47068

Министерство сельского хозяйства РФ Федеральное государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования «Мичуринский государственный аграрный университет»

Кафедра биологии растений и селекции плодовых культур

УТВЕРЖДЕНО протокол № 4

методической комиссии Плодоовощного института от 3 декабря 2007г.

Методическое указание

по выполнению лабораторно-практического задания на тему:

«Основные показатели водного режима растений и их использование в программировании урожайности сельскохозяйственных культур»

по дисциплине: Физиология и биохимия сельскохозяйственных растений

для студентов по специальностям:

110202-агрономия

110102-агроэкология

110202-плодоовощеводство и виноградарство

110204-селекция и генетика сельскохозяйственных растений

110302-технология производства и переработки сельскохозяйственной

продукции

Мичуринск - наукоград РФ

2008

PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

воды, отнесенную к парциальному объему воды в клетке, называют водным по- тенциалом (-ψв).

Химический потенциал (μ) чистой воды всегда выше химического потен- циала воды в клетке, поэтому величина водного потенциала всегда отрицатель- на.

Водный потенциал растений выражается в атмосферах, барах или паска-

лях (1атм=1,013бар=105Па).

Водный потенциал является алгебраической суммой следующих показа- телей:

-ψв = -ψ π + ψm+ ψp + ψξ ;

где -ψπ _- осмотический потенциал ψm - матричный

ψp - гидростатический ψξ - гравитационный

Осмотический потенциал (-ψπ) характеризует снижение активности воды частицами растворенного вещества. Поэтому его величина тоже отрицательна. Осмотический потенциал определяет силу, которая вызывает поступление воды в клетку.

Гидростатический потенциал (ψp) или потенциал давления имеет поло- жительное значение. При поступлении воды в клетке развивается гидростати- ческое давление. Клеточная оболочка растягивается и в свою очередь оказывает противодавление. Чем больше поступает воды в клетку, тем больше противо- давление. Вклад в величину водного потенциала матричного компонента и гра- витационного для наших растений не имеет большого значения. Таким обра- зом, водный потенциал (ψв) зависит, прежде всего, от концентрации осмотиче- ски действующих веществ - осмотического потенциала (-ψπ) и от потенциала давления (ψp). Это можно выразить следующим образом:

-ψв = (-ψ π)+ ψp

При разной оводненности клетки соотношение между компонентами это- го уравнения меняются. В состоянии плазмолиза или завядания вода не давит на клеточную оболочку. Противодавление клеточной оболочки (ψp) в этом слу- чае равно нулю, а водный потенциал равен осмотическому (-ψв = -ψ π). По мере поступления воды в клетку появляется противодавление клеточной оболочки. При полном насыщении клетки водой (тургорное состояние) осмотический по- тенциал полностью уравновешивается противодавлением клеточной оболочки, и водный потенциал становится равным нулю:

4

PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

9.Срезы растительных клеток погружены в 1М раствор сахарозы KNO3 и Ca(NO3)2. В каком растворе отмечен более сильный плазмолиз и почему? Дать объяснения.

10.Указать направление передвижения воды между клетками, если в первой клетке осмотический потенциал -14 атм, гидростатический потенциал +8атм., осмотический потенциал равен -10атм, а гидростатический +2 атм.

2.Показатели, характеризующие транспирацию растений

Воснове расходования воды растительным организмом лежит процесс испарения – переход воды из жидкого в парообразное состояние. Эта потеря воды растением называется транспирацией. Одной из важных характеристик

этого процесса является интенсивность транспирации – количество испарив- шейся воды в граммах на 1 м2 или 1см2 за один час. Обычно для большинства растений она в среднем составляет 15-250г на 1м2 днем и 1-20г на 1м2 ночью.

Продуктивность транспирации – количество граммов сухого вещества, образующегося при расходовании 1кг воды. Продуктивность транспирации у растений умеренного климата колеблется от 1 до 8г (в среднем 3г).

Транспирационный коэффициент показывает сколько воды, растение за- трачивает на построение единицы сухого вещества. Величина его у растений находится в пределах 125 – 1000, а средняя равна 300, например на 1т урожая затрачивается 300т воды.

Относительная транспирация – отношение интенсивности транспирации к интенсивности испарения со свободной водной поверхности (озеро, река, бо- лото и т.д.) при тех же условиях. Этот показатель характеризует способность растений регулировать транспирацию и обычно составляет 0,1 – 0,5, поднима- ясь иногда до 1 и, опускаясь у некоторых хорошо защищенных от потери воды листьев, до 0,01 и ниже.

Быстрота испарения (скорость использования водного запаса) - характе- ризуется количеством затраченной растением воды в единицу времени и выра- жается в процентах. Расход запаса воды колеблется от 10 до 80%.

Таким образом, бесперебойное снабжение растений водой и питательны- ми веществами ведет к существенным изменениям в работе листа: наблюдается значительный прирост сухой массы и листовой поверхности, а также синтези- руется максимальное количество органических веществ.

6

PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

Задание №2

1.За период вегетации яблоня накопила 5,2кг сухого вещества и испарила 1350кг воды. Определить продуктивности транспирации.

2.Продуктивность транспирации равна 4г/кг. Найти транспирационный ко- эффициент?

3.Транспирационный коэффициент равен 125мл/г. Найти продуктивность транспирации?

4.Дерево, имеющее листовую поверхность 12м2, испарило за 2 часа – 3кг во- ды. Чему равна интенсивность транспирации?

5.Растение, имеющее листовую поверхность 20дм2, испарило за 2,5 часа 40г воды. Чему равна интенсивность транспирации (в г/дм2 час).

6.Чему равен транспирационный коэффициент яблони, израсходовавшей за период вегетации 2т воды и накопившей за это время 10кг сухого вещест- ва?

7.Сколько воды испарит растение за 5мин, если интенсивность транспирации равна 120г/м2 час, а поверхность листьев – 240 см2?

8.Рассчитать величину относительной транспирации, если интенсивность испарения с открытой водной поверхности равна 60г/м2 час, а лист за 2 ча- са транспирировал 0,15г воды. площадь листовой поверхности 70м2?

3.Расчет запасов воды в почве, оросительных и поливных норм

Потребность растений в воде неодинаково в разные фазы их развития. Для каждой культуры существуют свои критические периоды, когда недостаток влаги в почве особенно сильно снижает урожай. Поэтому влажность почвы ре- гулируют поливами.

Поливная норма – количество воды, которое дают сельскохозяйственной культуре за один полив. Поливную норму выражают в кубических метрах воды на 1га площади, занятой культурой (м3/га).

Режим орошения сельскохозяйственных культур разрабатывают на осно- ве водного баланса орошаемого поля, т.е. соотношения прихода и расхода во- ды.

Основные приходные составляющие водного баланса – атмосферные осадки (1мм слоя воды равен 10м3. Это получается умножением слоя воды 1мм на площадь 1га, выраженную в м2, т.е. 0,001 х 10000 =10м3) и влага, посту- пающая в корнеобитаемый слой из грунтовых вод.

7

PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

Основные расходные составляющие водного баланса – транспирация во- ды растениями и физическое испарение с поверхности почвы (эвапорация). Оп- ределенные потери влаги связаны с поверхностным стоком талых вод и выпав- ших осадков, а также проникновением части воды до грунтовых вод (гравита- ционная вода).

Поскольку раздельный учет этих составляющих затруднен, на практике определяют суммарное водопотребление или суммарное испарение.

Суммарное водопотребление или эвапотранспирацию рассчитывают ба-

лансовым методом как разницу в содержании влаги в метровом слое почвы в начале и конце вегетации плюс приход воды с осадками и поливом.

Сезонное суммарное потребление полевых культур составляет 3000-4000 м3/га, яблони – 5000-6000 м3/га, среднесуточный расход влаги полевыми куль-

турами – 2,5-3,5 мм.

Для определения запасов воды в слое почвы надо знать её влажность и плотность. Его можно рассчитать по формуле:

W=a х d х h х 100,

где W - запас влаги, м3/га

a - влажность почвы в % к абсолютно сухой массе d - плотность почвы, г/см3 или т/м3

h – мощность слоя почвы, м

Коэффициент водопотребления (эвапотранспирационный коэффициент) рассчитывают как отношение суммарного расхода воды за вегетацию 1 га посе- вов (эвапотранспирацию) к созданной биомассе или хозяйственному урожаю и показывает, сколько воды затрачивается на формирование единицы урожая:

К= Е /Ухоз., м3/т, где

Ухоз – урожай хозяйственно-ценной продукции, т; Е – суммарный расход воды за вегетацию 1га посевов или посадок, м3;

Коэффициент водопотребления является специфичным для каждой куль- туры и в значительной степени зависит от почвенно-климатических факторов. Для зерновых культур в засушливые годы он может составлять 2000-2500, а во влажные – 400-600. Растение затрачивает на создание сухого вещества тем меньше воды, чем полнее удовлетворяются его потребности в других факторах жизнеобеспечения. Чем ниже уровень агротехники и почвенного плодородия, тем коэффициент водопотребления выше.

Суммарное водопотребление для планируемого урожая можно опреде- лить, используя коэффициент водопотребления и планируемую урожайность, по формуле:

8

PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

Е=Уплан х К

где Е - суммарное водопотребление, м3/га; У - планируемая урожайность, т/га; К – коэффициент водопотребления, м3/т;

Оросительная норма – количество воды, которую дают растениям за весь период вегетации на 1га. Её находят по уравнению водного баланса:

М=У х К – 10 х К0 х 0 –( ∆W – Wг ),

где М – оросительная норма, м3/га; У – планируемая урожайность, т/га;

К – коэффициент водопотребления, м3/га; 10 - коэффициент перевода осадков мм в м3/га;

К0 – коэффициент использования осадков (для учебных целей = 0,7); 0 – количество осадков выпавших за период вегетации;

∆W – доступный запас влаги в корнеобитаемом слое почвы, м3/га; Wг – количество влаги, оставшейся в корнеобитаемом слое.

Задание №3

1.Рассчитать сезонную потребность в поливной воде яблоневого сада при планировании урожая в 125 ц/га и коэффициенте водопотребления 45 м3/ц.

За вегетацию выпадает 250 мм осадков, а содержание доступной влаги в метровом слое составляет 2200 м3/га.

2.Рассчитать сезонную потребность в воде яблоневого сада при планируемом урожае в 135 ц/га и коэффициенте водопотребления 45 м3/ц. Определить возможность получения намеченного урожая при условиях, что за период

вегетации выпадает 280 мм осадков, а содержание продуктивной влаги весной в метровом слое 1950 м3/га.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1.Какие физиологические показатели наиболее точно определяют необ- ходимость полива?

2.Каковы средние значения сезонного водопотребления сельскохозяйст- венных культур?

3.Что такое поливная и оросительная нормы?

4.Какие факторы влияют на величину коэффициента водопотребления?

9

PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com