При орошении поливная вода оказывает воздействие на растения, создавая благоприятные водный и воздушный режимы почвы, микроклимат приземистого слоя воздуха, температуру почвы, на физико-химические и биологические процес- сы в почве. Увлажнение повышает потенциальное плодородие почвы, обеспечивает растения доступной влагой, активно влияет на урожайность сельскохозяйственных культур. Урожаи при орошении получают в 2–5 раз выше, чем без орошения.
Температура почвы и воздуха в дневные часы на орошаемом поле ниже, а в ночное время выше, в сравнении с не орошаемым. Поливы повышают влажность воздуха приземистого слоя, уменьшают испаряемость, вследствие чего ослабляется воздушная засуха, снижается транспирация, нормализуется тургор растений — все это благоприятно сказывается на росте и развитии сельскохозяйственных культур.
Полив способствует более интенсивному поглощению растениями солнечной энергии. В условиях богарного земледелия на фотосинтез используется не более 3% поступающей на поверхность почвы солнечной энергии, а при орошении (при оптимальном увлажнении корнеобитаемого слоя) 12–14%.
Оптимальное увлажнение почвы значительно повышает качество урожая. При оптимальном увлажнении снижается давление при вспашке, улучшается качество обработки почвы. Увлажненные почвы не подвергаются ветровой эрозии. При поливе увеличивается степень растворимости соединений фосфорной кислоты, образуется коллоидный раствор гумуса, что улучшает фосфорное питание растений.
Однако при неправильных избыточных поливах вода может оказать и неблагоприятное воздействие на почву. Подъем уровня грунтовых вод, увеличение содержания растворимых солей, как следствие, вторичное засоление почвы, вымывание питательных веществ из верхних слоев в нижние и другие. Следовательно, благоприятное действие орошения на почву и урожай проявляется в полной мере только тогда, когда поливы проводятся правильно и в комплексе с соответствующей агротехникой, когда оросительная вода подается в срок и в количестве, отвечающем потребностям растений. Вода, как и другие факторы внешней среды (свет, тепло, питательные вещества, воздух) необходимы растениям для нормальной жизнедеятельности. Только при оптимальном сочетании этих факторов возможно получение наивысших урожаев.
В период роста растения потребляют большое количество влаги, из которых только 0,15–0,2% идет на создание растительных тканей, а остальная часть на транспирацию листьями и стеблями. При недостатке влаги в растениях происходят неблагоприятные физиологические процессы, наблюдается угнетение, замедляется накопление растительной массы, резко снижается урожай.
Вода из почвы всасывается корневыми волосками растения с определенной сосущей силой равной разности осмотического и тургорного давлений. В насыщенной водой растительной клетке тургорное давление равно осмотическому и сосущая сила равна нулю, то есть растение не нуждается в воде. По мере иссушения клетки тургорное давление снижается, а осмотическое возрастает, при этом увеличивается и сосущая сила. Из почвы в растение начинает поступать влага.
Однако не всегда растения могут получить необходимое количество влаги, поскольку почва также обладает сосущей силой, то есть способна благодаря капиллярному строению всасывать и удерживать воду. Чем меньше размер почвенных частиц и ниже влажность почвы, тем выше ее сосущая сила. При насыщении почвы водой до полной влагоемкости ее сосущая сила равна нулю. В растении вода может поступать, если сосущая сила корневых волосков превышает сосущую силу почвы, то есть когда влажность почвы превышает влажность завядания растений (ВЗР). При влажности активного слоя ниже ВЗР скорость передвижения влаги в почве резко снижается, и корни растений получают влаги меньше, чем расходуется на транспирацию, продуктивность растений понижается. Но и избыток влаги в почве может привести к негативным последствиям. При влажности почвы выше наименьшей влагоемкости (НВ) в активном слое ухудшается газообмен, и растения испытывают недостаток в кислороде, то есть наиболее благоприятна для жизнедеятельности растений влажность в интервале ВЗР – НВ. Потребность растений в воде неодинакова в разные фазы развития. Для каждой культуры существуют свои критические периоды, когда недостаток влаги в почве особенно сильно снижает урожай.
Элементы режима орошения:
Поливная норма — количество воды, которое дают сельскохозяйственной культуре за 1 полив. Оросительная норма — количество воды, которое дают сельскохозяйственной культуре за весь оросительный период. Режим орошения — правильно установленное распределение в вегетационном периоде количества оросительной воды, обеспечивающее оптимальный для данной культуры водный режим корнеобитаемого слоя почвы при данных конкретных природных и агротехнических условиях.
Расчет поливных норм:
m=100Hα (γ_o-γ_1), где Н — активный слой почвы, м; Α — средняя плотность активного слоя почвы, т/м3; γо — оптимальная влажность активного слоя почвы, % массы сухой почвы, соответствует 90-100%; γ1 — влажность активного слоя почвы перед поливом, % массы сухой почвы, или m=HA(βn-βo), где А — скважность (пористость ) активного слоя почвы, %; βn — наименьшая влагоемкость активного слоя почвы, % скважности; βo — запасы влаги перед поливом в активном слое почвы, % скважности. Для получения высоких урожаев сельскохозяйственных культур, выращиваемых на орошаемых землях, поливы следует проводить своевременно и качественно. Необходимо промачивать слой почвы, в котором располагается основная масса корневой системы растений. Это обеспечивает сельскохозяйственное растение в достаточном количестве водой и активизирует микробиологические процессы. Оптимальную глубину промачивания можно принимать по следующим данным: капуста, огурцы, лук — укоренение 0,2–0,3м, максимальное развитие 0,3–0,6м; свекла, морковь и другие корнеплоды — укоренение 0,3–0,4м, развитие листьев 0,4–0,5м, образование корнеплодов 0,6–0,7м; томаты — укоренение 0,3–0,4м, максимальное развитие 0,5–0,7м.
Глубина промачивания зависит от исходной влажности почвы, ее физического состояния и количества выпавших осадков. При высокой влажности почвы вода быстрее проникает вглубь неё, при низкой — часть впитавшейся воды расходуется на повышение влажности и насыщения почвы до наименьшей влагоемкости.
Перед поливом влажность почвы бывает не выше 60% НВ, поэтому ориентировочно можно считать, что при такой влажности слой воды 1мм (данный поливом), будет промачивать слой почвы 1см. Следовательно, для промачивания слоя почвы на глубину 0,3м, 0,6м и 0,8м поливная норма должна составлять соответственно 30 мм,60мм и 80мм или 300, 600 и 800м³/га.
Сроки поливов определяют различными методами. При разработке проектного режима орошения основным является графоаналитический метод А.Н. Костякова, основанный на водно-балансовых расчетах и позволяющий увязать сроки поливов с поливными нормами. Расчет ведут по декадам вегетационного периода. Исходными данными являются атмосферные осадки и водопотребление за декаду, и мощность расчетного слоя почвы. Для каждой декады вычисляют запасы влаги, соответствующие верхнему и нижнему пределам оптимальной влажности в расчетном слое. Их наносят на график и получают две кривые, между которыми заключен оптимальный для растений диапазон почвенной влаги. При орошении влажность почвы не должна выходить за пределы этого диапазона. Потом на графике откладывают запасы влаги в начале вегетационного периода (принимают равным 90–95 % НВ). Из уравнения водного баланса вычисляют запасы влаги на конец первой декады. Если они превышают нижнюю границу оптимальной влажности, то их считают за начальные и проводят аналогичный расчет для следующей декады и т.д. Приходными составляющими водного баланса в таком случае будут атмосферные осадки и прирост запасов влаги за счет увеличения расчетного слоя почвы в рассматриваемую декаду; расходными – суммарное водопотребление. Подпитывание от грунтовых вод при глубоком их залегании принимают равным нулю. Таким образом, на графике получают кривую изменения фактических запасов влаги. Если в какуюлибо декаду эта кривая пересечет нижнюю границу оптимальной влажности, то назначают полив. Средний день полива находят на горизонтальной оси по точке пересечения кривых. Поливную норму принимают такой, чтобы повысить влажность расчетного слоя почвы до верхнего оптимального предела. Запасы влаги на конец декады вычисляют, добавляя в приходную часть баланса значение поливной нормы. Метод А.Н Костякова можно использовать и при разработке эксплуатационного режима орошения. Для этого необходимо иметь оперативные данные о приходе и расходе влаги за возможно более короткие промежутки времени. Объем осадков принимают по данным метеостанций и постов, а водопотребление измеряют в полевых условиях.
Сроки поливов можно назначать также в зависимости: от фазы развития растений — в определенные критические фазы, когда чувствительность растений к недостатку влаги высока; от физиологического показания состояния растений. Чаще всего учитывают концентрацию клеточного сока в листьях. Снижение ее до определенного предела говорит о недостатке влаги в почве и необходимости полива; от влажности почвы — при снижении содержания влаги до минимально допустимых значений. Для отдельных культур сроки и число поливов колеблется в значительных пределах, в зависимости от района и влажности.
Орошение некоторых овощных культур
В основных районах товарного овощеводства овощные культуры, как правило, возделывают при орошении. Время вегетации растений принято разделять на три межфазных периода: первый — от высадки рассады (массовых всходов) до начала формирования урожая, второй — от начала формирования урожая до начала технической зрелости и третий — от начала технической зрелости до уборки урожая. Режим орошения дифференцируется в зависимости от этих периодов (при этом глубину увлажнения почвы в первый период вегетации нужно принимать в 1,5–2 раза меньше, чем в последующие периоды).
В овощном севообороте в первую очередь надо поливать капусту белокочанную раннюю и цветную. Оптимальной для этих культур считается влажность почвы не ниже 80 % НВ (в течение всей вегетации). При понижении ее до 70 % НВ даже на непродолжительное время (5-7 дней) их урожайность снижается. Самым важным для этих культур является обеспечение хорошей приживаемости рассады. После того, как растения прижились, раннюю и цветную капусту поливают при снижении влажности почвы в слое 0,2–0,3м до 80% НВ. Обычно, в центральных районах, межполивные интервалы составляют 10–12 дней, в южных 7–8 дней. По мере роста растений глубину увлажнения увеличивают до 0,4м, в южных регионах — до 0,5 м нормами от 200 до 300–350м³/га.
Капуста белокочанная поздняя и средняя также требует повышенной влажности почвы 80% НВ, но во влажной зоне в первый период вегетации допустимо ее снижение до 70% НВ.
Рекомендуемый уровень влагообеспечения по периодам вегетации 80, 80, 80 % НВ. Вегетационные поливы средней и поздней капусты при отсутствии осадков проводят через каждые 10–12 дней. Норма полива в нечерноземной зоне РФ в первый период вегетации — 150–200м³/га, во второй и третий периоды — 200-350м³/га, в южных районах до 350450м³/га.
Томат поливают не только в засушливых районах, но и во влажных, так как семена пасленовых высевают на небольшую глубину (2–5 см), а этот слой при отсутствии осадков быстро высыхает. Для получения нормальных всходов после посева проводят полив небольшой нормой.
Если томат высаживают в виде рассады, то необходимо обеспечить нормальную ее приживаемость. В первый период вегетации растение томата расходует мало воды, и влажность почвы можно снизить до 70% НВ. С началом интенсивного роста плодов влажность почвы желательно поддерживать не ниже 80% НВ. В период созревания её можно снова снизить до 70% НВ. Такой режим орошения (70, 80, 70% НВ) способствует увеличению урожая томата и более экономному расходованию поливной воды. При этом количество поливов может быть различной в зависимости от местности. Слишком частое орошение приводит к медленному созреванию плодов.
Огурец представляет особенно высокие требования к режиму орошения в период цветения и плодоношения. В южных районах при недостатке влаги в почве перед посевом проводят полив нормой 500–600м³/га. Если иссушению подвергся только верхний слой почвы, то норму полива уменьшают. Основная задача орошения в начальный период — обеспечение дружных всходов. При наличии влаги в почве (влажность почвы перед поливом 70% НВ) огурец поливают умеренно. В период образования плодов и плодоношения огурец нужно поливать часто, но небольшими нормами (влажность почвы 75–90% НВ).
Корнеплоды (морковь, столовая свекла и др.) поливают обычно умеренно. Наиболее эффективны поливы в период роста корнеплодов. При иссушенном верхнем слое почвы полив целесообразно проводить до посева нормой 200–300м³/га. Во влажной и избыточно влажной зонах морковь и столовую свеклу поливают 1–3 раза нормой 200–250м³/га в первый период вегетации, 250–300 м³/га — во второй. На юге РФ корнеплоды поливают 6–7 раз нормой до 400м³/га, на юго-востоке РФ 8–11 раз нормой 400–450м³/га. В период созревания корнеплоды поливают редко, чтобы влажность почвы не опускалась ниже 60% НВ. В остальное время вегетации величина ее должна быть не менее 70% НВ.
Овощи обычно орошают дождеванием. Они дают хороший урожай при капельном орошении. В крайне засушливых районах, где вода несколько солоновата, капельное орошение практически является единственным подходящим методом орошения овощей. Оно позволяет постоянно поддерживать влагу в корневой зоне и дает возможность избежать ожогов листьев.
