Система орошения репчатого лука

Фундаментальные основы орошения

Принципы, лежащие в основе требований к орошению культур, включая лук и чеснок, описаны Алленом и др. (1998).

Испарение воды требует большого количества энергии, которая получается из притока солнечной энергии, либо непосредственно в виде лучистой энергии, либо косвенно в виде разумного тепла. Поэтому испарение регулируется энергетическим обменом и ограничивается количеством доступной энергии. Исходя из принципа сохранения энергии, можно предсказать скорость испарения, поскольку энергия, поступающая на поверхность, должна быть равна энергии, покидающей её за тот же период. Другим методом оценки испарения является метод массопереноса, который учитывает перенос водяного пара и энергии (тепла и импульса) к испаряющимся поверхностям и от них в небольших воздушных потоках, называемых вихрями.

При определенных допущениях испарение может быть рассчитано на основе вертикальных градиентов температуры воздуха и концентрации водяного пара над поверхностью сельскохозяйственных культур. Методы энергетического баланса и массопереноса были объединены для получения уравнения Пенмана-Монтейта, которое может быть использовано для расчёта испарения с однородной растительности с использованием параметров, которые могут быть измерены или рассчитаны по метеорологическим данным. Сопротивление испарению в этом уравнении зависит от поведения устьиц и «архитектуры» поверхности культуры, с точки зрения её высоты и шероховатости поверхности. Чтобы упростить эту ситуацию, сопротивление различных культур было рассчитано относительно испарения со стандартного большого равномерного участка травы высотой 0,12 м, с фиксированным поверхностным сопротивлением 70 с/м и альбедо 0,23.

Эвапотранспирация с этой стандартной эталонной поверхности обозначается как ET₀ (мм/день воды). ET₀ является функцией чистой дневной радиации на поверхности культуры, дневной плотности теплового потока почвы, среднедневной температуры воздуха и скорости ветра на высоте 2 м, а также среднедневного давления водяного пара в воздухе. Таким образом, ET₀ учитывает влияние погодных условий на эвапотранспирацию. Аллен и др. (1998) рекомендуют использовать уравнение Пенмана-Монтейта, поскольку оно позволяет однозначно определить ET₀, чтобы получить согласованные значения во всех регионах и климатических условиях, используя легко измеряемые метеорологические данные.

Характеристики, которые отличают конкретный вид культуры от эталонной культуры, интегрируются в «коэффициент культуры», K_C. Испарение от свободной от болезней, хорошо удобренной культуры, выращенной на больших полях без водного стресса, ETC, прогнозируется путём умножения ET₀ на K_C:

Коэффициент культуры можно разделить на два компонента: K_CB, «базальный коэффициент культуры» для испарения с листьев культуры и K_E для испарения с голой почвы между растениями; таким образом:

Коэффициент культуры объединяет влияние четырёх основных характеристик, которые отличают культуру от эталонной травы:

• высота культуры, которая влияет на сопротивление переносу водяного пара из культуры в атмосферу;
• отражательная способность (альбедо) поверхности почвы с культурой, которая влияет на чистое поглощённое излучение;
• устойчивость полога культуры к переносу пара, которая зависит от площади листьев и степени контроля устьиц;
• испарение с почвы.

K_C хорошо выращенных культур лука и чеснока при их максимальном листовом покрове близок к единице, и, следовательно, испарение у луковых культур, как и других низкорослых овощей, сходно с эталонным испарением травы, ET₀.

Параметры сельскохозяйственных культур, влияющие на эвапотранспирацию культивируемых луков:

• лук на репку: высота = 0,4 м, K_C (средн.) = 1,05, K_C (конечн.) = 0,75, K_CB (начал.) = 0,15, K_CB (средн.) = 0,95, K_CB (конечн.) = 0,65, максимальная глубина укоренения (z_r) = 0,3-0,6 м, фракция истощения для RAW (p) = 0,3;
• лук на перо: высота = 0,3 м, K_C (средн.) = 1,00, K_C (конечн.) = 1,00, K_CB (начал.) = 0,15, K_CB (средн.) = 0,90, K_CB (конечн.) = 0,90, максимальная глубина укоренения (z_r) = 0,3-0,6 м, фракция истощения для RAW (p) = 0,3;
• лук на семена: высота = 1,05 м, K_C (средн.) = 1,05, K_C (конечн.) = 0,80, K_CB (начал.) = 0,15, K_CB (средн.) = 1,05, K_CB (конечн.) = 0,70, максимальная глубина укоренения (z_r) = 0,3-0,6 м, фракция истощения для RAW (p) = 0,35;
• чеснок: высота = 0,3 м, K_C (средн.) = 1,00, K_C (конечн.) = 0,70, K_CB (начал.) = 0,15, K_CB (средн.) = 0,90, K_CB (конечн.) = 0,60, максимальная глубина укоренения (z_r) = 0,3-0,5 м, фракция истощения для RAW (p) = 0,3.

Примечание:

• все значения K относятся к умеренному субвлажному климату с минимальной относительной влажностью 45%, средней относительной влажностью 70% и умеренными скоростями ветра в среднем 2 м/с на высоте 2 м;
• большие значения z_r относятся к почвам без ограничений на укоренение и применяются для культур, испытывающих недостаток воды или питающихся дождеванием; меньшие значения подходят для планирования орошения;
• RAW — это доля «легкодоступной воды» в почве при полевой производительности. Когда вода истощается ниже RAW, K_CB уменьшается на коэффициент напряжения K_S;
• значения p относятся к среднетекстурированной почве при ET₀, приблизительно 5 мм/день.

Аналогичные значения, вероятно, применимы к луку-порею и луку-батуну, учитывая их сходство морфологии корней и побегов. Значения K_C и K_CB — это значения, ожидаемые при стандартных климатических условиях, определяемых как субвлажные со средней относительной влажностью 70%, минимальной относительной влажностью 45% и умеренной скоростью ветра в среднем 2 м/с. K_C в определенной степени зависит от климата, увеличиваясь при увеличении скорости ветра и снижении влажности и уменьшаясь при низкой скорости ветра и высокой влажности, что даёт диапазон для лука 0,94-1,22 вокруг значения 1,05 для стандартного климата (см. рис.).

Значения коэффициента культуры для эвапотранспирации, K_C для хорошо удобренных луковичных культур лука, растущих на большом поле без водного стресса.

Значения K_C меняются в зависимости от стадии развития культуры и зависят от частоты увлажнения поверхности почвы, особенно в начале роста, а также от климатических условий (диаграмма основана на Allen et al., 1998).

Когда культура небольшая и почти не затеняет почву, K_C в значительной степени зависит от испарения почвы, а оно резко уменьшается по мере перехода от влажной к сухой поверхности почвы. K_C для влажной почвы может превышать 1,0, но для сухой поверхности почвы K_C может составлять всего 0,1. По мере развития культуры K_C будет меняться по мере увеличения доли листового покрова по отношению к голой почве. Для целей расчёта эвапотранспирации значения K_C делятся на четыре фазы:

• «начальная», от посева до 10% покрытия почвы;
• «развитие культуры», от 10% покрытия почвы до полного покрытия листьями;
• «середина сезона», от полного покрытия до начала созревания;
• «конец сезона», от начала созревания до старения или сбора урожая.

На рисунке выше показано, как изменяется K_C для луковичной культуры лука на этих стадиях роста и как значения K_C варьируются в зависимости от частоты увлажнения почвы, влажности и скорости ветра. Для лука и порея прямого посева начальная стадия сравнительно длинная из-за медленного прорастания, небольшого веса всходов и низкого RGR по сравнению со многими культурами. Обычно необходимо поддерживать почву влажной до появления всходов, поэтому значения K_C, характерные для влажной почвы (то есть близкие к 1,0), будут иметь место.

Продолжительность начальной фазы и фазы развития культуры можно предсказать с помощью моделей, основанных на дневных градусах или эффективных дневных градусах. Продолжительность фаз середины сезона и конца сезона также зависит от климата и имеет тенденцию быть короче, чем теплее условия.

В уравнении (2) K_CB представляет собой отношение испарения культуры к испарению эталонной травы, когда поверхностный слой почвы сухой, но в корневой зоне достаточно воды для максимальной скорости транспирации. В период середины и ели K_CB примерно на 0,1 ниже, чем K_C для аллиевых культур, что типично для овощных культур, где покрытие почвы листьями может составлять 80% или менее. Значения K_CB могут быть скорректированы с учётом климата по формуле:

$${K_{CB} = K_{CBT} + [0,04 (u_2 – 2) + 0,004 (RH_{min} – 45)] (h/3)^{0,3},\ (3)}$$

• где K_CBT — значение K_CB для умеренного, субвлажного климата;
• u₂ — среднее значение дневной скорости ветра на высоте 2 м над травой (м/с) для 1 < u₂ < 6 м/с;
• RH_min — среднее значение дневного минимума относительной влажности воздуха, при условии 20% < RH_min < 80%;
• h — средняя высота растений, м.

До наступления середины сезона K_E вносит существенный вклад в K_С, зависящий как от частоты увлажнения почвы, так и от количества воды, смачивающей почву, испаряющей способности атмосферы (ET₀) и текстуры почвы. Почвы с более тонкой текстурой удерживают больше воды и дольше отдают воду на испарение после увлажнения до уровня полевой производительности. Помимо почвенных и погодных факторов, K_C зависит от доли поверхности почвы, которая смачивается при поливе, и от того, покрыта ли эта доля листьями или нет. При капельном орошении (см. ниже) влажная часть поверхности почвы часто затеняется листьями, и K_C может оставаться низким даже после полива, тогда как при поливе по бороздам влажная часть почвы, скорее всего, будет частично незатенённой, что приведет к увеличению K_C после полива. Аллен и др. (1998) описывают, как рассчитать ежедневные значения K_C для конкретной культуры с её уникальной структурой осадков плюс полив, текстурой почвы и ET₀, чтобы составить график полива культуры.

Влияние водного стресса на эвапотранспирацию По мере высыхания почвы почвенная вода становится менее свободной для движения и более связанной. Когда почва достигает определенной степени сухости, вода больше не может перемещаться к корням с достаточной скоростью для удовлетворения потенциальной эвапотранспирации (ET_C), и культуру называют испытывающей водный стресс. В этих условиях устьица закрываются и ограничивают газообмен, а скорость транспирации падает ниже потенциальной. Влияние водного стресса на эвапотранспирацию может быть описано путём корректировки базального коэффициента культуры на коэффициент водного стресса K_S.

$${ET_{C_{adj}} = (K_S \cdot K_{CB} + K_E) ET_0.\ (4)}$$

Общее количество доступной воды (TAW) для культуры зависит от глубины укоренения и объёма воды, удерживаемой между вместимостью поля и точкой завядания на единицу объёма почвы. Этот показатель может варьироваться от примерно 0,05 для крупнозернистого песка до 0,20 (м³/м³) для ила или глины. Доля доступной воды, которую культура может извлечь без ограничения скорости транспирации (то есть без стресса), называется легкодоступной водой (RAW) (уравнение 5).

$${RAW = p \cdot TAW.\ (5)}$$

Таким образом, p — это средняя доля всей доступной воды, которая может быть истощена до наступления стресса от влаги. Глубина укоренения и значения p для аллиумов приведены выше. Эти глубина укоренения и значения p низкие по сравнению с другими видами культур, что является следствием их неглубокого залегания корней и малой длины корней на единицу объёма почвы. p зависит от потенциальной скорости эвапотранспирации культуры, ET_C. p уменьшается при увеличении ET_C и увеличивается при уменьшении ET_C.

$${p = p\ (см.\ выше) + 0,04 \cdot (5 - ET_C).\ (6)}$$

Текстура почвы также оказывает влияние: значения p на 5-10% ниже для глинистых почв и на 5-10% выше для песчаных почв. Чтобы избежать ограничения урожайности, истощение водных ресурсов не должно быть ниже RAW, и можно видеть, как это требует более частого полива для лука, чем для кукурузы, и на песчаных, а не на иловых почвах.

Ниже RAW — то есть когда дефицит воды в почве больше p (истощение воды в корневой зоне, D_r RAW) — можно предположить, что транспирация линейно уменьшается до нуля при постоянном увядании, поскольку K_S, коэффициент корректировки стресса, уменьшается от единицы до нуля (см. рис.); следовательно:

$${K_S = \frac{TAW - D_r} {TAW - RAW} = \frac{TAW - D_r} {(1 - p) TAW}.\ (7)}$$

где D_r — истощение воды в корневой зоне мм, оценивается по ежедневному водному балансу почвы; TAW — общая доступная вода, мм; K_S из уравнения (7) может быть использовано в уравнении (4) для расчёта эвапотранспирации с поправкой на водный стресс, ET_Cadj.

Влияние водного стресса, вызванного истощением почвенной воды и/или засоленностью почвенного раствора, на коэффициент водного стресса K_S, который количественно определяет вызванное стрессом снижение эвапотранспирации культуры.

(Примечание: этот график и уравнения, на которых он основан, являются лишь приблизительными и вряд ли будут соответствовать действительности, когда засоленность и истощение воды из почвы превышают уровни, необходимые для снижения урожайности на 50%).

Для достижения максимальной скорости роста, полив следует проводить до того, как D_r упадёт ниже RAW, но количество подаваемой воды не должно превышать D_r, чтобы избежать вымывания питательных веществ из корневой зоны.

Эвапотранспирация и урожай

Взаимосвязь между урожайностью луковиц лука и эвапотранспирацией посевов в фазе роста луковиц на супесчаной почве в Фармингтонее, Нью-Мексико, США.

(a) Общий урожай луковиц в зависимости от испарения урожая: (▲), данные 1986 года; (■), данные 1987 года; линия подогнана к результатам обоих лет. (b) Взаимосвязь между относительным снижением урожая и относительным дефицитом эвапотранспирации; коэффициент реакции урожая на эвапотранспирацию культуры, KY, является наклоном этой линии.

Урожайность луковиц линейно возрастает с увеличением испарения (см. рис. a). Коэффициент реакции урожая, KY, относительное снижение урожая на единицу относительного дефицита ETC, во время фазы луковицы составляет 1,5 (см. рис. b). За весь вегетационный период KY для лука составляет 1,1. Больший коэффициент реакции урожая в период бутонизации отражает тот факт, что на этом этапе урожай особенно чувствителен к водному стрессу.

Критерии орошения

В Ботсване, на песчаной почве при дождевальном орошении фиксированное количество оросительной воды 18 мм при кумулятивном испарении (CPE) 11-22 мм привело к получению самого высокого среднего товарного урожая лука, от 49 до 57 т/га, при средней эффективности орошения (свежий урожай/внесенная вода) от 4 до 6 кг/м³.

Де Санта Олалла и др. (1994) изучали водный баланс в селекции «Valenciana de Grano», используя пересадку с плотностью 25 растений/м². Эвапотранспирация культуры (ET_c) была получена из формулы Пенмана, модифицированной Продовольственной и сельскохозяйственной организацией (ФАО), а коэффициенты культуры (kc) были выбраны и скорректированы по формуле Doorenbos и Kassam (1979). Применение воды при 100% ET_c (T₁) и 120% ET_c (T₂) дало самые высокие урожаи — 6,4 и 7,7 кг/м², соответственно. В общей сложности требовалось не менее 355-415 мм воды, и это было обеспечено за 17-20 применений. В режимах Т₁ и Т₂ было получено 11,2 или 13,8 кг свежих луковиц (влажность 91%) на 1 м³ поливной воды плюс дождевая вода, соответственно. Эти режимы дали луковицы диаметром 6-9 см, что является целевым размером для данного сорта лука. Такое планирование орошения может быть улучшено, если можно предвидеть изменения сезонных значений kc. В этом контексте Аль-Джамал и др. (1999) связали kc лука с количеством вегетационных градусо-дней.

Bosch Serra (1999) проанализировал практику капельного орошения в Pla d'Urgell, Испания, используя лук сорта «Valenciana de Grano» при позднем посеве (март, когда почва сухая) при плотности 80 растений/м². Высокочастотное орошение обеспечивало полное смачивание поверхности семенного ложа. Орошение поддерживало матричный потенциал воды выше -18 кПа незадолго до подрезания при уборке урожая, когда верхушки опадали, но были ещё зелёными. Общая агрономическая эффективность использования воды (WUEag) составила 27,23 кг свежего урожая (91,6% влажности) на м³ поливной воды (616 мм), что соответствует 19,15 кг/м³ общей полученной воды (включая 260 мм сезонных осадков). Эти цифры означают, по крайней мере, двукратное или трёхкратное превышение WUE, ранее показанное или оцененное другими авторами, поскольку плотность выше и лук растёт лучше, чем в предыдущих экспериментах, с большими диаметрами, чем раньше при более высокой плотности. Средний диаметр луковицы (7,7 см) и средний вес луковицы (209,7 г) оставались приемлемыми.

Преимущества от орошения в конце вегетационного периода согласуются с результатами, полученными Шоком и др. (2000b) в восточном Орегоне. Они обнаружили, используя систему подповерхностного капельного орошения, что потенциал почвенной воды (ППВ) не следует снижать на луке LD ниже -20 кПа на глубине 20 см в конце вегетационного периода лука, поскольку это уменьшает размер луковиц и не оказывает благоприятного воздействия на снижение разложения луковиц при хранении. Гавиола и др. (1998) сравнили время прекращения орошения луковой культуры для обезвоживания, от 5 недель до 1 недели до сбора урожая, и самые высокие общие урожаи были получены, когда орошение сохранялось до 7-8 дней до сбора урожая.

Трехлетние исследования бороздкового орошения в долине Трежер в Орегоне и на юго-западе Айдахо, США, на сорте «Great Scott» (также испанского типа хранения LD) показали, что общий урожай, товарный урожай и прибыль увеличиваются с увеличением порога орошения: в тёплых, сухих условиях выращивания рекомендуется порог орошения выше -12,5 кПа, так как оптимальный урожай все ещё совместим с лучшими показателями хранения. В более холодных и влажных условиях товарный урожай и прибыль были максимальны при расчётном пороге -27 кПа. При более высоких порогах орошения в этих условиях большее количество лука портилось при хранении. Для поддержания порога орошения выше -12,5 кПа требуется высокоэффективная система орошения, например, капельное орошение.

Заглубленное капельное орошение является возможным, хотя оно может не подойти для грядок с луком шириной 1,5-2 м в овощном севообороте с салатом и переработкой томатов, если не использовать дождевальное орошение для подачи дополнительной воды при появлении всходов и во время роста луковицудобрений -10 кПа в 1998 году, в сезон, когда за сильным градом в июне последовала жаркая засуха. Премиальные цены на колоссальные (диаметром > 102 мм) луковицы в США, естественно, влияют на выводы этих исследований Шока и коллег.

Высокие урожаи связаны с высокой частотой полива, что позволяет избежать любого водного стресса: лук особенно чувствителен в период созревания луковиц. Планирование орошения может быть полезно на основе значений ET_c лука, на основе показателей опорной эвапотранспирации культуры (ET₀), которые также могут быть получены на основе испарения, с поправкой на типичные коэффициенты лука, установленные Doorenbos и Pruitt (1977) на начальных стадиях и Doorenbos и Kassam (1979) и Allen et al. (1998) по мере увеличения полога культуры. В период созревания/уборки урожая kc может увеличиваться в зависимости от времени сбора урожая. Матричный водный потенциал почвы (то есть вода, удерживаемая в порах почвы за счёт капиллярности) (SWP) представляется хорошим инструментом для улучшения графика орошения для получения высоких урожаев. Однако для каждого набора местных условий потребуется корректировка количества применяемой воды, чтобы учесть местные факторы — например, засоленность; SWP измерялся на глубине 0,2 м. Тем не менее прямые измерения SWP и использование высоких пороговых значений SWP в качестве критериев орошения можно рекомендовать на луковых полях.

Предполагая высокую частоту полива, можно ожидать, что лучшее планирование увеличит эффективность использования вносимых удобрений, уменьшит выщелачивание и повысит урожайность лука за счёт увеличения размера луковиц. Это также способ повысить питательную продуктивность воды — концепция, в которой луковая культура была признана высокопродуктивной.

Меры по экономии воды в засушливом климате

В засушливых и полузасушливых регионах доступность воды, как правило, является наиболее важным фактором для производства лука, и очень важно оптимизировать эффективность использования воды. В полузасушливой северо-восточной Нигерии Adetunji (1994) сравнил мульчирование почвы прозрачной полиэтиленовой плёнкой и органической мульчей (скорлупа арахиса и остатки проса): они поддерживали более высокий режим SWP (от -10 кПа до -30 кПа), чем голые участки (-75 кПа) во время циклов орошения, и значительно увеличили урожай лука на 80, 44 и 50%, соответственно, по сравнению с урожайностью голых участков в 4,5 т/га. Абу-Аввад (1999) в эксперименте с горшками в теплице обнаружил, что покрытие поверхности почвы уменьшило количество необходимой поливной воды на 70% по сравнению с открытой поверхностью почвы; однако урожайность лука при обеих поверхностных обработках становилась сопоставимой по мере увеличения общего количества вносимой воды.

На Лансароте, Канарские острова, выращивание лука в сухом грунте является основным видом сельскохозяйственной деятельностинавоза и 8-12 см «лапилли» — частиц вулканической золы диаметром 1-2 мм. Эта техника была разработана в XVIII веке, когда извержение вулкана Тиманфайя накрыло наиболее важные сельскохозяйственные районы, и используется для защиты почвы от испарения и сбора воды от «горизонтальных осадков» (конденсация воды из низких облаков). Саженцы поливают только во время пересадки. Урожайность (13-15 т/га) намного выше, чем можно ожидать при годовом количестве осадков 140 мм, диапазоне температур 16-24 °C и сильных ветрах (23 км/ч). Время сбора урожая в апреле позволяет экспортировать лук. Тем не менее эта производственная система находится в кризисе из-за низкой урожайности и конкуренции с другими секторами экономики, хотя она считается примером сохранения природной среды поколениями фермеров, которые создали своеобразный и красивый сельскохозяйственный ландшафт.

Водный стресс, вызванный засоленностью

Толерантность культур к солям в почве была охарактеризована с точки зрения электропроводности раствора от экстрактов насыщения почвы, EC_e, которая сначала снижает урожай ниже его полного потенциала (EC_ethreshold) и как наклон (b) снижения урожайности с увеличением засоленности за пределами этого порогафасолью, самой чувствительной полевой культурой в этом отношении.

Поскольку снижение урожая, вызванное водным стрессом, пропорционально снижению транспирации, вызванному водным стрессом (см. выше), Аллен и др. (1998) использовали это соотношение в сочетании с уравнением 7, чтобы вывести коэффициент стресса K_S для описания того, как засоление — а также комбинированное засоление и стресс почвенной воды — будет снижать транспирацию.

Если

Если

K_Y — коэффициент реакции урожайности (см. рис. b выше).

Эти уравнения являются лишь приблизительными оценками долгосрочного влияния засоления на ET_C и вряд ли будут справедливы там, где значения EC_e и D_r превышают значения, необходимые для снижения урожайности на 50%.

Другие факторы, помимо водного стресса и засоления, могут снизить LAI до уровня ниже, чем у хорошо растущей культуры (то есть < 3 в середине сезона), что приведет к снижению транспирации. Например, повреждение вредителями, болезнями или градом или низкая плотность растений в результате такого повреждения или плохого укоренения рассады могут снизить LAI. Аллен и др. (1998) приводят уравнения для оценки последствий для эвапотранспирации такой нетронутой листвы. Хотя общая транспирация будет меньше, чем у хорошо растущей культуры, при низком LAI увеличивается скорость транспирации на единицу площади листьев из-за более микромасштабной передачи тепла от сухой поверхности почвы к листьям и большей аэродинамической шероховатости.

Меры по борьбе с засолением и другими проблемами ирригации

Низкое качество воды, в основном засоленной, является ещё одной потенциальной проблемой: относительная урожайность снижается по мере накопления солей из-за засоленности воды. Для предотвращения накопления солей в корневой зоне полезным инструментом может быть преднамеренное выщелачивание, хотя в сухом климате, при высоком содержании солей в воде (> 3 дСм/м), для эффективного выщелачивания требуются почвы с высокой проницаемостью, хорошим дренажем и устойчивые к засолению культурысолома, внесенная в поливные борозды (630-900 кг/га) после посадки, может значительно улучшить размер луковиц и урожай лука на 74%. Окончательные преимущества должны быть оценены в зависимости от типа и наклона почвы, нормы внесения соломы и продолжительности орошения.

Иногда низкое проникновение воды и образование прудов связано с ухудшением гидравлических свойств почвы в результате орошения водой с низкой электропроводностью (EC) (< 0,5 дСм/м) в сочетании с образованием осадочной корки (из дисперсной глины с преобладанием иллита и частиц ила из слабо известковой почвы), как следствие бороздово-оросительной эрозии. PG, внесенный в количестве 2 т/га на поверхность почвы до начала полива, увеличил концентрацию электролитов в воде и скорость инфильтрации в борозды. Урожайность лука увеличилась на 25% по сравнению с необработанным контролем (18,1 т/га).

Техника ирригации и эксперименты

Луковые культуры выращиваются с использованием бороздкового, дождевального и струйного орошения. Полив по бороздам включает в себя затопление борозд, прилегающих к приподнятым грядкам, на которых посажен лук, с помощью систем каналов и небольших шлюзов. Если солёность является проблемой, лук можно высаживать сбоку от приподнятых грядок, так как соли достигают максимальной концентрации в вершине грядки после того, как они попадают туда в результате испарения.

Для лука используются различные типы дождевальных машин, включая центральные, подвижные порталы или стационарные линии. При прямом посеве лука частое легкое дождевание часто необходимо для обеспечения быстрого и равномерного появления всходов за счёт увлажнения семян и проростков и предотвращения образования сухой, непроницаемой корки на поверхности почвы. В районах, подверженных засолению, важно избегать образования соленой «корки» после частого полива, так как это особенно вредно для появляющихся всходов.

С начала 1990-х годов для выращивания лука и чеснока стали использовать пластиковые «капельные линии» для подачи воды и, часто, растворённых удобрений (N, а иногда N и K); последний способ называется «фертигация». Особенно в полузасушливых регионах эти методы привели к значительному повышению урожайности. Например, в Долине сокровищ в восточной части штата Орегон, США, урожайность луковиц лука сорта «Сладкий испанский» длительного хранения при капельном фертигации может надёжно превышать 115 т/га по сравнению с 70 т/га при поливе по бороздам.

Вблизи Ллейдды, на северо-востоке Испании, урожайность луковиц достигает 90 т/га (что эквивалентно 11-13 т/га сухого вещества), по сравнению с 50 т/га при дождевальном орошении. Урожайность чеснока при капельном орошении в Мексике достигает 30-40 т/га, что в три раза выше прежней урожайности, а достигнутые большие размеры луковиц потребовали переоценки оптимальной плотности и размеров зубчиков для посадки. Луководы, использующие фертигацию, получили ценовую премию за очень крупные луковицы. В Орегоне увеличение размеров отражено в прогрессии суперлативов для названия сортов, продаваемых на рынке: например, диаметр луковицы 76-102 мм, Джамбо, 102-108 мм, Колоссальный, > 108 мм, Суперколоссальный.

Капельные линии могут прокладываться по поверхности или закапываться в почву на глубину 10-15 см. В системе, описанной Шоком и др. (2004), капельные ленты были установлены на глубине 13 см между двойными рядами лука, расположенными на расстоянии 0,56 м друг от друга на грядках шириной 1,1 м. Капельная лента имела эмиттеры, расположенные на расстоянии 30 см друг от друга, со скоростью потока 0,5 л/ч. Удобрения, кроме азота, были внесены в иловато-суглинистую почву перед формированием грядок в количестве, определенном на основе анализа почвы. N-удобрения вносили через капельную ленту в виде карбамидо-аммиачной селитры пять раз с интервалом в 10 дней в течение основного периода роста листьев. Водный потенциал почвы измерялся датчиками на 20 см ниже рядов лука. Среднее значение водного потенциала почвы на датчиках отслеживалось каждые 3 часа, и если оно опускалось ниже -20 кПа, применялся полив 1,5 мм. При использовании этой системы водный потенциал почвы на глубине 20 см поддерживался на уровне -20 кПа, а суммарное количество внесенной воды плюс осадки точно соответствовали испаряемости культуры, рассчитанной по модифицированной формуле Пенмана-Монтейта.

Более раннее испытание (Шок и др., 2000) показало, что дефицит воды -20 кПа на глубине 20 см является оптимальным. Более низкий водный стресс привёл к тому, что в некоторые сезоны больше луковиц загнивало в хранилищах, а также к менее эффективному использованию воды, с большим количеством выщелачивания.

В северо-восточной Испании при плотности посадки более 40 растений/м² серьезной проблемой было образование болтов, что было связано с высоким ранним LAIs посевов с высокой плотностью посадки при фертигации. В Польше сообщалось о повышении урожайности лука при капельном орошении, но для сладкого лука сорта «Видалия» в Джорджии, США, не было отмечено никакого улучшения от капельного орошения по сравнению с обычным дождеванием ни в плане урожайности, ни в плане снижения гнили луковиц.

На песчано-суглинистой почве в Колорадо, США, урожайность при капельном поливе на глубине 8 см в центре четырёхрядных грядок шириной 40 см была ниже, чем при дождевальном поливе лука, если только не использовалось большое количество воды, превышающее ETC, для увлажнения почвенного профиля на всю ширину грядок. При отсутствии такого избытка воды почва у корневой пластины внешних рядов лука была слишком сухой для развития придаточных корней. Похоже, что текстура почвы и связанная с ней проводимость воды являются фактором, определяющим успех капельных линий и их соответствующую глубину и расстояние между ними.

Результаты экспериментальных исследований реакции луковых культур на орошение различны. С одной стороны, очевидно, что во многих засушливых зонах, где выращивается эта культура, например, в Нью-Мексико, США, практически вся необходимая вода обеспечивается за счёт орошения. В других регионах количество осадков иногда бывает достаточным, и урожайность может фактически снижаться при орошении — например, если азот вымывается из корневой зоны.

Эвапотранспирация культур, ET_c, рассчитанная с помощью модифицированных уравнений Пенмана-Монтейта (см. Основы ирригации, выше), оказалась надёжной основой для планирования поливов. Исследования в целом показали увеличение урожая при увеличении орошения до 100% от ET_c или даже 120% от ET_c. Чрезмерное орошение приведет к вымыванию и потере нитратов, а также может способствовать развитию болезней гниения при хранении.

Производительность воды в различных исследованиях по орошению:

• полив по бороздам: продуктивность воды для луковиц (сырой вес/ET_C) = 4,60 кг/м³; эффективность использования воды для луковиц (сухой вес/ET_C) = 0,49 кг/м³;
• полив по бороздам: продуктивность воды для луковиц (сырой вес/ET_C) = 9,70 кг/м³;
• дождевание: продуктивность воды для луковиц (сырой вес/ET_C) = 8,40 кг/м³; эффективность использования воды для луковиц (сухой вес/ET_C) = 0,90 кг/м³; плотность 28,4 растений/м²;
• капельный полив: продуктивность воды для луковиц (сырой вес/ET_C) = 12,40 кг/м³; плотность 25 растений/м²;
• капельный полив: продуктивность воды для луковиц (сырой вес/ET_C) = 15,00 кг/м³; плотность 35 растений/м²;
• капельный полив: продуктивность воды для луковиц (сырой вес/ET_C) = 19,15 кг/м³; эффективность использования воды для луковиц (сухой вес/ET_C) = 1,61 кг/м³; плотность 80 растений/м².

Эксперименты проводились в довольно засушливом климате, в основном при довольно низкой плотности растений, поэтому компонент испарения с поверхности почвы ET_C будет довольно большим, так как большая часть почвы не будет покрыта листьями даже при полном развитии культуры. В целом, кажется, что капельное орошение более эффективно в использовании воды, чем дождевание или полив по бороздам, и что измерения полива по бороздам на фермерских полях были намного ниже значений экспериментальных участков. При поливе по бороздам, вероятно, имеется наибольшая доля влажной почвы, не затенённой листьями, а при заглублённом капельном поливе — наименьшая, и это, вероятно, является основной причиной различий в производительности воды. Высокая продуктивность воды, достигнутая в Бош-Серра, вероятно, является результатом высокой плотности посевов, что приводит к высокой пропорции транспирации к испарению в общем ET_C.

Орошение и достаточное количество азота во время роста листьев и ранней луковицы гарантирует, что урожай лука достигнет высокого LAI как можно быстрее. Это будет способствовать быстрому созреванию луковиц и хорошему качеству луковиц для хранения. Орошение и внесение азота в поздние сроки созревания луковиц может задержать созревание и снизить качество луковиц из-за расслоения кожицы и гниения, особенно если они следуют за периодом, когда рост был ограничен из-за недостатка воды или азота. Прекращение орошения примерно за 2 недели до сбора урожая часто рекомендуется как способствующее созреванию луковиц и облегчению уборки.

Литература

• Rubatzky, Vincent E., Yamaguchi, Mas. World vegetables: principles, production, and nutritive values. / 2nd ed. 1997
• Rabinowitch, H.D., Currah, L. Allium crop science: recent advances. / edited by H.D. Rabinowitch and L. Currah. США. 2002
• Brewster, J. L. Onions and other vegetable alliums. / — 2nd ed. США. 2008
• Аутко А.А. и др. Современные технологии в овощеводстве. / под редакцией д.с.х.н. А. А. Аутко. — Нац. акад, наук Беларуси, Ин-т овощеводства. Минск: Беларус. навука. 2012