Влагообеспеченность растений, показатели оценки критические периоды растений.
Влагообеспеченность растений в степной и сухостепной зонах республики приобретает особую остроту в связи со значительным превышением испаряемости (2-3 раза) над осадками и глубоким залеганием грунтовых вод. Единственным источником влаги для растений здесь являются атмосферные осадки.
Высокие температуры воздуха и почвы, низкая относительная влажность, усиленная ветровая деятельность, особенно в весенне-летний период, обуславливают интенсивное испарение влаги из почвы, вследствие которого создается значительный дефицит влаги. При испаряемости 700-950 мм, а осадков теплого периода 140-170 мм, дефицит влаги достигает 600 мм и более. В этих условиях влагообеспеченность растений по годам колеблется от 27 до 72%.
Для промачивания 1 см совершенно иссушенной почвы требуется 2 мм жидких осадков. Каждый миллиметр дождя на 1 кв. метре дает 1 литр воды, или 10 тонн на 1 гектаре. Если принять транспирационный коэффициент яровой пшеницы в среднем 500, то 1 мм осадков при их полном использовании позволяет сформировать 20 кг общего урожая, или около 10 кг зерна.
Одним из показателей потребности растений в воде является транспирационный коэффициент. Однако его величина весьма неустойчива и зависит от биологических особенностей и вида растений, фазы роста и стадии развития их, почвенных и погодных условий, обеспеченности растений элементами питания и другими факторами жизни..
Оптимальное водопотребление по методу А.М. Алпатьева определяется суммой произведением среднесуточных дефицитов влажности воздуха (в мм) за вегетационный период и коэффициента 0,65.
Е = 0,65 Σd.
где Е - потребность растений во влаге за период вегетации
( оптимальная влогообеспеченнность), мм;
Σd- сумма среднесуточных дефицитов влажности воздуха (дефицит насыщения);
0,65 - коэффициент.
Следует отметить, что метод А.М. Алпатьева дает хорошие результаты лишь при глубоком залегании грунтовых вод.
По А.В. Процерову, показателем полной обеспеченности влагой яровой пшеницы в период от всходов до цветения является величина суммарного испарения, которая равна сумме среднесуточных дефицитов влажности воздуха за декаду, взятую с коэффициентом 0,6 и от цветения до восковой спелости - с коэффициентом 0,4.
Им установлена следующая зависимость урожайности яровой пшеницы от влагообеспеченности для Северного Казахстана:
У = 1,97 * 1,02 Х,
где У - урожайность, ц/га;
х - влагообеспеченность растений в период посев - восковая спелость в % от оптимума.
При этом получены следующие соотношения:
Средняя влагообеспеченнность, % от оптимума - 20 40 50 60 70 80 90.
Виды на урожай, % от максимально возможного - 20 30 40 55 65 85 100.
В целях выявления степени пригодности земельных массивов для сельскохозяйственного использования, в частности, для подбора культур и адаптации элементов системы земледелия очень важно правильно оценить условия увлажнения того или иного региона.
Для оценки степени годового увлажнения Н.Н.Иванов предложил использовать показатель увлажнения (ПУ) - отношение суммы осадков за год (О) к испаряемости (Е):
ПУ = О / Е, мм.
При этом пользуется следующей шкалой:
Избыточно влажная - показатель увлажнения более 1,33
Влажная - 1,33 - 1,00
Полувлажная - 1,00 – 0,77
Полузасушливая - 0,77 – 0,55
Засушливая - 0,55 – 0,41
Очень засушливая - 0,41 – 0,33
Полусухая - 0,33 – 0,22
Сухая - 0,22 – 0,12
Очень сухая - менее 0,12
Показатель увлажнения (Мd) характеризуется отношением годового количества осадков (Р) к сумме среднесуточных дефицитов влажности за год (Σd):
Величина Мd более 0,60 указывает на формирование избыточного увлажнения; 0,46-0,60 - превышение осадков над испаряемостью; 0,45 - соответствие в пределах года осадков и испаряемости; 0,44-0,15 - является показателем недостаточного увлажнения; менее 0,15 характеризует крайнюю засушливость.
Для оценки условий увлажнения вегетационного периода наиболее часто пользуют гидрометрический коэффициент (ГТК), который рассчитывается по формуле:
где ΣО - количество осадков за вегетационный период, мм;
Σt > 10оС - сумма температур воздуха свыше 10оС за вегетационный период, град.
При значениях ГТК более 1,6 – условия избыточно влажные; 1,3-1,6 – влажные; 1,0-1,3 - незначительно засушливые; 0,7-1,0 – засушливые; 0,4-0,7 - очень засушливые; менее 0,4 – сухие. Для условий сухой степи Казахстана предлагаются несколько иные оценочные показатели: 0,5 - сухо, 0,5-0,7 - очень засушливо, 0,7-1,0 -засушливо и более 1,0 - незначительно засушливо .
Более точную картину влагообеспеченности можно получить, используя коэффициент Бова (К), который учитывает не только количество осадков за период вегетации растений, но и запасы влаги в почве перед посевом культур:
К = (ΣQ + W) / 0,1 Σt,
где ΣQ - сумма осадков за период вегетации, мм;
W - запасы влаги в почве к посеву культур, мм;
Σt - сумма температур за период вегетации, оС.
Оценку влагообеспеченности по этому коэффициенту можно проводить по следующей шкале: менее 1,2 - очень низкая; 1,3-2,2 - низкая; 2,3-3,0 - средняя; более 3,1- высокая.
Для нормального влагообеспечения подавляющего большинства культурных растений необходимо поддерживать влажность почвы в период их вегетации на уровне 80-90% от наименьшей влагоемкости почвы. Снижение запасов продуктивной влаги в пахотном слое почвы до 19 мм следует считать началом засушливого периода, а до 9 мм - началом сухого .
Для зерновых культур С.А. Вериго и Л.А. Разумова установили, что от всходов до кущения в пахотном слое почвы (0-20 см) оптимальным является наличие 25-30 мм продуктивной влаги, хорошим 20-25 мм, удовлетворительным 15-20 мм и плохим- менее 10 мм.
От выхода в трубку до цветения решающее значение приобретают запасы продуктивной влаги метрового слоя почвы. В этот период хорошие условия влагообеспеченности складываются при содержании 120 мм продуктивной влаги, удовлетворительные - менее 80 мм .
От цветения до восковой спелости потребность растений во влаге несколько уменьшается: оптимальное влагообеспечение наблюдается при наличии в метровом слое почвы 80-100 мм продуктивной влаги, удовлетворительное - 40-80 мм, неудовлетворительное - 30-40 м, плохие <25 и >125 мм. При запасах продуктивной влаги менее 10 мм прирост зерна прекращается.
По А.М. Алпатьеву годы с урожайностью культур ниже на 25% по отношению к средней многолетней величине следует относить к засушливым.
А.В. Процеров считает, что снижение урожайности культур до 50% характеризует очень сильную засуху, более 20% - засуху сильную и на 20% - слабую засуху.
Степень использования растениями энергетических ресурсов зависит от удовлетворения потребности растений в факторах жизни растений. Обычно на практике коэффициент полезного действия ФАР достигает лишь 0,3-1%, что дает возможность получать урожай зерна на уровне 10-15 ц/га. Получение урожаев с более высоким КПД ФАР ограничивается часто повторяющимися засухами, низким плодородием почвы, недостаточностью тепла и углекислоты, неблагоприятной реакцией почвенного раствора и воздушным режимом и т.д. Ведущим из них в степных и сухостепных зонах является влага.
Усвоение воды почвой происходит благодаря проявлению различных сил: сорбционных, осмотических, менисковых и гравитационных. Способность почвы поглощать воду, всасывать в себя, принято называть ее сосущей силой, или всасывающим давлением (термин "сосущая сила" был предложен В.Г.Корневым). Она измеряется в сантиметрах водяного столба или в атмосферах. В настоящее время чаще используют показатель PF - логарифм потенциала почвенной влаги. Давление водяного столба 1033 см (1 атмосфера) соответствует PF = 3. Чем выше PF, тем более прочно вода удерживается почвой.
Величина сосущей силы почвы зависит от количества воды в ней и от концентрации почвенного раствора. Чем выше влажность почвы и чем меньше в ней солей, тем меньше ее всасывающая сила. Она повышается по мере иссушения почвы. Всасывающее давление полностью насыщенной водой почвы равно нулю. Для сухой почвы оно достигает величины 104 атмосфер. Вся влага, которая удерживается силами большими, чем сосущая сила корневых волосков, не доступна растениям. Сосущая сила корней у большинства сельскохозяйственных культур составляет не более 15 атмосфер.
Всасывающее давление почвы зависит также от механического и структурного состава ее, температуры, наличия легкорастворимых солей, от размера капиллярных промежутков.
По данным С.А.Вериго и П.А.Разумовой, сосущая сила почвы при влажности устойчивого завядания соответствует значению PF, равному 4,2 (15 атмосфер), влажности разрыва капиллярной связи - 3,5 (3 атмосферы), наименьшей влагоемкости - 2,7 (0,5 атмосфер).