Физиологические основы орошения
Наиболее радикальным способом повышения урожайности сельскохозяйственных культур в засушливых условиях является орошение. Однако как избыточное, так и недостаточное орошение может дать отрицательный результат. При избыточном орошении есть опасность ухудшения снабжения корней растений кислородом, уплотнения и вторичного засоления почвы. При недостаточных — растения периодически попадают в условия засухи, происходят задержка роста листьев, снижение их фотосинтетической активности.
Для орошаемого земледелия важно установить интервал влажности почвы, благоприятный для роста и развития сельскохозяйственных культур. На дерново-подзолистых почвах пороговые величины влажности, при которых полностью прекращаются ростовые процессы, составляют 20-30 и 90 % НВ (См. рисунок!).
Нижний предел связан с возрастанием водоудерживающих сил, верхний — с ухудшением аэрации почвы.
Оптимальной для накопления сухого вещества является влажность 70-80 % НВ. Но постоянно поддерживать поливом такой узкий интервал влажности в полевых условиях крайне сложно и невыгодно. Экономически целесообразно получение примерно 80 % максимального урожая. В практике орошаемого земледелия наиболее эффективно поддерживать влажность почвы в пределах 50-80 % НВ с учетом биологических особенностей сельскохозяйственной культуры, фазы онтогенеза, уровня агротехники, почвенных и климатических условий.
При разработке рациональных режимов орошения сельскохозяйственных культур нужно определить оросительную норму — количество воды, необходимое для полива определенной культурыза весь вегетационный период в расчете на 1 га.
Ее можно установить на основании многолетнего опыта передовых хозяйств и исследовательских учреждений или
рассчитать на планируемый урожай с использованием средних коэффициентов водопотребления данной культуры. Сезонное водопотребление полевых культур составляет 3000-4000 м 3 /га, яблони — 5000-6000 м З /га, среднесуточный расход влаги полевыми культурами — 2,5-3,5 мм.
Рассчитать оросительную норму можно по метеорологическим данным.
Наиболее широко применяют расчеты по уравнению водного баланса, сумме среднесуточных температур, относительной влажности, дефициту влажности воздуха, тепловому и радиационному балансам.
А. М. Алпатьев (1961) предложил рассчитывать потребность в воде (мм) овощных культур по формуле
где 0,65 — экспериментально найденный коэффициент; Д — сумма реднесуточных дефицитов влажности воздуха за вегетационный период или за определенную часть вегетации, мм.
Суммарный расход влаги (м3/га) плодово-ягодными культурами за период вегетации можно подсчитать по формуле
где е — коэфициент расхода воды, приходящийся на 1 С;
t — сумма среднесуточных температур за период вегетации, С.
Для семечковых и косточковых пород этот коэффициент составляет 1,4 м 3 /га, для более требовательных к влаге ягодников — 1,5-1,9 м 3 /га на 1 °С.
Для определения потребности растений в орошении используют данные испарения воды с поверхности эвапорометров. Этот метол основан на соответствии эвапотранспирации сплошного покрова растений при оптимальном снабжении их влагой и испарения со свободной водной поверхности, их сходной зависимости от метеорологических факторов. Для учета видовых особенностей растений вводятся поправочные коэффициенты.
Поливная норма = КИ,
где К — коэффициент пропорциональности (ддя кукурузы он равен 0,85; бобов, сои, сорго, пшеницы и сахарной свеклы -0,95; люцерны, клевера, картофеля — 1; плодово-ягодных культур- 1.1) И — испарение с эвапорометра, мм.
Что касается установления сроков орошения, то необходимо провести полив, когда растение еще не испытывает недостатка в воде, но уже успело израсходовать почти всю полученную с предыдущим поливом воду. Сигналом для очередного полива не могут служить такие внешние признаки, как завядание листьев, утрата тургора стебля, так как ПОДВЯДАНИЕ растений приводит к серьезны нарушениям в ультраструктуре клеток и обмене веществ. Даже кратковременный недостаток влаги не проходит для растении бесследно. После установления оптимальных условий водоснабжения поглотительная деятельность корня и фотосинтез восстанавливаются лишь через 5-7 дней, рост — через З недели, что приводит к значительной потере урожая. Следует также помнить, что орошаемые культуры, имея большую листовую поверхность, не имеют анатомо-морфологических приспособлений для ограничения расхода воды, и поэтому при перерывах в водоснабжении они страдают сильнее, чем растения на богаре.
Установлено, что все сельскохозяйственные растения особенно чувствительны к недостатку влаги во время закладки репродуктивных органов. У хлебные злаков это конец кущения- колошение, у плодовых культур — осень предшествующего года.
Период наибольшей чувствительности к недостатку влаги называется критическим. Он может не совпадать с периодом максимальной потребности в воде, который обычно приходится на более жаркое время года или связан с формированием листового аппарата и наливом сочных плодов (См. рисунок!).
В сухие годы плоды обычно опадают раньше, чем на листьях можно обнаружить признаки увядания. Происходит это не из-за более высокой транспирации плодов, а из-за способности листьев в условиях водного дефицита оттягивать от них влагу.
Для ОПРЕДЕЛЕНИЯ ВРЕМЕНИ ПОЛИВА
часто определяют влажность почвы.
Полезно также вести наблюдение за физиологическим состоянием растений.
Хорошим показателем условий водоснабжения плодовых и овощных культур является динамика устьичных движений: сразу после полива устьица открываются очень широко, по мере расходования поливной воды щель их открывается все меньше и меньше, и при исчерпании запаса доступной воды они вовсе перестают открываться. Полив необходим раньше, чем наступит такое длительное закрывание устьиц.
Другим достаточно надежным показателем условий водоснабжения может быть концентрация клеточного сока (ККС) растительной ткани, которая при недостатке влаги очень быстро возрастает.
Экспериментальным путем установлены критические значения ККС, при которых необходим полив (табл. ).
Критические значения концентрации клеточного сока для установления сроков полива сельскохозяйственных культур (Л. А. Филиппов, 1982)
Фаза вегетации или месяц
3-4-й лист сверху
Сред. часть жилки листьев 7-го ярус
Основание жилки лист. 10-го яруса
Листья у первой цветочной кисти
Весь период вегетации
Листья у нижней грозди
Неодревесневшие растущие побеги
До цветения После цветения
М. Ф. Лобов (1957) для обоснования полива всех овощных культур и картофеля предложил использовать единый 10%-ный уровень концентрации клеточного сока при следующем принципе отбора листьев для определения: у капусты — листья 2-го яруса, у томата и картофеля — листья первой цветочной кисти, у перца и баклажанов -листья 5-8-го ярусов, у свеклы и моркови — листья среднего яруса, у огурцов — 4-6-й лист от основания стебля. Определение рекомендуют проводить в соке свежих листьев в 10-11 ч.
Снижение водного потенциала растительной ткани указывает на необходимость проведения полива. Критические значения водного потенциала для различных сортов хлопчатника составляют -1500. -1800 кПа, для косточковых пород в мае-июне и июле-августе -соответственно -1300 и -1500 кПа.
Разработан экспресс-метод установления срока полива плодовых культур по величине электрического сопротивления тканей листа, поскольку она зависит от их оводненности и концентрации клеточного сока и, таким образом, является показателем водного дефицита. Полив семечковых пород необходимо проводить при повышении электрического сопротивления до 1000 кОм, косточковых — до 1500 кОм.
На основании датчиков скорости водного тока в растении, разработанных в Агрофизическом институте РАСХН, созданы технические системы для автоматического полива производственных насаждений плодовых и декоративных культур.
Таким образом, в настоящее время оптимизацию водного режима можно проводить с учетом физиологического состояния самого растения, что повышает эффективность использования воды.
В эффективном использовании воды растениями существенную роль играют удобрения, на что указывал еще Д. Н. Прянишникое (1955). Даже такие почвы, которые в условиях богарного земледелия не нуждаются в удобрениях, при орошении уже не в состоянии обеспечить питательными веществами значительное повышение урожайности. Оптимизация минерального питания в условиях орошения снижает транспирационный коэффициент на 20-30 %. В орошаемом земледелии удобрения — важнейший фактор повышения не только урожая, но и его качества. Известно, что при орошении наряду с увеличением урожайности часто снижаются сахаристость плодов, корнеплодов сахарной свеклы, содержание белка в зерне пшеницы. Однако, применяя минеральные удобрения, можно добиться повышения качества урожая.
С физиологической точки зрения наиболее рациональны орошение дождеванием и мелкодисперсные увлажнительные поливы. Частые поливы малыми порциями, соответствующими 20-30 мм осадков, позволяют поддерживать почву в равномерно увлажненном состоянии, снижают в жаркие часы дня температуру воздуха и растений, что обеспечивает благоприятный баланс газообмена и высокую продуктивность растений.
Источник
Физиологические основы орошения
Наиболее радикальным способом борьбы с засухой является орошение. Однако для правильного применения этого приема, установления сроков и норм полива необходимы методы, позволяющие определять нуждаемость растений в воде. Это особенно важно потому, что как избыточное, так и недостаточное орошение не только не дает положительного эффекта, но может привести к отрицательным результатам. При избыточном орошении растение не успевает использовать даваемую ему воду. Избыток воды уплотняет, а иногда даже заболачивает почву и тем самым резко ухудшает снабжение корней кислородом. Часто наблюдается также засоление почвы. Вода, проникая в глубокие слои почвы, богатые солями, растворяет их, раствор солей поднимается вверх по капиллярам. Как следствие концентрация солей в пахотном горизонте растет. Большинство культурных растений очень чувствительно к концентрации солей. В результате из-за неправильного пользования поливной водой приходится забрасывать обширные пространства плодородных земель с дорогостоящими оросительными сооружениями. Недостаточные поливы также могут привести к нежелательным последствиям. При длительных межполивных периодах растения периодически попадают в условия засухи. Растения, получившие полив, развивают большую листовую поверхность и теряют значительное количество воды в процессе транспирации, вся их структура уклоняется в сторону большей влаголюбивости. Такие растения требуют больше влаги и при перерывах в водоснабжении страдают сильнее по сравнению с растениями, совсем не получившими полива. Таким образом, сроки и нормы полива (схема орошения) должны быть таковы, чтобы растения не испытывали недостатка в воде и в то же время чтобы они успевали израсходовать почти всю данную им за полив воду. Для правильного расчета общей поливной нормы предложены разные методы. Однако прежде всего нужно исходить из необходимости восполнить дефицит в воде, т. е. разницу между общим водопотреблением и естественными ресурсами влаги в данном районе. Водопотребление — это суммарный расход воды (транспирация + испарение почвой) за вегетационный период.
А.Н. Костяковым было предложено следующее уравнение для расчета нормы полива (М): М = Е — Ро — ΔW, где Е— общее водопотребление; Ро — количество осадков за вегетационный период; ΔW — используемые внутренние запасы влаги в почве за этот период. Величина Е меняется в зависимости от типа растений, фазы развития растения и условий выращивания. Так, по данным И.С. Шатилова, водопотребление озимой пшеницы за весь вегетационный период составляет 3786 м 3 /га. Однако оно колеблется в зависимости от фазы развития. Так, в период кущения водопотребление составило 340 м 3 /га, а в период выхода в трубку — 796 м3/га. Сообразно с этими колебаниями должны варьироваться и нормы орошения. Вместе с тем, как уже упоминалось, транспирационные коэффициенты, а следовательно, и водопотребление сильно меняются в зависимости от уровня питания. В этой связи внесение удобрений позволяет значительно более экономно расходовать оросительную воду. При этом надо учитывать, что особенно важно обеспечить растения водой в так называемые критические периоды. Схема орошения может быть заранее фиксирована только в тех районах, где осадков практически нет. В зоне неустойчивого увлажнения схема орошения должна изменяться в зависимости от метеорологических условий, а также от темпов роста растений. Наилучшие результаты дает определение сроков полива по физиологическому состоянию самого растительного организма (Н.С. Петинов). Для определения нуждаемости растений в воде могут быть использованы различные показатели:
1) содержание воды в листьях;
2) степень открытости устьиц;
3) интенсивность транспирации;
4) величина водного потенциала.
Особенно следует рекомендовать определение степени открытости устьиц методом инфильтрации. Этот метод основан на проникновении органических жидкостей (спирта, ксилола, бензола) и легко осуществим в полевых условиях. Для получения максимальной продуктивности растений устьица должны оставаться открытыми в течение всего дня. Хорошие результаты дает также определение потребности растений в воде по концентрации клеточного сока, которую можно определить с помощью рефрактометра. Надо учитывать, что орошение оказывает глубокое влияние не только на водный режим почвы, но и на приземный климат. С помощью орошения можно изменить микроклимат в сторону, благоприятную для растений. С этой точки зрения большое значение имеет введение освежительных поливов малыми нормами (дождевание). Эти поливы повышают влажность и снижают температуру приземного воздуха, что положительно влияет на растение. Применение орошения требует особенно тщательной регулировки питания растений.
Источник
