Фактор водообеспеченности - Оптимизация продукционного процесса

Оглавление
Оптимизация продукционного процесса
Поступление ФАР в зоне промышленной культуры винограда
Продуктивность листьев и фотосинтетический потенциал
Биологическая модель продуктивности винограда
Фактор водообеспеченности
Фактор минерального питания
Нагрузка побегами как фактор оптимизации продукционного процесса виноградника

VII.4. ФАКТОР ВОДООБЕСПЕЧЕННОСТИ
Помимо расхода на транспирацию, часть воды на винограднике испаряется непосредственно с поверхности почвы. Суммарный расход воды на транспирацию через листья и испарение с поверхности почвы характеризует «водопотребление» (эвано-транспирацию) виноградника.
Величина водопотребления зависит от многих факторов: температурного и водного режимов почвы и воздуха, напряжения солнечной радиации, возраста кустов, технологии возделывания.
В работах по программированию урожаев, наряду с другими используется метод расчета планируемого урожая по величине коэффициента водопотребления Кв, представляющего собой количество воды (в м3), расходуемое виноградником на образование единицы товарной продукции (1 т или 1 ц сырого урожая гроздей).
Коэффициент водопотребления может быть использован для расчета суммарного водопотребления и оросительных норм при планировании урожаев на орошаемых виноградниках, а также для прогноза урожая по фактической средней многолетней влагообеспеченности участка. В последнем случае необходимо принимать во внимание влагообеспеченность в течение всего продукционного периода, поскольку при общих высоких влагозапасах (за счет малого водопотребления в начале и в конце вегетации) в середине периода запасы продуктивной влаги в почве могут быть ниже необходимого уровня. Требуемые характеристики находят из соотношения


Урожай = Продуктивная влага /  Коэффициент водопотребления

Продуктивная влага складывается из весенних влагозапасов, летних осадков и воды вегетационных поливов при орошении. Из весенних запасов почвенной влаги около 25% можно отнести к категории, продуктивной для виноградника [387]. Полезные осадки составляют около 75% общего количества осадков [387, 486].
Различные аспекты, связанные с оценкой влагообеспеченности сельскохозяйственного поля и расчетом водопотребления, рассматриваются в специальной литературе [12, 13, 63, 153, 227, 276, 331, 385].
В виноградарстве для расчетов суммарного водопотребления насаждения наиболее широкое распространение получил метод водного баланса.
Сущность метода заключается в определении запасов влаги в корнеобитаемом слое почвы в начале и в конце вегетационного периода (или достаточно длительного периода времени). Суммарное водопотребление е (мм) рассчитывается по уравнению водного баланса [12]:
E = AW + 2p+ Q, (VII.10)
где AW — разность в продуктивных влагозапасах корнеобитаемого слоя почвы в начале и в конце расчетного периода; — сумма атмосферных осадков за период; Q — количество оросительной воды (мм).
Из составленной нами сводки (табл. 41) видно, что в разных природных зонах суммарное водопотребление виноградника изменяется в больших пределах — от 2,5 до 10,5 тыс. м3/га. Величина порядка 10 тыс. м3/га получена Мартыненко [192] в условиях дельты Терека при близком залегании грунтовых вод (0,9—1,5 м) и размещении на 1 га 4500 кустов. На орошаемом и неорошаемом участках на транспирацию приходилось соответственно 7466 и 6476 м3.


Таблица 41
Водопотребление виноградников на Европейской территории СССР


Район

Условия водо-обеспеченностн

Сорт

Суммарное водопотреб-
ление,
м3/га

Урожай, ц/га

«в,
м3

Автор

Молдавия

Без орошения

 

4100

100

41,0

Кичигин [144]

Н ижнеднестровье

Без орошения

Алиготе

3808

126,7

30,0

Поляков [288]

 

Орошение

 

4636

161,9

28,0

Одесская область

Без орошения

Алиготе

3080

121.0

24,0

Никифорова,

 

 

Каберне Совиньон

 

197,3

15,7

Волошин [244]

 

 

3152

97,1 111,2

30,8 28,4

Херсонская область

Без орошения

Алиготе

4200

87,0

48,2

Немировская [239]

 

Орошение

 

5755

160,0

35,8

 

Без орошения

Серексия

4156

48,6

85,5

 

 

Орошение

 

5458

94,0

58,1

 

Степной Крым

Орошение

Ркацители

2540

75—80

33,0

Цейко,

 

 

Снльванер

2550

70—80

34,0

Кожевников [387]

 

 

Рислинг

3000

70—80

40,0

 

 

Саперави

3515

90—100

37,0

 

Степной Крым

Орошение

6000

100—150

60—40

Кондратьев [151]

Южный берег Крыма

Орошение

Мускат белый

5120

100

51,2

Фурса [384]

 

 

Мускат розовый

 

 

 

 

 

Ркацители

 

 

 

 

Краснодарский край

Без орошения

Каберне Совиньон

2939—3298

 

25,1—40,7

Гаврилов [84]

Северный Кавказ

Орошение

 

5200—5800

130

40,0

Льгов [178]

 

 

 

 

130

44,6

Северный Кавказ

Без орошения

Ркацители

9210

198,9

46,3

Мартыненко [192]

 

Орошение

 

10458

217,7

48,0

Среднесуточное суммарное водопотребление виноградника
Рис. 55. Среднесуточное суммарное водопотребление виноградника Е и биологические коэффициенты испарения УСбиол в период вегетации по [377] (а), [288] (б) и [182] (в).
1— без орошения, 2 — с орошением. Фазы вегетации винограда (отложены по оси абсцисс): // — рост побегов. /// — цветение, /V — рост ягод, V — созревание, VI — листопад.

В засушливых районах Армении [228] в нижнем вертикальном поясе (600—800 м) оросительная норма 1 га виноградника составляет 7 тыс. м3. Для плодовых и многолетних трав, характеризующихся наибольшим водопотреблением, оросительная норма составляет 7400—7500 м3, т. е. она лишь немного больше, чем оросительная норма виноградника. Во влажных районах республики в том же вертикальном поясе оросительная норма виноградника равнялась 4600 м3/га. В Таджикистане [343] на маломощных каменистых почвах на участках с закрытой оросительной сетью оросительная норма при 10 поливах составила 8— 12 тыс. м3 при урожае 60— 120 ц/га. Для орошаемых районов Грузии водопотребление составляет 4510— 5560   м3,   для   неорошаемых — 3770 — 4900 м3/га {370]. Для Болгарии водо-потребление колеблется от 4910 м3/га на суходольных участках до 5800 м3/га на поливных [357].
Сааймон и Ван Цил [486] приводят результаты исследований по составлению программы орошения плодоносящих виноградников винных сортов в трех винодельческих зонах Южной Африки: Штелленбош, Вустер и Вредендаль. За лето в указанных зонах выпадает соответственно 193, 95 и 49 мм осадков, т. е. зоны характеризуются как
засушливые. В районе Штелленбош при культуре на шпалере и урожае в среднем 113 ц/га потребность в воде дополнительно к полезным осадкам (145 мм) составила 372 мм. В районе Вустер при количестве полезных осадков за вегетацию, равном 71 мм, потребность в воде для орошения исчислялась примерно в 523 мм для формировок на шпалере и 349 мм для чашевидных. В районе Вредендаль дополнительно к годовой норме полезных осадков (37 мм) потребность в воде для орошения составила 577 мм для виноградников на шпалере и 385 мм для виноградников с чашевидной формировкой.
Данные о сезонной динамике потребления воды виноградом показывают (рис. 55), что максимальный расход воды приходится на фазу роста ягод. Именно в этой фазе (вторая декада июня — конец июля) листовая поверхность куста достигает наибольшего развития, а радиационные условия становятся наиболее напряжёнными. Во время созревания винограда (пятая фаза) потребление воды снижается.

Таблица 42
Суммарное водопотребление Е 3/га) и коэффициенты водопотребления  Кв 3/ц) виноградника (по [375])


Сорт

Без орошения

Орошение

Е

урожай, ц/га

Е

урожай, ц/га

 

Алиготе

3045

76

40,0

5374

216

24,8

Шасла белая

4300

86

50,0

4995

133

37,5

Рислинг

2690

77

34,9

4100

153

26,8

Матраса

2959

76

39,0

4053

122

33.2

Сенсо

3320

132

25,0

4400

228

19,3

Мускат белый

3350

57

58,7

4280

141

30,3

Шасла белая

3200

69

46,3

4600

105

43,8

Серексия черная

4051

54

74,3

4936

108

45,7

Сенсо

3334

140

24,1

4349

190

22,9

Представляют интерес данные о водопотреблении виноградников в зависимости от сортового состава.
В условиях юга Украины [375, 376] в среднем за девять лет виноградники с одинаковой густотой посадки, но разного сортового состава имели близкие показатели суммарного водопотребления, но существенно различались по величине Кв (от 19 до 74 м3/ц урожая) (табл. 42). По наблюдениям Туринского [376], величина Кв не является константой ни для какого-либо района, ни для сорта. Она изменяется в больших пределах в зависимости от состояния насаждения, урожайности, гидрометеорологических условий участка и др. В аналогичных природных условиях [239] водопотребление виноградников, представленных сортами Алиготе и Серексия, также было практически одинаковым (на контроле 4200 и 4156 м3, при орошении 5755 и 5458 м3). Близкие характеристики водопотребления и Кв) получены для сортов Ркацители, Рислинг и Сильванер в степном Крыму [387]. На южном берегу Крыма [385] при средних погодных условиях и оптимальных влагозапасах технические сорта Мускат белый, Мускат розовый и Ркацители имели одинаковое водопотребление—5120 м3/га.

Ряд авторов отмечают линейную зависимость между водо-обеспеченностью виноградника и величиной урожая [357, 387]. Такая зависимость может иметь место, когда рост урожая достигается за счет увеличения количества побегов на 1 га. После достижения некоторого оптимума числа побегов в ряду и на 1 га дополнительное количество воды будет, очевидно, все менее эффективным, а в ряде случаев может даже оказаться вредным (загущение кроны, грибные болезни и др.). С другой стороны, если урожай повышается не за счет числа побегов, а в результате увеличения их
плодоносности, то во-допотребление может удерживаться на некотором стабильном уровне или даже снижаться. Последнее может иметь место в результате уменьшения вегетативной массы (длины побегов), вызванной увеличением нагрузки кустов гроздями.      /
— при поливе виноградника увеличивается суммарное водо-
потребление и повышается урожай; поскольку рост урожая превышает дополнительный расход воды, коэффициенты водопо-требления уменьшаются;
— виноградники с одинаковой структурой и равными условиями водообеспеченности характеризуются близкими уровнями суммарного водопотребления, независимо от сортового состава и урожая гроздей;
— абсолютные максимальные значения /Св выше на суходольных виноградниках (~90 м3/ц); абсолютные минимальные значения /Св для поливных и суходольных виноградников примерно одинаковые (~20 м3/ц); диапазон изменения Кв больше на суходольных виноградниках (20—90 мъ1ц) и меньше на поливных (20—60 м3/ц).

 

Трудности, связанные с использованием на практике показателя Кв, обусловлены большой его вариабельностью. Анализ данных показывает, что при некотором стационарном состоянии кустов это связано главным образом с изменением по годам величины урожая. Например, в зоне юга Украины для поливных виноградников с однотипной структурой в выборке, представленной урожаями от 94 до 228 ц/га (рис. 56, кривая 1) между величиной Кв и сырой массой гроздей Ус обнаруживается тесная зависимость (г = 0,91).

Независимо от величины урожая водопотребление виноградников с междурядьями 2,5 м удерживается на уровне 4800 м3/га; при увеличении урожаев значения Кв закономерно снижаются.
Для суходольных виноградников в этой же зоне в выборке, представленной урожаями от 49 до 197 ц/га, между величиной Кв и сырой массой гроздей обнаруживается аналогичная зависимость (рис. 56, кривая 2).

Согласно (VII. 12), для планируемого урожая 50 ц/га величина Кв составит 74 м3/ц, а необходимый запас продуктивной влаги в почве — 3700 м3. Для урожая 100 ц величина Кв уменьшается до 33 м3/ц, а суммарное водопотребление составит 3300 м3/га. Некоторое снижение водопотребления при увеличении урожая, возможно, связано с уменьшением вегетативного прироста и относительным загущением кроны при увеличении нагрузки побегами и гроздями. Для виноградников с шириной междурядий 2,5 м в интервале от 75 до 195 ц/га сырого урожая гроздей суммарное водопотребление изменяется сравнительно мало: от 3,4 до 3,2 тыс. м3/га.
Выявленные закономерности позволяют сделать практический вывод: в случае использования показателя Кв для расчета суммарного водопотребления при планировании урожая винограда необходимо принимать во внимание уровень урожая, при котором величина Кв была получена. Как и для ТКхоз для данного виноградника каждому уровню урожая соответствует своя величина Къ при относительно стабильном суммарном водопо-треблении. Таким образом, с точки зрения продукционного процесса в основе изменения ТКхоз " Кв лежит одно и то же явление — изменение КПД поглощенной ФАР на фотосинтез (см. рис. 51, кривая 3).

Сопоставление полученной нами функции TKxo3 = f (Ус) (см. рис. 51) с функцией Кв— (Ус)(рис. 56), рассчитанной по литературным источникам, показывает хорошую сходимость значений ТКхоз и /Св для соответствующих уровней урожаев.
В агроклиматических исследованиях для расчета водопотребления используется биофизический метод, предложенный Алпатьевым [12]. Потребность ценоза в воде Е (мм) рассчитывается по уравнению
£ = /С2А (VII.13)
где К — биологический коэффициент испарения данной культуры (безразмерная величина), ZD — сумма среднесуточных дефицитов влажности воздуха (мм или мбар).
В физической основе биологического коэффициента лежит сложившийся в филогенезе наследственный ритм развития растения. Сезонный ход биологического коэффициента испарения дает биологическую кривую водопотребления, которая характеризует потребность растений во влаге в течение вегетационного периода [12, 182, 384].
Для расчета водопотребления виноградника используются и другие, менее распространенные в виноградарстве методы. Так, Сурин и Нурматов [344] использовали формулу Блейни—Криддла, которая в метрических мерах имеет вид

и= 0,458 К2 P(t+17,8), (VII.14)

где и — водопотребление культуры по месяцам (мм); Zp — доля продолжительности дневных часов в данном месяце от их годовой суммы (%); t — средняя месячная температура воздуха (°С); К — коэффициент водопотребления культуры (отношение суммарного испарения к испаряемости).
Таким образом, в основе метода лежит определение коэффициента К для данного виноградника.
В условиях Самгарского массива (Таджикская ССР) на плодоносящих виноградниках отклонение фактического суммарного водопотребления от вычислительного составило не более 10%. Значение коэффициента К в период вегетации принимается переменным: в начале вегетации 0,37—0,50, в июле—августе 0,96—1,0, в конце вегетации 0,40—0,42. Водопотребление виноградника для периода 148—166 дней изменилось от 5560 до 6400 м3, а для периода 180—200 дней —от 6930 до 7850 м3/га. Среднесуточное суммарное испарение в дни поливов в зависимости от метеоусловий колебалось от 30 до 100 м3/га.
Ломбардо [463] использовал для расчета потенциальной эвапотранспирации ЕТР (мм) виноградника формулу
ЕТР = 0,40—-—(Q + 50), (VII. 15)

где г — средняя температура воздуха (°С); Q — суммарная солнечная радиация (калДсм^ • ч).

Необходимым условием получения планируемого урожая винограда является контроль за ходом изменения влажности почвы в период вегетации и поддержание ее в пределах границы «оптимальной влажности». Верхней границей оптимального увлажнения является наименьшая влагоемкость (НВ) или предельная полевая влагоемкость (ППВ). Нижняя граница оптимального увлажнения изменяется в зависимости от фазы развития растения и водно-физических свойств почвы [70, 184, 375, 385, 387, 490]. В табл. 43 в качестве примера приведены характеристики поливного режима виноградника для различных типов почв в южной степи Украины.

Таблица 43
Основные показатели поливного режима виноградников в южной степи Украины (по [175])


Тип, разновидность и механический состав почвы

Предельная полевая влагоемкость (ППВ)

Нижняя граница оптимальной  влажности почвы

Глубина увлажняемого слоя почвы при поливах, м

Границы оптимальной влажности почвы, % ППВ

Объемный вес почвы, г/см3

Норма полива, м3/га

 

% от веса абсолютно сухой почвы

Черноземы   обыкновенные   и

24,0

18,0

1-1,2

100—75

1,30

780

южные тяжелосуглиннстые

19,9

 

 

 

 

 

Среднесуглинистые

13,9

1-1,5

100—70

1,50

900

Легкосуглинистые

18,0

11,7

1-1,5

100—65

1,41

890

Супесчаные

16,5

10,7

1-1,2

100—65

1,50

870

Песчаные на глинистых песках

14,6

10,2

1-1,2

100—70

1,52

670

Светло-каштановые слабосмытые легкосуглинистые

17,5

12,3

1—1,5

100—70

1,40

730

Черноземы   южные приарен-
иые супесчаные

15,7

9,4

1-1,5

100-60

1,53

960

Дерновые (песчаные) почвы

6,4

3,2

1—1,5

100—50

1,65

530

В заключение рассмотрим факторы, ограничивающие широкое использование перечисленных методов определения водопотребления виноградника.
Для метода водного баланса к числу таких факторов следует отнести прежде всего его трудоемкость, трудность учета водообмена на галечниковых и щебенистых почвах при близком уровне горизонта грунтовых вод и др. Учет запасов влаги во всем корнеобитаемом слое почвы осложняется также глубоким размещением корневой системы винограда. Получаемые данные о водопотреблении привязаны к конкретному винограднику, т. е. носят локальный характер.

Исследования биологической кривой водопотребления показали, что она все же схематична вследствие довольно сложной взаимосвязи между компонентами суммарного испарения [63]. Определение биологических коэффициентов для отдельных массивов виноградников в разных почвенно-климатических условиях довольно сложно и требует для осреднения 4—5-летних данных. При изменении агротехники и параметров кроны кустов на участке (в результате тех же поливов) изменится величина водопотребления и, следовательно, потребуются новые исследования для уточнения коэффициентов. Очевидно, этим можно объяснить, что в практике виноградарских хозяйств метод не получил широкого распространения.
Как известно, основным условием оптимизации продукционного процесса растений в агрофитоценозах является подчинение всех агротехнических приемов задаче максимального использования энергии солнечной радиации на формирование урожая в рамках уравновешенной системы факторов обеспечения. С этой точки зрения применительно к фактору водообеспеченности интересен актинометрический метод определения испарения, в основе которого лежит принцип учета количества поглощенной растениями энергии солнечной радиации. На поливных виноградниках данные о транспирационных расходах могут быть положены в основу расчетов поливных и оросительных норм с учетом архитектуры кустов, хода формирования листовой поверхности виноградника и поступления энергии солнечной радиации.
Интересен, в частности, актинометрический метод и для систем с закрытой оросительной сетью (подпочвенное орошение и др.), где испарение с поверхности почвы отсутствует. Для суходольных виноградников теплобалансовые расчеты позволяют наметить уровень потенциальной продуктивности насаждения при фактически существующей водообеспеченности участка.
Ряд исследователей рассматривают актинометрический метод как наиболее доступный и оперативный для определения транспирационных расходов фитоценозов [135, 267, 331]. По мнению Слейчера [331], применение метода ограничивается случаем, когда растительность достаточно однородна.



 
< Радиационные факторы и транспирационный расход виноградника   Основные обозначения >
Искать по сайту:
или внутренним поиском:

Translator

Наверх