Оптимизация продукционного процесса - Фактор водообеспеченности винограда

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

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): II — рост побегов.III — цветение, IV — 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 (м³/га) и коэффициенты водопотребления  Кв (м³/ц) виноградника (по [375])

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 (Е 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 водопотребление 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 водопотребления 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 м³/ц) 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 водопотреблении. 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])

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.