ПРАКТИЧНА РОБОТА

РОЗРАХУНОК ПОЛИВНИХ НОРМ І СТРОКІВ ПОЛИВУ ЦУКРОВОГО БУРЯКА

Мета роботи: освоєння методики і формування практичних навичок із визначення поливних норм і строків поливу цукрового буряка.

Обладнання: вимірювальна система на основі Arduino (мікроконтролер, датчик вологості ґрунту), встановлена на дослідній ділянці або в межах експериментального боксу з ґрунтом та рослинами.

МЕТОДИЧНІ ВКАЗІВКИ ІЗ ВИКОНАННЯ ПРАКТИЧНОЇ РОБОТИ

Теоретичні положення

Цукровий буряк - вологолюбна, але досить посухостійка культура. В умовах зрошення його вирощують на півдні України, а також у Середній Азії, Казахстані, Киргизстані, Молдові, Росії. Урожайність цукрового буряка на зрошуваних землях досягає 600-800 ц/га і більше.

Для організації зрошення важливо знати величину водоспоживання[1] культури в окремі періоди її розвитку та в цілому за вегетацію в конкретних умовах вирощування.

В онтогенезі цукрового буряка за інтенсивністю водоспоживання виділяють три періоди. Перший (від сівби до початку посиленого росту бадилля, коли надземні вегетативні органи розвинені ще недостатньо, умовно – до 1 липня) характеризується середньодобовою витратою води 25-30 м³/га, а в цілому за період – 900-1100 м³/га. Протягом другого періоду (липень - перша половина серпня, умовно – до 20 серпня) відбувається інтенсивний ріст гички і коренеплоду. Сумарна витрата води на добу в цей час досягає 40-65 м³/га, а за весь період - 2400-3900 м³/га. Саме цей період вважається критичним щодо умов вологозабезпеченості. Впродовж третього періоду (з другої половини серпня і до кінця вересня), коли триває інтенсивний ріст коренеплоду і відбувається посилене накопичення в ньому поживних речовин і цукру, а бадилля поступово відмирає, середньодобова витрата води зменшується до 10-15 м³/га, а в цілому за період складає 300-500 м³/га.

Врахування величини водоспоживання сільськогосподарської культури та її змін протягом вегетації дозволяє застосовувати найефективніші способи, методи і засоби зрошення.

В Україні зрошення цукрових буряків включає вологозарядкові і вегетаційні поливи.

Вологозарядкові поливи проводять до сівби з метою створення достатніх запасів вологи як у верхніх, так і в глибших шарах ґрунту. Застосовують при глибокому заляганні ґрунтових вод (на чорноземних і каштанових ґрунтах). До невегетаційний поливів належать також передорні, передпосівні та провокаційні (для стимулювання росту бур’янів і подальшої боротьби з ними). Передорні поливи застосовуються восени за посушливих погодних умов або весняні – до чи після оранки. Підвищення врожаю коренеплодів цукрових буряків від вологозарядкового поливу коливається від 40 до 100 ц/га. Значення вологозарядки ще й у тому, що вона зміщує строк першого вегетаційного поливу на 15‑20 днів, зменшує їх загальну кількість, дає можливість запобігти зволоженню ґрунту в пізні строки, що позитивно впливає на нагромадження цукру в коренеплодах.

Провідну роль у формуванні врожаю цукрових буряків, як і багатьох інших культур, відіграють вегетаційні поливи. Їх основне призначення – це створення сприятливого водного режиму в кореневмісному шарі ґрунту протягом всього періоду росту, розвитку рослин і достигання коренеплодів.

В рослинництві використовують три основні способи зрошення:

• поверхневий або наземний (подача і розподіл води в межах поля по борознах, напуском смугами та полив затопленням);
• дощування (різновид поверхневого зрошення, що полягає у подачі води на поверхню поля за допомогою дощувальних машин і пристроїв). Різновидом дощування є аерозольний (дрібнодисперсний) спосіб (зволоження приземного шару повітря, надземної частини рослин і частково поверхні грунту дрібними краплями води);
• підґрунтовий (здійснюється шляхом подавання води спеціальними трубопроводами в підорний шар, в якому вода розподіляється під впливом капілярних сил). Різновидом останнього є краплинний (ін’єкційний) спосіб зрошення, який полягає в тому, що вода подається трубопроводами і крапельницями в кореневмісний шар ґрунту до кожної рослини окремо. Крім того, відомий підземний спосіб зрошення (субіригація), що полягає у зволоженні орного шару за рахунок капілярного підживлення шляхом підйому і підтримання грунтових вод.

В Україні на посівах цукрових буряків ефективне комбіноване зрошення – поєднання поверхневих поливів (по борознах) і дощування. Витрата води при такому зрошенні зменшується на 10‑30%. Високу ефективність забезпечує дрібнодисперсне і моноаерозольне зрошення цукрових буряків.

Режим зрошення – це розподіл у часі штучної подачі води на сільськогосподарські угіддя. Найважливішими показниками, які характеризують режим зрошення посівів і посадок є норми зрошення, норми поливу, кількість і строки поливу. Основні вимоги до режиму зрошення полягають у тому, щоб тривалість та норми поливів забезпечували:

а) достатній вміст води та елементів живлення рослин;

б) нормальні умови аерації (сприятливе співвідношення вмісту води та повітря в ґрунті становить приблизно 80 % та 20 % відповідно).

Зрошувальна норма - це кількість води, яку необхідно додатково внести у недостатньо зволожений грунт за весь вегетаційний період сільськогосподарської культури. Зрошувальна норма поповнює дефіцит водного балансу, тобто різницю між сумарним випаровуванням посіву і природними запасами продуктивної вологи в ґрунті. Величина норми зрошення залежить від кліматичних і погодних умов, властивостей ґрунтів, біологічних властивостей рослин і технологій їх вирощування. Норми зрошення (N_o, м³/га) можуть бути визначені дослідним шляхом або розрахунковими методами, зокрема за формулою:

N_o = S E - S R - S W - S C,                                          (1)

де S E – величина загального водоспоживання посіву, м³/га; S R – кількість атмосферних опадів за вегетаційний період, м³/га; S W – запаси продуктивної вологи у кореневмісному (активному) шарі ґрунту до початку вегетації, м³/га; S C – кількість вологи, яка може бути використана рослинами за рахунок живлення кореневмісного шару ґрунту ґрунтовими водами, м³/га. Остання складова враховується тоді, коли рівень ґрунтових вод знаходиться на глибині не більше 3 м.

Протягом вегетаційного періоду зрошувальна норма розподіляється на декілька поливів з урахуванням потреб рослин у воді в різні фази їх розвитку і кількості опадів, які випали за безполивні проміжки часу. Зрошувальні норми складаються з суми різних видів поливів (передорних, передпосівних, післяпосівних, передзаморозкових, підживлюючих, удобрювальних, освіжаючих, промивних тощо),

Поливна норма – це кількість води, що надходить у грунт з черговим поливом. Сума всіх поливних норм за вегетаційний період повинна дорівнювати зрошувальній нормі. Поливна норма залежить її призначення, глибини кореневмісного шару ґрунту, який потребує зволоження, особливостей культури і фази її розвитку, механічного складу і агрогідрологічних властивостей ґрунту, способу поливу тощо. Для визначення норм і строків поливів розроблено ряд розрахункових і графічних методів.

Поливна норма (N) може бути визначена як різниця між запасами продуктивної вологи, що відповідають верхній (W_НВ) та нижній (W_мін) межам зволоження кореневмісного (активного) шару ґрунту за формулою

N = W_НВ –W_мін  = h·P_ПП·(W´_НВ – W´_мін),                                  (2)

де W_НВ – найменша вологоємність ґрунту, мм; W_мін – нижня межа зволоження (перед поливний поріг вологості) мм; h – глибина кореневмісного шару ґрунту, P_ПП – пористість ґрунту у відсотках від об’єму; W´_НВ – вологість ґрунту у відсотках від W_НВ; W´_мін – вологість ґрунту у відсотках від W´_мін.

Величина поливної норми для цукрових буряків варіює залежно від типу ґрунту, передполивного порогу вологості, потужності активного шару грунту і способу поливу. При дощуванні вона змінюється від 400 до 550 м³/га, а при поливі по борознах ‑ від 700 до 800 м³/га.

Передполивний поріг вологості ґрунту встановлюється з урахуванням механічного складу ґрунту. На поливних землях України для критичного періоду розвитку цукрових буряків рекомендовано розпочинати поливи при таких порогових зниженнях вологості ґрунту:

• на важкосуглинкових ґрунтах 75-80% НВ;
• на середньо- і легкосуглинкових – 65-70% НВ;
• на супіщаних 55-60% НВ.

Потужність активного шар ґрунту, яку слід враховувати при визначенні поливних норм, в перший період росту цукрових буряків становить – 0,3‑0,4 м, у другий – 0,6‑0,7 м і третій – 0,25‑0,30 м. Більш глибоке зволоження ґрунту вегетаційними поливами нераціональне. У цілому, найбільша кількість вологи за вегетацію цукрових буряків витрачається з  шару ґрунту 0-50 см. Тому середні поливні норми можуть бути розраховані для цього шару.

Для середнього за умовами зволоження року рекомендований на поливних землях півдня України такий режим зрошення цукрових буряків: загальна кількість поливів - 4‑6, у тому числі за періодами – перший (квітень-кінець червня) - 0‑1, другий (липень–перші дві декади серпня) – 4, третій (третя декада серпня–кінець вересня) – 0‑1, зрошувальна норма залежно від типу ґрунту змінюється від 2800 до 3500 м³/га.

У посушливі роки і особливо на ґрунтах з глибоким заляганням ґрунтових вод кількість поливів і відповідно зрошувальна норма збільшується на 20‑50%, а у вологі роки і на посівах із заляганням прісних ґрунтових вод на глибині 1‑1,5 м від поверхні – на стільки ж знижуються.

Методи визначення строків поливу. До переліку основних методів належать:

1. Візуальний метод, який ґрунтується на зміні зовнішнього вигляду рослини внаслідок зменшення наводненості тканин. Ознаками необхідності поливу є зміна кольору листя та стебел, зміна кута згину молодого листя, короткотривале початкове в’янення або скручування листя.
   2. За фазами розвитку. Рослини стають особливо вибагливими до наявності доступної вологи у грунті у певні періоди їх онтогенезу, які визначаються як критичні. В цей час має забезпечуватись неперервне надходження вологи до рослин у цілковитій відповідності з їх потребою.
   3. За фізіологічними показниками. Сучасна фізіологія рослин знаходить шляхи управління вологозабезпеченістю посівів, за яких потреби у поливах можуть задовольнятись на основі сигналів самої рослини (величина всисної сили клітин листя, концентрація клітинного соку, осмотичний тиск тощо). Найбільше практичне значення мають перші два показники.

3а). Фітомоніторинг дозволяє визначати фізіологічні порушення під впливом нестачі вологи (водний стрес). Оцінка водного стресу може здійснюватись за різницею температури листя і температури повітря. Крім того, поширення набувають метод денного стискання стебла, метод водних потенціалів та ін.

4. За вологістю ґрунту. Це найточніший метод визначення строків поливу. Відомо, що найвищу урожайність сільськогосподарські культури забезпечують при вологості ґрунту близькій до НВ. Але оскільки не завжди доцільно створювати такий запас вологи, то експериментальним шляхом встановлюється нижня межа вологості ґрунту – передполивний поріг вологості грунту. За показником передполивної вологості (фактичної) розраховують дефіцит ґрунтової вологи до рівня найменшої вологоємкості, тобто норму поливу.
5. Біокліматичний метод. Визначення інтервалу між двома послідовними поливами ґрунтується на оцінці сумарного випаровування посіву.

ПРОГРАМА І ПОРЯДОК ВИКОНАННЯ РОБОТИ

Завдання. Визначити норми і строки поливу посіву цукрового буряка.

Вихідні дані:

• середня урожайність сорту (гібриду) – 50 т/га;
• тип ґрунту – чорнозем звичайний середньосуглинковий,
• об’ємна маса ґрунту – 1,4 г/см³;
• найменша вологоємність ґрунту – 33 % від маси сухого ґрунту;
• вологість розриву капілярів – 27 % від маси сухого ґрунту;
• вологість в’янення – 11 % від маси сухого ґрунту;
• передпосівна вологість ґрунту – 90% від НВ;
• коефіцієнт насичення ґрунту – 0,9;
• коефіцієнт сумарного водоспоживання цукрових буряків – 120 м³/т;
• коефіцієнт використання ґрунтової вологи – 0,6;
• глибина ґрунтових вод (в умовах дослідної ділянки) – 5 м;
• дата сівби – 21 квітня;
• дата настання технічної зрілості – 10 вересня;
• фактичні запаси продуктивної вологи в шарі 0-40 см на дату сівби – 15 мм
• фактична виміряна вологість ґрунту на дату розрахунку _________
• дата вимірювання _____________.

1. Розрахунок величини приросту запасів вологи у ґрунті за декаду:

П_і = 10К_оR_і +DW,                                             (3)

де П_і – надходження (приріст) запасів вологи в активному шарі ґрунту; R – кількість опадів за і-декаду вегетації; К_о – коефіцієнт засвоєння (використання) опадів; DW – запаси продуктивної вологи в активному шарі ґрунті (у шарі приросту кореневої маси), які розраховуються за формулою:

DW = 100·Dh g_гр·W_НВ·К_н·К_гв                                       (4)

де Dh – приріст глибини активного шару ґрунту, м; g_гр  - об’ємна маса ґрунту, г/см³; W_НВ  – найменша вологоємність, %; К_н – коефіцієнт насичення ґрунту (у частках одиниці від НВ); К_гв – коефіцієнт використання ґрунтової вологи.

2. Розрахунок сумарного водоспоживання посівів цукрового буряка:

,                                          (5)

де К_В - коефіцієнт сумарного водоспоживання, м³/т; Y – урожайність продуктивних органів (коренів), т/га; Р_с – частина сумарного водоспоживання за декаду, %.

У табл. 1 наведено довідкові дані для виконання розрахунків за формулами (3)-(5).

Таблиця 1

3. Оцінка зміни запасів вологи в активному шарі ґрунту за різницею між надходженням і витратою вологи:

±Z = П_і – E_д                                                 (6)

4. Визначення верхньої та нижньої меж зони оптимуму запасів продуктивної вологи в активному (кореневмісному) шарі ґрунту по декадах за вегетаційний період цукрового буряка:

W_НОМ = 100·h·g_грW_ВВ,                                                 (7)

W_ВОМ = 100·h·g_грW_НВ,                                                 (8)

W_ВРК = 100·h·g_грW_РК,                                        (8)

де W_НОМ, W_ВОМ - мінімально і максимально можлива вологість ґрунту для росту і розвитку цукрових буряків відповідно; W_РК – вологість розриву капілярів; h - глибина активного шару ґрунту, м; g_гр  - об’ємна маса ґрунту, г/см³; W_ВВ – вологість в’янення, W_НВ – найменша вологоємність, % від маси сухого ґрунту.

5. Оцінка зміни запасів вологи у ґрунті протягом вегетаційного періоду:
   • Вологість грунту на день сівби:

W_сів = К_нW_вим,                                              (10)

де К_н – коефіцієнт насичення грунту; W_вим  - фактична виміряна вологість грунту на день сівби;

• Фактичний запас вологи у ґрунті на кінець першої декади після сівби:

W_д1 =W_сів+(±Z)₁,                                         (11)

• Фактичний запас вологи у ґрунті на кінець і-декади після сівби:

W_ді =W_д(і-1)+(±Z)_і,                                                 (12)

6. Результати розрахунків за формулами (3)–(12) занести в табл. 2.

7. Побудувати графік оптимальних меж запасів продуктивної вологи в активному (кореневмісному) шарі ґрунту за даними, отриманими за формулами (7)-(9).

На графік наносять значення вологості ґрунту на день сівби (21 квітня), а також послідовно розраховані значення запасів продуктивної вологи в активному кореневмісному шарі ґрунту на кінець кожної декади (див. табл. 2.2). Ці точки з’єднують між собою пунктирною лінією і таким чином отримують криву динаміки фактичних вологозапасів.

Інтервал вологозапасів грунту між W_ВОМ і W_ВРК  відповідає оптимальному зволоженню грунту, яке забезпечує максимальний урожай.

Інтервал вологозапасів грунту між W_НОМ і W_ВОМ  використовують для визначення характеристик режиму зрошення.

Приклад графіка:

Рис. 1. Розрахунковий графік норм і строків поливу цукрового буряка:

1 – крива фактичної вологості в активному шарі грунту з урахуванням поливу;

• – поливна норма

8. Встановити за графіком необхідність поливу, виходячи з таких умов:

W_НОМ  <W_ді <W_ВОМ – полив не потрібний                    (13)

W_ді £ W_НОМ < W_ВОМ - полив потрібний                        (14)

9. Визначити максимальну поливну норму (використовуючи рис. 1 і дані табл. 2):

Якщо фактичні вологозапаси ґрунту зменшуються до величини нижньої оптимальної межі допустимого діапазону вологості або нижче неї, то визначають максимальну поливну норму за формулою:

М_max = W_ВОМ - W_НОМ                                       (15)

[1] Загальну кількість води, яка витрачається протягом вегетації сільськогосподарської культури на випаровування рослинами (транспірацію) та з поверхні ґрунту (фізичне випаровування), називають сумарним водоспоживанням культури (сумарним випаровуванням).