Изучение радиационного режима виноградника проводилось методом полевого эксперимента, согласно упомянутой программе, в Дигомском опытном хозяйстве Грузинского СХИ. Наблюдения велись за сортом Ркацители при площади питания кустов 2,0 Х 1,5 м, оформленной на трехпроволочной вертикальной шпалере, в 1968—1972 гг. В 1970 г. параллельно проводились наблюдения на виноградниках с различной густотой посадки на Телавской опытной станции виноградарства и виноделия (Ркацители, вертикальная шпалера, площадь питания 2,ОХ 1,5 и 1,5x11,5 м). Кроме того, в Дигомском хозяйстве были организованы наблюдения за сортом Тбилисури, сформированном на четырехпроволочной вертикальной шпалере и беседочной опоре. (Площадь питания на обоих участках 2,0X2,0 м.)
На опытных участках проводились измерения:
- суммарной и рассеянной радиации над и под растениями и в середине междурядья,
- отраженной радиации над и под растениями, в середине междурядья на 0,5 м от поверхности почвы и с двух сторон шпалеры (восточной и западной в Дигоми и северной и южной в Телави).
Прямая S', рассеянная D и суммарная Q солнечная радиация на открытом участке (вне виноградника) измерялась на метеоплощадке (в Телави рядом с опытным участком, а в Дигоми на расстоянии 1 км).
Вычислялось эффективное излучение, определялась степень затененности на четырех уровнях (методом Лопухина), измерялась площадь листовой поверхности кустов.
Для измерений были использованы альбедометр походный Янишевского и гальванометр стрелочный ГСА-1; площадь листьев определялась планиметрическим методом.
Обработку материалов наблюдений и измерений проводили по принятой в системе Госкомгидромета методике [101].
На основе полученных данных вычислялись следующие показатели:
а) радиационный баланс (коротковолновый) всего виноградника (Вк) и поверхности почвы Вк,
б) поглощенная биомассой часть радиационного баланса
АВК = ВК -- Вк;
в) интегральный коэффициент поглощения коротковолновой радиации ABk/Q-
Вычисления проводили По схеме, предложенной Н. И. Гойса [149] и несколько видоизмененной нами для условий виноградника. Согласно этой схеме:
(18)
(19)
где
..-радиационный баланс поверхности почвы
—радиационный баланс освещенной части почвы;
—радиационный баланс затененной части почвы; (3 — степень затененности поверхности почвы;
(20)
здесь
— поступающая к поверхности почвы суммарная радиация в освещенной части,
— отраженная от поверхности почвы радиация;
(21)
где
— поступающая к поверхности почвы рассеянная радиация,
— альбедо поверхности почвы;
(22)
Однако для беседочного виноградника радиационный баланс поверхности почвы вычисляли по иной формуле:
(23) а поглощенную растительной массой часть радиационного баланса по формуле
(24)
На основе проведенной работы получены следующие результаты.
Все элементы радиационного баланса изменяются во времени в зависимости от высоты солнца и нарастания биомассы. Для наглядности приводим схематическое изображение профиля виноградника при шпалерной формировке кустов и направлении рядов север—юг (рис. 31). На рисунке в первом приближении показан характер освещенности шпалеры в зависимости от высоты солнца в различное время дня. В утренние и вечерние часы освещается в основном ассимилирующая поверхность растений, а в полуденные часы большая часть поступающей энергии приходится на поверхность почвы. Это хорошо прослеживается на рис. 32, на котором представлен дневной ход составляющих радиационного баланса виноградника в Дигоми. В отличие от суммарной Q, поглощенной Вк и отраженной радиации, поглощенная непосредственно растениями часть солнечной радиации АВК в утренние и послеполуденные часы выше, чем в полуденные.
Как известно, радиационный режим растительного покрова изменяется также в зависимости от геометрической структуры виноградника. На рис. 33 представлен дневной ход составляющих радиационного баланса виноградника при беседочной и шпалерной формировках кустов. Из рисунка видно, что дневной ход Q, RK и Вк на обоих участках одинаковый, разный лишь ход поглощенной растительным покровом радиации АВК при шпалерной и беседочной формировках.
Рис. 31. Характер освещенности шпалеры (направление С—Ю) в зависимости от высоты солнца.
Такое различие обусловлено тем, что при беседочной формировке зеленая биомасса винограда расположена в горизонтальной плоскости и создает сплошной покров над поверхностью почвы. Поэтому степень поглощения солнечной радиации биомассой кустов увеличивается с высотой солнца. При шпалерной же формировке зеленые органы растений представляют вертикальную стену, поэтому максимальное поглощение ФАР происходит при высоте солнца 30—50° в утренние и послеполуденные часы.
Изменение радиационного режима виноградника в течение вегетационного периода обусловлено сезонным изменением высоты стояния солнца и нарастания биомассы кустов.
На рис. 34 представлен ход тех же элементов в течение вегетационного периода при шпалерной и беседочной формировках. Обращает на себя внимание высокий уровень поглощенной радиации при беседочной формировке.
Рис. 32. Дневной ход составляющих радиационного баланса на винограднике. Дигоми.
Q — суммарная радиация, Вк — радиационный баланс коротковолновой радиации, Лк — альбедо коротковолновой радиации, АВК — баланс поглощенной коротковолновой радиации.
В табл. 47 представлены данные о валовых количествах поступающей, отраженной и поглощенной солнечной энергии на 1 га виноградника в Телави и Дигоми. Согласно данным таблицы, в первый период вегетации виноградник получает в среднем около 2 млрд, ккал/га. За второй период вегетации это количество составляет 2,5 млрд, ккал/га, а за третий период — 1 млрд, ккал/га. Таким образом, за весь период вегетации сумма суммарной радиации на 1 га виноградника составляет 5—6 млрд. ккал. Из этого количества солнечной энергии около 4,5— 5,0 млрд, ккал поглощается виноградником и превращается в различные виды энергии, а около 1 млрд, ккал отражается в свободную атмосферу. Примерно две трети суммарного потока поступает в виде прямой солнечной радиации (3— 3,5 млрд, ккал/га), а остальная часть — в виде рассеянной. Отношение прямой радиации к рассеянной определяет качество винограда и полученного из него вина.
При оценке ресурсов солнечной энергии, поступающей на поверхность той или иной территории, наряду с интегральным потоком солнечной радиации важно знать его спектральный состав и в первую очередь фотосинтетически активную радиацию (ФАР).
В табл. 48 представлены валовые количества ФАР, поступающей на поверхность 1 га виноградника. Судя по этим данным, за период вегетации винограда в Телави и Дигоми сумма ФАР составляет 2,5—4,0 млрд, ккал/га. Эти величины хорошо согласуются с данными Ничипоровича, согласно которым приведенной сумме ФАР соответствует 25 т/га возможного биологического урожая.
Таблица 47
Валовые количества поступающей, отраженной и поглощенной солнечной энергии на 1 га виноградника по основным периодам вегетации (млрд, ккал/га)
Рис. 33. Дневной ход составляющих радиационного баланса виноградника при беседочной (а) и шпалерной (б) формировках кустов.
Уел. обозначения см. рис. 32.
Рис. 34. Изменение радиационного режима виноградника в течение вегетационного периода при беседочной (а) и шпалерной (б) формировках.
Таблица 48
Валовые количества ФАР, поступающей на поверхность виноградника за основные периоды вегетации (млрд, ккал/га) . Телави и Дигоми
Однако когда речь идет о культуре винограда, следует помнить, что продуктивность фотосинтеза и урожайность растений зависят от того количества солнечной энергии, которая поглощается непосредственно листьями, т. е. биомассой кустов. Своеобразная геометрическая структура виноградника и биологические особенности виноградной лозы требуют исключительно корректного подхода к вопросам изучения формирования биомассы виноградных кустов и радиационного режима виноградника.
Весьма обстоятельное исследование роли ассимиляционного аппарата в жизнедеятельности виноградной лозы провел в Грузии П. Г. Тавадзе [117]. Согласно его данным, продуктивность фотосинтеза листового аппарата виноградной лозы в основном зависит от интенсивности солнечной радиации, степени взаимозатененности листьев, водного режима почвы и растений.
Рис. 35. Связь между площадью листовой поверхности (дм2) и урожайностью кустов винограда (кг с 1 куста).
Рис. 36 .Связь площади листовой поверхности со степенью затененности почвы.
Таблица 49
Длина побегов, площадь листовой поверхности кустов и степень затененности почвы виноградника. Дигоми
Существует четкая связь также между площадью листовой поверхности и урожайностью кустов винограда (рис. 35).
Методы определения листовой поверхности кустов винограда весьма трудоемки. Среди косвенных показателей наиболее приемлемым нам представляется степень затененности поверхности почвы под виноградными кустами, определенная методом Лопухина. Этот показатель можно легко использовать на практике при изучении радиационного режима РП. Представленные в табл. 49 данные о длине побегов, площади листьев винограда Ркацители и Тбилисури, а также степени затененности поверхности почвы под виноградными кустами свидетельствуют о наличии тесной связи между площадью листовой поверхности виноградника и степенью затененности почвы под растениями (что показано на рис. 36). Эта связь дает возможность определять с достаточно высокой точностью площадь листовой поверхности кустов винограда.
Такой способ расчета листовой поверхности может быть применен для шпалерного виноградника и в тех случаях, когда требуется определить листовую поверхность всего виноградника в тыс. м2/га.
Зависимость площади листовой поверхности от затененности дает возможность показать нарастание листовой массы за вегетационный период. Расположение кривых на рис. 37 свидетельствует о том, что при различной густоте посадки и формировке кустов листовая масса растений формируется неодинаково. Самой высокой степенью затенения и, следовательно, самой мощной биомассой отличается беседочная форма (кривая 3). Самыми низкими показателями накопления биомассы характеризуется шпалера обычная (трехпроволочная) при густоте посадки 2,ОХ 1,5 м (кривая 1). Заслуживает внимания то обстоятельство, что на одной кривой расположились точки, относящиеся и к четырехпроволочной шпалере при посадке 2x2 м и к трехпроволочной шпалере при посадке 1,5X1,5 м (кривая 2). Это свидетельствует о том, что при такой густоте и формировке виноград развивает примерно одинаковую биомассу в пересчете на единицу площади.
Располагая данными о величине листовой поверхности винограда, можно рассчитать количество солнечной энергии, поглощенной виноградником.
Рис. 37. Нарастание биомассы кустов (тыс. м2/га) за вегетационный период при различной густоте и формировке кустов.
В табл. 50 приводятся данные о составляющих радиационного баланса виноградника при густоте посадки 2,0 Х 1,5 м и шпалерной формировке (трехпроволочная шпалера) в различные периоды вегетации (сорт Ркацители).
Наиболее интересна для нас поглощенная растениями радиация АВк, представляющая собой разность между радиационными балансами виноградника Вк и поверхности почвы под растениями Вк. Она меняется во времени в зависимости от двух факторов — поступающей радиации и биомассы растений. В целом поглощенная радиация составляет 17—44 % радиационного баланса.
Наиболее наглядным показателем использования растительным покровом солнечной радиации является интегральный коэффициент поглощения ABk/Q, представляющий собой отношение поглощенной радиации к суммарному потоку. Величина этого коэффициента определяется в основном величиной р.
Данные табл. 50 позволяют сделать вывод, что радиационный режим виноградника определяется в основном его геометрической структурой и величиной биомассы кустов.
Этот вывод будет справедлив для всех видов формировок, если за основной количественный показатель радиационного режима виноградника принять поглощенную растениями радиацию, выраженную через АВК или ABK/Q. Для подтверждения такого заключения приводим данные о радиационном режиме виноградника на Южном берегу Крыма (сорт Мускат белый при густоте посадки 1,5x1,5 м), рассчитанном нами по исходным данным агрометстанции Никитский ботанический сад (табл. 51). Радиационный баланс куста ДВк и интегральный коэффициент поглощения BK/Q очень близки к величинам, полученным нами для условий Грузии (см. табл. 50).
Таблица 50
Составляющие радиационного баланса виноградника (ккал/см2) при шпалерной формировке кустов. Сорт Ркацители, площадь питания 2,ОХ 1,5, ясные дни
Количественные характеристики радиационного режима виноградника позволяют рассчитать валовое количество солнечной энергии, поглощаемое растением в течение определенного периода вегетации на площади 1 га. За первый период вегетации виноградник в условиях Восточной Грузии поглощает 100—135 млн. ккал/га ФАР, за второй ·— 300—400, и за третий— 150—200 млн. ккал/га. Общее количество ФАР, поглощенной за весь период вегетации, составляет 600— 700 млн. ккал/га.
Определенный интерес представляет характер распределения поглощенной радиации различными частями кроны куста в течение дня, показанный на рис. 38. Наблюдения проводились на шпалерном винограднике сорта Ркацители (густота посадки 2,Ох 1,5 м) и Чинури (густота посадки 2,0X2,0 м). Оказалось, что наибольшее поглощение происходит в зоне второго яруса, который соответствует высоте расположения гроздей (высота второй проволоки шпалеры). В течение дня наибольшее поглощение происходит в утренние и вечерние часы, а наименьшее — в полдень.
Рис. 38. Распределение поглощенной радиации в кроне шпалерного виноградника в течение дня.
а — сорт Ркацители, площадь питания 2,0X1,5 м; б — сорт Чинури, площадь питания 2,0X2,0 м. / — 9 ч 30 мин, 2—12 ч 30 мин, 3— 15 ч 30 мин.
В табл. 52 представлены данные, которые свидетельствуют об определенной связи между поглощенной ФАР и величиной урожая винограда при различной системе опор. Эти данные говорят о преимуществе беседочной опоры, при которой более чем в два раза увеличивается поглощение ФАР и соответственно возрастает урожайность виноградника, которая зависит от валового количества поглощенной ФАР.
Количество поглощенной ФАР находится в определенной зависимости от величины биомассы (листового аппарата) растений. Следовательно, для получения урожая 6—7 т/га биомасса 1 га виноградника должна поглощать за вегетационный период 600 млн. ккал ФАР, для получения урожая 10—12 т/га количество поглощенной ФАР должно возрасти до 700— 800 млн. ккал/га, а для получения урожая 25—30 т/га — до 1 —1,5 млрд, ккал/га.
Таблица 51
Характеристики радиационного режима виноградника (кал/(см2-мин)) при шпалерной формировке кустов в условиях Южного берега Крыма. Никитский ботанический сад, Мускат белый, 1969 г. Площадь питания 1,5X1,5 м
Таблица 52
Урожайность виноградника при различной густоте посадки и формировке в зависимости от поглощенной ФАР. Дигоми
Из этого следует, что для повышения урожайности виноградников необходимо обеспечить выращивание на единице площади такого количества листьев (побегов), которое поглотило бы соответствующее заданному урожаю количество ФАР. Этого можно достичь путем регулирования густоты посадки и нагрузки кустов винограда побегами.
