В статье говорится о том, что орошение является одним из самых эффективных агротехнических приемов, в том числе и в виноградарстве. С другой стороны, отсутствие контроля за орошением, может привести и к резко отрицательным результатам. Ученые НИВиВ «Магарач» предлагают ряд методов определения водного статуса виноградников. Также в тексте приводятся схемы и описания этих методов.
Оснащение виноградников системами капельного орошения
Оснащение виноградников системами капельного орошения
Почвенно-климатические ресурсы Юга Украины весьма благоприятны для возделывания винограда. Потенциальные урожаи при этом могут достигать 300 ц/га при годовой норме осадков 800-850 мм. Между тем, среднегодовые осадки указанного региона составляют от 250 до 600 мм. В связи с этим орошение виноградников Юга Украины является основным ресурсом повышения их продуктивности, а данный агротехнический приём может быть рассмотрен, как стратегически важный элемент технологии возделывания винограда.
Частые весенне-летние засухи (за последние 5 лет 3 года засушливые: 2001, 2002 и 2005) в значительной степени сказываются на урожае винограда. Отсутствие влаги в летне-осенний период способствует плохому вызреванию лозы и растения винограда в значительно большей степени повреждаются морозами. Поэтому в настоящее время только по Крыму планируется развёртывание систем капельного орошения на площади 2835 га, что составляет 47% от планируемой площади посадки винограда.
Таким образом, орошение является одним из самых эффективных агротехнических приёмов, позволяющих резко повысить продуктивность насаждений, улучшить состояние растений, а в ряде случаев, в остро засушливые годы, просто спасти виноград.
В связи с улучшением состояния растений и резким увеличением урожайности при орошении виноградников Юга Украины до 2-х – 3-х раз экономически предопределено широкое распространение систем локального орошения в виноградарстве.
С другой стороны, отсутствие контроля за орошением виноградников может привести не только к положительному, но и резко отрицательному результату. Чрезмерное увлажнение может вызвать асфиксию корневой системы, засоление почвы, чрезмерное загущение кроны, плохое её проветривание, затенение гроздей, развитие грибных заболеваний и, как следствие, снижение качества урожая и неоправданные затраты на воду.
Таким образом, увеличение урожая в результате орошения ставит перед производителем винограда классическую проблему соблюдения баланса: величина урожая — качество урожая.
Оперативное управление орошением виноградников на основе контроля их водного режима
Эта проблема может быть решена только путём оперативного управления водным режимом каждого конкретного виноградника в хозяйстве согласно специально подобранным режимам орошения. Такие режимы, позволяющие при минимальных потерях урожая максимально повышать его качество на основе измерения водных потенциалов листьев, разработаны в НИВиВ «Магарач».
Данные режимы орошения направлены на:
1. Поддержание нормального функционального состояния молодого виноградника;
2. Получение высоких урожаев;
3. Получение высококачественных урожаев для приготовления десертных вин;
4. Получение высококачественных урожаев для приготовления сухих вин и шампанских виноматериалов;
5. Получение высококачественных урожаев и снижение процента поражения грибными заболеваниями;
6. Получение высококачественных урожаев с минимальными потерями их количества.
Перечисленные режимы орошения можно отнести к бесстрессовой стратегии орошения (1, 2 и 4), долговременной стрессовой стратегии орошения (3) и стратегии орошения с кратковременными стрессовыми воздействиями (5 и 6). Из них выделены, как одни из лучших, следующие режимы орошения (См. рисунок 1).
3 режим. Стратегия, основанная на долговременном умеренном стрессовом воздействии (предрассветные значения водных потенциалов листьев до ‑0,5 МПа) для получения параметров качества урожая, соответствующего наиболее интенсивному сахаронакоплению, образованию красящих и фенольных веществ. За годы исследований в среднем параметры качества в условиях ЮБК составили:
для сорта Мускат белый
массовая концентрация сахаров – до 30,0 г/100 см3; массовая концентрация титруемых кислот – 5,8 г/дм3; содержание фенольных веществ – 360 мг/л; рН – 3,2.
Отмечен характерный сортовой мускатный аромат с медовыми и цитронными тонами. Цвет – от тёмно-золотистого до янтарного.
для сорта Пино фран
массовая концентрация сахаров – до 23,5 г/100 см3; массовая концентрация титруемых кислот – 7,3 г/дм3; содержание красящих веществ – 63,3 мг/л; содержание фенольных веществ – 250 мг/л; рН – 3,2.
Отмечен характерный сортовой аромат. Цвет насыщенный, розовый.
4 режим. Это бесстрессовая стратегия орошения, которая предполагает поддержание предрассветных значений водных потенциалов листьев на уровне -0,2 МПа в фазу цветения и до -0,3 МПа в фазу роста и созревания ягод. Также данная стратегия способствует формированию параметров качества урожая, соответствующих приготовлению высококачественных шампанских виноматериалов и сухих тихих вин. За годы исследований, в среднем, параметры качества в условиях ЮБК составили:
массовая концентрация сахаров – 17,0-18,0 г/100 см3; массовая концентрация титруемых кислот – 8,1-8,4 г/дм3; содержание фенольных веществ – 190‑200 мг/л; рН – 3,1-3,2.
Полученные образцы вина обладали характерным сортовым ароматом и нежным вкусом.
6 режим. Стратегия, основанная на кратковременном стрессовом воздействии (предрассветные значения водных потенциалов листьев в фазу роста ягод от -0,5 до -0,55 МПа). Результаты применения данной стратегии близки к результатам, получаемым при использовании 3 режима.
Режим орошения с кратковременным водным стрессом глубиной до -0,5 МПа в фазу роста ягод, позволяющий получать большой урожай с высоким качеством и минимальным поражением болезнями, независимо от сорта виноградного растения, признан лучшим.
Экономический эффект только за счёт улучшения качества (при увеличении массовой концентрации сахаров на 1 г/см3) урожая составляет 320 грн./га.
Оснащение виноградников техническими средствами контроля за их водным режимом (камера давления, фитомонитор, система почвенного мониторинга)
Метод камеры давления на основе измерения водных потенциалов листьев.
В настоящее время наиболее объективным и точным методом оценки водного статуса растений является определение водного потенциала листьев при помощи камеры давления. Водный потенциал является термодинамической, обобщающей характеристикой водного статуса растений и, в сущности, может быть рассмотрен как мера водного дефицита. Камера давления была сконструирована и изготовлена специально для виноградного растения (Н.Г.Нилов, В.В.Тараненко, лаборатории физиологии и фитомониторинга НИВиВ “Магарач”, инициативная разработка). Камера в рабочем состоянии полностью герметична, сам цилиндр и газопроводящие трубки выдерживают давление свыше 100 атм. (около 10 МПа). Измерения в случае работы с виноградным растением проводятся в диапазоне от 0 до 20 атм (0 — 2 МПа). Предохранительный клапан не допускает увеличения давления в камере и газопроводящиxтрубкаx свыше 20 атмосфер, автоматически стравливая газ.
Лист (иногда небольшой побег или часть грозди) помещают в камеру, крышку герметично завинчивают и затем постепенно с помощью редуктора повышают давление внутри камеры до появления капельки ксилемного сока на срезе черешка листа. В момент образования капельки отмечается величина давления в камере, измеренная манометром. Данное отрицательное давление принимается за величину водного потенциала листа. Наблюдение запоявлением капельки легче вести при помощи лупы или микроскопа. В работе обычно используется смесь из 90-95% азота и 5-10% сжатого воздуха.
На основе показаний предутренних значений водных потенциалов листьев можно судить о водном дефиците растений в связи с недостатком почвенной влаги в зоне расположения активной части корневой системы (по Слейчеру). Это обстоятельство позволяет использовать растение, как биодатчик, «измеряющий» полный водный потенциал почвы в зоне расположения активной части корневой системы.
Интерпретация значений водных потенциалов, измеренных при помощи камеры давления
Связь между значениями водного потенциала листьев и физиологическими реакциями виноградного растения (построена на основе литературных данных и собственных наблюдений)
Связь между предутренними значениями водного потенциала листьев и влажностью почвы на глубине 50 см., сорт Мускат белый, ЮБК, почва коричневая карбонатная среднесуглинистая на элюво-делювии глинистых сланцев (R = 0.662, P>95%).
В связи с тем, что мера водного стресса может быть точно и просто определена при помощи камеры давления, последняя становится очень удобным инструментом при организации службы мониторинга и реализаций различных стратегий орошения виноградников. Основным недостатком применения камеры давления является малая оперативность. Обычно в виноградарских хозяйствах трудно организовать сбор информации о водном потенциале листьев чаще раза в неделю. Однако, например, в условиях Крыма, когда орошение плодоносящих виноградников проводится не часто (в среднем один раз в две — три недели), применение камеры давления является особенно перспективным, так как в этом случае для мониторинга достаточно определять водный потенциал листьев один — два раза в неделю. Если возникает необходимость получать информацию чаще – следует устанавливать фитомониторы.
Метод фитомониторинга
Для непрерывного контроля за водным состоянием растений применяются методы фитомониторинга. Фитомониторинг — непрерывное долговременное слежение одновременно за несколькими процессами в целом растении и условиями окружающей среды с помощью системы неповреждающих датчиков. Ещё совсем недавно обсуждение возможности широкого использования фитомониторов в отечественном виноградарстве представлялось делом далёким от реальности из-за их высокой стоимости (наиболее распространённые в мире фитомониторы производства Израиль стоили около 20 тыс.долларов США). Эти же фитомониторы на рынках Украины, укомплектованные набором из 11 различных датчиков, в 2005 г. стоили уже около 10 тыс.долларов США. Однако, в последние годы в области производства фитомониторов наметился технологический прорыв. Так, на начало 2004 г. цены на базовые модели фитомониторов компании «Логрус» в зависимости от комплектации составляли от 3 до 5 тыс.долларов США, что позволяет говорить о возможности их широкого использования.
Ампеломонитор «Крым-1» — первая отечественная компьютеризированная система фитомониторинга, предназначенная для непрерывного слежения как за параметрами среды обитания виноградного растения (микро и фитоклиматом, почвенными условиями), так и за характеристиками функционального состояния винограда при помощи системы неповреждающих датчиков. Ампеломонитор «Крым-1» может быть использован не только в целях проведения научных исследований, но и в виноградарских питомниках и на промышленных виноградниках. Оперативно получаемая информация о функциональном состоянии растений и среды их обитания позволяет вовремя корректировать технологии возделывания растений, в частности реализовывать различные стратегии орошения. В отличие от многих фитомониторов, ампеломонитор «Крым–1» может быть подключен к системе автоматического управления некоторыми технологическими процессами, в частности орошением виноградников. Система включает в себя блок сбора и накопления информации, программное обеспечение, все необходимые аксессуары для подключения к компьютеру пользователя и набор из 14 датчиков. По желанию пользователя это могут быть следующие датчики в любом сочетании:
Датчики состояния среды:
влажность почвы (субстрата) температура почвы (субстрата) температура воздуха влажность воздуха скорость ветра облученность
Датчики состояния растения:
изменения диаметра:
штамба, побега, черешка листа, гребненожки
изменения размеров (роста) ягоды измерения толщины листа роста междоузлия разности температуры листа и воздуха температуры листа изменений скорости движения ксилемного потока в:
штамбе, побеге, черешке листа, гребненожке
Системы почвенного мониторинга
Самым распространенным в настоящее время в отечественном виноградарстве методом определения влагообеспеченности растений по влажности почвы является термостатно‑весовой метод, который хорошо освещен в литературе (например, А.Г.Амирджанов, 1992). Основной недостаток этого метода заключается в том, что при его применении не рассматривается потребность в воде самого растения, которая определяется отнюдь не только влажностью почвы, но и в значительной степени зависит как от погодных условий, так и функционального состояния самого растения. Этот метод не учитывает глубины залегания активной части корневой системы, громоздок и трудоемок. Метод не оперативен, а поэтому не может быть использован в современных технологиях для управления орошением.
В настоящее время хорошо разработана инструментальная база (датчики и приборы) для ведения мониторинга влажности почвы, что в значительной степени облегчает работу, хотя не снимает всех принципиальных недостатков методического подхода определения водного режима растений по влажности почвы. Тем не менее, многие датчики и системы мониторинга влажности почвы с успехом могут применяться в современных информационных технологиях орошения. К таким приборам можно отнести керамические тензиометры, различные датчики измерения матричного потенциала почвы, выпускаемые многими зарубежными фирмами. Однако они очень дороги для использования в виноградарских хозяйствах Украины.
Из отечественных датчиков и систем мониторинга влажности почвы на виноградниках можно рекомендовать датчики-индикаторы и систему мониторинга влажности почвы крымского предприятия «Логрус». Стоимость этой системы приблизительно на порядок ниже зарубежных аналогов. Это единственная отечественная система мониторинга влажности почвы.
Датчик и система мониторинга изменения влажности почвы «SMS-Logrus-3» разработаны на предприятии «Логрус» г.Ялта с целью снабжения отечественных растениеводов недорогим инструментом контроля влажности почвы в случаях, когда высокая точность измерения не требуется (открытый грунт: сады, виноградники и т.д.). Принцип работы датчика «SMS‑Logrus‑3» основан на зависимости электропроводности почвы от степени увлажненности и в этом смысле датчики «SMS-Logrus-3» аналогичны широко известным и массово выпускаемым датчикам компаний RainBird, Watermark (США) и др., применяемых при проведении той или иной оросительной политики. Следует отметить, что принципы, заложенные в основу работы «SMS-Logrus-3», а так же оригинальные инженерные и технологические решения, позволили резко снизить его себестоимость и повысить точность измерений.
Н. НИЛОВ, старший научный сотрудник, кандидат сельскохозяйственных наук, С. БЕРЕЗОВСКАЯ, старший научный сотрудник, кандидат сельскохозяйственных наук, И. РЫФФ, кандидат биологических наук, старший научный сотрудник, Ю. ИВАНОВ, техник НИВиВ «Магарач».