Тепловой баланс виноградника мало изучен. В работе [86] приводятся некоторые характеристики теплового баланса виноградника в условиях орошения. Составляющие теплового баланса изменяются во времени в основном в соответствии с изменением влажности почвы, фаз развития растений и величины их биомассы. Изменение составляющих теплового баланса от культуры к культуре незначительно.
Рис. 39. Суточный ход радиационного баланса виноградника за различные периоды вегетации.
1 — фаза распускания почек, 2 — цветение, 3 — период роста ягод, 4 — период созревания ягод.
Мы изучали тепловой баланс виноградника в Дигомском опытном хозяйстве Грузинского СХИ в 1968—1970 гг. Наблюдения велись за сортом Ркацители при площади питания кустов 2,ОХ 1,5 м, формировка — трехпроволочная вертикальная шпалера.
Кроме этого, в Дигоми были организованы наблюдения над сортом Тбилисури, сформированном на четырехпроволочной вертикальной шпалере и беседочной опоре. Площадь питания на обоих участках 2,0 X 2,0 м.
Теплобалансовые наблюдения и обработка материалов проводились согласно «Руководству» [101].
Основная характеристика теплового баланса подстилающей поверхности — радиационный баланс — имеет ярко выраженный суточный и сезонный ход. На рис. 39 представлен суточный ход радиационного баланса виноградника за различные периоды вегетации. В суточном ходе максимум во все периоды приходится на 12 ч 30 мин — момент максимальной высоты солнца. Что же касается радиационного баланса в течение вегетации, то максимум его приходится на середину июня (время цветения винограда) и совпадает с максимальной высотой солнцестояния.
Также ярко выражен суточный ход эффективного излучения, являющегося важным элементом радиационного баланса. Однако в течение вегетационного периода эффективное излучение меняется незначительно.
Одной из важных составляющих теплового баланса подстилающей поверхности является затрата тепла на испарение LE.
Рис. 40. Суточный ход составляющих теплового баланса в различные периоды вегетации винограда.
Усл. обозначения кривых те же, что на рис. 39.
Важность этого элемента с сельскохозяйственной точки зрения заключается в том, что L находится в тесной связи с суммарным испарением Е, а последнее, как известно,— с урожаем в условиях умеренного и особенно жаркого климата.
Затраты тепла на испарение имеют ярко выраженный суточный и сезонный ход и определяются двумя факторами — радиационным балансом и влагозапасами почвы.
Это хорошо прослеживается на рис. 40, где представлен суточный ход составляющих теплового баланса в различные периоды вегетации винограда. Наивысшие значения ЕЕ наблюдаются в июне (фаза цветения), когда радиационный баланс и влагозапасы почвы достигают максимума. Изменение затрат тепла на испарение в течение вегетационного периода хорошо согласуется с таким же изменением радиационного баланса и составляет 79—96 % последнего (табл. 53).
Таблица 53
Составляющие теплового баланса виноградника при шпалерной формировке. Дигоми, сорт Ркацители
Остальная часть радиационного баланса, как известно, затрачивается на турбулентный теплообмен с приземным слоем атмосферы V и теплообмен с низлежащими слоями почвы Р. Эти составляющие теплового баланса определяют тепловое состояние приземного слоя воздуха и корнеобитаемого слоя почвы.
Турбулентный теплообмен V в суточном ходе достигает максимума в 13 ч, а в вегетационный период — в августе. Теплообмен с почвой Р имеет иной ход: максимум в 10 ч и незначительное изменение в течение вегетационного периода. На обе эти составляющие приходится незначительная доля радиационного баланса: на турбулентный теплообмен 1—20%, на теплообмен с почвой 1—2 %.
Таким образом, основная часть радиационного баланса в условиях оптимального или близкого к нему увлажнения затрачивается на суммарное испарение Е. Это значит, что между радиационным балансом, затратой тепла на испарение и суммарным испарением существует определенная связь. В литературе приводятся количественные выражения этой связи для различных подстилающих поверхностей [19, 56]. Нами также установлены такие связи для виноградника.
Наличие такой связи между R и Е позволяет строить корреляционные зависимости Е от R, которые в случае достаточной тесноты могут быть использованы для расчета Е по R. Это имело бы большое практическое значение, так как измерение R не так сложно, как вычисление Е, которое требует, кроме знания R, еще данных градиентных измерений.
В табл. 53 приведены количественные характеристики составляющих теплового баланса, а также суммарного испарения с виноградника по основным периодам вегетации в Дигоми (сорт Ркацители, площадь питания 2,0X1,5 м). Согласно средним данным за три года, радиационный баланс, эффективное излучение и турбулентный теплообмен достигают максимальных значений в первый период вегетации (с конца апреля до середины июня).
Во второй период вегетации радиационный баланс уменьшается незначительно, эффективное излучение снижается приблизительно на 20 %, а турбулентный теплообмен уменьшается почти вдвое. Примечательно, что затраты тепла на испарение в Дигоми достигают максимума во второй период вегетации в отличие от Телави, что обусловлено орошением в Дигоми.
В третий период вегетации все элементы теплового баланса виноградника имеют минимальные значения.
Таблица 54
Составляющие теплового баланса (ккал/см2) виноградника за основные периоды формирования и за весь период вегетации на богаре (Телави) и при орошении (Дигоми)
Для создания более четкого представления о тепловом балансе виноградника в табл. 54 представлены суммы отдельных составляющих теплового баланса за основные периоды формирования и за весь период вегетации. За первый период виноградник поглощает в среднем 18—19 ккал/см2 солнечной энергии. Из этого количества энергии 15—16 ккал/см2 расходуется на суммарное испарение, 1,40—2,70 ккал/см2 на турбулентный теплообмен и 0,18—0,23 ккал/см2 на теплообмен с почвой.
За второй период сумма радиационного баланса в Телави в среднем составляет 24,16 ккал/см2, в Дигоми — 24,28 ккал/см2, но при одних и тех же суммах радиационного баланса сумма затрат тепла на испарение в Дигоми почти на 4 ккал/см2 превосходит таковую же для Телави. Это в основном следует объяснить орошением виноградника в Дигоми. Эффект орошения сказывается и на остальных составляющих теплового баланса.
Сумма затрат на теплообмен с почвой в Телави составляет 0,67 ккал/см2, а в Дигоми 0,33 ккал/см2. Затраты на турбулентный теплообмен соответственно равны 5,19 и 1,75 ккал/см2, т. е. на прогрев почвы и приземного слоя воздуха в Телави расходуется значительно большая доля радиационного баланса, чем в Дигоми. Такой характер трансформации солнечной энергии на орошаемых виноградниках обусловливает более низкий уровень температуры воздуха и почвы, чем на богаре.
За третий период вегетации сумма радиационного баланса составляет 7,5—7,6 ккал/см2.
В среднем за весь период вегетации сумма радиационного баланса составляет 49 ккал/см2 для богарных и 50 ккал/см2 для орошаемых виноградников, затраты тепла на испарение — соответственно 38 и 45 ккал/см2. На неорошаемом винограднике турбулентный теплообмен равен 8,8 ккал/см2, на орошаемом — примерно половину этого количества (4,3 ккал/см2).
Увеличение радиационного баланса, затрат тепла на испарение и других составляющих теплового баланса в связи с орошением— явление не новое [19, 56]. Для подтверждения наших выводов, сделанных на основе анализа данных табл. 54, рассмотрим конкретный случай изменения составляющих теплового баланса в связи с орошением. В табл. 55 приводятся результаты измерений составляющих теплового баланса до и после полива виноградника. Судя по этим данным, радиационный баланс в результате полива увеличивается. Максимум разности приходится на 13 ч (0,1—0,11 кал/(см2-мин)). В утренние (10) и вечерние (16) часы увеличение баланса сравнительно небольшое (0,01—0,03) . Заметно уменьшается после полива альбедо виноградника, при этом разность возрастает от утренних часов к вечерним.
Значительно возрастают после поливов затраты тепла на испарение LL. Примечательно, что величина LE после полива превосходит радиационный баланс. Такие случаи отмечены в литературе [19, 56] и объясняются они конвективным притоком тепла из атмосферы. Турбулентный теплообмен и потоки тепла в почву после полива уменьшаются соответственно на 0,05—0,64 и 0,01 кал/(см2-мин).
Таблица 55
Изменение составляющих теплового баланса виноградника при орошении (по бороздам). Дигоми, сорт Ркацители, 1968—1969 гг.
Таблица 56
Изменение составляющих радиационного и теплового баланса виноградника (кал/(см2*мин)) в ясные дни при различной формировке кустов.
Дигоми, 1970 г.
Полученные количественные выражения эффекта орошения могут использоваться для агроклиматического обеспечения мероприятий по регулированию фитоклимата полей.
На формирование теплового баланса виноградника в значительной степени влияет геометрическая структура насаждений, густота посадки и способы формировки кустов, виды опоры, величина биомассы и т. д. Данные табл. 56 свидетельствуют о значительных различиях в количественных выражениях составляющих радиационного и теплового балансов виноградника при разной формировке кустов.
С изменением геометрической структуры растений меняются и такие показатели, как альбедо, эффективное излучение, радиационный баланс, а также другие составляющие теплового баланса V, Р и LE.
