Сумарне водоспоживання сільськогосподарських культур

Волога з поля, зайнятого сільськогосподарською культурою, для забезпечення нормального її росту i розвитку, витрачається на транспірацію T та випаровування з поверхні ґрунту В (i листків при дощуванні). На випаровування діють тільки фактори зовнішнього середовища, а транспірація зумовлюється впливом як зовнішніх умов, так i біологічних особливостей рослин.

Визначити окремо частку випаровування i транспірації при вегетації культури досить складно. На практиці ці дві величини визначають як одне ціле, що набагато спрощує розрахунки. Таку кількість води називають сумарним водоспоживанням і вимірюють у або в . Тобто .

Сумарне водоспоживання залежить від метеоумов, режиму мінерального живлення, густоти посіву, рівня агротехніки, залісення i водозабезпеченості поля. Таким чином, сумарне водоспоживання однієї i тієї ж культури на різних ділянках буває різним.

Часто природна водозабезпеченість району вирощування сільськогосподарських культур не забезпечу їх сумарного водоспоживання, що викликає необхідність штучного зволожування земель.

Для визначення об'єму води, яку необхідно подати на поле, слід встановити величину сумарного водоспоживання конкретної культури, для чого застосовують різні методи.

Більшість методів ґрунтуються на встановленні кореляційної залежності між сумарним водоспоживанням i одним або групою метеорологічних показників.

О. М. Костяков вперше запропонував формулу для визначення сумарного водоспоживання метод згідного якого , де - сумарне водоспоживання, м³/га; - коефіцієнт сумарного водоспоживання культури (витрата води па одиницю врожаю, м³/ц або м³/т), визначається дослідним шляхом з врахуванням кліматичних умов району, властивостей ґрунту, piвня агротехніки i біологічних особливостей культури; У - розрахунковий урожай сільськогосподарської культури, ц/га або т/га.

Недоліком даного методу є те, що не можна визначати значення сумарного водоспоживання культури за певні проміжки часу, а також немає зв'язку сумарного випаровування з кліматичними факторами конкретного року.

Д. Л. Штойко при розрахунку сумарного водоспоживання за основу приймає температуру i відносну вологість повітря. У початковий період вегетації (від cxoдів до значного затінення ґрунту рослинами) рекомендується формула:

 

, (3.1)

 

а в інший період вегетації:

 

, (3.2)

 

де - сума середньодобових температур повітря за розрахунковий період; - середньодобова температура повітря за той самий період; - середня відносна вологість повітря за той самий період, %.

В останні роки поширений біокліматичний метод визначення сумарного водоспоживання (С. М. Алпатьєв). Переваги цього методу - простота i доступність розрахунку. Метод ґрунтується на залежності сумарного водспоживання від дефіциту вологості повітря i особливостей рослин, які характеризуються коефіцієнтом біологічної кривої рослини. Розрахунок сумарного водоспоживання за біокліматичним методом виконують за залежністю , мм, де - сумарне водоспоживання за розрахунковий період; — значення коефіцієнта біологічної кривої за даний період, мм/мб; - сума дефіцитів вологості повітря за даний період, мб.

За кордоном поширений метод Блейні i Криддла (США). Сумарне водоспоживання за цим методом визначають за залежністю , де К - біологічний коефіцієнт водоспоживання рослини за місяць; Р - тривалість денного часу, % від їхньої річної суми; t – середньомісячна температура повітря, ˚С.

Для конкретних умов необхідно застосовувати регіональні методи, одержані для умов даного району; емпіричні методи (найбільш загальні) у тому випадку, якщо коефіцієнти, що входять до формул, визначені для умов, близьких до проектних. В усіх розглянутих методах визначення сумарного водоспоживання сільськогосподарських культур в основу покладено традиційні способи поливу (поверхневі i дощування), які забезпечують зволоження всієї поверхні ґрунту.

При внутрішньогрунтовому і краплинному зрошуванні, коли випаровування з поверхні поля зведено до мінімуму, сумарне водоспоживання визначається переважно транспірацією рослин, величину якого можна встановити методами безпосереднього визначення або за допомогою поправочних коефіцієнтів.

 

Зрошувальна i поливна норми

Зрошувальна норма – сумарни об’єм води, який подають на одиницю площі поливної ділянки за усі поливи одного зрошувального періоду, м³/га або мм.

Визначивши сумарне водоспоживання сільськогосподарської культури, з piвняння водного балансу поля можна визначити зрошувальну норму (м³/га):

 

, (3.3)

 

де - сумарне водоспоживання, м³/га; - опади, що всмоктуються в ґрунт, м³/га; - кількість води, що використовується рослинами з кореневмісного шару ґрунту, м³/га. ( і - запаси вологи у ґрунті на початок і кінець вегетаційного періоду, м³/га); - об'єм ґрунтових вод, що витрачається на підживлення кореневмісного шару ґрунту, м³/га; - втрати зрошувальної води на поверхневий і глибинний скиди, м³/га, враховується тільки при глибокому заляганні ґрунтових вод ().

Складова рівняння водного балансу визначає вертикальний водообмін між ґрунтовими i поверхневими водами. Цей об'єм можна врахувати коефіцієнтом підживлення (), який залежить від глибини залягання рівня ґрунтових вод, виду і фази розвитку культури, гранулометричного складу ґрунтів та інших факторів, що менше впливають, і визначається як частка від Е. Значення коефіцієнта підживлення () залежно від перерахованих факторів складає від 0,5 до 1.

Тоді,

(3.4)

 

Якщо ґрунтові води мінералізовані і вірогідне засолення ґрунтів, то їх рівень потрібно понизити на таку глибину, при якій підживлення засоленими водами відбуватись не буде (при цьому ).

Зрошувальну норму визначають для так званого розрахункового року, природні і господарські умови якого є вихідними даними для проектування.

Як показала практика, найбільш обґрунтованими є метеодані року 75%-ї забезпеченості.

Одержану зрошувальну норму необхідно подавати на поле окремими нормованими поливами.

Поливна норма - об'єм води, який подають на одиницю площі поливної ділянки за один полив м³/га або мм. ЇЇ величина залежить від виду культури i фази її розвитку, потужності кореневмісного шару i його водно-фізичних властивостей, складу і кількості солей у ґрунті, кліматичних i гідрогеологічних умов, способу i техніки поливу. Чим краще розвинена коренева система рослини, тим більшу поливну нор­му необхідно подати. У важких за гранулометричним складом ґрунтах поливна норма більша, ніж у легких. Поливну норму нетто визначають за формулою m^nt=W_max—W_min, де m^nt - поливна норма нетто, м³/га; W_mах i W_min - запаси вологи у розрахунковому шарі ґрунту після i до поливу, м³/га. Запаси вологи у ґрунті визначають за виразом:

 

W=100γHβ, (3.5)

 

де Н - розрахунковий шар ґрунту, м; γ - об'ємна маса розрахункового шару, т/м³; β - вологість шару ґрунту, % від його сухої маси.

Розрахунковий шар ґрунту (Н, м) визначається глибиною розвитку основної маси коренів рослини, а отже, фазою його розвитку, рівнем агротехніки, іншими умовами i становить для овочевих 0,3...0,7 м, для зернових культур i трав 0,7...1,0 м.

Вважають, що при поливі вологість у кореневмісному шapi ґрунту слід доводити до вологості, яка відповідає найменшій вологоємкості (НВ), тобто до тієї кількості вологи, яку може утримувати даний шар ґрунту. При подачі більшої кількості надлишки води профільтруються у глибші шари ґрунту. Завищення поливних норм призводить до виносу елементів живлення рослин за кореневмісний шар ґрунту, підняттю рівня ґрунтових вод, заболочування i засолення ґрунту, що зменшує врожайність сільськогосподарських культур.

Запаси вологи у ґрунті, що відповідають найменшій вологоємкості

 

(3.6)

або

, (3.7)

 

де β_НВ i β_АНБ - вологості ґрунту, що відповідають НВ, % від маси i шпаруватості ґрунтів;

А - шпаруватість ґрунту, % від об’єму.

Для кожної рослини існує свій мінімально допустимий поріг вологості, β_min, при зменшенні якого рослини перестають нарощувати продуктивну масу i формувати врожай. Мінімальний поріг вологості залежить від самої рослини, її біологічної природи, періоду вегетації, вмісту солей у ґрунті, типу i виду ґрунту. На практиці зрошування передполивну вологість приймають звичайно для вологолюбних культур (oвочi, зepнові, кормові) 75...85 %, для менш вимогливих до води (технічні, олійні культури) - 70...75 % від вологості, що відповідає НВ.

Мінімальний запас вологи у ґрунті

 

(3.8)

або

(3.9)

де β_min i β_Amin - передполивні пороги вологості у шapi Н, % від маси і шпаруватості ґрунтів, що відповідає НВ.

На засолених землях передполивний поріг вологості збільшують на 5...10%, особливо для рослин, на розвиток яких солі у ґрунті впливають найбільш негативно (овочі, бавовник, кормові культу­ри та ін.).

Отже, полив слід виконувати у той момент, коли запас вологи у ґрунті знизиться до мінімальної допустимої величин, i доводити цей запас поливом до вологості що відповідає НВ. Отже, максимально можлива поливна норма (м³/га)

 

(3.10)

або

(3.11)

 

Поливна норма залежить також від техніки і способу поливу. Так при поверхневих поливах вона становить 400...600 м³/га, що обумовлено забезпеченням рівномірнішого зволоження зрошуваного поля.

При дощуванні відбувається рівномірний розподіл води по полю практично при будь-якій поливній нормі.

При подачі поливних норм слід враховувати втрати води, які притаманні всім способам зрошування.