Влагообеспеченность растений и показатели ее оценки
Разность между потребным количеством влаги для роста и развития растений и фактическими запасами ее в почве в данный момент составляет дефицит влаги. Поэтому отношение количества добываемой растениями влаги в данных конкретных условиях роста и развития к количеству влаги, потребной для создания максимально возможного урожая, является мерой оценки влагообеспеченности 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%.
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: оптимальноевлагообеспечение 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.
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 (2).
Коэффициент влагообеспеченности вегетационного периода Н.В.Бова (б), кроме осадков и температуры учитывает весенние запасы продуктивной влаги:
Весьма интересна оценка влагообеспеченности растений, предложенная С.А. Вериго и П.А. Разумовой (7). Каждую оценку авторы характеризуют не только запасами продуктивной влаги в мм, но и всасывающим давлением почвы в атмосферах и показателем pF по Р.К. Ско-фильду (логарифм всасывающего давления, выраженного в сантиметрах водного столба)*. Более подробные пояснения показателя pF даны А.Г. Дояренко (16) и С.А. Вериго и А.П. Разумовой (7).
При сведении в таблицу шкала оценки влагообеспеченности растений имеет следующий вид (табл. 9).
Достоинством этой шкалы является то, что такие показатели, как всасывающее давление почвы в атмосферах (потенциал почвенной влаги) и
* 1 атм = 760 мм рт. ст. = 1033 см водного столба. 58
9. Оценка влагообеспеченности зерновых культур по запасам продуктивной влаги (мм, атм, pF) по С.А. Вериго и П.А. Разумовой (7)
| Оценка | Единица измерения | Фазы развития и глубина слоя, см | |||
| всходы (0 - 20) | кущение (0 - 20) | цветение (0-100) | созревание (0-100) | ||
| Отличная и | мм | при НВ | |||
| хорошая | атм | 0.5 | 6,3-0.5 | 7.8 | |
| PF | 2.7 | 3.7 | 3.8 - 2.7 | 3,9 | |
| Удовлетвори | MM | ||||
| тельная | атм | 7,8 | 7,8 | ||
| PF | 4,0 | 3,9 | 3.9 | ||
| Плохая | MM | < 80 | <25 | ||
| атм | 12,6 | >7,8 | >12,6 | ||
| PF | 4.1 | 4,0 | > 3,9 | >4.1 |
логарифм потенциала почвенной влаги pF являются одинаково прием-лимыми для разных почв. Так, влажность завядания принимается равной примерно 15 атм и pF 4,2, наименьшая влагоемкость равна потенциалу примерно 0,5 атм и pF 2,7, влажность разрыва капилляров- 3,0 атм и pF 3,5
Разность между потребным количеством влаги для роста и развития растений и фактическими запасами ее в почве в данный момент составляет дефицит влаги. Поэтому отношение количества добываемой растениями влаги в данных конкретных условиях роста и развития к количеству влаги, потребной для создания максимально возможного урожая, является мерой оценки влагообеспеченности 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. В разных регионах транспирационный коэффициент колеблется от 200 до 1000. Только малая часть воды (< 1%) идет на создание урожая, остальная часть расходуется на испарение.
По методу А.М. Алпатьева , оптимальное водопотребление определяется суммой среднесуточных дефицитов влажности воздуха (в мм) за вегетационный период, умноженный на коэффициент 0,65.
Е = 0,65 Σd. (3)
где Е - потребность растений во влаге, мм;
Σd- сумма среднесуточных дефицитов влажности воздуха (дефицит насыщения);
0,65 - коэффициент.
Дефицит насыщения (d) представляет собой разницу между давлением насыщенного водяного пара (Ен) и порциальным давлением ненасыщенного водяного пара (е) при одних и тех же значениях давления и температуры.
d =Ен - е. (4)
Давление насыщенного водяного пара при разных температурах приведено в приложении 1.
Порциальное давление ненасыщенного водяного пара определяется исходя из относительной влажности воздуха (f ) и давления насыщенного водяного пара по формуле:
, гПа (гектопаскаль). (5)
При расчетах влагообеспеченности для удобства порциальное давление водяного пара целесообразно выразить в мм ртутного столба, умножая его значение в гектопаскалях на коэффициент 0,75 (1 г Па = 1 миллибару = 0,75 мм ртутного столба).
Месячный дефицит насыщения (Σd) находят сложением среднесуточных дефицитов влажности воздуха или умножением среднемесячного дефицита на число дней в месяце (n):
Σd = dn. (6)
Соотношение между фактическими ресурсами влаги за период вегетации растений (СВ) и оптимальной влагообеспеченностью (Е) представляет собой коэффициент влагообеспеченности (К).
(7)
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, (8)
где У - урожайность, ц/га;
х - влагообеспеченность растений в период посев - восковая спелость в % от оптимума.
При этом получены следующие соотношения:
Средняявлагообеспеченнность, % 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. (9)
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
По Д.И.Шашко [27], показатель увлажнения (Мd) характеризуется отношением годового количества осадков (Р) к сумме среднесуточных дефицитов влажности за год (Σd):
(10)
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 пользуются гидрометрическим коэффициентом (ГТК) и коэффициентом увлажнения (КУ).
Гидротермический коэффициент рассчитывается по формуле:
(11)
где ΣQ - количество осадков за вегетационный период, мм;
Σt> 10оС - сумма температур воздуха свыше 10оС за вегетационный период, град.
При значениях ГТК:
2,0 и более - избыточно влажно
1,5-2,0 - влажно
1,0-1,5 - незначительно засушливо
1,0-0,7 - засушливо
0,5-0,7 - очень засушливо
менее 0,5 - сухо
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, (12)
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 (меньше 40-50% НВ).
От цветения до восковой спелости потребность растений во влаге несколько уменьшается: оптимальноевлагообеспечение наблюдается при наличии 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.