По морфолого-анатомическим признакам и физиологическим свойствам виноградное растение относят к устойчивым мезофитам (Баранов, 1949; Д а в и т а я, 1950). Виноград успешно возделывается в местностях с ограниченным количеством атмосферных осадков в условиях жесткого водного режима и высокой инсоляции. Относительную засухоустойчивость винограда обеспечивают способность корней проникать на большую глубину, а также хорошо развитая проводящая система растения-лианы.
В то же время обширные ареалы естественного местообитания дикорастущего винограда привязаны обычно к источникам воды, и это свидетельствует о влаголюбии виноградного растения. Проявляя высокую засухоустойчивость, виноград в то же время положительно реагирует на все мероприятия, улучшающие обеспеченность его водой.
Различные аспекты, связанные с оценкой влагообеспеченности сельскохозяйственного поля и водопотребления, рассматриваются в специальной литературе (Алпатьев, 1954; Будаговский, 1964; Турянский, 1967; Константинов, 1968, Пенман, 1968; Слейчер, 1970; Никифорова, Волошин, 1975, и др.).
В виноградарстве для расчета 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). Суммарное водопотребление (Е, mm) рассчитывается по уравнению (Алпатьев, 1954)
(11)
где ΔW — разность в продуктивных влагозапасах корнеобитаемого слоя почвы в начале и в конце расчетного периода; ΣΡ — сумма атмосферных осадков за период; Q — норма оросительной воды (mm).
Из составленной нами сводки видно (табл. 2), что суммарное водопотребление виноградника, или „эвапотранспирация“ (транспирация+ испарение с поверхности почвы) даже в пределах европейской части СССР изменяется в больших пределах: от 3 до 10 тыс. m3 воды на гектар.
В работах по программированию урожаев наряду с другими используется метод расчета планируемого урожая по величине „коэффициента водопотребления“ (Кв). В случае винограда этот коэффициент представляет собой количество воды (m3), расходуемое виноградником на образование единицы товарной продукции (It или 1 cwt сырой массы гроздей).
Таблица 2
Водопотребление виноградников в европейской части СССР
Коэффициенты водопотребления используются для расчета суммарного водопотребления и оросительных норм при планировании урожаев на орошаемых участках, а также для прогноза возможного урожая по фактической средней многолетней влагообеспеченности суходольного участка (Каюмов,1977).
Рис. 2. Зависимость хозяйственных транспиранионных коэффициентов (ТКхоз) и суммарных транспирационных расходов виноградника (ΣΤ) (кривая 1) от величины сырого урожая гроздей (Ус). Кривая 2 показывает зависимость коэффициентов водопотребления от ширины междурядий. Кривая 3 показывает зависимость коэффициентов водопотребления (кг) от величины урожая для суходольных виноградников (построена нами по данным Турянского, 1967; Немировской, 1967; Никифоровой, Волошина, 1975). Кривая 4 показывает зависимость транспирационных коэффициентов (ТК) от КПД поглощенной ФАР (Аηф) (по (Ничипоровичу, 1966а)
В последнем случае необходимо принимать во внимание влагообеспеченность в течение всего вегетационного 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
Продуктивная влага складывается из влагозапасов, летних осадков и воды вегетационных поливов при орошении. Из весенних запасов почвенной влаги ~ 25% можно отнести к категории продуктивной для виноградника (Цейко, Кожевников, 1961). Полезные осадки составляют около 75 % от общего количества осадков (Цейко, Кожевников, 1961; Sааутаn, Van Zil, 1975).
Имеющиеся в литературе данные (часть из них приведена в табл. 2) позволяют выявить ряд закономерностей водопотребления виноградников в зависимости от величины урожая и уровня водообеспеченности.
- При поливе увеличивается суммарное водопотребление и повышается урожай гроздей. Поскольку при нормальных условиях рост урожая превышает дополнительный расход воды, значения Кв уменьшаются.
- Виноградники с однотипной структурой и одинаковой архитектурой кустов в равных условиях водообеспеченности характеризуются близкими уровнями суммарного водопотребления независимо от сортового состава и урожая гроздей.
- Абсолютные максимальные значения Кв выше на суходольных виноградниках («90 m3/cwt); абсолютные минимальные значения Кв для поливных и суходольных виноградников примерно одинаковые («20 m3/cwt); диапазон изменения Кв больше на суходольных виноградниках (~20—90 ms/cwt) и меньше на поливных (~ 20—60 m3/cwt).
Трудности, связанные с использованием на практике показателя Кв, обусловлены большой его вариабельностью. Анализ данных показывает, что причинной этой вариабельности является изменение по годам урожая гроздей. Для суходольных виноградников в зоне юга Украины в выборке, представленной урожаями от 49 до 197 cwt/ha между Кв (m3/cwt) и сырой массой урожая гроздей (Ус, cwt), обнаруживается тесная зависимость (рис. 2, кривая 3), которая аналитически описывается уравнением
(12)
Аналогичный характер связи КВ[УС (но с другими значениями коэффициентов в уравнении) обнаруживается и на поливных виноградниках.
Согласно уравнению (12) для планируемого урожая в 50 cwt/ha, величина Кв составит 74 m3/cwt, а необходимый запас продуктивной влаги в почве — 3700 m3. Для урожая в 100 cwt величина Кв уменьшается до 33 m3 /cwt,. а суммарное водопотребление составит 3300 m3/ha. 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 m в интервале от 75 до 195 cwt/ha сырого урожая гроздей суммарное водопотребление изменяется сравнительно мало: от 3,4 до 3,2 тыс. m3/ha (2).
Таким образом, данные показывают, что при программировании урожаев винограда для расчета суммарного водопотребления по величине Кв для виноградника с заданной структурой необходимо принимать во внимание уровень урожая, при котором величина Кв была получена. Иначе говоря, для заданного виноградника каждому уровню урожая соответствует свое значение Кв (при относительно выравненных влагозапасах).
Ограничения, связанные с использованием метода водного баланса, обусловлены его трудоемкостью, трудностью учета водообмена при близком уровне грунтовых вод, сложностью учета запасов влаги во всем корнеобитаемом слое почвы, а также на галечниковых и щебенистых почвах. Использование величины водопотребления и Кв, по существу, ограничивается конкретным виноградником.
В агроклиматических исследованиях для расчета суммарного водопотребления используется "биофизический метод" (Алпатьев, 1954). Потребность ценоза в воде (Е, mm) рассчитывается по уравнению
(13)
где К—биологический коэффициент испарения данной культуры (безразмерная величина); ΣД — сумма среднесуточных дефицитов влажности воздуха (mm или mb).
Биологический коэффициент испарения характеризует валовое потребление влаги, приведенное к одинаковым метеорологическим условиям (к одинаковой средней испаряемости). В физической основе биологического коэффициента и биологической кривой водопотребления лежит сложившийся в филогенезе наследственный ритм развития растения (Магрисо, 1970; Фурса, 1977).
Сурин и Нурматов (1976) использовали для расчета водопотребления виноградника формулу Блейни — Криддла, которая в метрических мерах имеет вид
(14)
где и — водопотребление по месяцам (mm); р — доля продолжительности дневных часов в данном месяце от их годовой суммы (%); t — среднесуточная температура воздуха (°С); К — биологический коэффициент водопотребления. Значения К изменяются по месяцам.
Исследования биологической кривой испарения, составленной на основе биологических коэффициентов, показали, что она все же схематична вследствие довольно сложной взаимосвязи между компонентами суммарного испарения (Будаговский, 1964). Определение биологических коэффициентов для различных почвенно-климатических условий и разных по структуре насаждений довольно сложно и требует, помимо всего, для усреднения 4—5- летних данных. При изменении агротехники и параметров кроны кустов на участке (в результате тех же поливов) изменятся показатели водопотребления и, следовательно, потребуются новые исследования для уточнения коэффициентов.
Как отмечалось выше, основным условием оптимизации фотосинтетической деятельности растений в ценозах для получения программированных урожаев является подчинение всех агротехнических мероприятий задаче максимального использования энергии солнечной радиации на формирование урожаев в рамках уравновешенной системы факторов действия. С этой точки зрения для расчета водопотребления представляет интерес "актинометрический метод", в основе которого лежит учет количества поглощенной растениями энергии солнечной радиации и определение транспирационного расхода по уравнению энергетического баланса (Brown, Escombe, 1905; Клешнин с сотр., 1955; Iлькун, 1967):
где Q — количество падающей интегральной радиации; а — коэффициент поглощения; Кт — скрытая теплота испарения (586 cal/g воды); а — коэффициент турболентной теплопередачи ;2Л—удвоенная площадь листьев растения; tл в tв — соответственно температура листа и температура воздуха. Выражение а 2JI(tn—tB) характеризует расход поглощенной растением энергии солнечной радиации на теплообмен с воздухом. Расход воды на транспирацию (Т) определяется как остаточный член уравнения.
При достаточной влагообеспеченности транспирационный расход (Т) может приниматься в качестве водного эквивалента количества поглощенной растениями солнечной радиации (Павлов, Устенко, 1965; Амирджанов, 1975). Тогда уравнение получит вид
(16)
Зная величину продукции сухой биомассы (Δm) за учетный отрезок времени, нетрудно рассчитать величину транспирационного коэффициента (ТК)
(17)
Транспирационный расход, рассчитанный относительно сырой массы гроздей, дает величину "хозяйственного транспирационного коэффициента" (ТКхоз). Таким образом связываются различные факторы продукционного процесса: солнечная радиация, биомасса растения, параметры кроны, листовая поверхность, транспирационный расход и др.
Данные показывают, что между величиной ТКхоз и урожаем винограда обнаруживается тесная зависимость (рис. 2, кривая 2), аналогичная той, которая имеется между величиной Кв и сырой массой гроздей. Таким образом, с точки зрения продукционного процесса, в основе изменения показателей Кв и ТКхоз по годам лежит одно и то же явление — изменение КПД поглощенной ФАР на фотосинтез (рис. 2, кривая 4), или иначе — изменение КПД продукционного процесса (Аηф).
Метод определения суммарного водопотребления, основанный на учете энергетического баланса растений и дополненный данными по испарению с поверхности почвы, рассматривается как один из наиболее удобных и оперативных методов (Павлов, Устенко, 1965; Слейчер, 1970), хотя применение его ограничивается случаем, когда растительность достаточно однородна.
