4.2 Водопотребление сельскохозяйственных культур

Получение высоких гарантированных урожаев сельскохозяйственных культур возможно при большом водопотреблении сельскохозяйственных культур.

Водопотребление (Е) (эвапотранспирация, суммарное испарение) - количество воды, используемое сельскохозяйственной культурой для получения планируемого урожая.

Водопотребление поля, занятого сельскохозяйственной культурой, расходуется на транспирацию (Ет) и испарение почвы (Еп)

Е = Ет+Еп

На испарение с поверхности почвы действуют только факторы внешней среды, а транспирация обусловливается взаимным влиянием внешних и внутренних факторов растений. Определить доли транспирации Ет и испарения почвы Еп в водопотреблении сложно, поэтому их обычно определяют как единое целое.

Водопотребление находится в прямой зависимости от климатических, гидрогеологических и хозяйственных условий, биологических особенностей культуры, ее урожайности, способа гидромелиорации и играет важную роль в формировании водного баланса поля, являясь основной расходной статьей баланса.

Существуют следующие методы определения водопотребления:

• методы непосредственных полевых измерений;

• расчетные методы;

• эмпирические зависимости.

Метод водного баланса (МВБ) основан на уравнении водного баланса поля. Он дает достаточно надежные данные и применяется в случае глубокого (5-10 м) залегания уровня грунтовых вод. Тогда влагообменом между грунтовыми и почвенными водами можно пренебречь. Этим методом можно вычислять декадное и месячное водопотребление растений для однородных почв с погрешностью 10-12%, а для неоднородных около 15%. Недостаток этого метода - в его трудоемкости и не оперативности. Он дает лишь осредненную величину водопотребления, не выявляя его зависимости от других факторов.

Разновидности МВБ – методы испарителей и лизиметров. Метод испарителей базируется на использовании цилиндрических сосудов высотой 1-1,5 м и площадью поперечного сечения 500... 3000 см² с водонепроницаемыми дном и стенками; предназначен для определения водопотребления из расчетного слоя почвы. В сосуды помещают почвенные монолиты. Испарители применяют на орошаемых массивах с глубоким (5-10 м) залеганием грунтовых вод, так как в этом случае исключается вертикальный влагообмен в почве.

Метод лизиметров в отличие от метода испарителей учитывает вертикальный влагообмен в монолите. Лизиметр представляет собой сосуд круглого или прямоугольного сечения высотой 1-2,5 м и площадью поперечного сечения от 100 см² – для зерновых культур, до 10000 см² – для хлопчатника. В лизиметрах автоматически поддерживается расчетная глубина грунтовых вод.

Недостаток метода водного баланса заключается в том, что он не выявляет зависимости Е от теплоэнергетических, метеорологических и других факторов жизни растений. Этих недостатков позволяет избежать метод теплового баланса (МТБ).

Метод теплового баланса основан на использовании уравнений теплового баланса поверхности земли с учетом тепло- и водообмена в приземном слое воздуха. Он позволяет получать величины за короткие отрезки времени и в сочетании с методом водного баланса удобен для изучения водопотребления.

Радиационный баланс R непосредственно измеряют в полевых условиях на актинометрических станциях или теплобалансовых установках при помощи балансомеров. При расчете используют данные о температуре почвы, которую периодически замеряют на разных глубинах. Турбулентный поток тепла Р находят с учетом разности температур, влажности воздуха и скорости ветра на поверхности почвы и на высоте 2м.

МТБ в настоящее время принят за эталонный при измерении водопотребления сельскохозяйственных культур.

Эмпирические методы основаны на установлении корреляционных зависимостей между испарением и одним или группой метеорологических показателей.

Впервые формулу для определения водопотребления предложил А. Н. Костяков

Е=КУ,

где К – коэффициент водопотребления, м³/т;

У – планируемая урожайность, т/га.

О потреблении и эффективности использования воды растениями судят по коэффициенту водопотребления.

Коэффициентом водопотребления называют количество воды, м³, расходуемое на испарение с поверхности почвы и транспирацию для образования 1 т товарной продукции (зерна, хлопка-сырца, плодов, фруктов, клубней картофеля, сена). Этот коэффициент определяется из уравнения:

Величина коэффициента водопотребления одной и той же культуры колеблется в больших пределах; минимальное значение получается при благоприятном сочетании всех факторов жизни растений, при нарушении этого сочетания он увеличивается. В производственных условиях, чем выше плодородие почвы и агротехника возделывания культуры в хозяйстве, тем выше урожай, тем ниже эти коэффициенты, и наоборот. Получить его достоверные значения для всех районов практически очень трудно. Из-за отсутствия соответствующих коэффициентов этим методом нельзя определить величину водопотребления в засушливые годы, а также в отдельные периоды (фазы) развития растений.

Поэтому в последние годы широкое распространение получил биоклиматический метод А.М. и С.М. Алпатьевых:

В таблице 4.2 приведены расчетные формулы, имеющие следующие обозначения:

Таблица.4.2 - Расчетные методы определения водопотребления (Е)

Методы, автор	Вид зависимости
Теплового баланса	Е = (R - B - P')/ L
Водного баланса	Е = P + M + Wп + Wгр
А.Н. Костякова	Е = Кв У
Н.Н. Иванов	Е = 0,0018(100 - f)(25 + t)2
А.М. Алпатьев	Е = Кб ∑d
Л. Тюрк	Е = 0,13(t+50) t/(t+15)

L - скрытая теплота испарения;

R - радиационный баланс;

B - тепло, идущее на нагревание почвы;

Р' - турбулентный поток;

У - планируемая урожайность сельскохозяйственных культур;

М - оросительная норма;

W_п - количество воды, используемое растением из почвы;

W_гр - подпитывание грунтовыми водами;

Р - осадки за расчетный период;

∑t - сумма среднесуточных температур;

∑d - сумма среднесуточных дефицитов влажности воздуха;

f - среднесуточная относительная влажность воздуха;

К_б - биоклиматический коэффициент;

К_в – коэффициент водопотребления.

Ни один из рассмотренных выше методов не может считаться универсальным. Каждый из них пригоден лишь для конкретных природо-хозяйственных условий, для которых получены эмпирические коэффициенты, входящие в эти зависимости или сами зависимости.

Многолетние исследования кафедры мелиорации ВГАУ (А.Ю. Черемисинов, И.П. Землянухин, С.П. Бурлакин, Н.А. Черемисинова) .показали, что для условий ЦЧР наиболее применим биоклиматический метод.