В основу наших исследований водопотребления винограда положена методика, разработанная А. М. Алпатьевым [6, 7] и развитая А. Р. Константиновым [84, 85]. Эта методика учитывает условия погоды, запасы влаги в почве и биологические особенности водопотребления растений. Рассмотрим вкратце существо этой методики.
Испарение с сельскохозяйственных полей, занятых различными культурами, определяется взаимодействием внешних и внутренних факторов развития растений. С возрастом у винограда, как и у других растений, согласно исследованиям И. Н. Кондо [78, 82], Н. А. Максимова [107], Р. М. Мехтизаде [113] и других, развиваются коллоидно-химические свойства протоплазмы, в том числе ее проницаемость. Наиболее высокой проницаемостью обладает протоплазма самых молодых клеток. В процессе старения растений проницаемость протоплазмы уменьшается. Тем самым замедляется подвижность воды, уменьшается водоотдача клеток и снижается интенсивность перехода воды в парообразное состояние в межклетниках, сообщающихся посредством устьиц с атмосферой, т. е. имеет место непосредственное влияние фазы растений на интенсивность транспирации.
Темпы развития и количество воды, необходимое виноградному растению для нормального развития, обусловлены исторически сложившимися наследственными свойствами данного вида и сорта. В них отражается вся совокупность многолетнего воздействия среды на растение, под влиянием которого вырабатываются режимы развития и водопотребления. Процесс старения, темпы развития и оптимальный режим водопотребления винограда относятся к внутренним факторам развития и к его биологическим свойствам В.
К числу внешних факторов следует отнести условия погоды, характеризуемые (как будет показано ниже) испаряемостью Е0, и запасы влаги в почве Wпр. Различные приемы агротехники оказывают лишь косвенное влияние на водный режим культурных растений путем изменения либо запасов влаги, фитоклиматических условий, либо, наконец, биологических свойств растения [6, 7, 85 и др.]. Все эти изменения учитываются через основные факторы: запасы влаги в почве, условия погоды и биологические свойства растений.
Многофакторность связи суммарного испарения с сельскохозяйственных полей с биологическими свойствами растений В, испаряемостью Е0 с запасами влаги в почве очень усложняет исследования закономерностей водопотребления растений. Для решения этого вопроса необходимо отдельно учитывать влияние каждого фактора. Связь суммарного испарения Е с определяемыми факторами в общем виде может быть представлена следующим образом:
(5.1)
Первоначально необходимо учесть влияние условий погоды на водопотребление винограда.
В качестве комплексного показателя, характеризующего влияние условий погоды на суммарное испарение, принято считать испаряемость Ε0 [20, 22, 87, 134, 201].
В работах А. Р. Константинова [85, 87] дается описание методики расчета испаряемости с сельскохозяйственных полей по температуре и влажности воздуха, измеренных на метеорологических станциях. Согласно этим исследованиям, за испаряемость принимается испарение с поверхности сомкнутого травостоя, почва под которым оптимально увлажнена. Суммарное испарение при неизменных запасах влаги в почве пропорционально испаряемости. Тогда для конкретных условий погоды, характеризуемых испаряемостью Е0, получим
Чтобы условно исключить влияние на водопотребление различий условий погоды, значение Е следует привести к одинаковой испаряемости, принятой за среднюю, т. е. к величине Е0. Для этого суммарное испарение за анализируемый период умножается на отношение средней испаряемости к испаряемости за этот период:
(5.2), где величина Е0 — это испарение Е, приведенное к средним условиям погоды. В настоящей методике за основу принят сезонный ход средней испаряемости Е0, соответствующий условиям достаточного увлажнения (табл. 5.2).
Таблица 5.2
Условный сезонный ход средней испаряемости E0 (мм/сут)
| Пентада | IV | V | VI | VII | VIII | IX | X |
1 | 3,8 | 4,7 | 5,2 | 5,4 | 5,3 | 5,0 | 4,1 |
2 | 4,0 | 4,8 | 5,2 | 5,4 | 5,3 | 4,9 | 3,8 |
3 | 4,2 | 4,9 | 5,3 | 5,5 | 5,2 | 4,8 | 3,6 |
4 | 4,4 | 5,0 | 5,3 | 5,4 | 5,2 | 4,7 | 3,3 |
5 | 4,6 | 5,1 | 5,4 | 5,3 | 5,1 | 4,5 | 2,9 |
6 | 4,7 | 5,2 | 5,4 | 5,3 | 5,1 | 4,4 | 2,6 |
Приведение водопотребления к средней испаряемости несколько удобнее, чем подобное приведение к единице испаряемости, поскольку в этом случае более отчетливо видны различия фактического водопотребления по отдельным фазам, обусловленные сезонным ходом испаряемости [85].
Точность дальнейших расчетов не зависит от выбранного среднего сезонного хода испаряемости, так как приведение к средним и переход к конкретным условиям погоды (характеризуемым испаряемостью Е0) осуществляется с помощью одних и тех же (прямых и обратных) коэффициентов.
Нами рассчитана средняя многолетняя испаряемость для различных районов юга Украины и коэффициенты, позволяющие перейти от средней сезонной испаряемости Е0, соответствующей условиям достаточного увлажнения, к E0 по соотношению K=Е0√Е0 (см. приложение 3).
Величина Е0√Е0 зависит от запасов влаги в почве и биологических свойств культуры. Последние определяются видом культуры, сортом, фазой развития и состоянием растения. При исследовании связи водопотребления культур Е с запасами влаги в почве необходимо брать продуктивные запасы влаги Wпр, равные общим запасам, уменьшенным на их значение при влажности устойчивого завядания. Для получения связи Е с Wпр необходимо эти связи строить для среднего состояния одной и той же культуры, сорта и фазы развития.
Таким образом,
(5.3)
Такие зависимости были построены для основных фаз развития винограда. По графикам связи Ев с Wпр для отдельных фаз развития строилась биологическая кривая водопотребления для всего вегетационного периода. При этом для каждой фазы определялось максимальное водопотребление, соответствующее оптимальным запасам влаги в почве. Эти величины наносились на график, по оси ординат которого откладывалось максимальное водопотребление за каждую фазу, а по оси абсцисс последовательно фазы развития.
Для периода созревание—промышленная зрелость использовалось не максимальное водопотребление при оптимальных запасах влаги, а водопотребление при влажности почвы, соответствующей 65 % Wпр при НВ, что необходимо для обеспечения высокой сахаристости ягод сортов винограда, используемых для приготовления крепких и десертных вин [14, 15, 82]. Для столовых вин и сортов шампанского направления в период созревания целесообразно, по данным А. И. Цепко [204], поддерживать влажность почвы нe ниже 75 % НВ с обязательным прекращением поливов до 12-15 дней до промышленной зрелости.
При построении кривой водопотребления винограда необходимо учитывать, что критические по отношению к влаге периоды развития культур не всегда совпадают с фенологическими фазами.
В работах А. С. Мержаниана [112], А. М. Негруля [125], З. В. Колесника [74, 75], И. Н. Кондо [82] и других учитывается, что наиболее важным в развитии винограда является период формирования зачатков соцветий — основы будущего урожая.
По наблюдениям А. С. Мержаниана, З. Я. Титовой — Молчановой, З. В. Колесника и других, начало закладки соцветий в почках винограда на нижних узлах у различных сортов совпадает с фазой цветения (середина июня) и продолжается примерно до конца августа. В сентябре и октябре, когда идет техническое вызревание, почка находится в глубоком покое и возобновляет свое развитие в зимне-весенний период. Закладка зачатков соцветий летом предшествующего года еще не определяет будущего урожая, так как условия весны оказывают большое влияние на фактическую плодоносность побегов в сторону ее увеличения или уменьшения по сравнению с эмбриональной плодоносностью.
На сроки закладки и степень дифференциации соцветий в почках различных сортов винограда в значительной мере влияет наличие влаги в почве в начальный период вегетации. Как указывает А. М. Негруль [126], при недостатке питания и влаги в весенний период соцветия засыхают и отпадают. Если складываются благоприятные метеорологические условия, то в почках наблюдается увеличение количества вторых и третьих соцветий. По данным А. П. Диканя [48], потенциальная средняя урожайность сортов винограда достаточно большая, но из-за того, что слабо дифференцированные зачатки соцветий весной в период от набухания почек до образования соцветий не превращаются в фактические соцветия, она снижается на 51,3%; за счет редукции соцветий урожай снижается на 7,6 % и снижение урожайности в период с момента образования соцветий на побегах до уборки составляет 3,6 %. Как видно, основные потери происходят в начале вегетации, т. е. в период набухание почек—образование соцветий на побегах. Это необходимо учитывать при разработке оптимального поливного режима винограда.
Цветение винограда является одной из наиболее ответственных фаз вегетации винограда, так как от успешного оплодотворения и завязывания ягод зависит урожай текущего года. Виноградное растение испытывает в этот период большое напряжение и для успешного цветения требует значительного притока питательных веществ. В период цветения продолжается рост побегов и начинается закладка зачатков соцветий под урожай будущего года. Поэтому при прочих благоприятных условиях полная обеспеченность виноградного растения продуктивной влагой во время цветения имеет большое значение.
После цветения винограда рост побегов заметно замедляется, но продолжается закладка зачатков соцветий и рост завязавшихся ягод. К этому времени виноградные кусты имеют уже большую массу листьев и потребляют много воды.
Во время созревания потребность винограда в воде снижается; в этот период необходимы условия водоснабжения, обеспечивающие высокое качество продукции.
Учитывая биологические особенности винограда, мы строили биологическую кривую водопотребления для следующих периодов развития: 1) распускание почек, дифференциация соцветий и рост побегов (т. е. распускание почек — цветение); 2) цветение, начало закладки соцветий под урожай будущего года, рост побегов и конец цветения (цветение — конец цветения); 3) рост ягод и развитие заложенных соцветий (конец цветения — начало созревания);
4) начало созревания — промышленная зрелость; 5) вызревание лозы, (расцвечивание листьев и листопад (промышленная зрелость — листопад).
При построении биологической кривой использовались фактические данные водопотребления винограда Ев, приведенные к одинаковым метеорологическим условиям, характеризуемым величиной Е.
Рис. 5.1. Связь водопотребления винограда с продуктивными запасами влаги Wпр (% Wпр при НВ) в метровом слое почвы в межфазные периоды.
а - изменение водопотребления разных сортов винограда во время роста ягод; I, II, III, IV — соответственно Мускат белый, Мускат розовый, Мускат белый орошаемый. Токай (Южный берег Крыма), V — Шасла (Херсон), VI — Ркацители (Клепинино), VII — Мускат белый (Джанкой).
б — изменение водопотребления в межфазные периоды; периоды:
1 — распускание почек — цветение, 2 — цветение — конец цветения, 3 — конец цветения — начало созревания, 4 — начало созревания — промышленная зрелость, 5 — промышленная зрелость — листопад; 6 — зависимость соотношения фактического водопотребления винограда из метрового и полутораметрового слоя почвы от продуктивных запасов влаги в метровом слое
Это достигалось путем умножения фактического испарения Е0 на отношение средней испаряемости Е к испаряемости за выбранный период E0, вычисленной по температуре и влажности воздуха (85],
Кривая строилась на основании метеорологических и фенологических наблюдений, а также с учетом данных о влажности почвы по станциям Крыма: Никитский сад, Гурзуф, Алушта, Клепинино, Джанкой и агрометстанции Херсон (всего 40—45 годо-случаев). В расчетах использовались наблюдения за такими сортами винограда, как Мускат белый, Мускат розовый, Токай, Шасла и Ркацители. Из рис, 5.1 а следует, что водопотребление этих сортов во время роста ягод (как, впрочем, и в другие межфазные периоды) практически одинаково, поскольку разброс точек носит случайный характер. Это обстоятельство позволяет использовать полученную биологическую кривую для всех перечисленных выше сортов винограда.
Зависимость водопотребления винограда от продуктивных запасов влаги почвы в метровом слое в межфазные периоды приводится на рис. 5.1 б. Эта связь характеризуется довольно высокими коэффициентами корреляции:
r1= 0,78 ± 0,06;
r2= 0,86 ± 0,03;
r3= 0,85 ± 0,03;
r4= 0,75 ± 0,06;
r5= 0,72 ±0,07.
Из рис. 5.2 видно, что биологическое водопотребление виноградников в разные межфазные периоды погоды и оптимальных запасах влаги различно. Минимальное водопотребление характерно для начальных и конечных фаз развития, наибольшее — для периода активной вегетации с максимальным приростом биомассы куста.
Рис. 5.2. Биологические кривые водопотребления винограда для разных почвенно-климатических районов.
а —зона достаточного увлажнения, б — Южный берег Крыма, в — предгорные районы Крыма, г —степные районы Крыма, д —Херсон. е — Раздельная, ж — Вознесенск; 1-5 — межфазные периоды, усл. обозначения см. рис. 5.1.
Полученные зависимости свидетельствуют о различии оптимальных запасов влаги в разные межфазные периоды. Так, для периодов распускание почек—цветение и цветение—конец цветения нижняя граница оптимального увлажнения составляет 80— 85%, во время роста ягод она снижается до 70 % и в период созревания— до 50% Wпр при НВ (см. рис. 5.1 б). Отмеченную особенность необходимо учитывать при определении режима орошения винограда при средних условиях.
Наиболее активно виноград расходует влагу в период конец цветения — начало созревания (см. рис. 5.1 б). Даже при относительно низкой влажности почвы (40—50 % Wпр при НВ) среднесуточный расход влаги из метрового слоя почвы при средних погодных условиях составляет 1,5—1,8 мм/сут. В период цветение — конец цветения виноград активно использует влагу только при хорошем увлажнении почвы (80% НВ). Это, очевидно, объясняется тем, что при хорошем увлажнении почвы в это время начинается активная закладка соцветий под урожай будущего года, идет интенсивный рост побегов, наблюдается максимальный рост корневой системы и расход воды увеличивается. Такая же картина наблюдается в период распускание почек — цветение: при высокой влажности почвы расход воды увеличивается — идет дифференциация соцветий винограда и рост побегов, а при незначительной листовой поверхности происходит интенсивное испарение из почвы.
Наиболее ясное представление о биологической потребности винограда во влаге по фазам развития дает среднесуточное суммарное водопотребление. Согласно рис. 5.2 а, суточный максимум водопотребления, приведенный к одинаковой условной испаряемости Е0, приходится на период конец цветения — начало созревания (рост ягод) и составляет 2,8—3,2 мм/сут. Некоторое превышение суточного максимума во время цветения винограда над максимумом в период активного роста ягод, полученное нами, подтверждается работами А. М. Негруля и Т. И. Калмыковой [126], Е. К. Плакида [137], которые указывают, что у винограда максимум фотосинтетической деятельности приходится на период цветения. Во время созревания расход воды из метрового слоя почвы снижается до 1,5 мм/сут, а в период расцвечивания и листопада— до 1,2 мм/сут. Среднесуточное водопотребление винограда для Южного берега Крыма составляет:
Выше рассматривалось водопотребление винограда в зависимости от запасов влаги в почве при средних условиях погоды. Водопотребление богарного и орошаемого винограда и фактические запасы влаги в почве приведены в табл. 5.3. Фактическое среднесуточное водопотребление богарного винограда зависит от условий погоды и запасов влаги в почве. Так, в период цветение — конец цветения оно изменяется от 0,8 до 4,7 мм/сут и возрастает с увеличением продуктивных запасов влаги в почве. В период конец цветения — начало созревания при более низких запасах влаги среднесуточное водопотребление изменяется от 0,8 до 2,6 мм/сут.
Среднесуточное водопотребление орошаемого винограда при достаточном обеспечении влагой изменяется в зависимости от условий погоды и фазы развития растений. В начале распускания почек, когда кусты еще мало облиственны и почва не затенена растениями, испарение из почвы преобладает над транспирацией. Весной в условиях Крыма наблюдаются высокие температуры воздуха и сильные ветры, поэтому расход влаги с виноградника может достигать 2—2,4 мм/сут. В среднем водопотребление орошаемого винограда за период цветение — конец цветения составляет
2,6—3,3 мм/сут, за период роста ягод —2,3—3,2 мм/сут (см. табл. 5.3).
В отдельные дни во время цветения водопотребление винограда в условиях орошения, например, в жарком 1964 г., по нашим расчетам, достигало 4,1—5,6 мм/сут, в более прохладном 1963 г.—3,2—3,8 мм/сут, в период роста ягод соответственно 3,2—5,3 и 3,2—4,8 мм/сут. Примерно такие же величины приводит в своих работах Г. Ф. Турянский [169, 170, 171].
Расход влаги из метрового слоя почвы под виноградом при средних условиях погоды (характеризуемых величиной Е0) и оптимальных запасах влаги за период распускание почек — цветение составляет 122 мм, цветение — конец цветения — 32 мм, конец цветения — начало созревания—160 мм, начало созревания — промышленная зрелость (при запасах влаги, равных 65 % Wпр при НВ)—84 мм и промышленная зрелость —листопад —40 мм. Всего за период активной вегетации расходуется 438 мм. Эти данные легко могут быть приведены от средних к любым конкретным условиям погоды путем их умножения на величину отношения испаряемости Е0, к условно средней Е0/Е'0. Расход влаги, например, с орошаемого виноградника за период распускание почек — промышленная зрелость в жарком 1964 г. на Южном берегу составлял 461 мм, в более прохладном 1963 г. —322 мм. Эти цифры согласуются с данными А. И. Цейко [205].
При построении кривой водопотребления винограда мы использовали данные влажности метрового слоя почвы. Основная масса корней винограда в условиях юга Украины и Молдавии располагается в метровом слое почвы, но отдельные корни могут залегать значительно глубже. В обычных неорошаемых условиях в степном Крыму, по исследованиям Π. Т. Болгарева [16], у стандартных сортов винограда более 60 % корневых окончаний располагается на горизонте 40—100 см. По наблюдениям А. И. Цейко [205], на орошаемых виноградниках корневая система сосредоточена в основном в плантажированном слое. При этом наибольшее количество проводящих и питающих корней размещено на глубине 20—40 см. По данным И. П. Шерварли [216], на грубоскелетных почвах Таджикистана наибольшее распространение корней орошаемого молодого виноградника отмечено в слое 0—30 см.
Из анализа соотношений фактического водопотребления винограда из метрового и полутораметрового слоя почвы (см. рис. 5.1 в, данные за 5 лет) следует вывод: если метровый слой почвы хорошо увлажнен, то водопотребление винограда идет в основном из этого слоя. По мере иссушения метрового слоя виноград начинает использовать влагу с глубины 1—1,5 м. Когда увлажнение метрового слоя почвы составляет около 30% Wпр при НВ, водопотребление из слоя 1,5 м становится в 2 раза больше, чем из слоя 1 м.
Таблица 5.3
Фактическое среднесуточное водопотребление винограда и продуктивные запасы влаги в почве Wпр в межфазные периоды (средние значения)
* С 1963 г.— один вегетационный полив.
При дальнейшем иссушении почвы, когда продуктивной влаги в слое 0—1,5 м остается около 30% ее запасов при НВ, отношение
снова приближается к 1. Тогда виноград начинает использовать влагу из более глубоких слоев. Учитывая, что при орошении увлажнение метрового слоя почвы весьма хорошее, для расчета нормы полива можно ограничиться метровым слоем.
