Водопотребление сельскохозяйственных культур
Получение высоких гарантированных урожаев сельскохозяйственных культур возможно при большом водопотреблении сельскохозяйственных культур.
Водопотребление(Е) (эвапотранспирация, суммарное испарение) - количество воды, используемое сельскохозяйственной культурой для получения планируемого урожая.
Водопотребление поля, занятого сельскохозяйственной культурой, расходуется на транспирацию (Ет) и испарение почвы (Еп)
Е = Ет+Еп
На испарение с поверхности почвы действуют только факторы внешней среды, а транспирация обусловливается взаимным влиянием внешних и внутренних факторов растений. Определить доли транспирации Ет и испарения почвы Еп в водопотреблении сложно, поэтому их обычно определяют как единое целое.
Водопотребление находится в прямой зависимости от климатических, гидрогеологических и хозяйственных условий, биологических особенностей культуры, ее урожайности, способа гидромелиорации и играет важную роль в формировании водного баланса поля, являясь основной расходной статьей баланса.
Существуют следующие методы определения водопотребления:
· методы непосредственных полевых измерений;
· расчетные методы;
· эмпирические зависимости.
Метод водного баланса (МВБ) основан на уравнении водного баланса поля. Он дает достаточно надежные данные и применяется в случае глубокого (5-10 м) залегания уровня грунтовых вод. Тогда влагообменом между грунтовыми и почвенными водами можно пренебречь. Этим методом можно вычислять декадное и месячное водопотребление растений для однородных почв с погрешностью 10-12%, а для неоднородных около 15%. Недостаток этого метода - в его трудоемкости и не оперативности. Он дает лишь осредненную величину водопотребления, не выявляя его зависимости от других факторов.
Разновидности МВБ – методы испарителей и лизиметров. Метод испарителей базируется на использовании цилиндрических сосудов высотой 1-1,5 м и площадью поперечного сечения 500... 3000 см2 с водонепроницаемыми дном и стенками; предназначен для определения водопотребления из расчетного слоя почвы. В сосуды помещают почвенные монолиты. Испарители применяют на орошаемых массивах с глубоким (5-10 м) залеганием грунтовых вод, так как в этом случае исключается вертикальный влагообмен в почве.
Метод лизиметров в отличие от метода испарителей учитывает вертикальный влагообмен в монолите. Лизиметр представляет собой сосуд круглого или прямоугольного сечения высотой 1-2,5 м и площадью поперечного сечения от 100 см2 – для зерновых культур, до 10000 см2 – для хлопчатника. В лизиметрах автоматически поддерживается расчетная глубина грунтовых вод.
Недостаток метода водного баланса заключается в том, что он не выявляет зависимости Е от теплоэнергетических, метеорологических и других факторов жизни растений. Этих недостатков позволяет избежать метод теплового баланса (МТБ).
Метод теплового баланса основан на использовании уравнений теплового баланса поверхности земли с учетом тепло- и водообмена в приземном слое воздуха. Он позволяет получать величины за короткие отрезки времени и в сочетании с методом водного баланса удобен для изучения водопотребления.
Радиационный баланс R непосредственно измеряют в полевых условиях на актинометрических станциях или теплобалансовых установках при помощи балансомеров. При расчете используют данные о температуре почвы, которую периодически замеряют на разных глубинах. Турбулентный поток тепла Р находят с учетом разности температур, влажности воздуха и скорости ветра на поверхности почвы и на высоте 2м.
МТБ в настоящее время принят за эталонный при измерении водопотребления сельскохозяйственных культур.
Эмпирические методы основаны на установлении корреляционных зависимостей между испарением и одним или группой метеорологических показателей.
Впервые формулу для определения водопотребления предложил А. Н. Костяков
Е=КУ,
где К – коэффициент водопотребления, м3/т;
У – планируемая урожайность, т/га.
О потреблении и эффективности использования воды растениями судят по коэффициенту водопотребления.
Коэффициентом водопотребления называют количество воды, м3, расходуемое на испарение с поверхности почвы и транспирацию для образования 1 т товарной продукции (зерна, хлопка-сырца, плодов, фруктов, клубней картофеля, сена). Этот коэффициент определяется из уравнения:
Величина коэффициента водопотребления одной и той же культуры колеблется в больших пределах; минимальное значение получается при благоприятном сочетании всех факторов жизни растений, при нарушении этого сочетания он увеличивается. В производственных условиях, чем выше плодородие почвы и агротехника возделывания культуры в хозяйстве, тем выше урожай, тем ниже эти коэффициенты, и наоборот. Получить его достоверные значения для всех районов практически очень трудно. Из-за отсутствия соответствующих коэффициентов этим методом нельзя определить величину водопотребления в засушливые годы, а также в отдельные периоды (фазы) развития растений.
Поэтому в последние годы широкое распространение получил биоклиматический метод А.М. и С.М. Алпатьевых:
В таблице 4.2 приведены расчетные формулы, имеющие следующие обозначения:
Таблица.4.2 - Расчетные методы определения водопотребления (Е)
| Методы, автор | Вид зависимости |
| Теплового баланса | Е = (R - B - P')/ L |
| Водного баланса | Е = P + M + Wп + Wгр |
| А.Н. Костякова | Е = Кв У |
| Н.Н. Иванов | Е = 0,0018(100 - f)(25 + t)2 |
| А.М. Алпатьев | Е = Кб ∑d |
| Л. Тюрк | Е = 0,13(t+50) t/(t+15) |
L - скрытая теплота испарения;
R - радиационный баланс;
B - тепло, идущее на нагревание почвы;
Р' - турбулентный поток;
У - планируемая урожайность сельскохозяйственных культур;
М - оросительная норма;
Wп - количество воды, используемое растением из почвы;
Wгр - подпитывание грунтовыми водами;
Р - осадки за расчетный период;
∑t - сумма среднесуточных температур;
∑d - сумма среднесуточных дефицитов влажности воздуха;
f - среднесуточная относительная влажность воздуха;
Кб - биоклиматический коэффициент;
Кв – коэффициент водопотребления.
Ни один из рассмотренных выше методов не может считаться универсальным. Каждый из них пригоден лишь для конкретных природо-хозяйственных условий, для которых получены эмпирические коэффициенты, входящие в эти зависимости или сами зависимости.
Многолетние исследования кафедры мелиорации ВГАУ (А.Ю. Черемисинов, И.П. Землянухин, С.П. Бурлакин, Н.А. Черемисинова) .показали, что для условий ЦЧР наиболее применим биоклиматический метод.