Что такое водообеспеченность посевов
Обновлено: 26.08.2024
ВОДООБЕСПЕЧЕННОСТЬ РАСТЕНИЙ, влагообеспечивающая способность почв, степень удовлетворения потребности растений во влаге.
Влагообеспеченность винограда на протяжении периода вегетации изменяется в большом диапазоне. После обильных осадков или полива влажность почвы высока и запасы продуктивной влаги значительны. В этом случае интенсивность транспи-рации и расхода влаги на испарение с поверхности почвы зависит от внешних факторов. По мере снижения легкодоступных запасов влаги уменьшается и оводненность листьев. Если в течение продолжительного периода запасы влаги не пополняются, то наступает увядание, свидетельствующее о том, что запасы продуктивной влаги на исходе. Водообеспеченность растений выражается в процентах. Степень оводненности растения определяют визуально по его морфологические признакам. Практически показателем В. р. служит изменение окраски или слабое завядание листьев в дневные часы, когда транспирация является наиболее интенсивной. Физиологич. показателями, определяющими оводненность винограда, являются сосущая сила листьев, концентрация клеточного сока, осмотическое давление, степень открытия устьиц, электрич. сопротивление тканей листа и др. Сосущая сила растит, клеток, равно как и электрич. сопротивление тканей листа, измеренное при недостаточной водообеспеченности, значительно снижается после поливов. Сосущая сила клеток листьев при максимальном тургоре составляет 0, при нормальной оводненности клеток — 430 кПа, в начале плазмолиза — 1050кПа. Относительный показатель степени насыщения клеток (Н) определяют по формуле:
где Р — осмотическое давление; S — сосущая сила. Концентрация клеточного сока листьев, определяемая с помощью полевого рефрактометра, служит основанием для выявления оводненности листьев. Установлено, что при снижении влажности почвы ниже 80% наименьшей влагоемкости концентрация клеточного сока листьев повышается до 10% и приводит к снижению урожайности винограда. Ростовые процессы протекают наиболее интенсивно при содержании в клеточном соке 5—10% сухих веществ. Показатель концентрации клеточного сока, как и величина устьичного отверстия, является физиологически основанием для оценки степени оводненности тканей и может служить критерием для назначения сроков вегетационных поливов.
Литература: Ярмизин Д. В. и др. Мелиоративное земледелие. — Москва, 1966; Физиологическое обоснование оптимального режима орошения винограда капитальным способом. — В кн.: Опыт проектирования, строительства и эксплуатации систем капельного орошения. К., 1981.
Выполненное сравнение средних многолетних величин ресурсов почвенных вод лесостепной и степной зон и величин валового увлажнения территории (Дрейер, 1969; Львович, 1969), которое в лесостепной и степной зонах практически равно величине испарения, показало, что значения валового увлажнения выше соответствующих значений ресурсов почвенных вод в среднем на 38%. Вероятной причиной отмеченных расхождений могут быть осадки, используемые для оценок: при расчетах валового увлажнения территории использовались осадки с поправками к показаниям осадкомера, а при расчетах ресурсов почвенных вод – без поправок.
Оценки межгодовой изменчивости суммарного испарения за безморозный период показали, что при средних для характерных станций величинах испарения от 456 мм (Мироновка) до 305 мм (Ершов) значения среднего квадратического отклонения для всех станций (за исключением Ершова) изменяются в довольно узких пределах от 56 до 62 мм при среднем значении равном 58 мм; для засушливого юго-востока его величина возрастает до 78 мм. Коэффициент вариации изменяется в пределах от 0,13 до 0,16 при среднем значении равном 0,15; исключение также составляет Ершов, где коэффициент вариации достигает 0,26.
Выявлена тенденция увеличения суммарного испарения с сельскохозяйственных полей лесостепной и степной зон во второй половине ХХ века (рис. 9).
Рис. 9. Межгодовая динамика суммарного испарения с сельскохозяйственных полей на станциях Ершов, Каменная Степь и Гигант
3.2. Структура суммарного испарения
В результате выполненных расчетов наряду с суммарным испарением были определены величины испарения воды почвой и транспирации полей яровой пшеницы лесостепной и степной зон. Средние многолетние величины испарения воды почвой полей яровой пшеницы за безморозный период (рис.10) лежат в диапазоне от 354 мм (Краснодар) до 150 мм (Харабали). При средних многолетних величинах испарения воды почвой для характерных станций от 256 мм (Мироновка) до 183 мм (Ершов) среднее квадратическое отклонение величин находится в диапазоне 27-41 мм; коэффициент вариации изменяется от 0,13 до 0,22.
 |  |
Рис.10. Средние многолетние величины испарения воды почвой полей яровой пшеницы за безморозный период  , мм Рис.11. Средние многолетние величины транспирации посевов яровой пшеницы  , мм | |
Представленные на рис.10 средние многолетние величины испарения воды почвой полей яровой пшеницы за безморозный период заметно ниже оценок величин непродуктивного испарения с сельскохозяйственных полей, занятых зерновыми культурами, представленными в работе (Чернышев, Коронкевич, Иванова, 1994), и в отдельных районах исследуемой территории различия достигают 100-150 мм. Возможными причинами указанных расхождений в оценках величин непродуктивного испарения могут являться как различия в методических подходах к их оценке, так и использование исходной информации – в частности использования данных об осадках.
Средние многолетние величины транспирации посевов яровой пшеницы в лесостепной и степной зонах изменяются от 230 мм в Новой Ушице до 57 мм в Джаныбеке (рис.11). При средних значениях транспирации для характерных станций от 201 мм (Мироновка) до 123 мм (Ершов) среднее квадратическое отклонение лежит в пределах от 29 до 42 мм, а коэффициент вариации – от 0,16 до 0,35.
Величины потенциальной транспирации посевов яровой пшеницы для исследуемого региона находится в пределах от 191 во Владимире-Волынском до 335 мм в Джаныбеке (рис. 12). Среднее квадратическое отклонение величин для характерных станций лежит в пределах от 16 до 41 мм при средних значениях от 246 мм в Мироновке до 300 мм в Ершове; коэффициент вариации изменяется от 0,07 до 0,15.
Имеющиеся данные позволяют определить, насколько продуктивно расходуются ресурсы почвенных вод (Shumova, 2000). Диапазон изменения параметра структуры ресурсов почвенных вод составляет 0,49-0,24 (рис. 13). Иными словами в средний по водности год доля транспирации в суммарном испарении полей яровой пшеницы за безморозный период составляет от 49 до 24 %, что согласуется с данными, приведенными в работе (Ананьева, Самарина, 1986), согласно которым для зерновых культур доля транспирации в суммарном испарении за безморозный период составляет 32-38%. При средних для характерных станций значениях параметра от 0,46 до 0,39 среднее квадратическое отклонение изменяется в пределах от 0,04 до 0,06; коэффициент вариации – от 0,09 до 0,16.
 |  |
Рис. 12. Средние многолетние величины потенциальной транспирации посевов яровой пшеницы  , мм Рис. 13. Средние многолетние значения параметра структуры ресурсов почвенных вод  посевов яровой пшеницы за безморозный период | |
Анализ структуры суммарного испарения позволяет сделать вывод о том, что большая часть ресурсов почвенных вод идет на испарение воды почвой – то есть расходуется непродуктивно.
3.3. Влияние антропогенно изменяемых факторов на величину суммарного испарения и его составляющие
К антропогенно изменяемым факторам суммарного испарения отнесены весенние запасы воды в почве и относительная площадь листьев - эти величины могут задаваться по соображениям практического характера. Весенние запасы воды в почве можно увеличить за счет задержания весеннего стока талых вод на сельскохозяйственных полях или за счет влагозарядковых поливов, а величина относительной площади листьев может быть задана из практических соображений варьируя густотой посева. Выполненные исследования показали, что изменение на определенную величину весенних запасов воды в почве приводит практически к такому же изменению величины суммарного испарения, при этом лишь 65% от увеличения весенних запасов воды в почве пойдет на увеличение транспирации (Будаговский, Шумова, 1983). Что касается относительной площади листьев , то при ее изменении от 5 до 1 суммарное испарение поля яровой пшеницы за безморозный период уменьшается лишь на 4%, то есть практически остается неизменным (Shumova, 1994). В то же время структура суммарного испарения претерпевает значительные изменения – доля транспирации в суммарном испарении снижается с 44% при до 24% при . Из этого следует, что при разреженных посевах ресурсы почвенных вод расходуются менее эффектитвно.
3.4. Внутригодовая динамика составляющих баланса почвенных вод
На основе обширного материала, полученного в результате расчетов, выполненных с декадным временным шагом и охватывающих период от полного схода снежного покрова весной до наступления отрицательных температур воздуха осенью, анализируется динамика суммарного испарения, его составляющих (испарения воды почвой и транспирации) и продуктивных запасов воды в метровом слое почвы полей яровой пшеницы в разные по водности годы (Шумова, 2010).
3.5. Весенние запасы почвенных вод и их формирование
Анализируется пространственная и временная изменчивость весенних продуктивных запасов воды метрового слоя почвы , сформировавшихся к моменту полного схода снежного покрова (Шумова, 1993). На фоне явно прослеживающейся тенденции уменьшения с северо-запада на юго-восток, их распределение на территории лесостепной и степной зон характеризуется сильной пестротой (рис. 14). К северной границе лесостепной зоны значения средних многолетних величин весенних продуктивных запасов воды в почве достигают наименьшей влагоемкости. А в низовьях Волги, за пределами степной зоны, они близки к критическим, которые приняты за критерий достаточности продуктивных запасов воды в почве для нормального развития растений. Естественно, что к моменту посева яровой пшеницы, а тем более всходов, в этих районах продуктивные запасы воды в почве становятся еще меньше. На рис. 14 выделено три зоны: влажная (150-200 мм), умеренно влажная (100-150 мм) и недостаточно влажная (50-100 мм), что согласуется с данными (Вериго, Разумова, 1973; Синицина, 1959). При средних для характерных станций значениях продуктивных запасов воды в почве от 124 до 169 мм среднее квадратическое отклонение изменяется в пределах от 31 до 50 мм; коэффициент вариации составляет 0,22-0,37, что согласуется с данными (Кельчевская, 1983). Оценивается, насколько обеспечены запасы воды в почве , равные наименьшей влагоемкости и их критические значения.
Базой, на которой происходит формирование весенних запасов воды в почве , являются запасы воды в почве, сформировавшиеся на момент перехода температуры воздуха через 0ОС осенью предыдущего года (Шумова, 1993). Средняя многолетняя величина осенних запасов воды метрового слоя почвы для рассматриваемой территории изменяется от очень высоких значений на северо-западе (Шокино – 235 мм, Владимир Волынский – 178 мм) до крайне низких значений на юго-востоке, опускаясь ниже 20 мм, причем прослеживается явная тенденция их уменьшения с северо-запада на юго-восток (рис.15). Средние квадратические отклонения продуктивных запасов воды в почве для характерных станций довольно высокие и изменяются от 23 мм (Ершов) до 59 мм (Мироновка) при средних значениях от 43 до 118 мм; коэффициент вариации изменяется в узких пределах и принимает значения от 0,46 до 0,53.
 |  |
Рис. 14. Средние многолетние весенние продуктивные запасы воды в метровом слое почвы полей яровой пшеницы, мм Пунктиром показаны границы зон: I – влажная, II – умеренно-влажная, III – недостаточно влажная Рис. 15. Средние многолетние осенние продуктивные запасы воды в метровом слое почвы полей яровой пшеницы  , мм | |
Показано влияние основных климатообразующих факторов на формирование величины весенних запасов воды в почве. Проведено сравнение составляющих баланса почвенных вод в осеннее-зимний период с данными (Комаров, 1959; Коронкевич, 1970; Атлас мирового водного…, 1974). Обсуждается использование физико-математических моделей (Гусев, 1993) для вычисления характеристик режима почвенных вод в зимне-весенний период.
Глава 4.
водообеспеченность посевов сельскохозяйственных культур
4.1. Подходы к оценке водообеспеченности
Приводится краткая характеристика основных методов оценки водообеспеченности посевов сельскохозяйственных культур (Алпатьев, 1954; Будыко, 1971; Константинов, 1968; Селянинов, 1958; Харченко, 1975; Шашко, 1967; Allen, Pereira, Raes, Smith, 1998). В данной работе для оценки водообеспеченности посевов сельскохозяйственных культур используется параметр (Шумова, 2001). Если величина отношения равна 1, это значит, что растения не испытывают недостатка влаги. Если отношение меньше единицы, то запасы воды в почве ограничивают транспирацию, а, следовательно, рост и развитие растений, то есть имеет место засуха.
Представление об абсолютных величинах влаги, которой не хватает растениям, можно получить через дефицит транспирации, определяемый как разность между величиной потенциальной транспирации и ее фактическим значением (Shumova, 2000).
4.2. Методы расчета потенциального испарения и их оценка
Дается краткий обзор наиболее известных методов определения потенциального испарения (Будаговский, 1964; Будыко, 1956; Будыко, Зубенок, 1961; Иванов, 1954; Константинов, 1968; Мезенцев, 1962; Ольдекоп, 1911; Тюрк, 1958; Holdridge, 1959; Monteith, 1985; Thornthwaite, 1948) и приводятся результаты расчетов средних многолетних годовых величин потенциального испарения для лесостепной и степной зон, полученные по этим методам (Черенкова, Шумова, 2007). Выполненный анализ полученных результатов позволил сделать вывод, что из тринадцати рассмотренных методов расчета наиболее надежными для использования на территории лесостепной и степной зон являются методы А.И.Будаговского, Пенмана-Монтейта, Н.Н.Иванова, А.Р.Константинова, М.И.Будыко (на основе дефицита влажности воздуха) и Э.М.Ольдекопа.
4.3. Водообеспеченность посевов сельскохозяйственных культур в лесостепной и степной зонах
Рассчитанные величины транспирации и потенциальной транспирации позволили оценить значения параметра водообеспеченности и дефицита транспирации посевов яровой пшеницы как средние многолетние, так и за отдельные годы. На рис. 16 представлены средние многолетние величины водообеспеченности посевов яровой пшеницы за периоды всходы - полная спелость и по основным фазам развития растений (Шумова, 2001). В средний по водности год за вегетационный период в целом параметр водообеспеченности не достигает единицы на всей территории лесостепной и степной зон и изменяется в пределах от 0.8 на северо-западе лесостепной зоны до 0.3 в низовьях Волги. Это свидетельствует о том, что засухи здесь распространены повсеместно и отличаются только интенсивностью.
В начальные фазы развития растений - всходы и третий лист - величина не достигает единицы лишь за пределами степной зоны в низовьях Волги. Но уже с фазы кущение засуха пересекает юго-восточную границу степной зоны и начинает свое движение в более северные районы. К фазе колошения засухой охвачена уже практически вся исследуемая территория за исключением северо-запада и юга. Такое пространственное распространение засухи прослеживается до фазы молочная спелость, усиливается лишь ее интенсивность. К фазе полной спелости засухой охвачена уже вся территория лесостепной и степной зоны.
 |  |
 |  |
 |  |
Рис. 16. Средняя многолетняя водообеспеченность посевов яровой пшеницы  всего вегетационного периода (всходы - полная спелость) и по основным фазам развития растений. Темные кружки - растения не испытывают недостатка влаги (  ), светлые кружки - водообеспеченность растений ниже оптимальной (имеет место засуха), цифрами показаны величины отношений  | |
Между водообеспеченностью всего вегетационного периода и водообеспеченностью в отдельные фазы развития растений существует довольно тесная зависимость (рис. 17).
Читайте также: