Количество воды, необходимое для прорастания семян основных культур
| Культура | Количество воды в % от массы семян | Культура | Количество воды в % от массы семян |
| Яровая пшеница | 52,2 | Вика | 75,4 |
| Рожь | 72,5 | Сахарная свекла | 120,5 |
| Ячмень | 57,4 | Клевер | 145,2 |
| Овес | 80,8 | Лен | 100,0 |
| Кукуруза | 37,3 | Конопля | 73,9 |
| Просо | 25,0 | Люпин | 142,9 |
| Горох | 114,4 |
По данным Бакаева Н.М. [2] от всходов до кущения яровой пшеницы расход влаги составляет 36,2 мм (19,2%), от кущения до выхода в трубку 20,2 мм (10,7%), от выхода в трубку до колошения - 53,3 мм (28,3%), от колошения до молочной спелости - 53,7 мм (28,4%), от молочной спелости до полной спелости - 25,2 мм (13,4%). За весь период вегетации яровой пшеницы суммарный расход влаги колеблется от 200 до 260 мм. При этом среднесуточный расход влаги по фазам развития составляет соответственно: 1,8; 2,0; 5,3; 2,7; 2,5 мм.
В сельскохозяйственном производстве важное значение имеет окупаемость каждого миллиметра израсходованной растениями влаги в период вегетации. Общее количество воды, затрачиваемое на формирование 1 ц или 1 тонны урожая, называется коэффициентом водопотребления. В известной мере он является показателем уровня агротехники данного хозяйства. Чем ниже урожайность, тем больше расход влаги на единицу продукции. Коэффициент водопотребления определяется по формуле:
СВ
КВ = ------------. (21)
У
где КВ - коэффициент водопотребления, мм/т или м3/т ,
СВ - суммарное водопотребление, мм/га;
У - урожайность, т/га.
Растение тратит на создание единицы сухого вещества тем меньше воды, чем полнее удовлетворены его потребности в других факторах роста. Следует отметить, что молодая листовая поверхность работает производительнее, чем старая. Особенно велики непродуктивные потери воды от сорной растительности.
Установлена взаимосвязь между погодными условиями предыдущего года и коэффициентом водопотребления в последующем году. Наиболее производительно расходуется влага в годы, следующие за острозасушливым годом, и наоборот, наибольший расход влаги на единицу продукции отмечен в годы, следующие за влажным.Интенсивное испарение влаги клетками растений, называемое транспирацией, обуславливает необходимость непрерывного поступления ее в растение. Соотношение между поступлением влаги в растение и расходом ее на транспирацию принято называть водным балансом растений. 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 [1], оптимальное водопотребление определяется суммой среднесуточных дефицитов влажности воздуха (в мм) за вегетационный период, умноженный на коэффициент 0,65.
Е = 0,65 Σd. (22)
где Е - потребность растений во влаге за период вегетации ( оптимальная влогообеспеченнность), 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. (23)
Давление насыщенного водяного пара при разных температурах приведено в приложении 10.
Порциальное давление ненасыщенного водяного пара определяется исходя из относительной влажности воздуха (f ) и давления насыщенного водяного пара по формуле:
Ен
е = (----- ) f, гПа (гектопаскаль). (24)
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 = d n. (25)
Соотношение между фактическими ресурсами влаги за период вегетации растений (СВ) и оптимальной влагообеспеченностью (Е) представляет собой коэффициент влагообеспеченности (К).
СВ WH + O - WК
К = ---------- или К = -----------------. (26)
Е Е
Следует отметить, что метод А.М. Алпатьева дает хорошие результаты лишь при глубоком залегании грунтовых вод.
По А.В. Процерову [21], 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, (27)
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. (28)
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):
Р
Мd = ------------- . (29)
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:
10 ΣQ
ГТК = ---------------- , (30)
Σt > 10оС
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 – условия избыточно влажные; 1,5-2,0 – влажные; 1,0-1,5 - незначительно засушливые; 1,0-0,7 – засушливые; 0,5-0,7 - очень засушливые; менее 0,5 - сухие
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, (31)
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 [1].
Для зерновых культур С.А. Вериго и Л.А. Разумова [4], 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 [1], годы с урожайностью культур ниже на 25% по отношению к средней многолетней величине следует относить к засушливым.
А.В. Процеров [21] 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.
При ограниченной тепло- и влагообеспеченности для определения величины потенциального урожая Д.И.Шашко [27] предложил использовать биоклиматический потенциал местности:
Σt > 10оС
БКП = КР(КУ) ---------------, (32)
1000оС
где БКП - биоклиматический потенциал;
Кр(ку) - коэффициент роста или биологической продуктивностью по годовому показателю атмосферного увлажнения (представляет собой отношение урожая при имеющейся влагообеспеченности к максимальной величине его в условиях оптимальной влагообеспеченности);
Σt > 10оС - сумма температур воздуха выше 10о, накапливаемая за период вегетации культур;
1000оС - сумма среднесуточных температур выше 10оС на северной границе земледелия.
Значение Кр выражается формулой:
Кр = lg (20КУ), (33)
где КУ - коэффициент годового атмосферного увлажнения, характеризующийся отношением осадков (О) к сумме среднесуточных величин дефицита влажности воздуха (Σd).
Например: за период вегетации яровой пшеницы (третья декада мая - август)
сумма среднесуточных температур выше 10оС составляет 1800оС. При Кр = 0,57 (очень засушливая степная зона с темнокаштановыми почвами (табл. 12) биоклиматический потенциал составляет:
БКП = 0,57 х 1800/1000 = 1,03