Культури можуть використовувати воду атмосферних опадів, ґрунтові та зрошувальні. Зрозуміло, що найбільше значення мають атмосферні опади, які разом із температурними умовами дозволяють характеризувати ту чи іншу зону з точки зору як можливого ресурсозабезпеченого врожаю, так і можливості вирощування культури взагалі.
Практично всю воду рослини поглинають із ґрунту, при цьому різні культури потребують різного рівня вологості. За верхню межу для більшості ґрунтів (крім дуже важких за механічним складом) приймається найменша або гранично-польова вологоємкість (НВ або ГПВ). Нижня межа оптимальної вологості виражається у частках чи відсотках від максимальної і залежить як від культури, так і від механічного складу ґрунту. На слабозасолених ґрунтах нижня межа вологості приймається на 5% вищою, що дозволяє не допускати концентрацію ґрунтового розчину вище критичної межі.
Ґрунтова волога умовно розподіляється на дві частини: недоступна та доступна для рослин. Найбільш сприятлива для них форма вологи в ґрунті є капілярна, яку поділяють на капілярно-підвішену та капілярно-підперту.
! Зверніть увагу
Для планування і раціонального управління режимом зрошування необхідно враховувати такі основні показники:
• чутливість культури до забезпечення вологою за етапами органогенезу рослин;
• сумарне водоспоживання;
• кліматичні умови зони і погодні умови вегетаційного періоду;
• фізичні властивості ґрунту і меліоративну обстановку на зрошуваному масиві;
• спосіб поливу і технічні характеристики дощувальних машин;
• водозабезпеченість зрошуваної ділянки і інші чинники.
Доступною для рослин є також гравітаційна вода, яка займає крупні некапілярні пори в ґрунті, витісняючи тим самим повітря. З одного боку, наявність її є короткочасною (одна доба на легких ґрунтах і 3–4 на середніх, і її, як правило, не беруть до розрахунків водозабезпечення рослин. З іншого боку, зазначена волога, особливо на важких за механічним складом ґрунтах, може бути причиною недостатньої аерації ґрунту.
Для комплексної оцінки умов зволоження будь-якої території в агрометеорології користуються гідротермічним коефіцієнтом. Він враховує як надходження води у вигляді опадів, так і їхню сумарну витрату на випаровування. Доведено, що найкращі умови для одержання високих урожаїв зернових культур за весняних строків сівби створюються тоді, коли ГТК за відповідний період дорівнює 1–1,4. За показника 0,6 і менше рослини страждають від посухи, а при значенні його 1,6 і більше — від перезволоження.
Територія України за середньобагаторічним значенням ГТК поділяється на такі зони:
1. З оптимальним значенням ГТК — 1,3–1,6. В окремі роки можливе перезволоження, посуха тут — явище рідкісне, вона проходить північніше лінії Житомир-Вінниця-Чернівці.
2. Слабопосушлива зона (ГТК — 1–1,3) по лінії північніше Харків-Полтава-Кіровоград.
3. Посушлива (ГТК — 0,7–1) обмежена лінією, яка проходить через пункти Маріуполь-Мелітополь-Михайлівка (Запорізька обл.)-Нікополь-частина Одещини. Можливість випаровування вологи тут значно переважає кількість опадів за вегетаційний період.
4. Дуже посушлива зона (ГТК — 0,4–0,7) розташована на півдні від лінії Маріуполь-Мелітополь-Миколаїв.
Тому розробка й освоєння науково обґрунтованого режиму зрошення — один із найважливіших чинників програмування урожаїв сільськогосподарських культур.
Біологічну основу режиму зрошування становить сумарне водоспоживання, під яким розуміють кількість вологи, що витрачається на транспірацію рослин і випаровування із поверхні ґрунту.
Сумарне водоспоживання коливається у значних межах і обумовлюється погодними умовами, сортовими особливостями, водозабезпеченістю рослин, рівнем агротехніки та іншими факторами.
Під час розробки режиму зрошування передусім встановлюють кількість сумарного водоспоживання. Вона може бути визначена за формулою:
Е = 0,1 Kв × Уп,
де Е — сумарне водоспоживання за вегетаційний період, м³/га;
Кв — коефіцієнт водоспоживання, м³/т;
Уп — запрограмований урожай, ц/га.
За даними наукових установ Степової зони, наприклад, коефіцієнти водоспоживання посівами кукурудзи з рівнем врожаю 90–100 ц/га становлять 550–650 м³/т.
У разі витрати води на 1 т зерна 600 м³ загальне водоспоживання сягатиме 6000 м³/га:
Е = 0,1 × 600 × 100 = 6000 м³/га.
У посушливих умовах України така кількість вологи на 50–65% забезпечується за рахунок поливів.
Сукупним показником режиму зрошування є зрошувальна норма або кількість води (м³), яка дається всіма поливами за період зрошування на 1 га. Під час її розрахунку враховують кількість опадів (м³) за вегетаційний період, ресурси вологи в активному шарі ґрунту і за близького залягання ґрунтових вод — кількість вологи, яку вони можуть дати рослинам.
Розрахунок ведуть за формулою:
м³р = Е-10μ×А-(WH-WK)-W гр,
де м³р — зрошувальна норма, м³/га;
А — шар атмосферних опадів за вегетацію, мм;
Е — сумарне водоспоживання, м³/га;
10 — коефіцієнт переводу опадів із мм у м³;
μ — коефіцієнт використання опадів (0,4–0,8);
WH — запас води в активному шарі ґрунту на початку вегетації, м³/га;
WK — запас води в активному шарі ґрунту у кінці вегетації, м³/га;
Wгp — кількість вологи, використаної програмованим урожаєм із ґрунтових вод, м³/га.
Прийнято вважати, що ґрунтові води можуть бути використані рослинами, якщо залягають на глибині не більш ніж 3 м.
Дані з підживлення ґрунтовими водами на різних за механічним складом ґрунтах наведені у табл. 1.
Таблиця 1. Зразкові значення підживлення ґрунтовими водами, м³/га
Запаси вологи на період початку вегетації і її в кінці (під час збирання) розраховуються за формулами:
Wн = 100 h × а × ун, м³/га
Wк = 100 h × а × yk, м³/га,
де h — глибина кореневого шару ґрунту, м;
а — його середня об’ємна маса, т/м³ (г/см³);
ун — вологість ґрунту на початок вегетації (посіву або посадки), % від абсолютно сухого ґрунту;
ук — вологість ґрунту у кінці вегетації (під час збирання), % від абсолютно сухого ґрунту.
Глибина кореневого шару ґрунту для окремих культур становить: овочі — 0,40–0,45 м, коренеплоди — 0,6 м, зернові — 0,7–0,8 м, багаторічні трави — 0,95–1,0 м.
За подачі води на поле відбувається її випаровування, спостерігаються втрати з поверхні у зв’язку зі стоком тощо. Як правило, ці втрати становлять 10–15%. У зв’язку з цим розраховують зрошувальну норму брутто за формулою:
Мбр = Мнет/Кк, м³/га,
де Кк — коефіцієнт корисного використання зрошувальної води (0,85–0,90).
Протягом усього періоду вегетації зрошувальну норму видають декількома прийомами. Кількість води, що подається на 1 га зрошуваної площі за один полив, називається поливною нормою. Вона залежить від особливостей зрошуваної культури і фази її розвитку, глибини кореневого шару, що підлягає зволоженню, гранулометричного складу і водно-фізичних властивостей ґрунту, способу поливу (табл. 2–5).
Таблиця 2. Орієнтовні коефіцієнти водоспоживання основних сільськогосподарських культур, м³/т
Впродовж вегетації величини поливних норм змінюються. Під час поливу по борознах поливна норма становить 600–1200 м³/га, що перевищує дійсну потребу рослин у вологі; за поливу дощуванням можна регулювати цю величину в широких межах (100–600 м³/га), поливають частіше.
За імпульсного дощування, краплинного і внутрішньоґрунтового зрошування можливе проведення поливів відповідно до водоспоживання рослин.
Таблиця 3. Коефіцієнти водоспоживання польових культур, мм/ц
Величина поливних норм залежить як від вологості ґрунту у передполивний період, так і від заданої глибини зволожуваного (розрахункового) шару ґрунту.
Таблиця 4. Сумарне водоспоживання зернових культур у південному Степу, м³/га
Норму кожного поливу необхідно встановлювати згідно з водно-фізичними властивостями ґрунту за формулою:
Пн = 100 × h × V ×
× (Вг — Вф) / Кп,
де Пн — поливна норма, м³/га;
h — глибина зволожуваного (розрахункового) шару, м;
V — об’ємна маса ґрунту для шару h, г/см³;
Вг — гранична польова вологоємність для шару h,% до сухої речовини ґрунту;
Вф — фактична вологість шару ґрунту h перед поливом, % до сухої речовини ґрунту;
Кп — коефіцієнт використання поливної води.
Коефіцієнт використання поливної води (Кп) — змінна величина, залежна від способу поливу, погодних умов, властивостей ґрунту, рельєфу тощо. Під час проведення поливів дощуванням величина його становить: весною — 0,9–0,7, влітку — 0,8–0,6, восени — 0,7–0,85.
Методи оперативного управління режимом зрошування засновано здебільшого на встановленні вологості ґрунту. Відомо декілька способів її визначення: термостатно-ваговий, електрометрія, нейтронний, радіометричний, тензометричний тощо.
Таблиця 5. Орієнтовні значення ГПВ для різних ґрунтів
Строки і норми поливів можна визначати розрахунковими методами, заснованими на кореляційній залежності вологості і сумарного випаровування.
В Україні широкого розповсюдження набули наступні методи: біофізичний та біокліматичний.
Таблиця 6. Передполивна вологість ґрунту для окремих культур
Відповідно до біофізичного, розрахунок витрати ґрунтової вологи, термінів і норм поливу виконують за двома формулами:
У = Σt (0,1 t- а/100),
У = Σt (0, l t с + 1-а/100),
де У — сумарне випаровування за розрахунковий період (доба, пентада, декада тощо), м³/га;
Σt — сума середньодобових температур повітря за розрахунковий період С;
а — середня відносна вологість повітря за розрахунковий період, % (табл. 7).
Таблиця 7. Строки застосування формул для розрахунку витрати ґрунтової вологи, термінів і норм поливу біофізичним методом УНІОЗ
В агрономічній практиці визначають загальний і корисний запаси вологи в ґрунті. Загальний запас вологи (ЗЗВ) — це загальна її кількість у певній товщі ґрунту, що виражена в міліметрах водяного стовпа або в метрах кубічних на один гектар, чи процентах. Запас води в 1 мм водяного стовпа дорівнює запасу 10 м³ води на 1 га. Корисний запас вологи (КЗВ) — це сумарна кількість продуктивної або доступної для рослин води у товщі ґрунту. Щоб розрахувати корисний запас вологи у ґрунті, потрібно визначити ЗЗВ і запас важкодоступної вологи (ЗВВ). Останній розраховують множенням максимальної гігроскопічності ґрунту на коефіцієнт (1,34) та щільність складення. Різниця між ЗЗВ і ЗВВ становить корисний запас вологи в ґрунті:
КЗВ = ЗЗВ — ЗВВ.
Загальний запас вологи (ЗЗВ) визначають за формулою:
ЗЗВ = Вг * d * h,
де Вг — вологість ґрунту, % від маси абсолютно сухого ґрунту;
d — об’ємна маса ґрунту (щільність складення), г/см³;
h — глибина відбору зразка, см (зазвичай 10 чи 20 см).
У перші періоди росту і розвитку культур в агроекосистемі вирішальне значення мають запаси доступної вологи в шарі 0–20 см. Рівень запасу продуктивної вологи навесні чи в період вегетації сільськогосподарських культур оцінюють у метровому шарі ґрунту.
За середніх запасів продуктивної вологи у шарі ґрунту 0–20 см менше 5 мм сходи зернових культур, як правило, не з’являються.
Найвищі врожаї зерна кукурудзи забезпечуються запасами продуктивної вологи 70–80 мм у шарі 0–50 см у фазі викидання волоті.
У зернових культур у період кущення-вихід у трубку запаси продуктивної вологи нижче 10 мм у шарі 0–20 см спричиняють різке погіршення стану посівів та зниження врожаю зерна.
Таким чином, зрошення створює сприятливі передумови для регулювання зовнішніх умов життя рослин, зокрема вологозабезпеченості. Розробка й освоєння науково обґрунтованих режимів зрошення, строків і норм поливів визначається розрахунковими методами, заснованими на кореляційній залежності вологості і сумарного випаровування, зокрема біофізичним. Залежно від фази розвитку культури та запасів вологи у ґрунті встановлюються строки застосування відповідних формул для розрахунку витрати норм поливу і термінів їх застосування, які є одними з найважливіших чинників програмування урожаїв польових культур та підвищення їх продуктивності.
Олександр ЦИЛЮРИК, доктор с.-г. наук
Михайло РУМБАХ, канд. с.-г. наук
Дніпровський державний аграрно-економічний університет
