Основное направление исследований водного режима сельскохозяйственных культур — выяснение нижних и верхних пределов увлажнения почвы, при которых растения обеспечивают наивысшую продуктивность.
Многосторонняя зависимость водного режима пастбищных трав от факторов внешней среды требует дифференцированного подхода к организации полива с учетом конкретных условий. Важно выяснить оптимальный режим орошения для разных по видовому составу и возрасту травостоев, соответствие его определенным уровням минерального питания.
Водообеспеченность травостоев зависит в основном от напряженности метеорологических условий года — осадков и температуры, особенно в вегетационный период. Метеорологические условия в разные годы значительно отличаются друг от друга. Так, в Московской области из каждых десяти лет три года бывают влажными, шесть — средневлажными и один — засушливым. Следует учитывать также неравномерное распределение осадков по месяцам и декадам. Все это создает в отдельные годы и вегетационные периоды неблагоприятные условия водообеспеченности для формирования агрофитоценозов и требует организации дополнительного орошения.
При пастбищном использовании важно поддерживать оптимум влажности почвы. Исследования показывают, что в расчетном слое 0—40 см под травостоем, формирующемся при различных уровнях минерального питания, влажность почвы существенно не различается, имея тенденцию к снижению при внесении удобрений. Влажность почвы без орошения подвержена значительным колебаниям в различные периоды вегетации трав в зависимости от складывающихся погодных условий. При орошении пастбищ влажность поддерживается в заданных пределах с помощью поливов. Снижение влажности почвы до 55 % НВ отмечено в три года из десяти, до 70 % НВ — в девять из десяти лет, до 85 % НВ — во все годы.
Возможна диагностика проведения поливов на пастбищах по концентрации клеточного сока (ККС) трав. При снижении влажности почвы содержание воды в травах уменьшается и увеличивается ККС, при повышении влажности почвы соответственно уменьшается величина ККС. В течение дня происходит увеличение ККС, ее максимум приходится на 16 ч. Чем ниже обеспеченность почвы влагой, тем резче выражены дневные колебания ККС, при высокой влагообеспеченности они менее значительны. Четкой зависимости между концентрацией клеточного сока трав и различными дозами удобрений не установлено.
Оптимальная величина ККС злаковых трав (в основном ежи сборной, овсяницы луговой) лежит в пределах 2,2—5,0 %. Величины ККС, соответствующие влажности почвы 70 % НВ, колеблются от 4,5 до 5,0 %. При этом установлена тесная связь влажности почвы (X, %) и ККС (Y, %) трав, которая выражена уравнением: Y=—0,377X+ 12,44 (коэффициент корреляции r = —0,947...0,137). У разных травосмесей ККС при влажности почвы 70 % НВ колеблется от 2,5 до 4,5 %; при 85 % НВ — уменьшается до 3,0—3,2 %. Эти данные позволяют осуществлять оперативный контроль за влагообеспеченностью пастбищных травостоев по показателям ККС, определять сроки полива, принимать меры по поддержанию необходимого уровня увлажнения.
Требуется проводить 3—4 полива пастбищ при поддержании влажности почвы на уровне не ниже 70 % НВ, 7 поливов при 85 % НВ и 14 поливов при 100 % НВ. Поливные нормы колеблются от 23 до 31 мм, что достаточно для повышения влажности почвы на 18—20 %. Оросительная норма при режиме орошения 70 % НВ в 1,5 раза меньше, чем при 85 % НВ, и в 3 раза меньше, чем при 100 % НВ. При поддержании влажности почвы на уровне 70 % НВ в мае (в период формирования урожая первого стравливания) орошения, как правило, не требуется. Во время второго отрастания в средневлажные годы необходимо проводить один полив, в засушливые — два; во время третьего — два-три полива; четвертого — соответственно один и три полива; во время пятого отрастания в средневлажные годы орошения не требуется (так как травостой отрастает за счет естественных осадков), в засушливые годы необходим один полив. Во влажные годы за сезон проводят всего два полива, а в отдельные годы орошения не требуется благодаря обилию осадков. Обеспечение влажности почвы пастбищ на уровне 85 % НВ требует увеличения числа поливов в 3 раза по сравнению с режимом орошения при 70 % НВ. В сильно влажные годы для поддержания уровня влажности 85 % НВ поливы не требуются.
Для обеспечения влажности почвы культурных пастбищ Центрального района Нечерноземной зоны на уровне 70 % НВ поливы следует проводить нормами порядка 30 мм 2—9 раз за сезон, при 85 % НВ — 2—16 раз несколько меньшей поливной нормой (23 мм). Поддержание влажности дерново-подзолистой почвы в слое 0—40 см при 70 и 85 % НВ обеспечивает наличие в ней Продуктивной влаги соответственно 61 и 80 %; в черноземно-луговой почве — 55 и 78 %, что создает оптимальные условия для формирования агрофитоценоза. Режим орошения в пределах 100 % НВ на пастбищах требует организации множества поливов (до 32 за сезон), каждые 4—5 дней, что весьма затруднительно. Аэрация при этом ухудшается, из травостоя выпадают ценные травы, распространяется луговик дернистый. Режим орошения на уровне 55 % НВ также не обеспечивает должного формирования агрофитоценоза пастбищ.
Суммарное водопотребление (эвапотранспирацию Е, мм) пастбищных трав определяют методом водного баланса и рассчитывают по формуле
Е= P±∆W+M-O,
где Р — осадки; ∆W— изменение влагозапасов в почве;
оросительная норма;
М - оросительная норма; О — фильтрация.
С улучшением водообеспеченности травостоев при увеличении предполивной влажности почвы отмечается рост суммарного водопотребления. Величины суммарного водопотребления при режимах без орошения и при 55 % НВ, а также при 70 и 85 % НВ близки. Водопотребление при 100 % НВ составляет 555 мм, оно более чем на 10 % выше, чем при режиме увлажнения 70 % НВ. Потребление воды из почвы снижается с повышением уровня увлажнения. Суммарное водопотребление пастбищных травостоев определяется в основном метеорологическими факторами, неодинаковыми в разных почвенно-климатических зонах и в разные вегетационные периоды. Этим объясняется несовпадение размеров суммарного водопотребления травостоев пастбищ примерно одинаковой продуктивности. На долю осадков в суммарном водопотреблении агрофитоценозов пастбищ в Московской области приходится 80—70 % в естественных условиях увлажнения и при уровне 55 % НВ; при режимах 70 и 85 % НВ — порядка 60 %; при режиме 100 % НВ — 50 %.
Доля почвенной влаги без орошения и при 55 % НВ одинакова (21 %); при 70 % НВ — в 1,5 раза и 85 % НВ — в 2 раза меньше, чем без орошения. При режимах орошения 85 и 100 % НВ отмечена фильтрация глубже 1 м, которая в последнем варианте составляет около 12 % суммарного водопотребления. Это говорит о нецелесообразности применения режима орошения 100 % НВ. Доля оросительной воды в водопотреблении составляет 22 % при режиме 70 % НВ, 30 % - при 85 % НВ и 50 % - при 100 % НВ.
Коэффициенты водопотребления (KB) пастбищных трав в Московской области изменяются в зависимости от доз вносимых удобрений и режимов увлажнения. Установлена закономерность уменьшения KB при всех режимах увлажнения с повышением уровня минерального питания в 2,4—2,8 раза (в среднем от 154 мм на 1 т сухого вещества без удобрения до 47 мм при N360P270K270- Следовательно, применение удобрений позволяет более экономно расходовать влагу на формирование урожаев пастбищ. Коэффициенты водопотребления уменьшаются на всех уровнях минерального питания при режиме орошения до 70 % НВ, а затем увеличиваются (что указывает на непродуктивный расход воды) с повышением предполивной влажности почвы до 85 и 100 % НВ. Максимальный KB в варианте без орошения и без удобрения, а также высокие KB в вариантах без удобрений при всех режимах орошения обусловлены небольшой урожайностью из-за низкого плодородия почвы. Наиболее экономное расходование влаги (в том числе оросительной воды) отмечается при режиме 70 % НВ. Самый низкий коэффициент водопотребления при этом режиме орошения установлен в варианте N240P180K180 (52 мм на 1 т сухого корма).
Среднесуточное водопотребление травостоев. Водопотребление травостоев в периоды их формирования для всех стравливаний в естественных условиях увлажнения и при режиме 55 % НВ на 60,0—94,6 % обеспечивается за счет осадков. Доля почвенной влаги в водопотреблении снижается с весны (с 40 %) к осени и достигает минимума при формировании урожая четвертого стравливания (5,6—11,0 %). При режимах орошения 85 и 100 % НВ почвенная влага практически не используется, за исключением мая (33 %). Более того, при указанных режимах орошения идет пополнение влагозапасов почвы (отмечается фильтрация оросительной воды в нижележащие слои, которая при режиме орошения 85 % НВ равна 2—7 %, при 100 % НВ — 11,9— 14,3 %). Доля поливной воды в водопотреблении травостоев во время второго—пятого отрастания практически одинакова при режиме 85 % НВ (около 40 %). При 100 % НВ она составляет около 70 %, что указывает на напряженный режим орошения. Режим увлажнения 70 % НВ позволяет максимально использовать осадки и почвенную влагу, экономить оросительную воду.
Суммарное водопотребление при различных режимах увлажнения отражается на среднесуточном водопотреблении травостоев пастбищ. Наименьшее среднесуточное водопотребление отмечается во время формирования урожая первого цикла стравливания без орошения и при режиме 55 % НВ, наибольшее — при 100 % НВ. При формировании травостоя второго, третьего, четвертого и пятого стравливаний расход воды в сутки увеличивается с повышением уровня увлажнения (наименьший — без орошения и при 55 % НВ; наибольший — при 70, 85 и 100 % НВ). Значительное (4,0—4,4 мм) среднесуточное водопотребление отмечается во время отрастания травостоев второго и третьего стравливаний при режиме орошения 70 % НВ, максимальное — в период формирования урожая четвертого стравливания (4,8 мм) при 100 % НВ. Минимальный расход воды в сутки отмечен в условиях естественного увлажнения и режима 55 % НВ при отрастании травостоя пятого стравливания (2,6—2,7 мм).
Самый неравномерный суточный расход влаги по циклам стравливания отмечается при режиме без орошения, так как при этом водопотребление в основном зависит от запасов влаги в почве и осадков, которые выпадают неравномерно. Недостаток влаги в почве существенно ограничивает среднесуточное водопотребление травостоя в период формирования урожая во всех пяти отрастаниях при режиме увлажнения 55 % НВ. Среднесуточная эвапотранспирация пастбищ в среднем за вегетационный период возрастает с увеличением уровня увлажнения и составляет при режиме без орошения 3,0 мм, при 55 % НВ — 3,1, при 70 % НВ - 3,7, при 80 % НВ - 3,9 и при 100 % НВ - 4,3 мм. Таким образом, с увеличением нижнего порога предполивной влажности почвы возрастает расход воды в сутки на формирование урожая культурных пастбищ.