Дефицит орошения

Дефицитное орошение ( DI ) — это стратегия полива, которую можно применять с помощью различных методов орошения . Правильное применение DI требует глубокого понимания реакции урожайности на воду (чувствительность сельскохозяйственных культур к стрессу от засухи) и экономических последствий сокращения урожая. ^[1] В регионах, где водные ресурсы ограничены, фермеру может быть выгоднее максимизировать продуктивность использования воды для сельскохозяйственных культур, а не максимизировать урожай с единицы земли. ^[2] Сэкономленную воду можно использовать для других целей или для орошения дополнительных участков земли. ^[3]DI иногда называют неполным дополнительным орошением или регулируемым DI.

Определение

Дефицит орошения (DI) был рассмотрен и определен следующим образом:

Дефицитное орошение — это стратегия оптимизации , при которой орошение применяется на чувствительных к засухе стадиях роста сельскохозяйственных культур. Вне этих периодов орошение ограничено или даже не требуется, если осадки обеспечивают минимальный запас воды. Ограничение воды ограничивается засухоустойчивыми фенологическими стадиями, часто вегетативными стадиями и периодом позднего созревания. Таким образом, общий объем орошения не пропорционален потребностям в орошении на протяжении всего цикла выращивания сельскохозяйственных культур. Хотя это неизбежно приводит к стрессу растений из-за засухи и, как следствие, к потерям продукции, DI максимизирует производительность оросительной воды, что является основным ограничивающим фактором (English, 1990). Другими словами, DI направлен на стабилизацию урожайности и получение максимальной продуктивности воды для сельскохозяйственных культур, а не максимальной урожайности (Чжан и Овейс, 1999). ^[4]

Производительность воды для сельскохозяйственных культур

Продуктивность воды для сельскохозяйственных культур (WP) или эффективность использования воды (WUE) ^[5] Выраженный в кг/м³, это показатель эффективности , выражающий количество товарной продукции (например, килограммы зерна) по отношению к количеству ресурсов, необходимых для производства этой продукции (кубические метры воды). Вода, используемая для растениеводства, называется эвапотранспирацией сельскохозяйственных культур . Это сочетание воды, теряемой за счет испарения с поверхности почвы, и транспирации растениями, происходящих одновременно. За исключением моделирования , различить эти два процесса сложно. Репрезентативные значения ЭИВ для зерновых на уровне поля, выраженные через суммарное испарение в знаменателе, могут варьироваться от 0,10 до 4 кг/м3. ^[6]

Опыт дефицитного орошения

Эксперименты подтверждают, что для некоторых сельскохозяйственных культур дефицитное орошение (DI) может повысить эффективность использования воды без серьезного снижения урожайности. Например, для озимой пшеницы в Турции плановая DI увеличила урожайность на 65% по сравнению с озимой пшеницей при неорошаемом возделывании и удвоила эффективность использования воды по сравнению с озимой пшеницей, выращиваемой на неорошаемых и полностью орошаемых землях. ^[7] Аналогичные положительные результаты были описаны для хлопка. ^[8] Эксперименты в Турции и Индии показали, что использование оросительной воды для выращивания хлопка может быть сокращено до 60 процентов от общей потребности сельскохозяйственных культур в воде с ограниченными потерями урожая. Таким образом была достигнута высокая продуктивность воды и лучший баланс питательных веществ и воды.

Некоторые малоиспользуемые и садовые культуры также положительно реагируют на DI, например, проверенная на экспериментальном и фермерском уровне культура киноа . ^[9] Урожайность можно стабилизировать на уровне около 1,6 тонны с гектара, добавляя оросительную воду, если дождевая вода отсутствовала на стадии закладки растения и на репродуктивной стадии. Применение оросительной воды в течение всего сезона (полное орошение) снижало продуктивность воды. Также в виноградарстве и выращивании плодовых деревьев практикуется DI. ^[10]

Ученые, связанные со Службой сельскохозяйственных исследований (ARS) Министерства сельского хозяйства США, обнаружили, что экономия воды путем принудительной засухи (или дефицитного орошения) для растений арахиса в начале вегетационного периода приводит к раннему созреванию растения, но при этом сохраняет достаточный урожай урожая. . ^[11] Вызов засухи из-за дефицита орошения в начале сезона заставил растения арахиса физиологически «научиться» адаптироваться к стрессовой среде засухи, что позволило растениям лучше справляться с засухой, которая обычно возникает в конце вегетационного периода. Дефицитное орошение выгодно фермерам, поскольку оно снижает стоимость воды и предотвращает потерю урожая (определенных культур) на более поздних этапах вегетационного периода из-за засухи. В дополнение к этим выводам ученые ARS предполагают, что дефицитное орошение, сопровождаемое консервирующей обработкой почвы, значительно снизит потребность в воде арахиса. ^[12]

Для других культур применение дефицитного орошения приведет к снижению эффективности использования воды и урожайности. чувствительны к засухе в течение всего сезона Это тот случай, когда сельскохозяйственные культуры, например кукуруза, . ^[13]

Помимо университетских исследовательских групп и фермерских ассоциаций, международные организации, такие как ФАО , ИКАРДА , IWMI и Программа CGIAR Challenge по воде и продовольствию, изучают DI.

Причины повышения продуктивности воды при дефицитном орошении

Если у сельскохозяйственных культур есть определенные фенологические фазы, в которых они устойчивы к водному стрессу, DI может увеличить соотношение урожайности и потребления воды культурами ( эвапотранспирация ). ^[4] либо за счет уменьшения потерь воды за счет непродуктивного испарения , и/или за счетувеличение доли товарного урожая к общей произведенной биомассе (индекс урожая) и/или за счет увеличения доли общего производства биомассы в транспирации из-за закаливания урожая - хотя этот эффект очень ограничен из-за консервативного соотношения между производством биомассы и транспирация сельскохозяйственных культур, ^[14] - и/или из-за адекватного удобрений внесения ^[15] и/или избегая плохих агрономических условий во время роста сельскохозяйственных культур, таких как заболачивание корневой зоны, вредители и болезни и т. д. ^[16]

Преимущества

Правильное применение дефицитного орошения под определенную культуру:

максимизирует продуктивность воды, как правило, при соответствующем качестве урожая;
позволяет экономическое планирование и стабильный доход за счет стабилизации урожая по сравнению с богарным земледелием;
снижает риск некоторых заболеваний, связанных с высокой влажностью (например, грибков ) по сравнению с полным орошением;
снижает потери питательных веществ за счет выщелачивания корневой зоны, что приводит к улучшению грунтовых вод качества ^[17] и более низкие потребности в удобрениях , чем при выращивании при полном орошении; ^[18]
улучшает контроль над датой посева и продолжительностью вегетационного периода ^[19] независимо от начала сезона дождей и, следовательно, улучшает сельскохозяйственное планирование.

Ограничения

К дефицитному орошению применим ряд ограничений:

Крайне важно точно знать реакцию сельскохозяйственных культур на водный стресс. ^[20]^[21]
Должна быть достаточная гибкость в доступе к воде в периоды высокого спроса (чувствительные к засухе стадии урожая). ^[22]
Для сельскохозяйственных культур должно быть гарантировано минимальное количество воды, ниже которого DI не оказывает существенного положительного эффекта. ^[23]^[24]
Индивидуальный фермер должен учитывать выгоду для всего сообщества водопользователей (дополнительная земля может быть орошена сэкономленной водой), когда он сталкивается с урожайностью ниже максимальной;
Поскольку орошение применяется более эффективно, риск засоления почвы при ПИ выше, чем при полном орошении. ^[25]

Моделирование

Полевые эксперименты необходимы для правильного применения ДВ для конкретной культуры в конкретном регионе. Кроме того, моделирование водного баланса почвы и связанного с ним роста сельскохозяйственных культур (моделирование продуктивности воды для сельскохозяйственных культур) может быть ценным инструментом поддержки принятия решений . ^[26]^[27] Совместно моделируя влияние различных факторов влияния ( климат , почва , управление, характеристики сельскохозяйственных культур) на растениеводство, модели позволяют (1) лучше понять механизм повышения эффективности использования воды, (2) запланировать необходимые ирригационные мероприятия во время чувствительных к засухе стадиях роста сельскохозяйственных культур, принимая во внимание возможную изменчивость климата, чтобы (3) протестировать стратегии DI конкретных культур в новых регионах и (4) исследовать влияние будущих климатических сценариев или сценариев измененных методов управления на производство сельскохозяйственных культур.

См. также

Ссылки

^ Инглиш, М. (1990). Дефицит орошения. Я: Аналитическая основа. Дж. Ирриг. Осушать. Е.-ASCE 116, 399-412.
^ Феререс, Э., Сориано, Массачусетс (2007). Дефицитное орошение для сокращения использования воды в сельском хозяйстве J. Exp. Бот. 58, 147-158
^ Кипкорир, ЕС, Раес, Д., Лабади, Дж. (2001). Оптимальное распределение краткосрочных поливных ресурсов. Ирриг. Осушать. Сист. 15, 247–267.
^ Перейти обратно: ^а ^б Гертс С., Раес Д. (2009). Дефицитное орошение как внутрихозяйственная стратегия для максимизации продуктивности воды в засушливых районах. Сельское хозяйство. Водное управление 96, 1275-1284 гг.
^ Кийне, Дж.В., Баркер, Р., Молден, Д. (2003). Повышение продуктивности воды в сельском хозяйстве: обзор редактора. В: Кийне Дж.В., Баркер Р.М.Д. (ред.), Продуктивность воды в сельском хозяйстве: ограничения и возможности для улучшения. Архивировано 17 июля 2007 г. в Международном институте управления водными ресурсами Wayback Machine , Коломбо, Шри-Ланка, с. xi-xix.
^ Цварт, С.Дж., Бастианссен, WGM, (2004). Обзор измеренных значений продуктивности воды для орошаемой пшеницы, риса, хлопка и кукурузы. Сельское хозяйство. Управление водными ресурсами 69, 115–133.
^ Ильбейи А., Устун Х., Овейс Т., Пала М., Бенли Б. (2006). Продуктивность воды и урожайность пшеницы в прохладных горных условиях: эффект раннего посева с дополнительным орошением. Сельское хозяйство. Управление водными ресурсами 82, 399–410.
^ Раес Д., Гертс С., Вандерсипен К. (2008). Больше еды, меньше воды. В: Раймакерс Б. (ред.), Лекции для XXI века. Издательство Левенского университета, Левен, Бельгия, с. 81-101.
^ Гертс, С., Раес, Д., Гарсия, М., Вашер, Дж., Мамани, Р., Мендоса, Дж., Уанка, Р., Моралес, Б., Миранда, Р., Кусиканки, Дж. , Табоада Дж. (2008). Введение дефицитного орошения для стабилизации урожайности киноа ( Chenopodium quinoa Willd.'). Время. Ж. Агрон. 28, 427–436.
^ Шпреер, В., Онгпрасерт, С., Хегеле, М., Вюннше, Дж. Н., Мюллер, Дж. (2009). Урожайность и развитие плодов манго ( Mangifera indica L. сорт Чок Анан) при различных режимах орошения. Сельское хозяйство. Управление водными ресурсами 96, 574–584.
^ Министерство сельского хозяйства США, 2010 г.
^ «Новая сельскохозяйственная морщина может помочь производителям арахиса» . Служба сельскохозяйственных исследований Министерства сельского хозяйства США. 14 января 2010 г.
^ Панди, Р.К., Маранвилл, Дж.В., Адму, А. (2000). Дефицит орошения и влияние азота на кукурузу в условиях Сахеля. I. Урожайность зерна и составляющие урожая. Сельское хозяйство. Управление водой. 46, 1–13.
^ Стедуто, П., Сяо, Т.К., Феререс, Э., (2007) О консервативном поведении продуктивности воды из биомассы. Ирриг. наук. 25, 189–207.
^ Стедуто П., Альбрицио Р. (2005). Эффективность использования ресурсов подсолнечника, сорго, пшеницы и нута, выращенного в полевых условиях. II. Эффективность использования воды и сравнение с эффективностью использования радиации. Сельское хозяйство. Лесной Метеорол. 130, 269–281.
^ Перейра, Л.С., Овейс, Т., Заири, А. (2002). Управление ирригацией в условиях дефицита воды. Сельское хозяйство. Управление водными ресурсами 57, 175–206.
^ Юнлю М., Канбер Р., Сеньигит У., Онаран Х., Дайкер К. (2006). Капельное и дождевание картофеля ( Solanum tuberosum L.) в Средней Анатолии в Турции. Сельское хозяйство. Управление водными ресурсами 79, 43-71.
^ Панди, Р.К., Маранвилл, Дж.В., Четима, М.М., (2000). Дефицит орошения и влияние азота на кукурузу в условиях Сахеля. II. Рост побегов, поглощение азота и извлечение воды. Сельское хозяйство. Управление водой 46, 15-27.
^ Гертс С., Раес Д., Гарсия М., Мендоса Дж., Уанка Р. (2008). Индикаторы для количественной оценки гибкой фенологии киноа ( Chenopodium quinoa Willd. ) в ответ на стресс, вызванный засухой. Полевой урожай. Рез. 108, 150-156.
^ Сяо, TC, (1973). Реакция растений на водный стресс. Анну. Преподобный Физиол растений. 24, 519–570.
^ Кирда, К., (2002). График дефицитного орошения основан на стадиях роста растений, демонстрирующих устойчивость к водному стрессу. В: Продовольственная и сельскохозяйственная организация Объединенных Наций (ФАО) (ред.), Практика дефицитного орошения . Рим, Италия, с. 3-10.
^ Чжан, Х., (2003). Повышение продуктивности воды за счет дефицитного орошения: примеры Сирии, Северо-Китайской равнины и Орегона, США. В: Кийне Дж.В., Баркер Р., Молден Д. (ред.), Продуктивность воды в сельском хозяйстве: ограничения и возможности для улучшения. Архивировано 17 июля 2007 г. в Международном институте управления водными ресурсами Wayback Machine , Коломбо, Шри-Ланка, с. 301-309.
^ Чжан Х., Овейс Т. (1999). Водно-урожайные отношения и оптимальный график орошения пшеницы в Средиземноморском регионе. Сельское хозяйство. Управление водными ресурсами 38, 195–211.
^ Кан С., Чжан Л., Лян Ю., Ху X., Цай Х., Гу Б. (2002). Влияние ограниченного орошения на урожайность и эффективность использования воды озимой пшеницы на Лёссовом плато Китая. Сельское хозяйство. Управление водными ресурсами 55, 203–216.
^ Гертс С., Раес Д., Гарсия М., Кондори О., Мамани Дж., Миранда Р., Кузиканки Дж., Табоада К., Вашер Дж. (2008). Может ли дефицитное орошение стать устойчивой практикой для выращивания киноа ( Chenopodium quinoa Willd.) на Альтиплано Южной Боливии? Сельское хозяйство. Управление водой 95, 909-917.
^ Раес, Д., Стедуто, П., Сяо, Т.К., Феререс, Э. (2009) AquaCrop - Модель сельскохозяйственных культур ФАО для моделирования реакции урожайности на воду: II. Основные алгоритмы и описание программного обеспечения. Агрон. Дж. 101, 438–447.
^ Стедуто, П., Сяо, Т.К., Раес, Д., Феререс, Э. (2009). AquaCrop — Модель сельскохозяйственных культур ФАО для моделирования реакции урожайности на воду: I. Концепции и основополагающие принципы. Агрон. Дж. 101, 426–437.

Внешние ссылки

[1] Инглиш, М. (1990). Дефицит орошения. Я: Аналитическая основа. Дж. Ирриг. Осушать. Е.-ASCE 116, 399-412.

[2] Феререс, Э., Сориано, Массачусетс (2007). Дефицитное орошение для сокращения использования воды в сельском хозяйстве J. Exp. Бот. 58, 147-158

[3] Кипкорир, ЕС, Раес, Д., Лабади, Дж. (2001). Оптимальное распределение краткосрочных поливных ресурсов. Ирриг. Осушать. Сист. 15, 247–267.

[dx.doi.org-4] Перейти обратно: ^а ^б Гертс С., Раес Д. (2009). Дефицитное орошение как внутрихозяйственная стратегия для максимизации продуктивности воды в засушливых районах. Сельское хозяйство. Водное управление 96, 1275-1284 гг.

[5] Кийне, Дж.В., Баркер, Р., Молден, Д. (2003). Повышение продуктивности воды в сельском хозяйстве: обзор редактора. В: Кийне Дж.В., Баркер Р.М.Д. (ред.), Продуктивность воды в сельском хозяйстве: ограничения и возможности для улучшения. Архивировано 17 июля 2007 г. в Международном институте управления водными ресурсами Wayback Machine , Коломбо, Шри-Ланка, с. xi-xix.

[6] Цварт, С.Дж., Бастианссен, WGM, (2004). Обзор измеренных значений продуктивности воды для орошаемой пшеницы, риса, хлопка и кукурузы. Сельское хозяйство. Управление водными ресурсами 69, 115–133.

[7] Ильбейи А., Устун Х., Овейс Т., Пала М., Бенли Б. (2006). Продуктивность воды и урожайность пшеницы в прохладных горных условиях: эффект раннего посева с дополнительным орошением. Сельское хозяйство. Управление водными ресурсами 82, 399–410.

[8] Раес Д., Гертс С., Вандерсипен К. (2008). Больше еды, меньше воды. В: Раймакерс Б. (ред.), Лекции для XXI века. Издательство Левенского университета, Левен, Бельгия, с. 81-101.

[9] Гертс, С., Раес, Д., Гарсия, М., Вашер, Дж., Мамани, Р., Мендоса, Дж., Уанка, Р., Моралес, Б., Миранда, Р., Кусиканки, Дж. , Табоада Дж. (2008). Введение дефицитного орошения для стабилизации урожайности киноа ( Chenopodium quinoa Willd.'). Время. Ж. Агрон. 28, 427–436.

[10] Шпреер, В., Онгпрасерт, С., Хегеле, М., Вюннше, Дж. Н., Мюллер, Дж. (2009). Урожайность и развитие плодов манго ( Mangifera indica L. сорт Чок Анан) при различных режимах орошения. Сельское хозяйство. Управление водными ресурсами 96, 574–584.

[11] Министерство сельского хозяйства США, 2010 г.

[12] «Новая сельскохозяйственная морщина может помочь производителям арахиса» . Служба сельскохозяйственных исследований Министерства сельского хозяйства США. 14 января 2010 г.

[13] Панди, Р.К., Маранвилл, Дж.В., Адму, А. (2000). Дефицит орошения и влияние азота на кукурузу в условиях Сахеля. I. Урожайность зерна и составляющие урожая. Сельское хозяйство. Управление водой. 46, 1–13.

[14] Стедуто, П., Сяо, Т.К., Феререс, Э., (2007) О консервативном поведении продуктивности воды из биомассы. Ирриг. наук. 25, 189–207.

[15] Стедуто П., Альбрицио Р. (2005). Эффективность использования ресурсов подсолнечника, сорго, пшеницы и нута, выращенного в полевых условиях. II. Эффективность использования воды и сравнение с эффективностью использования радиации. Сельское хозяйство. Лесной Метеорол. 130, 269–281.

[16] Перейра, Л.С., Овейс, Т., Заири, А. (2002). Управление ирригацией в условиях дефицита воды. Сельское хозяйство. Управление водными ресурсами 57, 175–206.

[17] Юнлю М., Канбер Р., Сеньигит У., Онаран Х., Дайкер К. (2006). Капельное и дождевание картофеля ( Solanum tuberosum L.) в Средней Анатолии в Турции. Сельское хозяйство. Управление водными ресурсами 79, 43-71.

[18] Панди, Р.К., Маранвилл, Дж.В., Четима, М.М., (2000). Дефицит орошения и влияние азота на кукурузу в условиях Сахеля. II. Рост побегов, поглощение азота и извлечение воды. Сельское хозяйство. Управление водой 46, 15-27.

[19] Гертс С., Раес Д., Гарсия М., Мендоса Дж., Уанка Р. (2008). Индикаторы для количественной оценки гибкой фенологии киноа ( Chenopodium quinoa Willd. ) в ответ на стресс, вызванный засухой. Полевой урожай. Рез. 108, 150-156.

[20] Сяо, TC, (1973). Реакция растений на водный стресс. Анну. Преподобный Физиол растений. 24, 519–570.

[21] Кирда, К., (2002). График дефицитного орошения основан на стадиях роста растений, демонстрирующих устойчивость к водному стрессу. В: Продовольственная и сельскохозяйственная организация Объединенных Наций (ФАО) (ред.), Практика дефицитного орошения . Рим, Италия, с. 3-10.

[22] Чжан, Х., (2003). Повышение продуктивности воды за счет дефицитного орошения: примеры Сирии, Северо-Китайской равнины и Орегона, США. В: Кийне Дж.В., Баркер Р., Молден Д. (ред.), Продуктивность воды в сельском хозяйстве: ограничения и возможности для улучшения. Архивировано 17 июля 2007 г. в Международном институте управления водными ресурсами Wayback Machine , Коломбо, Шри-Ланка, с. 301-309.

[23] Чжан Х., Овейс Т. (1999). Водно-урожайные отношения и оптимальный график орошения пшеницы в Средиземноморском регионе. Сельское хозяйство. Управление водными ресурсами 38, 195–211.

[24] Кан С., Чжан Л., Лян Ю., Ху X., Цай Х., Гу Б. (2002). Влияние ограниченного орошения на урожайность и эффективность использования воды озимой пшеницы на Лёссовом плато Китая. Сельское хозяйство. Управление водными ресурсами 55, 203–216.

[25] Гертс С., Раес Д., Гарсия М., Кондори О., Мамани Дж., Миранда Р., Кузиканки Дж., Табоада К., Вашер Дж. (2008). Может ли дефицитное орошение стать устойчивой практикой для выращивания киноа ( Chenopodium quinoa Willd.) на Альтиплано Южной Боливии? Сельское хозяйство. Управление водой 95, 909-917.

[26] Раес, Д., Стедуто, П., Сяо, Т.К., Феререс, Э. (2009) AquaCrop - Модель сельскохозяйственных культур ФАО для моделирования реакции урожайности на воду: II. Основные алгоритмы и описание программного обеспечения. Агрон. Дж. 101, 438–447.

[27] Стедуто, П., Сяо, Т.К., Раес, Д., Феререс, Э. (2009). AquaCrop — Модель сельскохозяйственных культур ФАО для моделирования реакции урожайности на воду: I. Концепции и основополагающие принципы. Агрон. Дж. 101, 426–437.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]

[10]

[11]

[12]

[13]

[14]

[15]

[16]

[17]

[18]

[19]

[20]

[21]

[22]

[23]

[24]

[25]

[26]

[27]