sibvestСибирский вестник сельскохозяйственной наукиSiberian Herald of Agricultural Science0370-87992658-462XSiberian Federal Scientific Centre of Agro-BioTechnologies of the Russian Academy of Sciences10.26898/0370-8799-2021-5-12sibvest-870Research ArticleМЕХАНИЗАЦИЯ, АВТОМАТИЗАЦИЯ, МОДЕЛИРОВАНИЕ И ИНФОРМАЦИОННОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕMECHANISATION, AUTOMATION, MODELLING AND DATAWAREСуточные колебания диаметра стебля томата как критерий управления поливомDaily variations in tomato stem diameter as a criterion for irrigation managementУсольцевС. Ф.UsoltsevS. F.

Усольцев С. Ф., кандидат технических наук, ведущий научный сотрудник

630501, Новосибирская область, р.п. Краснообск, СФНЦА РАН, а/я 463

Sergey F. Usoltsev, Candidate of Science in Engineering, Lead Researcher

PO Box 463, SFSCA RAS, Krasnoobsk, Novosibirsk Region, 630501

sibime@sfsca.ruРыбаковР. В.RybakovR. V.

Рыбаков Р. В., аспирант

Новосибирская область, р.п. Краснообск

Roman V. Rybakov, Postgraduate Student

Krasnoobsk, Novosibirsk region

НестякГ. В.NestyakG. V.

Нестяк Г. В., старший научный сотрудник

Новосибирская область, р.п. Краснообск

Galina V. Nestyak, Senior Researcher

Krasnoobsk, Novosibirsk region

ГончаренкоЮ. В.GoncharenkoYu. V.

Гончаренко Ю. В., младший научный сотрудник

Новосибирская область, р.п. Краснообск

Yuri V. Goncharenko, Junior Researcher

Krasnoobsk, Novosibirsk region

Сибирский федеральный научный центр агробиотехнологий Российской академии наукРоссияSiberian Federal Scientific Centre of Agro-BioTechnologies of the Russian Academy of SciencesRussian Federation202101122021515101107Copyright © Усольцев С.Ф., Рыбаков Р.В., Нестяк Г.В., Гончаренко Ю.В., 20212021Усольцев С.Ф., Рыбаков Р.В., Нестяк Г.В., Гончаренко Ю.В.Usoltsev S.F., Rybakov R.V., Nestyak G.V., Goncharenko Y.V.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://sibvest.elpub.ru/jour/article/view/870

Рассмотрен процесс суточного изменения диаметра стебля томата с целью обоснования использования этого параметра для управления капельным орошением. Изменение размеров отдельных частей растений зависит от обеспечения продукционного процесса водой, светом, теплом и элементами питания. Поэтому такие параметры растений, как температура листьев, скорость потока ксилемы, диаметр плода и стебля, могут быть индикаторами наличия необходимых ресурсов. Исследования проведены в Новосибирской области в июне – сентябре 2020 г. В качестве индикатора водного стресса растений использована величина диапазона суточных колебаний диаметра стебля, которая имеет тесную связь с относительной влажностью почвы. Источником информации послужили результаты измерений влажности почвы и прироста диаметра стебля томата. Эксперименты по оценке влияния водного дефицита на параметры стебля проводили на растении, высаженном в открытый грунт отдельно от остальных. Условия искусственного водного стресса создавали путем полива один раз в неделю. Сбор данных осуществляли с помощью фитомонитора PM-11z, датчиков влажности почвы и диаметра роста стебля. Результаты измерений обрабатывали в программе Microsoft Office Excel. Установлено, что диапазон суточных колебаний прироста диаметра стебля зависит от наличия влаги. При влажности почвы ниже 30% растение испытывает водный стресс и диапазон колебаний диаметра стебля увеличивается. Максимальный рост диаметра стебля наблюдался в 7–10 ч, минимальный – в 13–15 ч местного времени. Разница между максимумом и минимумом суточного прироста диаметра стебля характеризует диапазон суточной разницы диаметра стебля, который тесно коррелирует с влажностью почвы. Коэффициент корреляции между ними составляет 0,72. Предельное значение суточной разницы диаметров стеблей составляет 0,025 мм при влажности почвы 30%. Превышение фактического значения этого параметра граничного значения может служить сигналом к включению системы орошения. Реализация данного подхода дает возможность автоматизировать технологический процесс полива и учесть показатель, сигнализирующий о водном стрессе растения.

The process of daily variation in tomato stem diameter is examined in order to justify the use of this parameter to control drip irrigation. Changes in the size of individual plant parts depend on the provision of water, light, heat and nutrients to the production process. Therefore, such plant parameters as leaf temperature, xylem flow rate, fruit and stem diameter can be indicators of availability of necessary resources. The research was carried out in Novosibirsk region in June - September 2020. The value of the range of daily variations in stem diameter, which has a close relationship to relative soil moisture, was used as an indicator of plant water stress. The source of the information is the results of measurements of soil moisture and stem diameter growth of tomato. Experiments to assess the effect of water deficit on stem parameters were carried out on a plant set out in the open ground separately from the rest. Artificial water stress conditions were created by watering once a week. Data were collected using a PM-11z phytomonitor, soil moisture and stem diameter growth sensors. The results of measurements were processed in Microsoft Office Excel program. It was found that the range of daily fluctuations of stem diameter growth depends on moisture availability. When soil moisture is below 30%, the plant experiences water stress and the range of stem diameter fluctuations increases. The maximum growth in stem diameter was observed at 7-10 a.m. and the minimum at 13-15 p.m. local time. The difference between the maximum and minimum of the daily stem diameter increase characterizes the range of the daily stem diameter difference, which correlates closely with soil moisture. The correlation coefficient between them is 0.72. The limit for the daily stem diameter difference is 0.025 mm at 30% soil moisture. If the actual value of this parameter exceeds the limit value, the irrigation system can be activated. The implementation of this approach makes it possible to automate the irrigation process and to take into account the indicator that signals water stress of the plant.

продукционный процессдиаметр стебляводный стрессфитомониторингдатчикполивproduction processstem diameterwater stressphytomonitoringsensorirrigationReferencesКонев А.В., Ломакин В.С., Матвеенко Д.А., Якушев В.В. Структура представления производственных процессов в системе поддержки принятия агротехнологических решений // Агрофизика. 2018. № 1. С. 24–37.Konev A.V., Lomakin V.S., Matveyenko D.A., Yakushev V.V. The structure of production processes presentation in the back-up system of decision-making in agriculture. Agrofizika = Agrophysics, 2018, no. 1, pp. 24–37. (In Russian).Михайленко И.М. Управление системами точного земледелия: монография. СПб.: Издательство СПГУ, 2006. 396 с.Mikhaylenko I.M. Management of precision farming systems. St. Petersburg, SPGU Publishing House, 2006, 396 p. (In Russian).Полуэктов Р.А., Смоляр Э.И., Терлеев В.В., Топаж А.Г. Модели продукционного процесса сельскохозяйственных культур: монография. СПб.: Издательство СПГУ, 2005. 234 с.Poluektov R.A., Smolyar E.I., Terleyev V.V., Topazh A.G. Models of the production process of crops. St. Petersburg, SPGU Publishing House, 2005, 234 p. (In Russian).Чернова Н.М., Былова А.М. Общая экология: монография. М.: Дрофа, 2004. 416 с.Chernova N.M., Bylova A.M. General ecology. Moscow, Drofa, 2004, 416 p. (In Russian).Протасов В.Ф. Экология: термины и понятия, стандарты, сертификация, нормативы: монография. М.: Финансы и статистика, 2005. 667 с.Protasov V.F. Ecology: terms and concepts, standards, certification, regulations. Moscow, Finance and statistics, 2005, 667 p. (In Russian).Нестяк В.С., Усольцев С.Ф. Ивакин О.В., Косьяненко В.П., Рыбаков Р.В., Патрин В.А. К вопросу управления продукционным процессом сельскохозяйственных культур (на примере томатов) // Вестник Башкирского государственного аграрного университета. 2018. № 3. С. 73–79.Nestyak V.S., Usol'tsev S.F., Ivakin O.V., Kos'yanenko V.P., Rybakov R.V., Patrin V.A. Management of production process of agricultural crops (on the example of tomatoes). Vestnik Bashkirskogo gosudarstvennogo agrarnogo universiteta = Bulletin of Bashkir State Agrarian University, 2018, no. 3, pp. 73–79. (In Russian).Корсакова С.П., Ильницкий О.А., Плугатарь Ю.В., Паштецкий А.В. Применение фитомониторных систем для оптимизации интродукционных исследований // Труды Государственного Никитского ботанического сада. 2018. Т. 147. С. 80–82.Korsakova S.P., Il'nitskiy O.A., Plugatar' Yu.V., Pashtetskiy A.V. Application of phytomonitoring systems to optimize introduction studies, Trudy Gosu-darstvennogo Nikitskogo botanicheskogo sada = Collection of scientific works of the State Nikitsky Botanical Gardens, 2018, vol. 147, pp. 80–82. (In Russian).Корсакова С.П. Критерии оценки параметров эколого-физиологического паспорта растений // Таврический вестник аграрной науки. 2018. № 4 (16). С. 57–65. DOI: 10.25637/TVAN2018.04.06.Korsakova S.P. Criteria for evaluating the parameters of eco-physiological passport of plants. Tavricheskiy vestnik agrarnoy nauki = Taurida bulletin of the agrarian sciences, 2018, no. 4 (16), pp. 57–65. (In Russian). DOI: 10.25637/TVAN2018.04.06.Одинцова В.А. Фитомониторинг при изучении водного обмена и температурного режима растений черешни // Научные труды Северо-Кавказского зонального НИИ садоводства и виноградарства. 2017. Т. 13. С. 55–58.Odintsova V.A. Phytomonitoring when studying water exchange and temperature conditions of cherry plants. Nauchnyye trudy Severo-Kavkazskogo zonal'nogo NII sadovodstva i vinogradarstva = Scientific works of the State Scientific Organization of North-Caucasian Regional Research Institute of Horticulture and Viticulture, 2017, vol. 13, pp. 55–58. (In Russian).Басаргина Е.М., Лицингер О.Г., Путилова Т.А. Измерительная система фитомониторинга // АПК России. 2017. Т. 24. № 5. С. 1141–1146.Basargina Ye.M., Litsinger O.G., Putilova T.A. Measuring system of phytomonitoring. APK Rossii = AIC of Russia, 2017, vol. 24, no. 5, pp. 1141–1146. (In Russian).Ильницкий О.А. Зависимость интенсивности фотосинтеза Nerum oleander и Laurus Nobilis L. от факторов внешней среды, температуры листьев, транспирации и их измерение в ходе вегетации в условиях ЮБК // Бюллетень Государственного Никитского ботанического сада. 2017. № 125. С. 109–113.Il'nitskiy O.A. Dependence of the intensity of photosynthesis of Nerum oleander and Laurus Nobilis L on environmental factors, leaf temperature, transpiration and their measurement during the growing season under the conditions of the Southern Coast of Crimea, Byulleten' Gosudarstvennogo Nikitskogo bota-nicheskogo sada = Bulletin of the State Nikitsky Botanical Garden, 2017, no. 125, pp. 109–113. (In Russian).Тащилина А.В. Нечеткая модель оперативного планирования поливов для автоматизированных систем капельного орошения // Известия вузов. Северо-Кавказский регион. Технические науки. 2015. № 1. С. 38–41.Tashchilina A.V. Fuzzy model of operational planning of irrigation for automated drip irrigation systems. Izvestiya VUZov. Severo-Kavkazskiy region. Tekhnicheskiye nauki = University news. North Caucasian region. Technical sciences series, 2015, no. 1, pp. 38–41. (In Russian).Тащилина А.В. Идентификация модели процесса планирования режимов капельного полива для управления автоматизированными системами капельного орошения // Научный журнал Российского НИИ проблем мелиорации. 2015. № 1 (17). С. 41–60.Tashchilina A.V. Identification of the model for drip irrigation scheduling to manage automated systems of drip irrigation. Nauchnyy zhurnal Rossiyskogo NII problem melioratsii = Scientific journal of the Russian Research Institute of Melioration Problems, 2015, no. 1 (17), pp. 41–60. (In Russian).Леви Л.И., Тащилина А.В. Физиологический уровень стресса растений в иерархической структуре дерева нечеткого логического вывода // Молодой ученый. 2014. № 11. С. 67–69.Levi L.I., Tashchilina A.V. Physiological level of plant stress in the hierarchical structure of the fuzzy logical inference tree, Molodoy uchenyy = Young scientist, 2014, no. 11, pp. 67–69. (In Russian).Балаур Н.С., Воронцов В.А., Клейман Э.И., Тон Ю.Д. Новая технология мониторинга СО2-обмена у растений // Физиология растений. 2009. Т. 56. № 3. С. 466–470.Balaur N.S., Vorontsov V.A., Kleyman E.I., Ton Yu.D. New technology for monitoring CO2-exchange in plants. Fiziologiya rasteniy = Plant Physiology, 2009, vol. 56, no. 3, pp. 466– 470. (In Russian).Корсакова С.П., Плугатарь Ю.В., Ильницкий О.А., Клейман Э.И. Особенности водного обмена Nerium oleander L. в условиях прогрессирующей почвенной засухи // Юг России: экология, развитие. 2018. Т. 13. № 1. С. 101–115.Korsakova S.P., Plugatar' Yu.V., Il'nitskiy O.A., Kleyman E.I. Water relation features of Nerium oleander L. under progressive soil drought stress. Yug Rossii: ekologiya, razvitiye = South of Russia: ecology, development, 2018, vol. 13, no. 1, pp. 101–115. (In Russian).

The authors declare that there are no conflicts of interest present.