Оптимізація умов водно-повітряного режиму грунту при програмуванні врожаїв
Лекція ОПТИМІЗАЦІЯ УМОВ ВОДНО-ПОВІТРЯНОГО РЕЖИМУ ГРУНТУ при програмуванні ВРОЖАЇВ.
1. Вода - незамінний фактор формування врожаю;
2. Продуктивна волога і її визначення;
3. Використання розрахункового водоспоживання для програмування врожаїв;
4. Визначення дійсно можливої врожайності по біогідротерміческому потенціалу.
1. Вода - незамінний фактор формування врожаю
Для рослини вода має першорядне значення. Цитоплазма на 85 - 90% складається з води. Без води не протікають біохімічні процеси, припиняється життєдіяльність рослинного організму.
Вода необхідна рослині в усі періоди життя; потреба в воді тільки для проростання насіння становить приблизно 30 - 100% їх ваги, надалі на освіту 1 г сухої органічної речовини рослинам потрібно від 200 до 1000 г води. Кількість води в грамах, витрачений на накопичення рослиною 1 г сухої речовини, називається Транспіраціонний коефіцієнтом. При цьому незначна частина (менше 5%) поглиненої рослинами води бере участь в процесі фотосинтезу і утворює органічна речовина, а решта йде на транспірацію.
Потреба рослин у воді залежить від багатьох умов: від біологічних особливостей самих рослин, грунту, рівня і кількості добрив, агротехнічних і меліоративних заходів.
Джерелом води для оброблюваних рослин можуть бути атмосферні опади, грунтові води, води зрошення. Визначальне значення, безумовно, має кількість атмосферних опадів. Облік рівня вологозабезпечення, поряд з показниками теплообеспеченности, необхідний при районуванні території, організації зрошення і осушення, для встановлення величини кліматично забезпеченого врожаю.
Практично всю воду рослини поглинають з ґрунту, при цьому різні культури пред'являють неоднакові вимоги до запасів води в грунті, що слід враховувати при визначенні агротехнічних і гідромеліоративних заходів для вирощування запрограмованих врожаїв.
Що знаходиться в грунті вода по-різному пов'язана з твердими грунтовими частинками, що визначає ступінь її рухливості і доступності рослинам.
Зазвичай виділяють наступні форми води в грунті:
1. Пароподібна вода - міститься у вигляді водяної пари в грунтовому повітрі, нерідко насичуючи його до 100%, пересувається від місць з більшою пружністю в місця з меншою пружністю водяної пари, в постачанні рослин водою значення практично не має.
2. Кристаллизационная вода - входить до складу мінералів, нерухома, рослинам недоступна.
3. прочносвязанная (гігроскопічна) вода - утворюється в результаті адсорбції грунтовими колоїдними частинками водяної пари з повітря, покриває ці частинки тонкими (шар в 1 - 3 молекули) плівками, рослинам недоступна. Максимальна кількість гігроскопічної води, яке може поглинути і утримати грунт, будучи поміщена в атмосферу, насичену водяними парами (близько 96%), називається максимальною гігроскопічністю (МГ). Величина МГ дозволяє визначити забезпеченість рослин водою: зазвичай полуторная - подвійна максимальна гігроскопічність відповідає вологості стійкого в'янення рослин (ВЗ), або «мертвому запасу» води в грунті, і враховується при розрахунку норм поливу.
4. Рихлосвязанная (плівкова) вода - утворює навколо грунтових частинок товсті (шар в кілька десятків молекул) плівки, утримується на поверхні частинок в основному силою орієнтованих молекул води, слабо рухлива і малодоступна для рослин.
5. Вільна вода (капілярна і гравітаційна) - пересувається під дією капілярних і гравітаційних сил.
Капілярна вода - в крапельно-рідкому стані знаходиться в капілярах грунту, рослин доступна. Це найбільш сприятлива для рослин форма грунтової вологи. Розрізняють капілярно-підвішену і капілярно-підперту воду. Максимальна кількість капілярно-підвішеній вологи називається найменшою, або граничної польової влагоемкостью (НВ або ППВ), а капілярно-підпертої - капілярної влагоемкостью (КВ).
Гравітаційна вода - займає все некапіллярние проміжки між агрегатами (пори, порожнечі) в грунті, витісняючи повітря, рослин доступна, але, створюючи анаеробні умови, викликає пригнічення, загибель рослин через нестачу кисню повітря, заболочування грунту. Найбільша кількість води, що міститься в грунті при заповненні всіх її пір, пустот, називається повною вологоємністю (ПВ).
Регулювання водного режиму при вирощуванні запрограмованих урожаїв сільськогосподарських культур на різних по зволоженню територіях здійснюють, використовуючи комплекс технологічних, arpo - і лісомеліоративних, гідромеліоративних (осушення, зрошення) та інших прийомів. Кількість і розподіл атмосферних опадів, величина гідротермічного коефіцієнта, а також норми поливів враховуються при плануванні врожайності сільськогосподарських культур.
Дійсно можливий урожай - це урожай, який теоретично може бути забезпечений генетичним потенціалом сорту чи гібриду і основним лімітуючим фактором. ДВУ завжди нижче ПУ. Визначають ДВУ за такою формулою:
де, W - кількість продуктивної для рослин вологи, мм; Кв - коефіцієнт водоспоживання, мм - га / ц.
Коефіцієнт водоспоживання (Кв) - кількість вологи, що витрачається на формування одиниці сухої біомаси. Розмірність (мм • га / ц) взята довільно. Цей коефіцієнт специфічний для кожної культури і змінюється в залежності від кліматичних особливостей вегетаційного періоду, рівня ґрунтової родючості, доз добрив та інших факторів. Зокрема, в певних межах справедливим є твердження, що рослина витрачає на виробництво одиниці сухої речовини тим менше води, ніж повніше задовольняються його потреби в інших факторах життєзабезпечення. Чим нижче рівень агротехніки і ґрунтової родючості, тим коефіцієнт водоспоживання в середньому вище. При відсутності даних, які відповідають умовам господарства (або ще краще - поля, ділянки), можна користуватися середніми коефіцієнтами водоспоживання. Для озимих пшениці, жита, ячменю, вівса, а також для картоплі цей коефіцієнт дорівнює 350 - 400, для кормових буряків, моркви, капусти, кукурудзи, викоовсяной суміші на зелений корм - 300 - 400, для багаторічних трав на сіно - 500 - 700 .
2. Продуктивна волога і її визначення.
Кількість продуктивної вологи визначають за даними випадає протягом року опадів. Для цього місячні суми опадів по агрокліматичних районах області підсумовують і віднімають з отриманої суми непродуктивні витрати вологи.
Річна кількість опадів не повністю використовується рослинами. Непродуктивні витрати вологи бувають за рахунок стоку з талими водами і під час зливових опадів з полів, які мають значний ухил, а також випаровування з поверхні грунту, що не тримає рослинами. За узагальненими даними, використання річної кількості опадів на різних за механічним складом грунтах коливається від 42 до 88%. Решта 12 - 58% становлять непродуктивні витрати. Болотні грунту мають більшу влагоемкостью, ніж інші типи, і в них накопичується більше продуктивної вологи. Піщані грунти мають низьку вологоємність, в них міститься лише 42 - 48% вологи від річної кількості опадів. Різна влагоемкость грунтів обумовлює і значні коливання продуктивної вологи по агрокліматичних районах Московської області.
Часто достовірні дані по врожайності отримують, коли продуктивну вологу визначають як суму: запаси доступної для рослин вологи в метровому шарі грунту в період сівби або відновлення активної вегетації озимих культур і багаторічних трав (\ ¥ 0) плюс волога опадів (Ос), які випадають за вегетаційний період культури.
Кількість продуктивної для рослин вологи розраховують за формулою
Продуктивна волога для рослин - один з найважливіших показників врожайності. Тому її використовують для визначення ДВУ.
1.Використання розрахункового водоспоживання для програмування врожаїв.
Для ряду районів причиною низьких врожаїв сільськогосподарських культур є перевищення витрат вологи грунтом і рослинами (сумарне водоспоживання) над приходом її з опадами. При програмуванні врожаю найбільш важливим і складним моментом є визначення водоспоживання з метою встановлення дефіциту водного балансу.
Режим споживання води рослинами (Алпатов, 1954) необхідно розглядати з урахуванням двох взаємопов'язаних факторів: у зв'язку з ритмами розвитку рослин і з урахуванням впливу екологічних факторів.
Сумарне водоспоживання виражається формулою
де, ЄІСП - випаровування води грунтом, мм; Етр - витрата води на транспірацію, мм.
Співвідношення між зазначеними величинами постійно змінюється і залежить від густоти стояння рослин, техніки поливу, механічного складу грунту, приходу сонячної радіації і т. Д.
З метою розрахунку потреби рослин у воді використовують коефіцієнт водоспоживання, який є відношенням сумарного водоспоживання (евапотранспіраціі) до величини врожаю:
де, Е - евапотранспіраціі за період вегетації, м3 / га; У - величина врожаю, т / га.
Застосовуються наступні модифікації коефіцієнта водоспоживання (Кв):
фазовий коефіцієнт водоспоживання - КВФ = ΣEв / ΔУф
біологічний коефіцієнт водоспоживання - КВБ = ΣЕв / Убіол.
продуктивний коефіцієнт водоспоживання - Квт = ΣЕв / У госп
де ΣЕв - витрата води на сумарне випаровування за період, фазу або вегетацію; ΔУф - приріст вегетативної маси за період фази; Убіол. - маса біологічного врожаю за період вегетації; Ухоз - маса товарної (господарської) частини врожаю.
У свою чергу сумарне водоспоживання визначають за формулою
де: Е - сумарне водоспоживання за період вегетації, м3 / га; Кв - коефіцієнт водоспоживання, м3 / т; У - розрахункова (планована) величина врожайності, т / га.
Наприклад, при Кв = 550 м3 / т і планованої величиною врожайності зерна 5 т / га сумарне водоспоживання складе Е = 550 • 5 = 2750 м3 / га.
Коефіцієнт водоспоживання будь-якої сільськогосподарської культури залежить від ряду факторів: він зменшується або збільшується в залежності від рівня всього комплексу агротехніки, в тому числі від режиму зрошення, мінерального живлення, змісту міжрядь у просапних культур, від сорту і т. Д.
Приклад розрахунку зрошення розглянемо за рекомендаціями з вирощування врожаїв зерна кукурудзи при зрошенні. У зв'язку з підвищеною вимогливістю до тепла і світла і високої транспирацией кукурудза дуже чуйна на зрошення. Сумарне водоспоживання її на програмований урожай визначається за формулою
де Е - сумарне водоспоживання, м3 / га; Кв - коефіцієнт водоспоживання, м3 / ц; У - програмований урожай, ц / га.
При програмованої врожайності зерна 100 ц / га і коефіцієнті водоспоживання 50 - 60 сумарне водоспоживання складе Е = 60 -100 = 6000 м3 / га. Для умов Кубані потреба кукурудзи в воді на 45 - 50% забезпечується атмосферними опадами і запасом продуктивної вологи в грунті.
Норми і терміни поливів визначаються по вологості грунту:
де: n - поливна норма, м3 / га; h - активний шар грунту, м; а - об'ємна маса грунту, г / см3; ППВ - гранична поливна вологість до маси абсолютно сухого ґрунту,%; В - вологість ґрунту перед поливом до маси абсолютно сухого ґрунту,%.
Найбільш активний кореневмісному шар грунту для кукурудзи становить 0,6 - 0,7 м. Для підтримки оптимальної вологості не нижче 75 - 80% від ППВ (НВ) в зазначеному горизонті необхідно чотири - шість поливів з нормою 500 - 600 м3 / га.
4. Визначення дійсно можливої врожайності по біогідротерміческому потенціалу
Існує тісний зв'язок між приходом сонячної радіації, коефіцієнтом прихованої теплоти випаровування і необхідною кількістю води, на підставі якої можна розрахувати величину врожаю.
Сонячна радіація, вологозабезпеченість і грунтові умови складають єдиний комплекс по впливу на величину врожаю. A. M. Рябчиков запропонував формулу, яка дозволяє визначити продуктивність фітомаси:
де, Кр - біогідротерміческій потенціал продуктивності, бал; W - запас продуктивної вологи, мм; 36 - число декад в році; R - радіаційний баланс за цей період (ккал / см); Tv - період вегетації (декади).
Основні показники, що входять в цю формулу, знаходять в збірниках «Агрокліматичні ресурси» і для кожного конкретного випадку визначають потенційні кліматичні можливості місцевості в формуванні врожаїв біомаси.
Наприклад, в Московській області посіви озимої пшениці мають запас продуктивної вологи 420 мм, радіаційний баланс за період вегетації становить 25,5 ккал / см2, число декад від весняного відростання до дозрівання 10.
Підставивши ці значення в формулу, отримаємо Кр = 420 ∙ 10/36 ∙ 25,5 = 4,5 бала.
Розрахувавши бал продуктивності фітомаси за графіком, знаходимо величину біологічної маси, яка становить 11,5 т / га, при вологості 14% - 13,11 т / га, при співвідношенні зерна до соломи 1: 1,5 врожайність зерна складе 5,24 т / га.