Морозов А.Н.

Лекция 2. Вода в растениях.

Вода является составной частью как самих растений, так и их плодов и семян. В живом растении вода составляет до 95% от массы его. Но это совсем мало, по сравнению с тем, сколько расходует растение, пока вырастет и даст урожай.
Потребность в воде, у различных растений, для того, чтобы осуществить свой цикл развития, например, для условий Узбекистана, только на испарение (транспирацию) самими растениями и испарение с поверхности почвы в сравнении с наземной массой, в сотни раз больше, чем вес воды, содержащейся во взрослом растении и его плодах.

Зачем же растениям нужна эта вода?

Какую функцию она выполняет?

Зачем так много воды надо растениям?

Ну начнём с того, что растения "хотят" не только пить, но и есть. Значит нужно как-то доставлять по стволам и веткам к листьям питательные элементы. Эти питательные элементы, засосанные корнями вместе с почвенной влагой, предварительно подготовленные в корнях в виде полуфабрикатов, доставляются по сосудам к листьям - фабрикам органических веществ.
Испаряя воду листьями, растение охлаждает их, не давая перегреться, получают из воздуха углекислый газ (в обмен на испаряемую воду), служащий материалом для создания всех органических веществ, идущих на построение всего растения.

Рисунок 2.1. Схема "функционирования" растения.
(заимствовано из книги "Жизнь зелёного растения".
А Гэлстон, П.Девис, Р.Сэттер).

Учёные, изучавшие досконально потребности растений в воде, были в значительной мере обескуражены непостоянством, так называемых транспирационных коэффициентов, показывающих отношение затрат воды на производство единицы веса сухой растительной массы даже у одних и тех же растений, (не говоря об их различии у влаголюбивой и засухоустойчивой растительности).
В зависимости от условий произрастания затраты воды на единицу урожая колеблются очень сильно. Замечено, что когда почвы бедны питательными элементами, то растение испаряет воды больше, чем на богатых оными.

Растения, имеющие в своём распоряжении много доступной для них влаги хорошего качества, "с удовольствием" её расходуют, буйно развивая вегетативную массу, но не "торопятся" плодоносить. В таких случаях говорят, что растения "жируют".

Растения, находящиеся в условиях ограниченных запасов влаги, "ведут себя сдержаннее". Они тратят меньше влаги, развивают умеренную вегетативную массу и быстрее вступают в фазы цветения и плодообразования .

А вот растения, сильно ущемлённые в воде, не только не развивают вегетативной массы и не дают плодов, но и могут просто погибнуть.

Растениям, которые обычно выращиваются на наших полях при существующих системах обработки почвы, не способны ходить глубоко за водой, как дикорастущие (и даже как культурные) растения пустыни на почвах нетронутых человеком.

Для нас важно обеспечить условия, чтобы получать устойчивые урожаи не только в годы с нормальными осадками, но и в засушливые. Поэтому все действия земледельца, способствующие накоплению и сохранению влаги в корнеобитаемом слое почвы, сторицей вознаграждаются растениями.

Почти у всех растений критической фазой развития (когда засуха оказывает наиболее вредное влияние на них) является период цветения и завязывания плодов. Что касается развития многолетних трав, используемых на корм животных в свежем виде или в виде сена, то у них наиболее уязвимыми, в отношении влаги, являются послеукосные периоды.

В эти критические периоды, желательно, чтобы влажность корнеобитаемого слоя почвы не опускалась ниже определённых пределов, которые не так просто определить даже с использованием научных понятий, но мы всё же, попробуем.

Несмотря на то, что многие процессы снабжения растений водой очень похожи в разных климатических зонах, все же, в зависимости от свойств почвы, свойств почвообразующих пород, наличия почвенного увлажнения грунтовыми водами, степени их солёности, уклонов местности, имеются большие различия и в способах сохранения почвенной влаги и в способах её пополнения.

Общая сезонная потребность растений в воде и особенности разных фаз их развития.

Я готов, по совету И.П. Павлова, "перед господином фактом снять шляпу". Но совсем не лишним был бы и совет, потом надеть шляпу и хорошо подумать о действительной стоимости факта.

И.В. ДАВЫДОВСКИЙ

 

 

То, что потребные размеры орошения напрямую связаны с климатом, наверное ни у кого сомнения не вызывает…
Давайте по порядку, начнём с вопроса - сколько надо подать воды на поле, и в какие сроки, чтобы получить ожидаемый урожай. Прежде всего, посмотрим на рис. 2.1, где изображены среднемесячные климатические характеристики пустынной зоны Узбекистана. (В агроклиматических справочниках Вы всегда сможете найти эти характеристики для своей местности, а испаряемость (Eo) с водной поверхности - рассчитать по несложной формуле , если не найдёте её в готовом виде в том же справочнике).

Рис. 2.1. Климатические характеристики и дефицит водного баланса.
t - температура воздуха, в градусах Цельсия;
а - относительная влажность воздуха в %;
Ос - атмосферные осадки, мм.
Ео - испаряемость с водной поверхности, Ео = 0,00144 * (25 - t)2 * (100 - a) ;
Д = Ео - Ос - дефицит водного баланса (на рисунке закрашено жёлтым цветом в период вегетации).

На этом рисунке показан ход среднемесячных температур воздуха, количество атмосферных осадков, относительной влажности воздуха, вычисленные показатели испаряемости и дефицитов влажности. Площадь фигуры, залитая желтым - это дефициты вегетационного периода (в данном случае IV…IX месяцев). Но у каждой культуры свои сроки посева, свой вегетационный период, а поэтому и потребность в воде для поливов будет зависеть от этих величин и обусловит свой поливной период. То есть, растения скороспелые могут потребовать воды для завершения своего сезонного цикла развития значительно меньше, чем поздние, однако это относится в основном не к многолетним, древесно-кустарниковым растениям, которые потребляют влагу весь вегетационный период.

Хотя дефициты влаги - это ещё не сама потребность, но, во всяком случае, вычисленные помесячные дефициты влаги, дают ориентировочное представление в какие месяцы и насколько испаряемость превышает осадки, что немало для того, чтобы понять, насколько нужно орошение, или без него можно обойтись.

Учёные установили, что для расчета суммарного водопотребления можно пользоваться эмпирическими уравнениями, связывающими дефицит влаги с фактическими расходами влаги орошаемой культурой, (если определить коэффициенты, позволяющие найти соответствие между этими показателями).
Одна из самых простых зависимостей выглядит так:

Мвег = 10 * Кк * Д

(2.1)

Где Мвег - оросительная норма вегетационного периода рассматриваемой культуры, м3/га;
Кк - эмпирический коэффициент культуры, зависящий и от вида растений, применяемой агротехники и вегетационного периода;
Д - суммарный дефицит влаги за вегетационный период выращиваемой культуры, мм.

На рис. 2.2, как пример, показаны фазы развития хлопчатника, сроки начала вегетации, сроки начала поливного периода, доля физического (с поверхности почвы) испарения для центрального климатического пояса Узбекистана.

Рис. 2.2, Характерные периоды (фазы развития) для хлопчатника для центрального климатического пояса Узбекистана.

Для того, чтобы установить значение коэффициента Кк, учёные ведут многолетние опыты с разными вариантами поливных режимов и сопоставляют полученные урожаи с затратами воды, а далее, эти затраты сопоставляют с фактическими дефицитами влаги. Эти работы обеспечивают им (учёным) пожизненную занятость, ибо со временем меняются и сорта растений, и применяемая агротехника, и способы полива, да и климат, как известно, не постоянен…, так что можно изучать долго, можно сказать, - бесконечно долго. Для примера на рисунке 2.3 мы приведём результаты обобщения материалов изучения режимов орошения хлопчатника, примерно за лет 70. Сюда вошли результаты ~ 270 опытов, проводившихся более чем на 13 опытных станциях Узбекистана. Эта культура долгие годы была самой нужной, и по ней в Средней Азии больше всего проводилось исследований, ну, примерно раз в десять больше, чем по люцерне, пшенице и кукурузе!

Рассмотрим внимательно три графика на рис 2.3. Поясним немного суть графиков. Здесь У - урожай на какой-либо делянке из данного опыта, а Умах - это максимальный урожай на делянке, лучше всех обеспеченной водой в данном опыте. Все сравниваемые результаты по делянкам в каждом опыте, в каждый год исследования были получены при одних и тех же погодных условиях, но для каждой из делянок в опыте значения отношения поливной нормы к дефициту влаги за вегетацию (М/Д) было разным и урожай должен был зависеть только от объёма поливной воды.
Однако на рисунках видно, что урожай, близкий к максимальному (У/Умах = 1) бывает в разных опытах при отношении оросительной нормы к дефициту влаги за вегетационный период от 0,15, до 1.2, то есть разница почти десятикратная! И почему так, нам совершенно непонятно, поскольку из каждой, описанной в трудах учёных, серии опытов мы специально отбирали результаты только тех, где был одинаковый "фон ", а менялась только оросительная норма. И этот диапазон разброса данных почти одинаков, как при близких, так и при глубоких грунтовых водах! Ещё следует отметить, что максимальные урожаи в выбранных нами для анализа опытах не встречались, практически, ниже 45...50 ц/га, и в основном эти наинизшие показатели были характерны для северных районов Узбекистана.
Можно предположить, что, урожай, наверное, зависит не только от "фона" и объёма поданной на полив воды, но ещё связан с искусством земледельца? А может быть от своевременности проведенных поливов? Как Вы думаете? Во всяком случае, этот богатейший материал ждёт своих исследователей и аналитиков...

Но нам пока ничего не остаётся делать, как ориентироваться на "золотую середину" опытных "облаков" данных и принимать, в данном случае тот самый коэффициент в формуле 2.1 -
Кк = М/Д = 0,4…0,65 (меньшие значения для близких грунтовых вод, а большие - для глубоких). Тем не менее, для ориентировки и это уже не так плохо. Зная по метеоданным дефицит за время вегетационного периода, можно, умножив его на коэффициент Кк, получить примерную потребность в оросительной воде. Для средних широт степной зоны Узбекистана суммарный дефицит составляет за вегетацию (IV…IX месяцы) около 1000 мм. Тогда оросительная норма составит от 400 до 650 мм, или в переводе на м3/га - 4000…6500 м3/га.
Примерно столько же требуется кукурузе на зерно, а зерновым достаточно в полтора раза меньше, то есть, 3000…4500 м3/га. Следует отметить, что часть этой потребности может покрываться запасами влаги за невегетационный период, если они могут быть сохранены в почве правильной агротехникой.

Рисунок 2.3. Фактические данные по затратам воды для хлопчатника, полученные в опытах разных учёных. На верхнем рисунке собраны данные, полученные при близких грунтовых водах, на среднем - данные для переходных условий между близкими и глубокими грунтовыми водами, а на нижнем - при грунтовых водах ниже 3 м.
(Точки над линией У/Умах = 1 условные, они просто показывают количество опытов, использовавшееся при оценке того или иного отношения М/Д и построения графиков).

Пока мы говорили о среднемноголетних показателях климата, но в природе год на год не приходится, есть засушливые годы, а есть очень дождливые. Естественно, что поливать в дождливый год незачем, а вот в засушливый - очень нужно. Поэтому оборудование для орошения будет использоваться только в отдельные засушливые годы. Но в некоторых условиях стабильность продуктивности сельскохозяйственного производства по годам, может оказаться важнее некоторых лишних издержек на организацию орошения.
Дальше мы (в лекции 9) немного расскажем, на что ещё тратится вода на оросительных системах, чтобы поддерживать нормальное развитие выращиваемых растений на полях, и "мало не покажется"!
Ниже, в таблице 3.1 для примера приведены значения коэффициентов Кк для разных культур в Узбекистане из работы, в которой был обобщён огромный опыт многих учёных Средней Азии (Расчётные значения оросительных норм сельскохозяйственных культур в бассейнах рек Сырдарьи и Амударьи. Составители: В.Р.Шредер, В.Ф.Сафонов и др.). "Снимая шляпу" перед большим учёным - моим наставником В.Р Шредером, являвшимся идеологом этого гигантского труда, я специально предварительно ознакомил вас с данными, в основном использованными при её составлении, для того, чтобы вы критически относились ко всяким не своим выводам и на слово никому не доверяли.

Таблица 2.1. Значения коэффициентов Кк для разных культур по климатическим зонам Узбекистана.

Культура	По климатическим зонам
	С-1	С-2	Ц-1	Ц-2	Ю-1	Ю-2
Хлопчатник	-	0,60	0,63	0,65	0,68	0,70
Люцерна и другие травы	0,77	0,81	0,84	0,88	0,92	0,95
Сады и др.насаждения	0,53	0,55	0,58	0,60	0,62	0,65
Виноградники	0,44	0,46	0,48	0,50	0,52	0,54
Кукуруза и сорго на зерно	0,62	0,61	0,62	0,59	0,58	0,57
Пропашные культуры с повторными	-	-	0,66	0,69	0,72	0,75
Бахчевые культуры	0,35	0,34	0,33	0,33	0,33	0,32
Бахчевые поздние	-	-	0,31	0,31	0,31	0,30
Овощные долгосрочные	0,76	0,79	0,82	0,86	0,89	0,93
Овощные и картофель ранние с повторными	0,79	0,83	0,86	0,90	0,94	0,97
Овощные и картофель поздние	-	-	0,69	0,68	0,67	0,66

Среднемноголетние дефициты влаги за вегетацию по климатическим зонам равнинной части Узбекистана показаны ниже в таблице 2.2.

Таблица 2.2. Средние дефициты влаги за вегетацию по климатическим зонам равнинной части Узбекистана (мм).

Зоны	С-1-А	С-2-А	Ц-1-А	Ц-2-А	Ю-1-А	Ю-2-А
Дефициты, мм	900	950	1000	1050	1100	1150

Как связаться с нами

Вернуться на главную страницу.

Вернуться к содержанию раздела