Общее влагопотребление пшеницы и потребность в воде в различные периоды развития
Правильная оценка потребности в воде — основная задача при возделывании пшеницы в орошаемом земледелии. Хозяйству важно знать как валовую потребность в воде за вегетацию, так и потребность пшеницы в воде в разные периоды роста.
Первая задача — определение валовой потребности в воде — относится в основном к области агрометеорологии, а не физиологии. Она определяется не столько особенностями культуры (из этих особенностей основное значение в данном случае имеет вегетационный период), сколько балансом тепла и влаги данной территории, района. В основу расчетов оросительных норм, используемых при планировании и эксплуатации оросительных систем, кладутся уравнения, учитывающие основные гидротермические показатели территории за период вегетации данной культуры. Эти расчеты требуют обязательной экспериментальной проверки в полевом опыте путем учета баланса почвенной влаги (перед посевом и после уборки) и затраченной на орошение воды. В полевом опыте определяются поправочные коэффициенты к формулам, используемым для расчета.
При расчетах принимается, что растения неограниченно обеспечены влагой. Это требование обязательно и для полевого опыта, так как отклонение от допустимого нижнего предела увлажнения, который для пшеницы обычно принимается 70—75% полевой влагоемкости, ведет к снижению интенсивности транспирации и дает заниженные величины потребности в воде.
Нельзя сказать, что в методике общих расчетов оросительных норм все уже очевидно и нет проблем, имеющих отношение к физиологии пшеницы. Прежде всего требует уточнения принимаемая за основу величина нижнего предела увлажнения почвы. Некоторые исследователи считают, что она должна быть на уровне не 70, а 80%, а в отдельные периоды вегетации даже 90% полевой влагоемкости. Вполне возможно также существование сортовых и видовых различий в отношении оптимальной влажности почвы, различий, связанных с температурным режимом почвы и др. Все эти вопросы требуют уточнения.
Ho гораздо больше вопросов, в том числе физиологического порядка, возникает при определении потребности растений в очередном поливе. Ведь расчетная оросительная норма так же, как и поливные нормы, усредненные и корректируются уже исходя из реально сложившейся погодной обстановки. Например, по данным бывш. Безенчукской опытной станции, за 27 лет фактическая оросительная норма яровой пшеницы по годам колебалась от нуля (хватало естественных осадков) до 3500 м3 воды на 1 га, а число необходимых поливов — от нуля до пяти.
Практиковались и исследовались различные подходы к определению потребности пшеницы в поливе: по фазам вегетации с учетом периодов развития, критических к потреблению влаги, на основании данных о фактической влажности почвы (взятие почвенных проб буром), на основании расчетов скорости расходования влаги посевом по формулам, учитывающим метеорологический режим межполивных периодов и, наконец, по косвенным физиологическим показателям самих растений.
В настоящее время система орошения пшеницы строится на базе одного основного требования: влажность почвы на протяжении всей вегетации не должна снижаться ниже нижнего предела оптимального увлажнения, уровни которого указаны выше. Это положение утвердилось в физиологии и растениеводстве не сразу. Еще в 30-х годах некоторые специалисты отстаивали допустимость и даже полезность временных понижений влажности почвы под пшеницей. Так, Н.А. Максимов указывал, что при обильных поливах растения пшеницы изнеживаются и при больших перерывах между последующими поливами сильно страдают от почвенной и атмосферной засухи, так что закаливание растений путем снижения влажности почвы в начале вегетации целесообразно. Если исходить из того, что оросительная техника не в состоянии обеспечить бесперебойное поддержание влажности на оптимальном уровне, то такая точка зрения может быть и оправдана. Однако дальнейшие исследования показали, что перерывы в водоснабжении на любом отрезке вегетационного периода неизбежно ведут к снижению урожайности, и упомянутое выше основное требование орошаемой культуры не должно нарушаться.
Хотя необходимость закалки растений и отвергается современной теорией орошаемой культуры, однако слова Н.А. Максимова о том, что «...неравномерное распределение поливов может создать худшие условия существования растений, чем полное отсутствие поливов» вполне справедливы и актуальны в наши дни. Именно несвоевременность очередных поливов — основная причина получения низких урожаев пшеницы в орошаемом земледелии.
Если исходить из основного требования орошаемой культуры, то наиболее надежным методом должен считаться метод прямого контроля влажности почвы. И он действительно используется прежде всего в исследовательских целях, когда нужно с возможной точностью контролировать влажность почвы, а также и в передовых хозяйствах. Однако несмотря на кажущуюся простоту, он неудобен для массового использования в производстве. На каждом поле для получения надежных данных нужно бурить несколько скважин и много раз за сезон, так что даже при механизации этой работы (буры, работающие от мотоциклетных двигателей) требуется специальный штат рабочих и лаборантов. Почвенные электровлагомеры и гамма-влагомеры пока не нашли широкого применения и имеют низкую точность определений.
Сейчас одним из перспективных является расчетный метод, не требующий дополнительных затрат, основанный на учете метёорологических данных за межполивные периоды. В настоящее время в Гидрометцентре России Л.А. Разумовоц с сотрудниками разработаны эмпирические формулы, по которым рассчитывается расходование запасов почвенной влаги под орошаемыми культурами в слое 0—100 см. В частности, предложены формулы для трех периодов вегетации яровой пшеницы, а для удобства пользования на основе формул построены графики (рис. 38).
Так, если при очередном поливе почва доведена до полной влагоемкости, что на тяжелосуглинистой каштановой почве соответствует запасу влаги в слое 0—100 см примерно 180 мм, то нижний предел влажности (70% полевой влагоемкости) составляет 125 мм и поливная норма равняется 550 м3 воды на 1 га. Задача состоит в том, чтобы определить, за какое время почва потеряет эти 550 м3 воды, или 55 мм запасов влаги. Расчетный метод целесообразно сочетать с периодическим определением влажности почвы.
Физиологи давно уже делают попытки предложить косвенные экспресс-методы определения потребности растений в поливе по физиологическим показателям. Наибольшее внимание уделялось методам, основанным на определении концентрации клеточного сока (рефрактометрический метод) и на определении водного потенциала (сосущей силы) клеток. Применительно к пшенице эти методы пока не нашли широкого применения.
Основная идея физиологических методов состоит в том, чтобы уловить начальные признаки водной недостаточности растений, которые свидетельствуют о необходимости очередного полива. В этом и их недостаток, так как возникновение водного дефицита у растений противоречит основному требованию орошаемой культуры. Если говорить об осмотических показателях, та они различны в зависимости от яруса листа, фазы развития пшеницы, а также от ряда внешних факторов, и получить надежные количественные критерии необходимости очередного полива в каждом конкретном случае не просто. В этом направлении необходимы дальнейшие исследования, и они актуальны в настоящее время, когда создаются службы автоматического управления оросительными системами. Идеальными в перспективе были бы такие системы, исходным звеном которых, задающим программу работы, будут сами растения.
Приведенные выше графики расходования влаги, построенные на основании обобщения опытных и производственных данных, показывают, что поле пшеницы расходует влагу весьма неравномерно. При одних и тех же метеорологических условиях суточный расход влаги в период посев — выход в трубку в 2 раза меньше, чем в период от молочного состояния зерна до восковой спелости, и в 3 с лишним раза меньше, чем в период выход в трубку — молочное состояние зерна, когда расход влаги достигает максимума. Если же учесть, что в начале вегетации пшеницы температура воздуха обычно ниже, а относительная влажность его выше, чем в летние месяцы, то разница в водопотреблении будет еще больше.
В период выход в трубку — молочное состояние зерна расход влаги пшеницей достигает очень больших величин. Так, в 1975 г. в Заволжье в отдельные декады июня среднесуточные температуры воздуха доходили до 25—26°С, при полном отсутствии осадков, и расход влаги яровой пшеницей достигал 80—90 м3/га в сутки. Принимая во внимание, что именно на этот отрезок вегетации пшеницы приходятся критические по отношению к влаге периоды (см. раздел «Устойчивость к неблагоприятным факторам внешней среды»), своевременность поливов исключительно важна.
Возвращаясь к потребности посевов пшеницы в воде, нужно еще раз подчеркнуть, что она может быть определена только при условии непрерывного поддержания влажности почвы на оптимальном уровне. В неорошаемой культуре, где этого нельзя добиться, можно определить лишь фактический расход воды полем пшеницы по фазам вегетации, но. эти величины ни в коем случае не характеризуют истинной потребности пшеницы в воде. Исследования, проведенные в неорошаемых посевах пшеницы в условиях недостаточного увлажнения, показывают, что основную часть имеющихся в почве запасов влаги пшеница потребляет в первой половине вегетации. К моменту колошения из слоя почвы 0—100 см расходуется 80—90% влаги. О.Е. Ясониди справедливо отмечает, что если при орошении влагопотребление пшеницы по фазам вегетации коррелирует с изменением биомассы растений, то в неорошаемой культуре оно сокращается по мере иссушения почвы и, таким образом, уже не соответствует потребностям растений. А.И. Носатовский приводит следующие данные расхода воды яровой пшеницей (табл. 37).
Наряду с общим влагопотреблением очень важны данные, характеризующие потребление пшеницей воды в расчете на единицу образовавшейся сухой массы растений или на единицу зерновой продукции. Пшеница -относится к культурам со средним транспирационным коэффициентом: он ниже, чем у овса, ржи и большинства двудольных культур, но выше, чем у кукурузы, проса и сорго, и колеблется чаще всего в пределах 350—550. В острозасушливые годы при резком снижении накопления сухой массы транспирационные коэффициенты пшеницы возрастают до 700—1000 и даже до 1500. Для практики, в том числе для экономики орошаемого земледелия, наибольший интерес представляет не транспирационный коэффициент, а коэффициент влагопотребления пшеницы, представляющий отношение расхода воды к урожаю зерна. Хотя между транспирационным коэффициентом и коэффициентом влагопотребления существует тесная связь, однако в связи с тем, что отношение массы соломы и зерна меняется в широких пределах в зависимости от режима влажности, удобрений, сортовых особенностей, коэффициент влагопотребления более точно отражает хозяйственную эффективность использования влаги посевами.
Зависимость коэффициента влагопотребления от условий водоснабжения пшеницы носит сложный характер. Некоторые исследователи, например Д.Н. Прянишников, Н.М. Тулайков, отмечали, что на влажной почве на единицу урожая расходуется больше влаги, чем на сухой. Однако это мнение основано главным образом на результатах вегетационных опытов. В полевой обстановке обычно наблюдается иная картина: как правило, при орошении коэффициент водопотребления ниже, чем на той же почве на богаре, во влажные годы ниже, чем в сухие. Так, И.С. Костин приводит многолетние данные, показывающие, что коэффициент влагопотребления пшеницы в Заволжье при орошении составляет 1000—1200, а на тех же землях без орошения — 1300—1500. По многолетним данным бывш. Безенчукской опытной станции, транспирационные коэффициенты яровой пшеницы также в сухие годы в среднем в 1,5 раза выше, чем в годы влажные.
Важнейшую роль в снижении коэффициентов водопотребления играют удобрения. В настоящее время общепринято положение, сформулированное акад. А.К. Костюковым, что чем выше плодородие почвы, тем ниже водопотребление на единицу урожая. Оно целиком относится и к пшенице.
К.И. Зайцев для условий Заволжья, Летер для условий Индии и другие исследователи приводят данные, свидетельствующие о значительном (в 1,5—2 раза) снижении коэффициентов водопотребления при применении удобрений как в орошаемых, так и в неорошаемых условиях. Однако применение одних лишь азотных удобрений может приводить к повышению коэффициентов водопотребления, что, очевидно, связано с односторонним действием азота на увеличение вегетативной массы и ухудшение отношения зерна к соломе. По данным Д. Бонда, внесение одного азота под неорошаемую яровую пшеницу приводило к увеличению вегетативной массы, более быстрому иссушению почвы и ухудшало водоснабжение растений в период налива зерна. Однако отрицательное действие азота сказывается только на почвах, относительно хорошо им обеспеченных. На выщелоченных черноземах и особенно на подзолистых почвах и одностороннее азотное удобрение повышает эффективность использования влаги пшеницей.
Положительное влияние азотно-фосфорного и полного удобрения на эффективность использования влаги связано прежде всего с повышением продуктивности фотосинтеза, усилением оттока веществ из вегетативных органов в зерно и в конечном итоге с повышением урожаев зерна. Хотя валовой расход воды при применении удобрений не только не снижается, но и несколько возрастает в связи с увеличением вегетативной массы растений, однако прирост урожая зерна намного перекрывает дополнительный расход влаги, что и ведет к снижению коэффициентов влагопотребления.
К сожалению, пока еще недостаточно детально разработан вопрос об оптимальных режимах влажности почвы в зависимости от состава и доз применения удобрений. Нельзя забывать, что не только удобрения повышают коэффициент использования влаги, но и оптимальный режим влажности, в свою очередь, повышает эффективность удобрений. Данные, имеющиеся по орошаемой культуре пшеницы, свидетельствуют о том, что при внесении основных элементов питания в дозах 40—60 кг/га нижний предел предполивной влажности можно ограничить 65—70% полевой влагоемкости, а при дозах 100— 120 кг этот предел должен быть повышен до 75—80%. Сейчас необходима дальнейшая детализация различных сочетаний режимов влажности и удобрений в зональном разрезе, на разных типах почв, а также с учетом сортовых особенностей пшениц.