладанием красного клевера в предыдущем году обеспечивали высокое содержание азота (Liang et al., 2019; Azimi et al., 2022; Jiang et al., 2022b). Как и в 2021 году, количество осадков GS в 2022 году было на 23% выше, чем в ET_c, при этом месячное количество осадков распределялось равномерно. Норма подачи воды, вероятно, находилась в нечувствительной зоне функции водопродукции для исследуемых полей / сортов, что привело к отсутствию существенной реакции урожайности на SI в 2022 году. Показатели урожайности клубней с 2019 по 2022 год в целом соответствовали функциям производства воды картофелем, описанным в литературе (Шейкевич и др., 2002; Юань и др., 2003; Росс, 2006; Секстон, 2008; Карам и др., 2014; Цзян и др., 2022a).

Хотя дополнительное орошение привело к значительному увеличению урожайности клубней в 2019 году, величина увеличения значительно различалась на трех участках (Дополнительный материал, таблица 1), что может быть связано с другими факторами. Общее количество воды в KM19 и AT19 было одинаковым, но внесение 65-80 мм SI в KM19 увеличило товарную урожайность на 23 мг / га (76-78%), в то время как 103-128 мм SI в AT19 (примерно на 60% выше, чем в KM19) увеличило товарную урожайность только на 3,9–4,1 мг / га (11-12%) по сравнению с неорошаемым производством. Заметно более песчаные почвы на участке DA в КМ19, возможно, способствовали неравенству урожайности. Различия в сортах также могли способствовать разной урожайности. Несмотря на небольшую разницу в норме орошения (30 мм) и схожие показатели влажности почвы при обработке FA и Y100N на RG19, различия в общей и товарной урожайности между двумя обработками были существенными, достигнув 9,4 и 10 Мг / га соответственно (Дополнительный материал, таблица 1). Такого значительного увеличения урожайности в результате дополнительного орошения всего на 30 мм не наблюдалось ни на каких других участках / сортах / годах. Хотя RG22 и RG19 были представлены на одном и том же участке в два разных года, испытание 2022 года (т.Е. RG22 в дополнительном материале, таблица 4) не повторило высоких урожаев клубней, наблюдавшихся в испытании 2019 года (т.Е. RG19), в отличие от других полей, на которых в 2022 году были высокие урожаи благодаря благоприятным осадкам. Исследование, проведенное на исследовательской ферме AAFC Harrington в PEI, показало, что использование капельного орошения повысило товарную урожайность красновато-коричневого картофеля Burbank с 40,8 Мг / га при неорошаемом производстве до 42,3 Мг / га при использовании SI при объединении данных об урожайности за 2017 и 2018 годы, хотя увеличение не было статистически значимым (Хакбазан и др., 2023). Общее количество осадков в Харрингтоне в 2017 и 2018 годах составило 300 и 362 мм (Jiang et al. 2022a). Афзаал и др. (2020) сообщили, что использование дождевальной установки на участке, расположенном в той же области, что и в настоящем исследовании, увеличило урожайность товарных клубней красновато-коричневого картофеля Burbank с 35.с 5 до 38,3 Мг/ га в 2018 году и с 30,9 до 34,5 мг/ га в 2019 году, хотя увеличение не было статистически значимым. Увеличение урожайности в результате применения SI на уровне AT19 было очень похоже на значения, сообщенные Belanger et al. (2000), Sexton (2008), Afzaal et al. (2020) и Khakbazan et al. (2023) при сопоставимых условиях выпадения осадков (которые не были похожи на низкие уровни осадков в 2001 и 2020 годах). Это расхождение позволяет предположить, что значительное повышение урожайности на RG19 и KM19 произошло не только за счет SI. Остается неясным, повлияли ли события по вымыванию нитратов, произошедшие в конце августа (см. раздел «Орошение и увлажнение»), на динамику урожайности. Необходимы дальнейшие исследования для количественной оценки реакции урожайности клубней на SI, когда длительные периоды засухи совпадают с зарождением и набуханием клубней, особенно когда общее количество осадков GS достаточно и происходит вымывание нитратов. Увеличение товарной урожайности на 4,4 Мг / га при AT19 соответствовало данным о урожайности, наблюдавшимся в предыдущих исследованиях. По этой причине при анализе затрат и выгод использовались данные об урожайности из AT19, а не среднее значение по участку за 2019 год.

Влияние SI и нормы внесения удобрений на удельный вес

На удельный вес влияют различные факторы, включая сорт, время посадки, качество и размер семян, плотность посадки, запас питательных веществ и воды, сорняки, болезни, насекомых и тип почвы (Hegney, 2019). Количество поливаемой воды и частота внесения также влияют на удельный вес. Нехватка воды в период вегетации может привести к снижению удельного веса (Hegney, 2019). Рассматривая местоположение поля как повторное, анализ данных по удельному весу за период с 2020 по 2022 год, охватывающих диапазон подачи воды от 239 мм до 509 мм для пяти сортов, показал, что колебания в подаче воды и удобрений незначительно повлияли на удельный вес, хотя сравнения в полевых условиях показали значительное влияние на некоторых полях. Например, в 2020 году, втором самом засушливом сезоне с 2000 по 2022 год, изменение подачи воды с исключительно дождевого до 509 мм с добавлением SI и сокращение внесения удобрений на 20% существенно не изменили удельный вес на трех из четырех полей (Дополнительный материал, таблица 2), но SI с уменьшением количества удобрений (Y80N) привел к значительно более высокому удельному весу при JV20 по сравнению с Y100N, что предполагает сложную взаимосвязь между удобрениями и орошением. В 2022 году уменьшение количества удобрений не повлияло на удельный вес ни на одном из полей, но увеличение подачи воды с помощью SI значительно повлияло на удельный вес на трех из пяти полей (Дополнительный материал, таблица 4). Заметная тенденция наблюдалась в 2022 году, когда увеличение подачи воды с 400-438 мм до 478-488 мм увеличило удельный вес Mountain Gem Russet в CB22 и HL22 до уровня, сопоставимого с BC22, где общий объем подачи воды составлял всего 393 мм (Дополнительный материал, таблица 4). Эта тенденция противоречит идее о том, что удельный вес картофеля уменьшается с увеличением подачи воды (Porter et al., 1999; Hegney, 2019). Хотя общее водоснабжение было аналогичным в 2021 и 2022 годах, а в 2022 году было более равномерное и, следовательно, более благоприятное распределение осадков во времени, удельный вес в 2022 году был более чувствителен к орошению по сравнению с 2021 годом, хотя значения в 2021 году не обязательно были выше. Неясно, было ли это ежегодное расхождение в удельном весе результатом различий между сортами.

Факторы, влияющие на анализ затрат и выгод

Анализ затрат и выгод показывает, что рентабельность SI варьируется в каждом конкретном случае, поскольку на нее влияют многие факторы, зависящие от конкретного участка. Там, где это возможно, перемещение меньшего pivot для покрытия двух больших полей в течение года с использованием общей системы водоснабжения и недорогого источника электроэнергии (например, pivot II), может значительно снизить затраты, сделав SI прибыльным. Для сравнения, хотя катушечный дождевальный аппарат также перемещался взад и вперед для обслуживания двух полей площадью 20 га в год, более высокие инвестиции в оборудование и систему водоснабжения, наряду с высокими затратами на рабочую силу и топливо, сделали его нерентабельным. Размер поля также влияет на затраты; если размер поля меньше 20 га, стоимость SI резко возрастает, поскольку большинство статей затрат пропорционально не зависят от размера поля (Silver et al., 2011). Например, если использовать pivot II для орошения только одного поля площадью 20 га вместо двух в год, ежегодные затраты увеличатся до 815 долларов с гектара, включая стоимость владения 629 долларами с гектара. При таком сокращении площади ирригационных услуг на 50% общие затраты на pivot II в сценарии со средними выгодами увеличатся до 15772 долларов, что приведет к потере 100 долларов с гектара в год вместо прибыли в 264 доллара с гектара в год в долгосрочной перспективе. Корректировка допущений и финансовых параметров, таких как цена продажи картофеля, процентная ставка и норма амортизации активов в анализе затрат и выгод может привести к появлению дополнительных сценариев, что выходит за рамки данного исследования. Новые сорта картофеля и технологии орошения могут изменить баланс затрат и выгод. Ценность, которую обеспечивает SI, позволяя картофельным фермам финансово выдерживать очень засушливые годы, когда некоторые из них в противном случае могут обанкротиться, явно не учитывалась при анализе затрат и выгод.

Изменчивость количества осадков существенно влияет на потребности в орошении, повышение урожайности и связанные с этим экономические выгоды (рис. 1). Поскольку количество осадков в будущем невозможно точно предсказать, при долгосрочном анализе затрат и выгод необходимо исходить из предположения или прогноза количества осадков и связанных с ними преимуществ урожайности в отсутствие долгосрочных данных. В этом исследовании предполагалось, что количество осадков в 2000-2022 годах соответствует 23-летнему периоду анализа затрат и выгод в соответствии с принципами инженерной гидрологии (Eslamian, 2014), и выгоды от урожайности были экстраполированы из наблюдаемых значений в этом исследовании или / и предыдущих исследованиях. Корректировка этого допущения приведет к различным результатам соотношения затрат и выгод. Наконец, использование долгосрочного или краткосрочного подхода к анализу затрат и выгод может существенно повлиять на результаты. Например, краткосрочный анализ с использованием данных за 2019 и 2020 годы показал бы, что использование pivot II и катушечного дождевателя принесет среднюю чистую выгоду в размере 2154 долларов с га / год и 1389 долларов с га / год соответственно, но тот же анализ с использованием данных за 2021 и 2022 годы показал бы потери в размере 373 долларов с га / год и 1138 долларов с га / год, в основном из-за затрат на владение. И наоборот, долгосрочная оценка, подобная представленной в этом исследовании, демонстрирует, может ли экономическая выгода от SI в засушливые годы компенсировать потери, понесенные во влажные годы, и, таким образом, лучше отражает прибыльность SI. Сценарий средней рентабельности был основан на реалистичном повышении товарной урожайности тестируемых сортов красно-коричневого цвета, как наблюдалось в этом исследовании и предыдущих исследованиях, наряду с текущей технологией орошения. Сценарии с низкой и высокой выгодой открывают дополнительные перспективы с учетом последствий изменения климата. Учитывая, что современные технологии не позволяют точно прогнозировать сезонные осадки, SI аналогичен страховому полису для смягчения воздействия изменения климата на производство картофеля. Информация о затратах и выгодах предназначена для того, чтобы производители могли определить, следует ли им инвестировать в SI в качестве страхового полиса.

Ограничения и будущие исследования

При применении результатов этого исследования важно учитывать его ограничения. Во-первых, использование эмпирических параметров удержания почвы для установления пороговых значений влажности почвы для начала орошения может потребовать переоценки. Учет параметров удержания в зависимости от конкретного участка может изменить установленные пороговые значения влажности почвы. Следует решить проблему поддержания влажности почвы в пределах установленных пороговых значений орошения и изучить влияние поддержания влажности почвы в пределах этих пороговых значений на урожайность и качество клубней. Во-вторых, учитывая краткосрочный характер эксперимента, необходимы дальнейшие исследования для количественной оценки реакции урожайности и качества клубней на SI, особенно когда длительные периоды засухи совпадают с зарождением и набуханием клубней, несмотря на достаточное общее количество осадков GS. В-третьих, хотя исследование охватывало шесть различных сортов, все из которых были красновато-коричневыми, сорт не рассматривался как независимая переменная. Поэтому требуются дополнительные исследования для выяснения влияния SI на различные сорта. В–четвертых, параметры качества картофеля, такие как парша, пустотелая сердцевина и удельный вес, не учитывались при анализе затрат и выгод. Наконец, норма внесения удобрений и их формат варьируются в зависимости от участка поля, и, таким образом, 20%-ное сокращение количества удобрений не приводит к равному сокращению количества удобрений на каждом участке. Это ограничивает строгое сравнение влияния вносимых удобрений на урожайность и качество клубней на разных участках поля.

Выводы

Дополнительное орошение (SI) привело к значительному увеличению урожайности клубней в 2019 году, в сезон, когда общее количество осадков было достаточным, но распределялось неравномерно по времени. В 2020 году, когда количество осадков GS было намного ниже потребности картофеля в воде, SI и SI в сочетании с 20%-ным сокращением внесения удобрений привели к существенному увеличению урожайности клубней. Напротив, SI оказывал минимальное влияние в сезоны с достаточным и равномерно распределенным количеством осадков, такие как 2021 и 2022 годы. Внедрение СИ в годы с недостаточным количеством осадков (например, 2020 год) или в достаточном количестве, но неравномерно распределенных осадков (например, 2019 год) привело к получению урожаев клубней, сопоставимых с урожаями неорошаемых культур в годы с достаточным количеством и равномерно распределенных осадков, таких как 2021 и 2022 годы. Увеличение урожайности клубней в результате применения SI варьировалось в зависимости от количества выпавших осадков и, следовательно, менялось из года в год. Межгодовые сравнения показывают, что SI может эффективно снижать ежегодные колебания урожайности клубней. Анализ затрат и выгод показывает, что использование SI для уменьшения ежегодных колебаний урожая клубней может быть как прибыльным, так и убыточным, в зависимости от затрат, связанных с оборудованием для орошения, системой водоснабжения, эксплуатационными аспектами, масштабом поля и распределением осадков. При достаточном водоснабжении сокращение внесения удобрений на 20% существенно не повлияло на урожайность клубней, независимо от источника воды. SI и SI в сочетании с 20%-ным сокращением количества удобрений существенно не влияли на удельный вес независимо от использования SI. Эти результаты дают важную информацию для принятия решений относительно использования воды и удобрений при выращивании картофеля во влажных условиях.

Доступность данных

Данные будут предоставлены по запросу.

Список литературы

• Афзаал Х., Фарук А.А., Аббас Ф., Ачарья Б., Исав Т. (2020) Стратегии точного орошения для рационального использования водных ресурсов при выращивании картофеля на острове принца Эдуарда. Устойчивое развитие 12:2419Статья CAS Google Scholar 
• Сельское хозяйство и агропродовольственная промышленность Канады (AAFC) (2022) Обзор информации о рынке картофеля, https://agriculture.canada.ca/en/sector/horticulture/reports/potato-market-information-review-2021-22 (Дата обращения 27 сентября 2023 г.)
• Азими Ма, Цзян У, Мэн Ф., Лян К. (2022) Урожайность четырех распространенных сортов картофеля в соответствии с отраслевым стандартом и альтернативным севооборотом в Атлантической Канаде. Am J Potato Res 99: 206-216Статья CAS Google Scholar 
• Беланджер Г., Уолш Дж.Р., Ричардс Дж.Е., Милберн П.Х., Зиади Н. (2000) Реакция урожая двух сортов картофеля на дополнительное орошение и N-удобрение в Нью-Брансуике. Am J Potato Research 77:11-21Статья Google Scholar 
• Бенуа Г.Р., Грант У.Дж. (1985) Влияние избытка и дефицита воды на урожайность картофеля в округе Арустук за 30 лет. Am Potato J 62: 49-55Статья Google Scholar 
• Бродбент FE (1965) Органическое вещество, методы анализа почвы. Часть 1, физические и минералогические методы. Am Soc Agron Monogr № 9: 1397-1400CAS Google Scholar 
• Буш Э., Леммен Д.С. (редакторы) (2019) Отчет об изменении климата Канады, Правительство Канады, Оттава, ON. стр. 444
• Канторе В., Вассар Ф., Ямак С.С., Селлами М.Х., Альбризио Р., Стеллаччи А.М., Тодорович М. (2014) Урожайность и эффективность водопользования раннего картофеля, выращиваемого при различных режимах орошения. Int J Plant Prod 8:409-427Google Scholar 
• Каретта М.А., Мукерджи А., Арфануззаман М., Беттс Р.А., Гелфан А., Хирабаяси Ю., Лисснер Т.К., Лю Дж., Лопес Ганн Е., Морган Р., Мванга С., Супратид С. (2022) Вода. В разделе: Изменение климата в 2022 году: последствия, адаптация и уязвимость. Вклад Рабочей группы II в Шестой оценочный доклад Межправительственной группы экспертов по изменению климата [Х.-О. Портнер, Д.К. Робертс, М. Тигнор, Э.С. Полочанска, К. Минтенбек, А. Алегрия, М. Крейг, С. Лангсдорф, С. Лошке, В. Моллер, А. Окем, Б. Рама (ред.). Издательство Кембриджского университета, Кембридж, Великобритания и Нью-Йорк, Нью-Йорк, США, стр. 551-712. https://doi.org/10.1017/9781009325844.006
• Дево А., Гоффарт Дж., Петсакос А., Кроманн П., Гатто М., Окелло Дж., Суарес В., Харо Г. (2020) Глава 1 Глобальная продовольственная безопасность, вклад устойчивых агропродовольственных систем картофеля. В культуре картофеля, ред. Кампос Х., Ортис О., 3-35. Спрингер, Чам. https://doi.org/10.1007/978-3-030-28683-5_1
• Русский M (1990) Недостаточное орошение. i: Аналитическая основа. J Ирригационный дренаж Eng 116:399-412Статья Google Scholar 
• Окружающая среда и изменение климата Канады (ECCC) (n.d.) Исторические данные о погоде на острове принца Эдуарда https://climate.weather.gc.ca/historical_data/search_historic_data_stations_e.html?searchType=stnProv&timeframe=1&lstProvince=PE&optLimit=yearRange&StartYear=1840&EndYear=2023&Year=2023&Month=10&Day=16&selRowPerPage=25 (Дата обращения 17 октября 2023 г.)
• Эпштейн Э., Грант В.Дж. (1973) Зависимость растений картофеля от водного стресса в полевых условиях. Agron J 65: 400-404Статья Google Scholar 
• Эсламян С. (ред.) (2014) Справочник по инженерной гидрологии –основы и приложения. CRC Press, Бока-Ратон, Флорида.Google Scholar 
• Фостер Т., Брозович Н. (2018) Моделирование функций продуктивности сельскохозяйственных культур и воды с использованием моделей роста сельскохозяйственных культур для поддержки оценок водной политики. Ecol Econ 152: 9-21Статья Google Scholar 
• Гулд У. (1995) Удельный вес — его измерение и использование, Справочник по измельчению картофеля, 18
• Хегни М. (2019) Удельный вес клубней картофеля на уровне https://www.agric.wa.gov.au/potatoes/specific-gravity-potato-tubers (По состоянию на 20 сентября 2023 г.)
• Цзян У, Рамзи М., Мэн Ф., Стетсон Т. (2021) Характеристика реакции урожайности картофеля на водоснабжение во влажном климате Атлантической Канады с использованием исторических данных об урожайности и погоде: последствия для дополнительного орошения. Agric Water Manag 225:107047Статья Google Scholar 
• Цзян У, Стетсон Т., Костич А., Андерсон С., Рамзи М. (2022a) Рентабельность дополнительного орошения и обезвоживания почвы для производства картофеля в Атлантической Канаде: анализ исторических данных об урожайности картофеля и погодных условиях. Am J Potato Res 99:369-389Статья Google Scholar 
• Цзян У, Ньиранеза Дж., Норонья С, Миллс А, Мурнаган Д, Костич А, Вайанд С (2022b) Нитратное выщелачивание и урожайность клубней картофеля в зависимости от различных севооборотов. Разрешение на выращивание полевых культур 288:108700Статья Google Scholar 
• Карам Ф., Амача Н., Фахед С., Эль АТ, Домингес А. (2014) Реакция картофеля на полное и недостаточное орошение в условиях полузасушливого климата: агрономические и экономические последствия. Управление сельскохозяйственной водой 142:144-151Статья Google Scholar 
• Кинг Б.А., Старк Дж. К., Нейблинг Х. (2020) Управление орошением картофеля. В: Системы производства картофеля, ред. Старк Дж., Торнтон М., Нолти С.: 417-446. Спрингер, Cham., https://doi.org/10.1007/978-3-030-39157-7_13
• Лян К., Цзян У., Ньиранеза Дж., Фуллер К., Мурнаган Д., Мэн Ф. (2019) Динамика азота и потенциал вымывания при традиционных и альтернативных севооборотах картофеля в Атлантической Канаде. Разрешение на выращивание полевых культур 242:107603Статья Google Scholar 
• Linacre ET AL. (1977) Простая формула для оценки скорости испарения в различных климатических условиях с использованием только температурных данных. Agr Meteorol 18: 409-424Статья Google Scholar 
• Линч Д.Р., Форууд Н., Козуб Г.К., Фаррис Б.К. (1995) Влияние недостатка влаги на трех стадиях роста на урожайность, компоненты урожайности и качество переработки восьми сортов картофеля. Am Potato J 72:375-386Статья Google Scholar 
• Макдугалл Джи, Вир К., Уилсон Ф. (1988) Почвы острова принца Эдуарда. Сельское хозяйство Канады, Снабжение и услуги Канады, Оттава, НА
• Руководство по управлению фермерскими хозяйствами Manitoba Agriculture (2020) по оценке затрат на производство картофеля в Манитобе к 2020 году. https://www.gov.mb.ca (Дата обращения 23 апреля 2021 г.)
• Мейнард Д.Г., Калра Ю.П., Крамбарг Дж.А. (2008) Нитрат и обменный аммонийный азот. В книге Carter MR., Gregorich, EG (ред.), Отбор проб почвы и методы анализа. 2^-е изд. CRC Press, Бока-Ратон, Флорида.
• Манро Дж. (Ред.) (2018) Справочник по плодородию почвы. Публикация 611, 3-е издание. Министерство сельского хозяйства, продовольствия и сельских районов Онтарио (OMAFRA)
• Обидигву Дж.Е., Брайан Дж.Дж., Хэмлин Дж.Дж., Прашар А. (2015) Борьба с засухой: стресс и адаптивные реакции картофеля и перспективы улучшения. Front Plant Sci 6:542. https://doi.org/10.3389/fpls.2015.00542Статья PubMed PubMed Central Google Scholar 
• Opena GB, Porter G.A. (1999) Управление почвой и влияние дополнительного орошения на картофель: II. Рост корней Agron J 91: 426-431Google Scholar 
• Parent AC, Anctil F (2012) Количественная оценка испарения урожая картофеля с неорошаемым покрытием на юго-востоке Канады с использованием методов вихревой ковариации. Agric Water Manag 113: 45-56Статья Google Scholar 
• Исходный RC, Black WN, Callbeck LC (1967) Выращивание картофеля в Атлантических провинциях. Министерство сельского хозяйства Канады, публикация 1281, стр. 28. https://publications.gc.ca/site/archivee-archived.html?url=https://publications.gc.ca/collections/collection_2015/aac-aafc/A53-1281-1967-eng.pdf (Дата обращения 15 июня 2022 г.)
• Портер Г.А., Брэдбери В.Б., Сиссон Дж.А., Опена Дж.Б., Макберни Дж.К. (1999) Управление почвой и влияние дополнительного орошения на картофель: I. Свойства почвы, урожайность клубней и качество. Agron J 91:416-425Статья Google Scholar 
• Корпорация сельскохозяйственного страхования острова принца Эдуарда (PEIAIC) (2022) Весеннее соглашение о агростраховании 2022 года по адресу https://www.princeedwardisland.ca/sites/default/files/publications/af_agriinsurance_cropsagreement.pdf (Дата обращения 13 июня 2022 года)
• Росс К.У. (2006) Влияние глубокого заделывания почвы и орошения на производство картофеля. Рекомендации по обработке почвы: 315-325
• Секстон П., Портер Г., Джонсон С.Б. (2008) Орошение картофеля в штате Мэн, Бюллетень 2439. Расширение сотрудничества Университета штата Мэн.
• Шейкевич С., Раддац Р., Эш Г., Ренвик Р., Томасевич Д. (2002) Водопотребление и урожайность картофеля, Доклад в рамках 3-й ежегодной конференции агрономов Манитобы, https://www.umanitoba.ca/faculties/afs/MAC_proceedings/2002/ pdf/шейкевич.pdf, 10-11 декабря 2002 г., Виннипег, MB, Канада. стр. 172-178. (Дата обращения 19 марта 2021 г.)
• Шок С., Фейберт Е., Сондерс Л. (1998) Урожайность и качество картофеля в ответ на недостаточное орошение. Hort Sci 33: 655-659Google Scholar 
• Сильвер Д., Афеворки Е., Кринер Г. (2011) Стоимость дополнительного орошения для производства картофеля в штате Мэн. Технический бюллетень сельскохозяйственной и лесной экспериментальной станции штата Мэн 205
• Steele C (2013) Орошение и водопользование (Руководство по передовой практике для картофеля) Совет Великобритании по картофелю, https://potatoes.ahdb.org.uk/sites/default/files/publication_upload / Орошение%20for%20potatoes_0.pdf (Дата обращения 10 июня 2020 г.)
• Унлу М., Канбер Р., Сеньигит У., Онаран Х., Дикер К. (2006) Струйное и дождевальное орошение картофеля (Solanum tuberosum L.) в регионе средней Анатолии в Турции. Управление сельскохозяйственной водой 79:43-71Статья Google Scholar 
• Литостратиграфия красных грядок острова принца Эдуарда ван де Полла HW (1989). Atl Geol 25:23-35Google Scholar 
• van Loon CD (1981) Влияние нехватки воды на рост, развитие и урожайность картофеля. Am J Potato Res 58: 51-69Статья Google Scholar 
• Варзи ММ (2016) Функции водопотребления сельскохозяйственных культур – обзор доступных математических методов. J Agric Sci 8:76-83Google Scholar 
• Син З., Чоу Л., Ли С., Мэн Ф. (2012) Влияние мульчи из сена на свойства почвы и урожайность клубней картофеля при орошении и без полива в Нью-Брансуике, Канада. J Ирригационный дренаж Eng 138:703-714Статья Google Scholar 
• Юань Б.-З., Нисияма С., Кан И. (2003) Влияние различных режимов орошения на рост и урожайность картофеля с капельным орошением. Agric Water Manag 63: 153-167Статья Google Scholar 

Скачать ссылки

Благодарности

Это исследование финансировалось Канадской инициативой «Живые лаборатории сельского хозяйства и агропродовольственной промышленности» (AAFC). Мы выражаем нашу искреннюю благодарность участвующим фермерам за их щедрый доступ к земле и за внедрение экспериментальных методов обработки. Мы хотели бы выразить нашу признательность Андреа Маккенне, исполнительному директору Агроэкологической ассоциации East Prince, за ее неоценимую поддержку на протяжении всего этого проекта. Мы также благодарны за вклад наших коллег и студентов AAFC, в том числе Даниэль Мурнаган, Брайану Мюррею, Дженнифер Маклеод, Джессике Мэтисон, Скотту Андерсону, Мортезе Месбах, Кристен Мерчисон, Джексону Хогану и Шарлотте Педен за их неизменную поддержку и содействие. Кроме того, мы хотели бы выразить признательность Ассоциации PEI Kensington North Watersheds Association за их ценную помощь в процессе отбора проб. Мы благодарим двух анонимных рецензентов и редактора за полезные комментарии, которые улучшили это исследование.

Финансирование

Финансирование в открытом доступе предоставлено Канадской библиотекой сельского хозяйства и агропродовольственной продукции.

Информация об авторе

Авторы и аффилированные лица

1. Сельское хозяйство и агропродовольственная промышленность Канады, Шарлоттаунский центр исследований и разработок, Университетский проспект, 440, Шарлоттаун, Северная Каролина, C1A 4N6, КанадаЕфан Цзян и Ана Костич
2. Департамент сельского хозяйства и землепользования острова Принца Эдуарда, ул. Кент, 11, Шарлоттаун, Северная Каролина, C1A 7N8, КанадаТобин Стетсон
3. Агроэкологическая ассоциация East Prince, 1441 Water View Rd., Саммерсайд, Северная Каролина, C1N 4J8, КанадаДжон Филлипс

Взносы

Все авторы внесли свой вклад в концепцию и дизайн исследования, подготовку материалов и сбор данных. Ефан Цзян провел анализ данных и написал первый черновик рукописи. Все авторы прокомментировали предыдущие версии рукописи, прочитали и одобрили окончательную версию рукописи.

Автор-корреспондент

Соответствует Ефан Цзян.

Этические декларации

Конкурирующие интересы

Авторы заявляют об отсутствии конкурирующих интересов.

Дополнительная информация

Примечание издателя

Springer Nature остается нейтральной в отношении юрисдикционных претензий на опубликованных картах и принадлежности к учреждениям.

Дополнительная информация

Ниже приведена ссылка на электронный дополнительный материал.

Права и разрешения

Открытый доступ Эта статья лицензирована по международной лицензии Creative Commons Attribution 4.0, которая разрешает использование, совместное использование, адаптацию, распространение и воспроизведение на любом носителе или в любом формате при условии, что вы отдаете должное автору (ам) и источнику, предоставляете ссылку на лицензию Creative Commons и указываете, вносились ли изменения. Изображения или другие материалы сторонних производителей в этой статье включены по лицензии Creative Commons, если иное не указано в кредитной линии к материалу. Если материал статьи не включен в лицензию Creative Commons и предполагаемое использование вами не разрешено законодательными актами или превышает допустимые пределы использования, вам необходимо будет получить разрешение непосредственно у правообладателя. Чтобы просмотреть копию этой лицензии, посетите http://creativecommons.org/licenses/by/4.0 /.

Перепечатки и разрешения

Об этой статье

Цитировать эту статью

Цзян, Ю., Стетсон, Т., Филлипс, Дж. и др. Сокращение ежегодных колебаний урожайности клубней картофеля с помощью дополнительного орошения. Обновление картофеля (2024). https://doi.org/10.1007/s11540-024-09711-6

Скачать цитату

• Получено28 ноября 2023 г.
• Принято20 февраля 2024 г.
• Опубликовано12 марта 2024 г.
• DOIhttps://doi.org/10.1007/s11540-024-09711-6

Поделитесь этой статьей

Любой, кому вы поделитесь следующей ссылкой, сможет прочитать этот контент:Получить доступную ссылку

Предоставлено инициативой Springer Nature по совместному использованию контента