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 > 10^оС - сумма температур воздуха свыше 10^оС 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).