Программирование урожаев в условиях орошения

Свободная и связанная вода в растении

Вода в продукционном процессе является доминирующим фактором. Она является донором электронов для ассимиляции углекислого газа (С02) и субстратом для синтеза первичной продукции. Вода — главная составная часть биомассы, поскольку она находится во всех клетках органов и тканей растений.

В физиологии растений принято различать две формы воды:

  • свободную, имеющую физическую (механическую) форму связи с материалом;
  • связанную, соединенную с органическими веществами.

Свободная вода находится в межклетниках, т. е. в свободном пространстве; будучи подвижной, перемещается по растению, осуществляя перенос веществ из окружающей среды в клетку и наоборот, и затем испаряется.

Связанная вода входит в состав цитоплазмы клетки и вакуоли; будучи малоподвижной, перемещается с затруднением, обеспечивая поступление в клетку необходимых веществ.

Различают:

  • осмотически связанную воду, которая связывает молекул воды растворенным веществом, гидратирует растворенные вещества — ионы и молекулы;
  • коллоидно-связанную воду, которая связана со структурами клеточных стенок и сосудов за счет сил адгезии, гидратирует коллоиды (макромолекулы).

Между этими формами воды в растении существуют сложные связи и взаимозависимости. Особенности водообмена, реакция на водообеспечение, количество воды, расходуемой на единицу создаваемой фитомассы, КПД использования влаги в продукционном процессе обусловлены прежде всего генетически. Это проявляется в различиях оптимальных параметров водного режима растений разных пород и сортов.

Известно несколько подходов к определению количества воды под запрограммированный урожай. Поскольку все они связаны с показателем влагообеспеченности растений, различают методики расчета водопотребления насаждений для условий:

  • — дефицита водного баланса;
  • — оптимальной влажности;
  • — переувлажнения.

Определение водопотребления сада

Суммарное водопотребление. При программировании урожая наиболее важным и сложным моментом является определение водопотребления с целью установления дефицита водного баланса.

Суммарное водопотребление (?) (эвапотранспирация, суммарное испарение), мм (м3/га), выражается формулой

где ?исп — испарение воды почвой, мм; ?тр — расход воды на транспирацию, мм.

Соотношение между указанными величинами постоянно меняется и зависит от густоты размещения растений, техники полива, механического состава почвы, прихода солнечной радиации и других факторов.

Коэффициент водопотребления. С целью расчета потребности растений в воде используют коэффициент водопотребленияв), м3/т, который определяется как отношение эвапотранспирации к величине урожая:

где Е — эвапотранспирация за период вегетации, м3/га; У — величина урожая, т/га.

Различают:

биологический коэффициент водопотребления, который рассчитывается как

хозяйственный (товарный) коэффициент водопотребления, определяемый как

где ХЕВ — расход воды на суммарное испарение за вегетацию, м3/га; Убиол — масса биологического урожая, т/га; Ухоз — масса товарной (хозяйственной) части урожая, т/га.

При известном значении коэффициента водопотребления Кв суммарное водопотребление при программировании урожаев можно определить по формуле

где Е — суммарное водопотребление за период вегетации, м3/га; Урасч — расчетная (планируемая) величина урожая, т/га.

Коэффициент водопотребления не остается неизменным: величина Кв меняется не только в зависимости от биологических особенностей плодовых пород, но и в зависимости от меняющихся условий внешней среды. Так, при влажной погоде значение Кв ниже, чем в сухую; при низкой агротехнике Кв также возрастает, а при высокой — уменьшается.

Зная коэффициент водопотребления культуры, можно определить ее суммарное водопотребление. Например, необходимо определить суммарное водопотребление плодовой породы при поливе по бороздам, коэффициенте водопотребления 500 м3/т и программируемой урожайности 10 т/га. Подставляя данные в формулу (10.5), находим

Потребность породы в воде частично (около 60 %) обеспечивается атмосферными осадками и запасом продуктивной влаги в почве. При годовой сумме осадков 500 мм запас продуктивной влаги в почве будет составлять около 3000 м3/га. Следовательно, оросительная норма должна составить часть от суммарного водопотребления, т. е.

Это количество воды распределяют на вегетационные поливы.

Норма вегетационного полива определяется расчетным путем по формуле

где т — поливная норма, м3/га; 100 — переводной коэффициент; h — глубина активного слоя почвы, м; а — объемная масса почвы, г/см3; НВ — наименьшая влагоемкость почвы, % (массовая доля абсолютно сухой почвы); Впп — предполивная влажность почвы, % (массовая доля абсолютно сухой почвы).

Если учесть неглубокое (порядка 0,5 м) залегание корней яблони, привитой на карликовый подвой М9, и объемную массу почвы 1,3 г/см3, то можно определить, что на очередной полив при НВ = 82 % и предполивной влажности Впп = 75 % потребуется

При такой поливной норме воды достаточно для четырех-пяти поливов:

Если планируется влагозарядка, то из оросительной нормы (2000 м3/га) вычитается количество воды, расходуемое на влагоза- рядковый полив, а оставшееся количество распределяют на вегетационные поливы.

В современных высокоинтенсивных садах при использовании системы капельного орошения расчеты проводят более детально.

Количество воды, доступной для растений (пК), которое может накапливать определенная почва, представляется разностью двух величин — наименьшей влагоемкости (НВ) и влажности за- вядания (В3):

В формуле (10.7) показатель пК обозначает количество воды, удерживаемой почвой в полевых условиях против действия силы тяжести 60—300 см вод. ст.

Показатель В3 — влажность завядания, при которой растение уже использовало воду почвы, но не имеет дополнительного источника влаги; наступает устойчивое завядание. Это происходит при сосущей силе корней, равной 15 атм. Поглощая воду из почвы, в стрессовых ситуациях растения могут развивать значительно большую сосущую силу. При дальнейшем росте потребности растений в воде почва не может дать им достаточно влаги, и, так или иначе, завядание наступит.

Нормы водопотребления при проектировании орошения.

В связи с дефицитом водных ресурсов в основных плодоводческих регионах страны и необходимостью экономии воды при поливе, повсеместно внедряется капельный способ полива. Для данного способа полива разработан Свод правил «Мелиоративные системы и сооружения» (СП 100.13330.2016. Мелиоративные системы и сооружения. Актуализированная редакция СНиП 2.06.03—85)[1], в котором регламентируются показатели пригодности воды по степени действия на элементы системы капельного орошения, значения которых приведены в прил. 10, 11.

Оросительная норма — количество воды, которое необходимо подать на один гектар площади многолетних насаждений за вегетационный период. Оросительная норма (м3/га) является одним из основных элементов поливного режима, обозначается М и определяется по формуле

где Е — суммарное испарение, м3/га; WH, W0 — запасы влаги в активном слое почвы в начале и в конце вегетации соответственно, м3/га; а — коэффициент использования осадков; Р — количество атмосферных осадков (зависит от района произрастания) за вегетационный период, м3/га; Wr — количество воды, поступившей в активный слой почвы из грунтовых вод (при близком их залегании), м3/га.

Коэффициент использования осадков колеблется в вегетационный период в диапазоне а = 0,6-ъ0,8 во вневегетационный период а - 0,2-^0,6.

Методы расчета суммарного испарения. Суммарный расход влаги за период вегетации при проектировании орошения рассчитывают в основном по методам с использованием дефицита влажности воздуха или испаряемости.

Суммарное испарение для практических расчетов проектного межполивного периода определяют по методам А. М. Алпатьева и С. М. Алпатьева, Г. К. Льгова, X. Л. Пенмана, ФАО (FAO), Н. Н. Иванова, Дж. Келлера, Пенмана — Монтейта и др. Наиболее широко применяются:

метод А. М. Алпатьева и С. М. Алпатьева (при дефиците влажности воздуха):

где К — коэффициент суммарного испарения, который зависит от биологических особенностей культуры и климатических условий местности; Sd — сумма среднесуточных дефицитов влажности воздуха за расчетный период, мбар;

метод Г. К. Льгова (при достаточной влагообеспеченности):

где К — расход воды, м3 • 1 °С; St — сумма среднесуточных температур воздуха за расчетный период, °С.

Поливная норма (т), м3/га, зависит от водно-физических свойств и строения почвы, глубины и степени ее иссушения, а также применяемого способа орошения и определяется по формуле

где 100 — переводной коэффициент; h — глубина, на которую необходимо увлажнить почву, м; а — плотность почвы, г/см3; WH, Мфакт — наименьшая влагоемкость и фактическая влажность почвы соответственно, % (массовая доля абсолютно сухой почвы).

Расчетная глубина увлажнения h (см. формулу (10.11)) составляет:

  • — для молодых садов:
  • — на слаборослых подвоях h = 0,5 м;
  • — на сильнорослых подвоях h = 0,7-г-1,0 м;
  • — для плодоносящих садов:
  • — на слаборослых подвоях h - 0,7 м;
  • — на сильнорослых подвоях h = 1,3-г 1,5 м.

Однако в эксплуатационных режимах необходимо учитывать, что глубина иссушения на протяжении вегетации меняется. Весной она, как правило, не превышает 20—25 см, а летом на глубоких хорошо дренируемых почвах в плодоносящих садах достигает 1,3— 1,5 м. Почва при поливах должна увлажняться только на глубину иссушения.

Установив фактическую влажность почвы, плотность сложения и наименьшую влагоемкость, по формуле (10.11) находят величину поливной нормы нетто. Если при орошении площадь питания растений увлажняется только частично (полив по бороздам, чашам, чекам, подкроновое дождевание, капельный способ), поливная норма снижается в соответствии с уменьшением увлажняемой площади.

Поливная норма брутто (ттах), м3/га, рассчитывается формуле

где Wn в — запас влаги в почве, соответствующий полевой влагоем- кости; WKр— критическая влажность; а — поправочный коэффициент на потери влаги, а > 1.

В процессе полива часть оросительной воды испаряется с поверхности листьев и почвы, теряется на фильтрацию и т. д. При поливе по бороздам, поправочный коэффициент на потери, в зависимости от периода вегетации, составляет:

  • а = 1,05-^1,15 для легких почв;
  • а = 1,10-^1,25 для тяжелых почв;
  • — при поливе дождеванием:
  • а = 1,10^-1,20 для легких почв;
  • а = 1,15-^1,30 для тяжелых почв;
  • — при капельном орошении а = 1,02 для легких и тяжелых почв.

Поливная норма, рассчитанная с учетом этих потерь, называется

нормой брутто.

Тензиометрический метод. Применение поливных норм, превышающих дефицит влаги в зоне иссушения, приводит к потерям оросительной воды на фильтрацию за пределы корнеобитаемого слоя, а также вызывает интенсивную эрозию почвы. При высоком стоянии минерализованных грунтовых вод это может вызывать вторичное засоление почвы. Поэтому при расчете поливных норм прежде всего необходимо учитывать влажность почвы.

В целях оперативности определения влажности почвы применяют тензиометрический метод, основанный на теории потенциала почвенной влаги. Потенциал почвенной влаги (всасывающее давление почвы) показывает наличие влаги в почве. Его измеряют с помощью тензиометров и выражают в отрицательных величинах давления. При определении всасывающего давления почвы из показаний тензиометров в поле вычитается поправка на глубину их установки, составляющая 0,001 МПа на каждые 10 см высоты водной камеры.

С помощью тензиометров определяют всасывающее давление в контрольных точках и по графику зависимости влажности и всасывающего давления определяют влажность и дефицит влаги (AW), мм вод. ст., в активном объеме почвы перед поливом по формуле

где 10 — переводной коэффициент; h — глубина, на которую необходимо увлажнить почву, м; а — плотность почвы, г/см3; WH, Wx — наименьшая влагоемкость и предполивная влажность почвы соответственно, % (массовая доля абсолютно сухой почвы).

Поливная норма неттонетто), м3/га, при локальном увлажнении рассчитывается по формуле

где 10 — переводной коэффициент; AW — дефицит влаги в почве перед поливом, мм; Ку — коэффициент увлажнения площади, доля ед.

Коэффициент увлажнения площади:

— при формировании зоны увлажнения почвы в виде полос, вытянутых по оси ряда, определяют по формуле

где а — ширина зоны увлажнения одним поливным трубопроводом, м; b — расстояние между поливными трубопроводами, м;

— при формировании зон увлажнения в виде отдельных пятен определяют по формуле

где S] — площадь увлажнения под одним растением, м2; S2 — площадь питания одного растения, м2.

В зависимости от биологических особенностей растений, почвенных и климатических условий рационально увлажнять от 10 до 30 % площади многолетних насаждений.

Поливная норма бруттобрутто), м3/га, определяется по формуле

где г| — коэффициент полезного использования воды при данном способе полива, доли ед.

При капельном орошении г = 0,98, при микродождевании ц = 0,90, при поливе по бороздам т = 0,85.

Объем воды (pj), м3, который необходимо подавать за один полив на весь орошаемый участок или его часть, рассчитывают по формуле

где So6ui — площадь всего орошаемого участка или его части, га.

Объем воды2), л, который необходимо подавать за один полив в каждый поливной трубопровод, определяется по формуле

где 1000 — переводной коэффициент; п — количество поливных трубопроводов на орошаемом участке, шт.

Расход воды (Q), л/с, всей системой орошения или ее частью (блоком одновременного полива) вычисляется по формуле

где g0 — расход воды поливным трубопроводом длиной 1 м, л/ч; L — общая длина поливных трубопроводов всей системы или ее части (блока), м.

Тензиометр используют и для автоматического назначения поливов.

Продолжительность одного полива каждого дерева рассчитывают по формуле

где q0 — расход воды из одного водовыпуска, л/ч; п — число водо- выпусков под деревом, шт.

  • [1] URL: http://docs.cntd.ru/document/456050590
 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >