2.4. Регулювання водного режиму ґрунту і рослин шляхом зрошення

Поливний режим і поливна норма. Для одержання високого ефекту від зрошення необхідно провести поливи у визначені строки, які відповідають біологічним особливостям культури і зовнішнім умовам росту та розвитку рослин. При кожному поливі важливо правильно визначити поливну норму, тобто кількість води, яка подається на 1 га поля за один полив, вибрати найефективніший спосіб поливу.

Поливи, які проводять за визначеним планом для одержання високого врожаю даної культури, становлять її поливний режим, або режим зрошення, який виражається схемою поливів. Це перелік всіх поливів із зазначенням часу їх проведення, поливних норм, способів поливу, зрошувальної норми.

Так, один з варіантів поливного режиму озимої пшениці на півдні України може бути поданий такою схемою: передпосівний полив дощуванням у першій половині вересня – поливна норма 400‑500 м³/га; полив дощуванням – на початку кущіння (у разі сухості шару ґрунту 0‑10 см) – 300 м³/га; вегетаційний полив дощуванням при вологості ґрунту 70% НВ – 500 м³/га; вегетаційний полив дощуванням перед колосінням при вологості ґрунту 70% НВ – 500 м³/га; вегетаційний полив дощуванням у фазі наливання зерна при вологості ґрунту 75% НВ – 400 м³/га.

Зрошувальна норма (сума поливних норм) без урахування передпосівного поливу – 1700 м³/га, з його врахуванням ­– 2100‑2200 м³/га

Для встановлення правильного поливного режиму сільськогосподарських культур необхідно дослідним шляхом визначити перед-поливну вологість, або нижню межу допустимого зниження вологості ґрунту, у найважливіші періоди розвитку рослин.

Звичайно період вегетації рослини ділять на три частини: початковий, до критичного; критичний і завершальний період росту і розвитку В ці періоди рослини зазнають різної потреби у вологості ґрунту і неоднаково реагують на зрошення. Реакція на ступінь вологості ґрунту за періодами розвитку може бути встановлена вегетаційним дослідом при точному регулюванні водного режиму ґрунту. Висновки вегетаційного досліду перевіряють у польових умовах, встановлюють ефективність однакових поливів у різні фази росту й розвитку.

Для визначення оптимальної передполивної вологості ґрунту проводять польові досліди, в яких вивчають ріст, розвиток і продуктивність рослин залежно від рівня передполивної вологості ґрунту протягом кожного з періодів вегетації. Вологість ґрунту на заданому рівні підтримують поливами, при цьому фіксують їх поливну норму і строк проведення кожного поливу.

Результатом дослідів є встановлення різних рівнів оптимальної передполивної вологості ґрунту для періодів вегетації, що вивчаються. Звичайно в критичний (середній) період розвитку рослин вологість ґрунту треба підтримувати на більш високому рівні, ніж у інші – підвищення на 5‑10% НВ.

Зниження вологості ґрунту порівняно із встановленим рівнем у будь-який період розвитку рослин призводить до зниження врожаю, але найбільші втрати його бувають при зниженні вологості в критичний період розвитку рослин, коли закладаються, формуються і активно ростуть органи, що визначають урожай. У період активного їх росту відмічається висока потреба не тільки у воді, але і в надходженні поживних речовин. Необхідно враховувати, що строки проходження критичного періоду і періоду максимального споживання вологи не завжди збігаються, але обмежувати водопостачання в іншому випадку також не можна.

Встановлюючи рівні передполивної вологості ґрунту для сільськогосподарських культур, потрібно мати на увазі, що цей показник залежить від ґрунтових умов, біологічних особливостей рослин і часто від погодних умов.

Різні ґрунти помітно відрізняються за величинами найменшої вологоємності, вологості розриву капілярного зв'язку, вологості в'янення. Тому не може бути єдиного показника передполивної вологості для будь-якого ґрунту. І все ж у багатьох випадках він близький до 65‑75% НВ.

В міру зниження вологості ґрунту від найменшої вологоємності до вологості в'янення доступність для рослин і продуктивність використання ними ґрунтової вологи зменшуються. Це зменшення повільне порівняно невелике – до вологості розриву капілярного зв'язку. При зниженні запасу ґрунтової вологи після цього рівня рухомість її різко обмежується. А.А. Роде (1965) відзначає, що чим ближче запас вологи до вологості в'янення, тим швидше знижується продуктивність використання води рослинами.

Більш точні дослідження, напевно, дозволять вияснити, що розрив капілярного зв'язку хоч і є процесом стрибкоподібним, але не може бути миттєвим і одночасним для всіх груп капілярів, що відрізняються за величиною. Мабуть, є певна зона вологості, яка характеризує послідовний і поетапний розрив капілярного зв'язку. Саме цим часто можна пояснити той факт, що на одному ґрунті для різних культур встановлена неоднакова передполивна вологість і що вона нерідко відрізняється також у однієї культури за періодами розвитку.

При недоліку ґрунтової вологи продуктивність рослин знижується в результаті водного дефіциту в їх тканинах. Наслідком цього є зниження інтенсивності росту, відтоку асимілятів, процесу фотосинтезу, які по-різному проявляються залежно від виду рослин. Ці біологічні відмінності культур необхідно враховувати при встановленні передполивної вологості ґрунту.

Оптимальний рівень передполивної вологості значною мірою залежить від клімату і погоди. Чим сухіше повітря і жаркіша погода, тим сильніше повинно бути водопостачання рослин, щоб при посиленій транспірації підтримати на необхідному рівні вміст води в листках та інших органах і забезпечити потрібний темп і напрямок біохімічних і фізіологічних процесів. Тому в умовах більш вологого і прохолодного клімату, як правило, передполивна вологість характеризується відносно низькими показниками, а в гостро посушливі роки рекомендується прийняті показники збільшувати на 5‑10% (відносно НВ).

Для встановлення поливної норми поряд з рівнем передполивної вологості необхідно знати глибину зволожуваного шару ґрунту. Як уже відзначалося вище, поливами зволожують активний шар, в якому розміщується основна маса всмоктуючих коренів. А.Н. Костяков відзначає, що ця величина для різних культур коливається від 0,4 до 1 м.

У дослідах Інституту зрошуваного землеробства УААН (1987) виділяється три групи рослин, що відрізняються глибиною розміщення основної маси коріння: культури з малою кореневою системою (основна маса коріння на глибині до 30‑50 см) – більшість овочевих культур, картопля, злакові багаторічні трави та ін.; з середньою могутністю кореневої системи (40‑80 см)‑зернові колосові культури, кукурудза, сорго, соя; з глибокопроникаючою кореневою системою (80‑100 см)‑люцерна, коренеплоди, соняшник.

Активний шар змінюється з ростом кореневої системи, його глибину встановлюють по розкопках і вивченню кореневої системи рослин, по глибині шару, в якому активно засвоюється вода, а також дослідами, в яких вивчають ефективність поливів при різній глибині зволожуваного шару. Дані методи взаємно доповнюють і уточнюють одержані висновки При цьому спостерігається значний вплив зрошення на розміри і розміщення кореневої системи по шарах ґрунту Маса коріння при зрошенні збільшується і розвивається переважно в тому шарі, який зволожується поливами.

У початковий період вегетації і формування кореневої системи активний її шар може бути невеликим, але зволожувати поливами треба весь шар, який відповідає мінімальній поливній нормі, допустимій при даному способі і технічних умовах поливу.

При поливі дощуванням поливна норма може бути як завгодно мала. Але й при таких умовах зволожувати поливами потрібно шар ґрунту не менше З0‑40 см, оскільки вологість поверхневих шарів надто нестійка, вода швидко витрачається на випаровування, слабо використовується кореневою системою.

При високому рівні підгрунтових вод глибина зволожуваного шару не повинна перевищувати певної межі, яка визначається нерівністю:

Н_р + Н_кк < Н_гв

де Н_р – глибина зрошуваного (розрахункового) шару ґрунту, м; Н_кк – висота шару капілярного зволоження (капілярна зона), м; Н_гв – глибина залягання підгрунтових вод, м.

Отже, зрошуваний шар разом з шаром капілярної зони повинен бути меншим глибини залягання підгрунтових вод, у противному разі зрошення викличе подальше їх підняття.

Після встановлення передполивної вологості ґрунту і величини активного (розрахункового) шару можна визначити поливну норму за формулою:

М_п = 100 · На (НВ – ВТ),

де М_п – поливна норма, м³/га; Н – товщина зрошуваного шару, м; а – об'ємна маса ґрунту для шару Н, г/см³, НВ – найменша вологоємність, або верхня межа зволоження ґрунту, %; ВТ – вологість ґрунту перед поливом (межа допустимого зниження вологості ґрунту перед поливом, яка відповідає ВТ).

До визначеної норми треба додати ще 10‑15% її величини для покриття втрат води (на випаровування, фільтрацію тощо) під час поливу.

Поливний режим і необхідні для його визначення показники (передполивна вологість, глибина активного шару та ін.) вивчають на дослідних станціях, у науково-дослідних установах, на спеціальних кафедрах сільськогосподарських вузів і потім на підставі одержаних висновків складають рекомендації для господарств відповідної зони зрошуваного землеробства.

Водоспоживання і зрошувальна норма. Кількість всієї зрошувальної води, поданої на поле для поливів сільськогосподарської культури, становить її зрошувальну норму.

У практиці зрошуваного землеробства зрошувальні норми частіше встановлюють у результаті узагальнення даних досліджень режиму зрошення, проведених дослідними установами в місцевих умовах. Зрошувальні норми диференціюють по групах років з різним ступенем сухості. Така диференціація можлива, якщо режим зрошення вивчали протягом ряду років.

Г.К. Льгов (1979) наводить диференційовані дані по зрошувальних нормах сільськогосподарських культур, розраховані для степових районів Північного Кавказу (табл. 8).

8. Сумарне випаровування і зрошувальні норми сільськогосподарських культур для степової зони Північного Кавказу (каштанові й чорноземні ґрунти)

Зрошувальна норма заповнює нестачу води, необхідної для нормального водопостачання культурних рослин Тому, знаючи величину нормального водопостачання і природного водопостачання, можна розрахувати зрошувальну норму:

де М_з – зрошувальна норма, м³/га; Σi – сумарне випаровування за період вегетації, м³/га; О_к ‑ сума корисних опадів за той самий період, м³/га; W_з, W_y – запас ґрунтової вологи в кореневмісному шарі під час сівби і під час збирання врожаю, м³/га; К – кількість використовуваної рослинами ґрунтової води, м³/га; N – втрата води при зрошенні, м³/га.

Сумарне випаровування (загальна витрата води на транспірацію і ґрунтове випаровування) треба попередньо встановити обліками в умовах хорошої вологозабезпеченості, яка сприяє одержанню високого врожаю. Розраховують його за формулою: Σі = У·К_в, де У – запланований урожай, ц/га; К_в – коефіцієнт водоспоживання, м³/га.

При підрахунку величини О_к опади менше 5 мм не враховують, оскільки вони не впливають на вологість кореневмісного шару. Але й опади більше 5 мм не повністю вбираються ґрунтом: частина вологи випаровується до поглинення ґрунтом, частина втрачається внаслідок стоку та інших причин. Для просапних культур коефіцієнт поглинання опадів ґрунтом на півдні України становить 0,7, для культур звичайної рядкової сівби – 0,6.

Таким чином, для встановлення величини О_з треба підрахувати кількість опадів більше 5 мм за період вегетації культури і суму помножити на відповідний коефіцієнт. При цьому враховують, що кожний міліметр опадів дорівнює на площі 1 га 10 м³ води.

При близькому рівні підгрунтових вод рослини використовують їх, але величина цього виду водоспоживання важко піддається обліку. Вона залежить від глибини залягання підґрунтових вод, ступеня їх мінералізації, механічного складу ґрунту, культури та інших умов (табл. 9).

9. Приблизна кількість підгрунтових вод, що використовується

сільськогосподарськими культурами, м³/га (Льгов Г. К., 1979)

Кількість використовуваних кореневою системою рослин слабо-мінералізованих підґрунтових вод порівняно з прісними зменшується приблизно в 2,5 рази (Льгов Г. К., 1979).

За даними А. Н. Костякова (1960), при глибині залягання слабозасолених підгрунтових вод не більше 2,5 м кількість капілярної вологи, що надходить до активного шару ґрунту за рахунок цих вод, коливається від 5 до 25% сумарного водоспоживання.

Запропоновано багато способів розрахунку сумарної витрати води ґрунтом і культурами, які ростуть на ньому, за показниками температури, сонячної радіації, теплового балансу, випаровування вологості повітря та ін.

За даними А.М. Алпатьєва (1954) та інших авторів, витрата води ґрунтом і рослинами при оптимальній вологості кореневмісного шару залежить від величини випаровування за вегетацію. Точність визначення витрати води, основаного на цій залежності, становить ±10‑15%. Дослідники відзначають при цьому, що при задоволенні потреби рослин у воді їх урожай визначається ступенем природної і ефективної родючості ґрунту.

Сумарне випаровування води полем (Е), за пропозицією А. М. Алпатьєва, визначають за формулою:

Е = К· ΣД

де ΣД‑ сума дефіцитів вологості повітря за вегетацію, Па; К – коефіцієнт, що змінюється в межах 0,6‑0,7.

Подальші дослідження показали, що величина К змінюється за фазами вегетації сільськогосподарських культур. Метод дістав назву біокліматичного і використовується проектними організаціями.

І.А. Шаров запропонував розраховувати сумарну витрату (Мс) води ґрунтом за формулою:

Мс = еΣt + 4в,

де Σt – сума температур за період вегетації культур; е – коефіцієнт витрати води полем, що припадає на 1° (наближено величина е = 2 м³ на 1°С); в ‑ кількість днів вегетаційного періоду.

Для Північного Кавказу при зволоженні ґрунту не менше 65‑70% ПВ Г.К. Льгов пропонує розраховувати сумарну витрату води (мм) за формулою:

Е = 1,88 Σt.

Тут Σt має те саме значення, що й у формулі І.А. Шарова. Водоспоживання за формулою Г.К. Льгова розраховується з точністю ±10‑13 %.

Заслуговує уваги метод теплового балансу діяльності поверхні, який використовується для розрахунків водоспоживання і зрошувальних норм. При слабкій забезпеченості водою частина променевої енергії сонця витрачається на сумарне випаровування, а інша, велика,‑ на турбулентний теплообмін, тобто нагрівання повітря. Останнє може досягати шкідливих для рослин меж, але при хорошому зволоженні ґрунту більша частина сонячної енергії витрачається на випаровування. Цей метод дає можливість розрахувати зрошувальні норми, достатні для створення сприятливої вологості ґрунту і повітря. Для обліку теплового балансу використовують спеціальний прилад – теплобалансограф.

Найбільш точно сумарна витрата води полем встановлюється прямим дослідом, у результаті обліку фактичних величин цього показника на дослідних полях науково-дослідних установ і в дослідно-показових господарствах.

Зв'язок показників водоспоживання із зовнішніми умовами життя рослин та їх продуктивністю. Забезпеченість господарства водою може бути вичислена по гідромодулю – середній кількості води, що подається за 1 с у літрах на гектар зрошуваної площі. Сюди включається і нічний час.

План водокористування розроблюється в господарстві на весь рік завчасно. Він є частиною виробничого плану. Під час виконання план поливу періодично уточнюють. При цьому враховують умови погоди, стан культури, наявність вологи в ґрунті.

Ефективність користування господарствами зрошувальної води характеризується коефіцієнтом водоспоживання (KB). Величина його залежить не тільки від біологічних особливостей культури, але й від агротехніки, режиму зрошення, умов погоди.

Коефіцієнт водоспоживання включає як необхідні, так і непродуктивні витрати води. До непродуктивних належать втрати води внаслідок поганого планування поверхні поля, подачі надмірної кількості води при поливах, нерегульованого скиду та інших причин.

Непродуктивні втрати, пов'язані із зрошенням, можуть бути виключені або в значній мірі зменшені при дотриманні правил техніки поливу. Низький рівень агротехніки також може викликати непродуктивні втрати води. Вони можуть бути наслідком засміченості посівів, несвоєчасного і неякісного обробітку ґрунту, зрідженості посівів і т. д.

Вплив добрив і рівня передполивної вологості ґрунту на величину KB в умовах Інгулецької зрошувальної системи ілюструють трирічні дані Херсонського СП (табл. 10).

10. Коефіцієнт водоспоживання залежно від удобрення і

передполивної вологості ґрунту, м³/т

Примітка. Кукурудза використовувала пряму дію, озима пшениця ‑ післядію добрив.

З підвищенням урожайності сільськогосподарських культур коефіцієнти водоспоживання зменшуються. За даними Гіпроводгоспу, KB озимої пшениці в посушливій зоні становить: при врожайності, 20 ц/га – 170‑150 м³/ц, а при врожайності 50 ц/га – 120‑100 м³/ц. У зоні недостатнього зволоження (менш посушливій) відповідно 130‑110 і 70‑60 м³/ц, що треба віднести на дію кліматичних факторів.

Другий показник водоспоживання сільськогосподарських культур‑ коефіцієнт ефективності зрошення (КЕЗ). КЕЗ ‑ витрата зрошувальної води на одиницю збільшення врожаю від зрошення:

де М_з – зрошувальна норма, м³/га; У_з – урожай при зрошенні, ц/га; У_б – урожай без зрошення, ц/га.

На КЕЗ більш позитивно діють обробіток ґрунту і удобрення. При більш високій передполивній вологості ґрунту витрата зрошувальної води на 1 т врожаю збільшується. Проте це збільшення залежить від умов живлення. Найбільше значення воно має на не-удобреному фоні. При достатньому рівні живлення відмінності стираються, тобто підвищені норми добрив сприяють ефективному використанню великої кількості води.

Зміни KB і КЕЗ у зв'язку з урожайністю сільськогосподарських культур пояснюються тим, що на водоспоживання і рівень урожайності діють одні й ті самі фактори. Наприклад, добрива сприяють підвищенню врожайності, вони ж сприяють зниженню витрат зрошувальної води на 1 т одержуваної продукції.

Зміни KB і КЕЗ під впливом добрив та інших умов технології вирощування закономірні, що дає можливість їх регулювати в достатньо широких межах.

Спеціалізація поливів за господарським призначенням. Система зрошення включає поливи різного господарського призначення або різної спеціалізації. За господарським призначенням поливи можуть бути: вологозарядковими, промивними або ґрунтоочисними, передпосівними, підживлюючими, садівними, вегетаційними, підживлюючими, освіжаючими та ін.

Вологозарядкові, або запасні, поливи проводять до сівби однорічних або в період припинення активної вегетації багаторічних культур. Головне завдання їх створити в кореневмісному шарі необхідний запас вологи для початкового і часто наступного періоду вегетації культур.

Такі поливи вирівнюють графік водокористування, відтягують початок вегетаційних поливів, скорочують їх кількість. На полях, що одержали вологозарядку, з'являються дружні сходи, коріння рослин проникає в глибокі шари ґрунту, використовуючи їх вологу.

Найбільш ефективна вологозарядка в роки з посушливою осінню. Восени вологозарядку проводять під озимі культури, цукрові буряки і багаторічні трави. Навесні ЇЇ іноді застосовують під культури пізньої сівби, влітку – під післяукісні й післяжнивні посіви.

На ґрунтах, що осідають, і на полях з близьким заляганням до поверхні підгрунтових вод вологозарядку не проводять.

Норми поливу визначають шляхом проведення дослідів, що відображають місцеві умови й біологічні особливості сільськогосподарських культур. Глибина зволоження під культури з потужною, глибоко проникаючою в ґрунт, кореневою системою – до 1‑1,2, під інші культури – 0,6‑0,8 м.

Переборний полив проводять у разі пересихання ґрунту до оранки. Завдання його – зволожити орний шар і створити сприятливі умови для високоякісного обробітку ґрунту.

Передпосівний полив при необхідності зволожує орний і підорний шар товщиною до 0,3‑0,5 м для своєчасного одержання сходів і кращого початкового їх розвитку. Ці поливи проводять невеликою нормою в строки, що строго відповідають біології культури. При необхідності поливи для своєчасного одержання сходів проводять також дощуванням після сівби (сходовикликаючі).

Садівний полив застосовують у овочівництві при розсадній культурі для поліпшення приживання і початкового розвитку розсади.

Вегетаційні поливи проводять для забезпечення потреб рослин у воді у період їх вегетації. Це важливий вид поливу в посушливій зоні.

Підживлюючі поливи застосовують для внесення і рівномірного розподілу добрив згідно з потребою рослин у живленні. Строки цих поливів і застосовувані добрива визначають з урахуванням біологічних особливостей культур.

Освіжаючі поливи (дощуванням) усувають повітряну посуху завдяки розпиленню в повітрі води.

Дослідження останніх років показали високу ефективність імпульсного дощування рослин цукрових буряків і капусти. Суть його полягає у дощуванні невеликими нормами в найжаркіші години дня протягом вегетації. Тривалість поливу – 2 хв. через кожні 15‑20 хв.

Імпульсне дощування підвищує урожай і сприяє поліпшенню його якості. У майбутньому можлива автоматизація цього процесу, який може виявитися корисним для багатьох культур.

До імпульсного близько стоїть повільне дощування. Його здійснюють щоденно, в найжаркіші години дня. Цей спосіб поливу дає можливість довести урожай цукрових буряків до 1480 ц/га при цукристості 18% (Грей А.С., 1967).

У ряді випадків при одному поливі можна виконувати різні господарські роботи: використання вегетаційних поливів для проведення підживлення; вегетаційний полив дощуванням виконує також функції освіжаючого.

Найвищий технічний і біологічний ефект від зрошення в значній мірі залежить від правильного вибору часу для поливу. У схемі поливу його строки намічають лише загалом, наближено. Конкретно ж час поливу визначають у процесі розвитку рослин: враховують їх стан, потребу в воді та умови вологозабезпеченості.

Методи визначення строків чергових вегетаційних поливів. Стандартним є встановлення строку поливу по заданій вологості ґрунту. Щоб застосовувати цей метод, потрібно завчасно визначити дослідним шляхом межі допустимого зниження вологості ґрунту, яке не завдає суттєвого збитку врожаю. Це нижня межа оптимальної вологості, перехід через яку відвертається черговим поливом.

Передполивну вологість встановлюють для шару ґрунту, в якому розміщується основна частина коренів (активний шар). Оскільки глибина цього шару змінюється залежно від фаз розвитку рослин, то для його зволоження потрібні різні норми поливу. Метод розрахунку поливу по заданій вологості активного шару ґрунту звичайно досить повно враховує конкретні умови вологозабезпеченості. Застосування цього методу потребує систематичних спостережень за станом вологості ґрунту. При цьому передполивну його вологість виражають у різних показниках: в процентах маси абсолютно сухого ґрунту, в процентах його польової вологоємності, шпаруватості (об'ємна вологість), по відношенню до коефіцієнта в'янення, величини «мертвого» запасу вологи тощо.

Нині поряд з методом висушування розроблені й продовжують удосконалюватися способи прискореного визначення вологості ґрунту: електрометричний, метод радіоактивних випромінювань (нейтронний, гаммаскопічний), тонзіометричний та ін. У виробничих умовах використовують нейтронний вологомір «Електроніка» ВНП-1.

Для виробничих умов задовільний висновок про стан вологості ґрунту дає визначення кількості вологи в зразку, взятому на глибині 30‑40 см. Це середина активного шару ґрунту ряду культур. Вологість його звичайно відповідає середній вологості всього активного шару.

Прилади, що встановлені стаціонарно, можуть безперервно реєструвати стан вологості ґрунту, коливання його водоутримної властивості (всмоктувальної сили). Принципіально можливий автоматичний пристрій, який спрацьовує при зменшенні запасу ґрунтової вологи до визначеної межі і включає роботу дощувальних або інших машин. При збільшенні запасу вологи до потрібної величини машини автоматично відключаються.

Призначення поливів по зовнішніх ознаках рослин і фазах вегетації. Наближене визначення часу поливу, при відсутності приладних спостережень, встановлюють за зовнішніми ознаками і фазами вегетації рослин.

При наявності великого практичного досвіду потребу в поливі можна встановлювати за зміною кольору листків і стебел, тургором листків, уповільненням росту вегетативних і з'явленням репродуктивних органів. Ці показники уточнюють час поливу, встановлюваний по фазах вегетації, з якими тісно пов'язані критичні періоди водоспоживання рослин.

Попередньо науково-дослідні установи визначають для кожного регіону і культури поливні норми і орієнтовну кількість поливів по фазах вегетації.

Біокліматичний метод. Зв'язок між випаровуваністю (з вільної водної поверхні) і сумарним водоспоживанням, встановлений С.М. Алпатьєвим, можна використовувати для розрахунку зрошувальних і поливних норм. Для теоретичного розрахунку випаровування С.М. Алпатьєв запропонував використовувати спрощену формулу М.М. Іванова:

Е = 0,61 Д

де Е – випаровування за добу, мм; Д ‑ середній добовий дефіцит вологості повітря, Па.

Сумарне водоспоживання, або сумарне випаровування, за вегетацію розраховують, як зазначено вище, за формулою:

Е = КΣd,

де К – емпіричний коефіцієнт сумарного випаровування; Σd – сума середньодобових дефіцитів вологості повітря.

Автор відзначає, що для характеристики водоспоживання згідно з біологічним розвитком культур коефіцієнт 0,61 на початку і в кінці вегетаційного періоду потрібно дещо зменшити, а в середині вегетації – збільшити. Конкретні величини коефіцієнта, названого біологічним, за періодами розвитку рослин необхідно встановлювати експериментально в конкретних умовах. Графіки, побудовані на підставі одержаних величин, що змінюються за періодами розвитку рослин, називаються біологічними кривими. Для будь-якої частини вегетаційного періоду за цими даними можна розрахувати поливну норму і строк проведення поливу (Алпатьєв С. М. Поливной режим сельскохозяйственных культур в южной части Украины. К.: «Урожай», 1965.). Для масового використання легко одержати необхідні вихідні дані на метеорологічних станціях.

Метод біофізичних коефіцієнтів. Для умов Північного Кавказу встановлений зв'язок між витратою ґрунтової вологи і температурою в різні календарні строки. Метровий шар ґрунту з вологістю не нижче 70% ПВ на 1°С тепла витрачає таку кількість води по періодах розвитку кукурудзи, м³/га:

Знаючи початковий запас вологи, можна, користуючись цим закономірним зв'язком, стежачи за витратою вологи і в потрібний час провести полив. Маючи прогноз середньодекадних температур, можна завчасно визначити строк поливу культури. Автор методу Г. К. Льгов пропонує в цьому випадку користуватися залежністю:

,

де Т – час (у добах), протягом якого може бути витрачена допустима норма води на випаровування; m – запас допустимої норми витрачання води на випаровування, м³/га; т₀ ‑ ефективні опади (більше 5 мм), м³/га; а – коефіцієнт використання опадів, що дорівнює 0,6‑0,7; К – витрата води на 1°С для даного періоду розвитку рослин; t – середньодобова температура, по прогнозу.

Поливну норму в цьому випадку визначають як різницю між запасом вологи, який залишається в розрахунковому шарі, коли буде вичерпана допустима норма витрати води на випаровування. Цей метод, хоч і має невисоку точність, може бути використаний у практиці і виявитися корисним.

Д.А. Штойко (1967) запропонував метод діагностики поливу, оснований на одночасному обліку двох показників ‑ температури і вологості повітря.

Для розрахунку витрати води від сівби до повного затінення поверхні поля листками застосовують таку формулу:

де Е – сумарна витрата ґрунтової вологи, м³/га; Σt – сума середньодобових температур за розрахунковий період, °С; t_c – середня температура за той самий період; а – відносна вологість повітря, %.

У період повного затінення листками поверхні поля і до початку достигання дійсна така формула:

Перевірка на півдні України підтвердила високу ефективність як біокліматичного, так і біофізичного методу для діагностики поливу.

Фізіологічні методи діагностування поливів, що враховують стан рослин (всмоктувальна сила листків, концентрація клітинного соку листків та ін.).

Величина всмоктувальної сили листків залежить від вологості ґрунту, з температурою і вологістю повітря вона зв'язана слабше. Для практичного застосування фізіологічних показників повинні бути встановлені їх величини, при яких необхідний черговий полив. Вони можуть змінюватися за періодами життя рослин (табл. 11).

11. Граничні величини всмоктувальної сили листків у
сільськогосподарських культур і вологість ґрунту (Воронін Н.Г.)

Всмоктувальну силу визначають у певний час дня, а проби (висічки) беруть з визначених листків на рослині (у помідорів четвертий від точки росту).

На овочевих культурах хороші результати дає діагностування чергових строків поливу за методом, основаним на визначенні за допомогою рефрактометра граничних показників концентрації клітинного соку, віджатого з листків.

Концентрацію клітинного соку (% сухих речовин) на півдні України, як і всмоктувальну силу, визначають о 10‑11-й год. дня в сонячну погоду. Це важлива умова точності визначення строку поливу, оскільки протягом дня і в похмуру погоду фізіологічні показники рослин дещо змінюються. Концентрація клітинного соку картоплі і помідорів змінюється за періодами розвитку незначно. Картоплю поливають, коли вміст сухих речовин у соці листків становить 6,8, а в середині вегетації – у період масового плодоутворення, коли вміст сухих речовин – 5,5%.

При використанні фізіологічних показників поливну норму встановлюють на основі кореляційного зв'язку між ними і вологістю активного шару ґрунту (рис. 4). Як правило, прийнятий показник вказує на потребу рослини в додатковому зволоженні й одночасно на те, що в ґрунті залишається визначений запас вологи. Так, за спостереженнями, на каштанових ґрунтах Херсонської області, при вмісті 9‑ 10% сухих речовин у соці з верхнього ярусу листків картоплі в активному шарі ґрунту завжди залишається запас вологи близько 70% НВ. Таким чином, поливна норма в даному випадку буде відповідати тій, яка встановлюється по передполивній вологості 70% НВ.

Рис. 4. Залежність концентра­ції клітинного соку
листків по­мідорів від вологості ґрунту:
1 — посівні; 2 — розсівні

Фізіологічний показник точніше, ніж вологість ґрунту, відображає потребу рослин у воді, оскільки при однаковій вологості ґрунту стан рослин у посушливі й вологі роки буває різний.

Однакова водозабезпеченість рослин у різні роки буде досягнута, якщо поливи проводити за показниками вологого року.

Найточніше визначають строк чергових поливів при врахуванні фізіологічних показників і вологості ґрунту.

Система зрошення і розподіл поливів по культурах сівозміни. До поняття системи зрошення належить поливний режим культур, способи і технологія подачі води на зрошувані поля. Режими зрошення окремих культур, згідно з розміщенням їх у сівозміні, становлять одну з важливих сторін системи зрошення. Вона характеризує загальну щорічну потребу господарства у воді (по строках) для зрошення всієї сівозміни і представляє собою план використання води в сівозміні, яка показує розподіл її між культурами за етапами їх розвитку. План дає можливість визначити, поряд з потребою в зрошувальній воді, загальну потребу в техніці і робочій силі для поливів. Потреба рослин у додатковому зволоженні залежить не тільки від їх біологічних особливостей, погоди, але й агротехніки, попередника, після якого їх розміщують, оскільки ґрунт після різних культур має неоднакову вологість і родючість.

Першочерговість поливу і ступінь забезпечення водою культур сівозміни визначаються їх народногосподарським значенням, потребою в них даного господарства, вимогливістю до води окремих культур і економічним ефектом, одержаним від їх зрошення.

Сума всіх зрошувальних норм становить річну потребу господарства в поливній воді для зрошення. Треба враховувати, що найбільшої шкоди врожаю завдають перебої у поливах у критичні періоди розвитку сільськогосподарських культур.

Застосування водозберігаючих диференційованих режимів зрошення, що враховують реакцію культур до наявності в ґрунті легкодоступної вологи, дають можливість досягти економії зрошувальної води в результаті скорочення зрошувальних норм. Так, за даними Інституту зрошуваного землеробства УААН, при переході від поливів кукурудзи при вологості 80% НВ в усі періоди вегетації до поливів за схемою 60‑80‑60 при зменшенні зрошувальної норми від 2130 до 1450 м³/га дещо знизився урожай – від 91,1 до 89,3 ц/га, тобто витрата води зменшилася на третину, а врожай знизився несуттєво.

З погляду економії води і водозбереження, а також з урахуванням місцевих умов і біологічних особливостей сільськогосподарських культур, необхідно оцінювати і вибирати способи поливу.

Основні способи поливу – дощування, поверхневий і підгрунтовий. Дощування характеризується рядом позитивних ознак. Воно відносно рівномірно зволожує ґрунт, освіжає повітря і рослини, омиваючи листки, створює оптимальні умови для фотосинтезу.

Більше, ніж інші способи, дощування піддається механізації. Воно незамінне при складному мікрорельєфі, на сильно- і середньоосадових ґрунтах, а також при близькому рівні підґрунтових вод. Це один з кращих способів поливу на дуже водопроникному ґрунті. Найбільш ефективно регулюється температура і вологість приземних шарів повітря при імпульсному дрібнодисперсному дощуванні. При хорошому розпиленні струменю і невеликій інтенсивності дощування зберігається ґрунтова структура.

Значно погіршується фізичний стан поверхні ґрунту при поливі далекоструминними дощувальними установками (слабке розпилення струменю, падіння з великої висоти), але вони ефективні в передгірних і гірських умовах. На сильно- і середньосадових. ґрунтах ефективно здійснюється дощування з використанням установок «Бригантина», «Фрегат», «Днепр» (ДФ-120), «Кубань», «Волжанка» (ДКШ-64), ДДА-100МА та ін. Вони особливо ефективні на малопотужних ґрунтах, що підстилаються галечником, пісками на глибині до 1 м, на незасолених ґрунтах із заляганням прісних підгрунтових вод на глибині менше 2 м або слабомінералізованих – на глибині понад 2,5 м.

При поверхневому поливі по борознах площа руйнівної дії крапельно-рідкої води на структурні агрегати ґрунту обмежена дном і схилами борозни. Міжборозні смуги зволожуються внаслідок капілярного підняття вологи. При цьому аеробні мікробіологічні процеси в них звичайно не пригнічуються. Втрати вологи на випаровування менш значні, ніж при поливах по смугах і затопленням. Показники мікроклімату порівняно з неполивними ділянками поліпшуються. Полив по борознах важче піддається механізації, ніж дощуванням.

Існує багато варіантів поливу по борознах ‑ по глибоких, проточних, борознах з терасками, борознах-щілинах та ін. Передполивне щілювання створює умови для переходу до дощування на важких за механічним складом ґрунтах.

Полив по смугах застосовують переважно для культур звичайної рядкової сівби або для вологозарядкового поливу на добре спланованих площах, на середньоводопроникних ґрунтах, мало схильних до утворення кірки. Недоліки – нерівномірність зволоження ґрунту, руйнування ґрунтової структури, ущільнення поверхневих шарів ґрунту, важко піддається механізації.

Полив затопленням застосовують при зрошенні рису, вологозарядковому зволоженні, для промивання засоленого ґрунту. Велика витрата води, підвищені втрати її на випаровування, замулювання поверхні ґрунту, можливість заболочування земель та інші негативні сторони затоплення компенсуються найкращою відповідністю біологічним вимогам рису, ефективністю опріснювальної дії, швидкістю зволоження кореневмісного шару ґрунту. У системі регулярного зрошення можна застосовувати на ділянках з невеликим схилом (0,002), невисокою водопроникністю, доброю дренованістю. У рисових системах і при промивному (опріснювальному) поливі необхідний дренаж для відведення скидних вод.

Підгрунтове зрошення, яке здійснюють по внутрішньоґрунтових зволожувачах або кротовинах на глибині 40‑50 см, зволожує орний шар в результаті капілярного підняття вологи. При цьому способі виключена руйнівна дія крапельно-рідкої води на ґрунтову структуру, знижуються втрати вологи на ґрунтове випаровування, легко здійснюються механізація і автоматизація поливів. На поверхні ґрунту відсутня відкрита зрошувальна мережа, що усуває перешкоди при обробітку ґрунту і догляді за посівами. Негативні сторони підгрунтового зрошення – фільтраційні втрати вологи, винесення солей у орний шар на засолених ґрунтах, недостатнє зволоження посівного шару ґрунту. Спосіб підгрунтового зрошення прийнятний на ділянках багаторічних насаджень.

Автоматизація і оперативне планування поливів. Транспортування води в каналах і розподіл її між господарствами і ділянками, з метою економії, потребує високої точності. Цього можна досягти в автоматичному режимі, який все ширше впроваджується у виробництво.

Не менш важливе і складне завдання – точний розподіл води згідно з потребами рослин на полях сівозміни. Для вирішення цього завдання застосовують різні підходи.

З метою економії води і поліпшення режиму зрошення рису в Краснодарському краї, на Петровсько‑Анастасіївській системі, створений комплекс технічних засобів, який управляє водою, на 200 виконавських пунктах. Економія води перевищує 3000 м³/га.

Для автоматизованого управління поливами кормових і зернових культур дев'яти господарств Саратовської області створена спеціальна система (АСУ). Вона розташована на Приволзькій зрошувальній системі і обслуговує 25,4 тис. га посівів. Технічною базою системи є ЕОМ ЄС-1010. її успішна робота забезпечується систематичною оперативною інформацією, що надходить з місць на центральний диспетчерський пункт по радіоканалах. Система виконує регулярні розрахунки вологозапасів, оптимізацію водного режиму для кожного поля, щодобовий контроль за ходом поливів, робіт дощувальних машин.

Оригінальна система управління поливами створена і в Україні – автоматизована інформаційнопорадна система оперативного планування зрошення (АІПС ОПЗ). В основу її покладено математичне моделювання функціональної залежності сумарної витрати води полем (сумарного випаровування) від метеорологічних умов. Для успішної роботи АІПС ОПЗ необхідні відомості про запаси вологи перед сівбою культури, систематичне надходження відомостей з метеорологічних станцій про стан погоди і кількість опадів – відомості про ґрунт і біологічні особливості: стан і фази розвитку культур сівозміни, ряд даних, що належать до технічних засобів поливу.

На базі ЕОМ за допомогою багатопланових програм АІПС виконують оперативний розрахунок норм і строків поливу, прогнозують на 10 днів зміни вологості ґрунту на поливних ділянках, будують декадні плани проведення поливів, графіки роботи дощувальної техніки тощо. Система АІПС ОПЗ успішно впроваджується в господарствах Каховської зрошувальної системи.