Сумарне водоспоживання та випаровування томата за різних способів поливу та глибини розрахункового шару ґрунту в південному регіоні України

Сумарне водоспоживання та випаровування томату за різних способів поливу та глибини розрахункового шару ґрунту в південному регіоні України

Витрати ґрунтової вологи впродовж вегетації залежать від природно-кліматичних умов, місця розташування та біологічних особливостей об'єкта досліджень. Залежно від періоду визначення витрати ґрунтової вологи на транспірацію і випаровування поділяються на сумарне водоспоживання — сумарні витрати вологи за весь період вегетації та сумарне випаровування — витрати вологи за окремі відрізки вегетаційного періоду. Їх визначають різними методами, проте найпоширеніший — водного балансу [8, 11].

У зоні недостатнього зволоження попри досить великі потреби більшості овочевих рослин у вологозабезпеченні дослідження сумарного випаровування і водоспоживання є досить важливим завданням. Вони дають можливість установити зв’язок водоспоживання рослин з метеорологічними факторами, продукційними процесами та формалізувати його у вигляді математичних моделей для прогнозування процесу загалом або розрахунку елементів. Тому дослідження цього напряму в овочевих зрошуваних агроценозах є актуальними.

Сумарне водоспоживання і випаровування — найважливіші сукупні характеристики зв’язку гідрометеорологічних умов з ростовими процесами за вегетацію і за окремі її періоди. Закономірності витрат ґрунтової вологи за різної продуктивності агроценозу є фундаментальними засадами для розробки і вдосконалення поливних режимів сільськогосподарських культур [4, 5]. Випаровуваність — результат комплексного впливу метеорологічних факторів, що спричиняють обмін вологи в системі ґрунт — рослина — атмосфера, яку прирівнюють до оптимального водоспоживання рослин і визначають різними, зокрема й розрахунковими методами (С.М. Алпатьєва, Д. А. Штойко, М.М. Іванова, Г. К. Льгова, Пенмана-Монтейта) [1, 3, 10]. Власне, це математичні моделі регулювання водного режиму ґрунту і рослин за метеорологічними показниками, які для локального зрошення потребують уточнення за результатами досліджень.

Методика досліджень. Завдання досліджень полягало у визначенні за 3-х способів поливу — дощування, мікродощування, краплинного зрошення — і 2-х розрахункових шарів ґрунту рівня сумарного водоспоживання та випаровування, ефективності використання води на формування одиниці врожаю, середньодобових витрат ґрунтової вологи за різної середньодобової температури повітря та в розробленні спрощеної моделі визначення випаровування томату для управління режимом вологості ґрунту.

Дослідження проводили у 2-факторному польовому досліді згідно з методикою дослідної справи у зрошуваному землеробстві та овочівництві [2, 6]. Адаптацію моделі здійснювали у виробничих умовах ФГ «Чайка» Білозерського району Херсонської області. Контролювали витрати вологи за рекомендаціями [9]. В основі моделі — польові дослідження 1993 — 1995 рр., її розробка і польова перевірка — 2012 — 2013 рр.

Результати досліджень. Вивчення сумарного водоспоживання та випаровування за способами поливу і глибиною активного шару ґрунту дало змогу встановити особливості витрат ґрунтової вологи за фазами росту і розвитку томатів і загалом за вегетацію.

Сумарне водоспоживання може досить істотно коливатися, і амплітуда коливань зумовлена багатьма факторами, серед яких технології поливу належить чільне місце. Сумарне водоспоживання досліджували методом водного балансу. Водний баланс томату за різних способів поливу вивчали за умови підтримки вологості ґрунту в розрахункових шарах перед поливом на рівні не менше 70% найменшої вологоємності (НВ) у період сходи — плодоутворення, початок стиглості — збирання та 80% НВ — у фазі масового плодоутворення.

Аналіз структури сумарного водоспоживання за способами поливу свідчить про те, що формується воно переважно за рахунок 2-х складових — зрошуваної норми, частка якої становить 54,5 — 72,3%, та опадів, на які припадає 26,4 — 45,1% сумарних витрат води. З ґрунту на сумарне водоспоживання витрачається 10 — 64 м³/га води, що в сукупності не перевищує 0,3 — 1,3% від загальних витрат води і є чинником неістотного впливу на сумарні витрати води у вегетаційний період.

За порівняння зрошуваної норми за способами поливу і глибиною розрахункового шару з’ясувалося, що її величина більшою мірою визначається способом поливу. Це підтверджується результатами статистичного аналізу. Так, на рівні часткових відмінностей величина, яка перевищує 1124 м³/га, є достовірною для порівняння. Це означає, що різниця сумарних витрат води на полив за дощування і мікродощування менша за поріг достовірності, тому величини зрошуваної норми майже одного рівня і на 43% більші, ніж за краплинного зрошення.

Варіювання величини зрошуваної норми за різних способів поливу свідчить про те, що збільшення глибини розрахункового шару з 0 — 30 до 0 — 50 см сприяє сталому її зростанню, і за глибини розрахункового шару 0 — 50 см сумарні витрати води на полив у середньому за головним фактором В — спосіб поливу — на 667 м³/га перевищують ті, які формуються за глибини розрахункового шару 0 -30 см. При цьому величина зрошуваної норми істотно зростає, але непропорційно до збільшення глибини розрахункового шару (27,4 та 67% відповідно) (табл. 1).

За всіх способів поливу зі збільшенням глибини розрахункового шару до 0 — 50 см частка опадів у сумарному водоспоживанні зменшується на 4,5 — 6,4%. Заслуговує на увагу й те, що за краплинного зрошення частка опадів у сумарному водоспоживанні на 12,3 — 18,2% вища, ніж за інших способів поливу, що підтверджує ефективніше використання природного ресурсу за цього способу поливу.

Зміни сумарного водоспоживання томату за досліджуваного набору факторів повною мірою відповідають тенденціям, виявленим у результаті аналізу його структури. Так, за дощування і мікродощування сумарні витрати води на формування врожаю сягають у середньому 4600 м3/га, що на 30,5% більше, ніж за краплинного зрошення, — 3200 м3/га. Порівняння рівня сумарного водоспоживання за глибиною розрахункового шару показує, що за глибини 0 — 50 см воно на 696 м3/га (15,5%) є більшим, ніж за глибини 0 — 30 см. Отже, зі збільшенням глибини розрахункового шару сумарні витрати вологи на формування врожаю.

томат врожай ґрунтовий водоспоживання Сумарне водоспоживання, структура сумарного водоспоживання, коефіцієнти водоспоживання за різних способів поливу та глибини розрахункового шару (середнє за 1993 — 1995 рр.).

Ефективність використання води в зрошуваних агроценозах оцінюють коефіцієнтом водоспоживання — кількістю води, витраченої на одиницю врожаю. За розрахунками коефіцієнтів водоспоживання томату за різних способів поливу і глибини розрахункового шару, для продукування 1 т плодів залежно від способу поливу витрачається 55,4 — 107,2 м³. Найбільше — за дощування та за глибини розрахункового шару 0 — 50 см — 107,2 м³, найменше — 55,4 м³ — за краплинного зрошення і за глибини розрахункового шару 0 — 30 см. Загалом на основі порівняння коефіцієнтів водоспоживання слід визнати, що в середньому за краплинного зрошення витрати води на формування врожаю на 65,5 та 56,8% відповідно менші, ніж за дощування і мікродощування, а за глибини розрахункового шару 0 — 30 см на 1 т урожаю томату витрачається на 16,6% води менше, ніж за глибини 0 — 50 см. Отже, коефіцієнти водоспоживання свідчать про те, що за глибини розрахункового шару 0 — 30 см вода на формування врожаю витрачається ефективніше, а краплинне зрошення — найефективніший з досліджуваних способів поливу.

Важливим елементом контролю та оперативного управління поливним режимом є середньодобове випаровування [8], яке визначають за календарними датами вегетаційного періоду або окремими фазами росту і розвитку рослин. Середньодобове випаровування залежить від біологічних особливостей рослин, погодних умов періоду вегетації, фізико-механічних властивостей ґрунту, інтенсивності продукційних процесів, агротехнічних, меліоративних та низки інших факторів.

Спостереження за середньодобовим випаровуванням томату показує, що для досліджуваних факторів його абсолютна величина визначається фазою розвитку рослин. Аналіз витрат вологи свідчить, що на початку вегетації вони порівняно незначні. За добу залежно від способу поливу витрачається 11,9 — 18,8 м³/га ґрунтової вологи. Порівняння середньодобових витрат вологи на рівні головних ефектів показує, що за краплинного зрошення вони відповідно на 14,5 та 14,1% менші, ніж за дощування і мікродощування, а зі збільшенням глибини розрахункового шару з 0 — 30 до 0 — 50 см збільшуються середньодобові витрати вологи на 5,2 м³/га (41,1%).

У період плодоутворення, який є критичним за водоспоживанням, середньодобове випаровування набуває найбільшої величини за всіх способів поливу. Максимальні добові витрати ґрунтової вологи (76,5 м³/га) виникають за мікродощування і глибини розрахункового шару 0 — 50 см, найменші (42,8 м³/га) — за краплинного зрошення і глибини розрахункового шару 0 — 30 см. Аналіз середньодобових витрат вологи за головними ефектами при краплинному зрошенні свідчить про їх зменшення на 58,8% порівняно з дощуванням та на 59,5% — мікродощуванням. За збільшення глибини розрахункового шару з 0 — 30 до 0 — 50 см зростання середньодобових витрат не перевищує 8,6%.

Зазначені тенденції середньодобового випаровування спостерігаються і в завершальній фазі вегетації томату. Так, за краплинного зрошення витрати вологи зменшуються приблизно на 47% порівняно з іншими способами поливу, а збільшення глибини активного шару ґрунту з 0 — 30 до 0 — 50 см зумовлює зростання витрат ґрунтової вологи за добу на 19,2%. Загалом за краплинного зрошення середньодобові витрати вологи за фазами розвитку на 14,1- 59,5% менші, ніж за інших способів поливу, і на 8,6 — 41,2% менші за глибиною розрахункових шарів порівняно з дощуванням і мікродощуванням (табл. 2).

Середньодобове випаровування томату за різних способів поливу і глибини розрахункового шару ґрунту (середнє за 1993 — 1995 рр.), м3/га на добу.

За отриманими даними, найбільша різниця середньодобового випаровування за глибиною розрахункового шару спостерігалася в період сходів — масового плодоутворення — 31,9 — 48%, найменша — 4,1- 14% — під час плодоутворення. Тобто на початковому етапі вегетації, враховуючи біологічні особливості томату, з високим ступенем ймовірності можна стверджувати, що за розрахункового шару 0 — 50 см вода витрачається неефективно, тому до фази початку плодоутворення розрахунковий шар 0 -30 см є достатнім для забезпечення водою рослин томату. В інші фази росту і розвитку доцільніше формувати режим вологості ґрунту на основі розрахункового шару 0 — 50 см.

Аналіз середньодобового випаровування томату за різних середніх температур повітря впродовж доби дав змогу встановити зв’язок між цими показниками та визначити форми кривих випаровування за досліджуваних факторів. Виявилося, що криві середньодобового випаровування за формою подібні до кривих росту.

Динаміка сумарних витрат вологи за різних способів поливу і глибини розрахункового шару свідчить про те, що за середньої добової температури повітря 17,7^оС середньодобове випаровування за дощування і мікродощування орієнтовно одного рівня і залежно від глибини розрахункового шару на 6,7 — 19,7% є більшим, ніж за краплинного зрошення. В інтервалі середньодобових температур 17,7 — 21,2^оС середні добові витрати вологи стрімко зростають за всіх способів поливу. Так, за дощування і мікродощування за глибини розрахункового шару 0 — 50 см вологи витрачається в середньому 65,5 м³/га за добу, а за глибини розрахункового шару 0 — 30 см — лише 52,6 м³/га. За краплинного зрошення середньодобові витрати вологи у 1,6 і 1,4 раза менші, ніж за інших способів поливу (рис. 1).

За середньодобової температури 23,2^оС найбільше середньодобове випаровування — 76,6 м³/га спостерігається на мікродощуванні за глибини розрахункового шару 0 — 50 см, найменше — 42,8 м³/га за краплинного зрошення і глибини розрахункового шару 0 — 30 см. За однакової глибини розрахункового шару різниця середньодобового випаровування за дощування і мікродощування не перевищує 3% і на 34,2 та 40% відповідно більша, ніж за краплинного зрошення.

За порівняння граничних величин середньодобового випаровування за способами поливу для першої і другої точок перегину (рис. 1) з’ясувалося, що в діапазоні температур 17,7 — 23,2^оС питома інтенсивність випаровування стрімко зростає на 1^оС, сягаючи за дощування — 13,3, за краплинного зрошення — 7,7 м³/га. Отже, за краплинного зрошення на 1^оС витрачається вологи на 72,7% менше, ніж за дощування. У діапазоні температур 21,2 — 23,2^оС попри загальне зростання сумарного випаровування питомі витрати зменшуються до 4,4 м/га на 1^оС за дощування та до 2,1 м³/га на 1^оС — за краплинного зрошення. Інтенсивність випаровування в цьому температурному інтервалі відповідно в 3 та 3,7 раза менша, ніж у діапазоні 17,7 — 23,2^оС. Це підтверджує наявність температурного порога, перевищення якого істотно зменшує питоме випаровування, ймовірно за рахунок зниження інтенсивності транспірації, що регулюється розмірами продухів листя, які залежать від температури і вологості повітря. Діапазон температур, за якого в наших умовах спостерігався найінтенсивніший вологообмін у рослинах томату, був у межах 17,7 — 23,2^оС, тобто в інтервалі 18 — 25^оС, що за результатами досліджень [7] є оптимальним для томату.

Спроба апроксимації середньодобового випаровування за функціями Б. Гомпертца і П. Ферхюльста не дала задовільних результатів у діапазоні 10,9 — 17,7^оС. Тому апроксимація середньодобового випаровування за середньодобовою температурою повітря здійснена У межах досліджуваних факторів і температурних режимів визначено коефіцієнти рівнянь апроксимації середньодобового випаровування томату.

Апроксимація лінійними рівняннями є доволі спрощеною моделлю процесу випаровування, проте розрахунки свідчать, що обчислені за цією моделлю величини середньодобового випаровування є досить близькими до експериментальних. За розрахунками середньодобового випаровування томату за рівняннями (1) у діапазоні 17 — 25^оС побудовано графік.

Коефіцієнти рівнянь лінійного сплайна.

Краплинне зрошення забезпечує зменшення на 30,5% витрат води на сумарне водоспоживання томату порівняно з дощуванням і мікродошуванням за рахунок зменшення в балансі сумарних витрат води на полив та збільшення частки опадів. Коефіцієнт водоспоживання за краплинного зрошення на 58,3−61,9% менший, ніж за дощування та мікродошування, відповідно ефективність використання води на одиницю врожаю за краплинного зрошення є вищою в аналогічній пропорції Зі збільшенням глибини розрахункового шару з 0 — 30 до 0 — 50 см ефективність використання води на одиницю продукції зменшується на 16,6%. За краплинного зрошення середньодобові витрати вологи за фазами росту і розвитку на 14,1 -59,5% менші, ніж за дощування та мікродошування, що є наслідком збільшення площі зволоження під час поливів.

Для забезпечення нормального водного режиму рослин томату за фазами розвитку до початку плодоутворення достатніми є поливи за нормою, розрахованою на зволоження шару ґрунту 0 — 30 см. У діапазоні середньодобових температур 17,7−21,2^оС за краплинного зрошення витрати вологи на 1^оС у 1,7 раза менші, ніж за інших способів поливу. Визначення середньодобових витрат вологи для рослин томату за графіком лінійного сплайна за середньодобовою температурою повітря дає змогу регулювати водний режим ґрунту з перевищенням витрат води в межах 10% порівняно з інструментальними методами спостереження.

Бібліографія

• 1. Методика дослідної справи в овочівництві і баштанництві; за ред. Г. Л. Бондаренка, К.І. Яковенка. — Х.: Основа, 2001. — 369 с.
• 2. Патрон П.И. Интенсивное овощеводство Молдавии/П.И. Патрон. — Кишинев: Картя Молдовеняскэ, 1985. — 448 с.
• 3. Писаренко В.А. Режимы орошения сельскохозяйственных культур/В.А. Писаренко, Е. М. Горбатенко, Д. Р. Йокич. — К.: Урожай, 1988. — 96 с.
• 4. Ромащенко М.І. Рекомендації з оперативного контролю та управління режимом зрошення сільськогосподарських культур із застосуванням тензометричного методу/М.І. Ромащенко, В. М. Корюненко, М. М. Муромцев. — К.: ТОВ «ДІА», 2012. — 71 с.