Методические рекомендации По проведению лабораторно-практических занятий При изучении дисциплины "Орошаемое земледелие"

В) Если в задании 1 дано среднесуточное суммарное испа­рение влаги с поля, определить, сколько дней растения не будут ощущать недостатка во влаге.

С =	Ракт	Дн,
Е0

Где: С — период, за который из почвы будет израсходован запас активной влаги, в днях; Ракт— запас активной влаги, мм; Е0 — среднесуточное суммарное водопотребление, мм;

Таблица 14

Влажность (%) при разных уровнях увлажнения почвогрунта.

Глубина почвогрунта, см.

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34 %

Сделать вывод о количестве влагозапасов в почве, о глубине увлажнения почвогрунта, о норме полива. На сколько дней хватит влаги растениям?

Тема 4. Методы назначения сроков полива сельскохозяйственных культур.

Задание. Усвоить методы назначения сроков полива. Знать принципы методов, их достоинства и недостатки.

Для назначения срока полива применяются следующие методы:

4.1. По внешним признакам растений. При недостатке в почве влаги растения реагируют на это изменением морфологических признаков. Вначале листья теряют тургор, начинают увядать. Наблюдается пожелтение листьев и отмирание их в нижней части растения. Уменьшаются их размеры. При снижении влажности почвы до уровня влажности завядания (ВЗ) происходит быстрое пожелтение и отмирание наземной части растений. Проведение поливов, при появлении этих признаков, приводит к восстановлению вегетации у растений, но назначение сроков полива при использовании этого метода проводится с опозданием и приводит к недобору урожая сельскохозяйственных культур.

4.2. По критическим периодам в жизни растений. Критическими периодами у растений называются фазы развития, при прохождении которых недостаток какого либо фактора приводит к резкому снижению урожайности сельскохозяйственной культуры. В эти периоды растения очень чувствительны к условиям произрастания. В степной части Украины фактором, находящимся в минимуме, ограничивающим урожайность и действие других факторов является влага. Поэтому выращивание сельскохозяйственных культур при орошении позволяет устранить негативные природные явления, однако назначение сроков полива по критическим периодам не отвечает полностью потребности растений во влаге. Это происходит потому, что в летний период суточное испарение высокое, период между критическими периодами большой, а количество влаги в почве может опускаться ниже влажности завядания (ВЗ), что приводит к недобору урожая сельскохозяйственных культур.

При назначении сроков полива по критическим периодам необходимо знать фазы развития растений при которых они очень отзывчивы на факторы жизни. В таблице 15 перечислены критические периоды основных сельскохозяйственных культур.

Таблица 15.

Культуры	Критические периоды
Озимые зерновые	Проростание, кущение, колошение, цветение и начало созревания.
Яровые зерновые	Кущение, колошение, цветение и начало созревания.
Яровые поздние	2-3 листа, 6-8 листьев, начало цветения и созревания.

4.3 По физиологическим показателям растения.

Материалы и оборудование: Листья растений, ручной пресс для выжимания сока из листьев, рефрактометр, пипетка, марля.

Назначение поливов по концентрации клеточного сока. Концентрация, или процентное содержание сухих веществ сока листьев, находится в тесной связи с влажностью почвы: чем меньше влаги в почве, тем меньше воды в листьях и выше концентрация клеточного сока. Эту связь можно использовать для определения срока полива. Для каждой культуры в условиях региона устанавливают критические показатели концентрации клеточного сока, при которых следует проводить полив, Для поддержания влажности почвы на уровне не ниже 80 % НВ томаты на юге Украины следует поливать при концентрации не выше 6%. Поливную норму при этом устанавливают из расчета соответствующего порогу предполивной влажности 80 % НВ в активном слое.

На концентрацию клеточного сока оказывают влияние и метеорологические условия, однако они менее значительны, чем влияние влажности почвы. Влияние суточных изменений метеорологических условий можно уменьшить, приурочивая определение содержания сухих веществ в клеточном соке к нужному времени (к 10—11 ч).

Для анализа берут молодые хорошо сформировавшиеся листья, в разных местах поля. Для кукурузы рекомендуют брать 5-й или 10-й лист. Особенно ясна связь концентрации клеточного сока и запаса почвенной влаги у овощных культур.

Для определения концентрации клеточного сока, рефрактометр предварительно устанавливают на нуль, нанося на призму дистиллированную воду. Сорванные листья с 8—10 исследуемых растений заворачивают в марлю и с помощью ручного пресса выжимают из них сок. Затем пипеткой по каплям наносят сок на нижнюю измерительную призму рефрактометра так, чтобы вся она была покрыта соком. Опустив откидную призму, обращают прибор к свету и через окуляр зрительной трубы устанавливают показания рефрактометра. Для этого сначала кольцо переключения поворачивают вправо до отказа, затем, поворачивая оправу окуляра, наводят шкалу на резкость и определяют концентрацию клеточного сока в процентах по верхней границе видимой шкалы, то есть по границе светотени на шкале рефрактометра. Рефрактометр настроен для работы при температуре 20°С. При более низкой температуре получают завышенные показатели, а при более высокой - заниженные. Поэтому следует вносить поправку на температуру, при которой ведут определение (табл. 16).

Таблица 16

Поправки к содержанию сухих веществ

Температура при которой поправку вычитают, °С.	Поправки к % сухих веществ	Температура при которой поправку прибавляют, °С.
5	10	15	20	25
12	0,54	0,55	0,56	0,57	0,58	28
13	0,47	0,48	0,49	0,50	0,51	27
14	0,40	0,42	0,42	0,43	0,44	26
15	0,33	0,34	0,35	0,36	0,37	25
16	0,26	0,27	0,28	0,28	0,29	24
17	0,20	0,21	0,21	0,22	0,22	23
18	0,12	0,13	0,14	0,14	0,14	22
19	0,07	0,07	0,07	0,07	0,07	21

Определение повторяют 4 раза во вновь сорванных листьях. После каждого определения призмы очищают мягкой чистой тряпочкой, смоченной водой.

Иногда сок листьев отдельных культур - томатов, картофеля и других бывает мутным, что мешает точному определению контрации клеточного сока. В таком случае пробы листьев в закрытых пробками пробирках подогревают на спиртовке или кипящей водяной бане в течение 1—3 мин, чтобы осадить белки.

Кроме того, сок можно взять не из листьев, а из черешков или жилок, где он более чистый и прозрачный. Однако следует уч итывать, что показатели процентного содержания сухих веществ 1 листьях и черешках различны.

Задание. В период интенсивного расхода воды посевом избранной культуры выполнить серию параллельных определений влажности почвы в активном слое и концентрации клеточного сока листьев. Листья брать из растений находящихся невдалеке от мест, где намечено взять пробы почвы на влажность. Первое определение сделать через день после полива, последующие - через каждые три дня и закончить их перед очередным поливом. Найти корреляционную связь между показаниями влажности почвы и концентрацией клеточного сока и записать уравнение регрессии, приняв условно влажность почвы, как результирующий фактор. Рассчитать по уравнению регрессии и найти графическим путем, какие показатели концентрации клеточного сока соответствуют влажности почвы в активном слое 60, 70 и 80 % НВ.

Определение времени полива по сосущей силе листьев. Сосущая сила клеток (S) - это разность между осмотическим (Р) и тургорным (Т) давлениями:

S = Р — Т.

Эта взаимосвязь осмотического и тургорного давлений клетки в полной мере относится и к клеточной ткани. Сосущая сила листьев, как и концентрация клеточного сока, зависит от количества воды в растениях, а следовательно, и от запаса почвенной влаги. При полном насыщении клетки или клеточной ткани тургор равен осмотическому давлению, а сосущая сила - нулю. Недостаток влаги в почве обычно становится одной из причин слабого насыщения водой клеточной ткани листьев, усиления их сосущей силы. Поэтому по сосущей силе можно приближенно судить, достаточно ли растения обеспечены влагой, не наступило ли время полива.

Критические показатели сосущей силы могут изменяться от фазы вегетации культуры, тем более что они различны у различных культурных растений. Показатели эти могут изменяться в зависимости от природных и агротехнических условий, в связи с чем необходима широкая проверка и дальнейшие исследования контроля влагообеспеченности сельскохозяйственных культур по сосущей силе их листьев.

Сосущую силу можно довольно быстро определить методом струй. Сущность его заключается в следующем: если кусочки листьев погрузить в раствор сахарозы с концентрацией соответствующей его сосущей силе, то концентрация раствора не изменится. Из более слабого раствора листья будут поглощать воду, и концентрация его увеличится. Раствор с более высокой концентрацией и осмотическим давлением, чем в листьях, будут отнимать воду из листьев, и его осмотическое давление понизится.

Растворы различной концентрации, в которых выдерживались листья, окрашиваются метиленовой синью и небольшой струйкой с помощью изогнутой пипетки вводятся каждый в соответствующий исходный раствор, где листьев не было. Струйка будет подниматься, если раствор стал более концентрированным, опускаться в более слабом растворе и равномерно рассеиваться в растворе, концентрация которого не изменилась.

4.4. По климатическим и погодным показателям (расчетный метод).

Суммарное испарение воды полем, занятым культурой, за полный вегетационный период или за межполивной период может быть установлено различными методами по метеорологическим данным путем математического расчета. На юге Украины наибольшее распространение получили метод А. М. Алпатьева и метод Д. А. Штойко.

Биоклиматический метод С. М. Алпатьева (Укр. НИИГиМ). По данным профессора А. М. Алпатьева, потребление воды растениями при оптимальной влагообеспеченности находится в тесной связи с показателями среднесуточных дефицитов влажности воздуха. Суммарное испарение (эвапотранспирацию) за отдельные отрезки вегетационного периода можно найти приближенно по формуле:

Е = КΣd

Где: К - коэффициент биологической кривой на расчетный период; Σd - сумма среднесуточных дефицитов влажности воздуха за тот же период.

Коэффициент биологической кривой (К) изменяется по периодам вегетации — межфазным периодам. Его находят экспериментально для каждой декады после всходов сельскохозяйственный культуры (Приложение 3).

Как показал С. М. Алпатьев, счет времени лучше вести по накоплению после всходов определенной суммы температур, так как в зависимости от температурных условий рост и развитие растений замедляется или ускоряется.

Биологические кривые у разных культур различны, изменяются они и по зонам земледелия.

Для определения суммарного расхода воды посевом сельскохозяйственной культуры за данный период, то есть за соответствующее время накопления определенной суммы среднесуточных температур или в соответствующую декаду, необходимо приведенный в приложении 3 умножить на сумму среднесуточных дефицитов влажности воздуха, сведения о которых можно получить на ближайшей метеорологической станции.

Например, если сумма дефицитов влажности воздуха за пятую декаду от всходов кукурузы составила 100 мб, то расход воды за это время равен 0,41 • 100 = 41 мм, или 410 м3/га; если дефицит влажности воздуха выражается в Н или Па, то следует учитывать соотношение: 1 мб = 100 Н/м2 = 100 Па. Поэтому, перемножив биологический коэффициент на дефицит влажности воздуха, выраженный в Ньютонах, получим 0,41•10000 = 4100. Разделив это число на 100, получим мм, а при делении на 10 —м3/ га.

Если в период накопления суммы температур с 1000°С до 1200°С со времени отрастания озимой пшеницы сумма дефицитов влажности воздуха оказалась равной 40 мб, или 4000 Н/м2, то суммарный расход почвенной влаги за это время составит 40 = 19,6 мм, или 196 м3/га. Ту же величину получим, если 0,49 • 4000) : 10=196 м3/га.

Зная запас влаги, превышающий принятый уровень предполивной влажности почвы, можно контролировать ее расход и определять дату следующего полива. При этом учитывают поступление влаги в почву с осадками.

Задание 1. В условиях, близких к степной зоне Украины, определить время первого полива кукурузы по данным: массовые всходы получены 10 мая, допустимая норма расхода почвенной влаги — 840 м3/га. Показатели биокли-ческих коэффициентов использовать табличные, а сведения о дефицитах влажности воздуха получить на ближайшей метеорологической станции.

Задание 2. Определить даты поливов озимой пшеницы по дефициту влажности воздуха при условиях: вегетация возобновилась 20 марта; запас влаги в почве, превышающий предполивную влажность, — 600 м3/га; используют :биоклиматические коэффициенты, приведенные в приложении 2; расчеты проводят по метеорологическим данным ближайшей станции.

Задание 3. Установить биоклиматические коэффициенты избранной культуры для региона, используя данные ближайшей метеорологической станции и подекадные определения влажности в активном слое почвы на посевах исследуемого культурного растения.

Биофизический метод Д. А. Штойко (Укр. НИИОЗ).. В условиях степной части Украины Украинский научно-исследовательский институт орошаемого земледелия прогнозирует суммарное испарение по двум показателям: температуре и относительной влажности воздуха.

Суммарное испарение до полного затенения поверхности почвы растениями и в период их созревания - с начала массового пожелтения листьев - рассчитывают по формуле:

Е =	Σt • (0,1 tс -	А	)
100

Где: Е – расход почвенной влаги, м3/га; Σt – сумма среднесуточных температур воздуха в расчетный период, 0С; а — относительная влажность воздуха за расчетный период, %.

В период наиболее активного водопотребления со времени затенения поверхности почвы растениями и до начала их созревания пользуются формулой:

Е =	Σt • [(0,1 tс + (1 -	А	)]
100

Где обозначения, что и в предыдущей формуле.

Пример. Рассчитать межполивной период сахарной свеклы. Полив нормой 700 м3/га проведен 20 июля; среднесуточная температура последней декады по прогнозу 24,5° С; относительная влажность воздуха 45%.

Решение. Сначала определяем среднесуточный расход воды, приравняв Σt = tс.

Тогда:

Есут =	24,5 • [(0,1 24,5 + (1 -	45	)]= 73,5 м3/га
100

Зная выданную поливную норму (700 м3/га) и среднесуточный расход воды полем (73,5 м3/га), можем рассчитать, через сколько дней будет израсходована поливная норма, что и определит продолжительность межполивного периода.

n = 700/73,5 =9,5 дня.

4.5. По фактическим влагозапасам почвы. Назначение поливов по влажности почвы считают стандартным методом их диагностики. Полив участка (поля) назначается в том случае, когда фактические влагозапасы в почве близки к нижнему оптимальному уровню увлажнения — ВРК или 70-80 % от НВ. Если же фактические запасы влаги, определенные в конкретный срок, оказались ниже указанного уровня, то полив будет назначен с опозданием, и в этом случае возможно снижение урожая сельскохозяйственных культур, возделывае­мых на поле, из-за нарушения срока полива.

Предварительными полевыми опытами устанавливают оптимальные уровни предполивной влажности в активном слое почвы по важнейшим фазам вегетации растений, а затем, систематически контролируя влажность, начинают очередной полив, как только запас влаги, уменьшаясь, приблизится к допустимому его уровню. Влажность почвы можно определять термостатно-весовым или другими методами в активном слое почвы, через каждые 10 см. Для определения поливной нормы необходимы сведения о: глубине активного слоя (h), объемной массе почвы (d), наименьшей влагоемкости (НВ) и уровне предполивной влажности почвы в данную фазу вегетации (ВП). Поливную норму рассчитывают по формуле:

НП=100 h d (НВ — ВП),

Где: НП — поливная норма, м3/га; h – глубина активного слоя, м; НВ - наименьшая влагоемкость выраженная в процентах к массе сухой почвы; ВП - предполивная влажность выраженная в процентах к массе сухой почвы; d – объемная масса почвы, г/см3.

К рассчитанной по формуле поливной норме добавляют еще 10—15 %, в острозасушливых условиях - до 20 % для покрытия потерь влаги во время полива.

4.6. По контролю за состоянием растений на специальных площадках с почвой легкого механического состава. При применении этого метода на полях в типичных местах вырывается траншея площадью до 4-х квадратных метров глубиной 70-100 см (слой в котором находится основная часть корневой системы растений), которая заполняется субстратом данной почвы с добавлением в него песка. Данный монолит является почвой с легким механическим составом, который удерживает влагу в меньшей степени, поэтому теряет ее интенсивнее, а уровень увлажнения ВЗ в нем наступает быстрее, чем в корнеобитаемом слое на данном поле. Учитывая это, растения на данной площадке испытывают недостаток влаги в почве (начинают увядать) на 2-3 дня раньше чем на поле. Увядание растений на площадке, сигнализирует о уменьшении количества влаги до уровня влажности завядания и является основанием для назначения полива. Данный метод является эффективным, но требует значительных трудовых затрат на закладку площадок и на поддержание их в хорошем состоянии для длительного использования.

4.7. С помощью почвенного балансомера - инструментальный метод. Балансомер (ПГБ - Почвенный гидравлический балансомер) разработан как сетевой прибор, главным образом для измерения суточных величин суммарного испарения, применяемых при расчетах режимов орошения сельскохозяйственных культур. Кроме того, с его помощью можно измерять осадки, поливы, конденсацию водяных паров из воздуха в почву. При дооборудовании водорегулирующим устройством прибор может регистрировать расход грунтовых вод в зону аэрации и инфильтрацию из зоны аэрации в грунтовые воды, то есть работать как лизиметр. Кроме измерения перечисленных выше элементов водного баланса зоны аэрации, балансомер может быть использован как интегральный датчик при автоматической системе управления режимами орошения. Например, подключенный к дождевальной машине "Фрегат", он может автоматически управлять работой машины, то есть включать и выключать ее в нужный период времени. Также, при несложной доработке, с помощью балансомера можно изучать водно-физические характеристики почвы, процессы тепло-, влаго-, солепереноса. Величины составляющих водного баланса регистрируются на лентах самописцев. Балансомер можно рассматривать как измерительный комплекс регистрирующий динамику элементов водного баланса почвенного монолита, представляющего собой физическую модель поля (Тищенко А. П. АС №1826782, 1992).

Гидравлический почвенный балансомер представляет собой замкнутую систему, позволяющую исследовать каждый элемент в отдельности и водный баланс в целом. Конструкцией прибора предусмотрена регистрация на ленте самописца внутрисуточного хода измеряемых элементов водного баланса с заданной точностью.

Принцип действия балансомера основан на переводе величины суммарного испарения в простое механическое линейное перемещение плавающей системы с записью его на ленте самописца и последующим переводом в линейную величину суммарного испарения.

Изменение влагозапаса почвенного монолита определяется по степени погружения плавающей системы при изменении веса монолита относительно уровня воды в баке, в котором помешается плавающая система. При этом используется равенство, лежащее в основе принципа гидростатического взвешивания:

ΔР = Δ i•F•р•ж

Где: ΔР — изменение массы плавающего тела; Δ i — величина изменения степени погружения под влиянием изменения его массы; F —площадь поперечного сечения плавающего тела; рж— плотность жидкости, в которой плавает тело.

Гидравлический почвенный балансомер (рис. 4.) состоит из плавающей системы, бака с водой, настила и регистрирующего устройства (самописца).

Рис. 4 Устройство гидравлического балансомера

1 — Кожух, 2 — Контейнер с почвенным монолитом. 3 чатое дно, 4 — Понтон, 5 — Шахта, 6 —Регулировочные, 7 - Карман, 8 — Балластные грузы, 9 — Бак с водой, 10 — 11 — Ограничитель вращения, 12 — Ограничительный шж козырек, 14 — Скважина для вычерпывания просочившееся монолит воды, 15 — Самописец.

Плавающая система представляет собой цельносварную конструкцию, состоящую из кожуха (1), в который помещается контейнер (2), заполненный почвенным монолитом, удерживающимся в контейнере посредством сетчатого дна (3), понтона (4), приваренного к кожуху, трех шахт (5), в которых помещены регулировочные грузы (6), карман (7) с балластными грузами (8).

Бак (9) предназначен для помещения в него плавающей системы. Настил (10) укладывается на бак после заполнения его водой и помещения в него плавающей системы. Для того чтобы плавающая система не вращалась вокруг своей оси, к стенке кожуха возле самописца приварены два ограничителя (11). Для того чтобы контейнер не прислонялся к горловине настила, между горловиной и верхней частью контейнера помещены на гибких подвесках три деревянных шара (12).

Таким образом, система свободно плавает в баке и ничем не крепится к горловине настила, обеспечивая высокую точность и качественную запись величин суммарного испарения и других элементов водного баланса, измеряемых балансомером.

Зазор между горловиной настила и контейнером закрывается козырьком (13), а для вычерпывания просочившейся на дно контейнера воды (от дождя и поливов) служит скважина (14). Кроме того, если в скважину вмонтировать водорегулирующее устройство, балансомер будет работать как лизиметр.