Продуктивность чайного растения в значительной степени зависит от влажности почвы и воздуха. Большое количество осадков, выпадающих в субтропических районах Краснодарского края, не гарантирует полной обеспеченности растений влагой.
К тому же распределяются они по сезонам года крайне неравномерно: больше всего их выпадает осенью и зимой, тогда как весной и летом отмечаются длительные засушливые периоды. В районе Сочи за последние 25 лет засухи продолжительностью 30 дней и более повторялись 4 раза, свыше 50 дней — 3 раза, более 90 дней — один раз. Бездождевые периоды, длящиеся около 20—25 дней, отмечаются почти ежегодно. Результаты многолетних наблюдений показывают, что вероятность наступления засух во влажных субтропиках Краснодарского края достигает 50%. Различают три типа засух: атмосферную, почвенную и физиологическую.
Атмосферная характеризуется высокой температурой и низкой относительной влажностью воздуха. При почвенной засухе замедляется (или почти прекращается) поступление воды в корни растений, что сопровождается нарушением транспирации. При физиологической засухе растение лишено возможности обеспечить себя водой, хотя запасы ее в почве достаточны.
Особенно неблагоприятное действие на растения чая оказывает атмосферная засуха в сочетании с почвенной. Возникновение таких засух обычно связано с антициклонами, формирующимися в полярных или арктических массах воздуха, которые, как правило, содержат крайне мало влаги.
Сравнительно продолжительные засухи встречаются во всех чаепроизводящих районах СССР. По данным М. К. Дараселия (1949), М. М. Хамзаева и Д. Качибая (1957), даже в Аджарской АССР, где годовое количество осадков превышает 2400 м, засушливые периоды повторяются один раз в 4—5 лет. Весенне-летняя засуха приводит к серьезным нарушениям водного режима чайного растения. При резкой нехватке влаги закрываются устьица листьев, уменьшается доступ углекислоты, а иногда прекращается и фотосинтез. По наблюдениям Г. В. Лебедева (1961—1969), на неорошаемых чайных плантациях наблюдается подавление ферментативной активности растений. В прямой зависимости от количества и распределения осадков в течение вегетационного периода находится и урожайность чайного листа.
В засушливые периоды отмечаются значительные потери урожая чайного листа, которые могут восполниться лишь при регулярном орошении.
Особенно тяжело сказываются продолжительные засухи на молодых чайных плантациях (в возрасте до 5—7 лет). Температура почвы в отдельные жаркие дни в междурядьях несомкнутых шпалер повышается до 30—40°С (при влажности в верхнем корнеобитаемом слое ниже коэффициента увядания). Одновременно со снижением влажности почвы резко падает и вегетация чайного куста, которая в очень сухие годы при критической влажности совершенно прекращается.
Продолжительное отсутствие осадков в сочетании с высокой температурой воздуха и низкой влажностью почвы приводит к потере равновесия между поглощением и отдачей влаги. Чайные кусты впадают в состояние длительного увядания. Г. В. Лебедевым (1961) установлено, что при достаточном увлажнении почвы сосущая сила взрослых листьев чая находится в пределах 8—9 атм. При резком дефиците влаги она увеличивается до 15—17 атм.
В периоды особенно сильных засух на участках с бедными, неглубокими почвами отмечается сбрасывание листьев, высыхание однолетнего прироста, скелетных ветвей второго-третьего порядка, а в некоторых случаях и гибель растений. При длительных засухах в первую очередь подвергаются угнетению растения чая на южных и юго-западных склонах.
На степень повреждения чайных кустов оказывают влияние и типы почв. В этом смысле особенно неблагоприятны оподзоленные желтоземные почвы, распространенные на равнинах, пологих склонах и террасах приморской полосы. Почвы эти характеризуются бесструктурностью и подстилаются на небольших глубинах тяжелыми глинами и водонепроницаемыми слоями ортштейна.
В субтропических районах Краснодарского края в системе агротехнических мероприятий, направленных на обеспечение высоких и устойчивых урожаев чайного листа, особенно большое место принадлежит орошению, которое способствует активному росту молодых побегов в течение всего вегетационного периода.
Первые опыты НИИ горного садоводства и цветоводства по орошению чайных плантаций относятся к 1952—1957 гг. Исследования В. С. Лаврийчук, В. В. Воронцова, У. Г. Штеймана, Т. З. Цицишвили показали высокую эффективность этого приема в условиях субтропиков Краснодарского края. Необходимость орошения чайных плантаций обусловлена прежде всего значительными колебаниями водного режима почвы в течение вегетационного периода. С весны почва обычно бывает увлажнена до максимальных пределов. Затем в зависимости от погодных условий происходит резкое иссушение корнеобитаемых горизонтов почвы. Соответственно снижается и количество чайного листа, получаемого при каждом сборе.
При естественных условиях увлажнения среднесуточный расход влаги колеблется в пределах 3,33—4,47 мм, в летние месяцы он возрастает до 5—6 мм. В различные годы суммарная потребность в оросительной воде за вегетационный период составляет от 150 до 250 мм.
В поливном земледелии сроки, нормы и число поливов устанавливаются в зависимости от продолжительности засушливого периода, почвенных условий, глубины залегания корневой системы и грунтовых вод, возраста и состояния насаждений, крутизны склонов.
Оптимальными для чайных насаждений являются условия, способствующие поддержанию влажности почвы на уровне 80% предельной полевой влагоемкости (ППВ) и относительной влажности приземного слоя воздуха около 80% при температуре 22°С. По данным М. К. Дараселия (1949), И. И. Талаквадзе (1959), А. А. Али-Заде (1953, 1956), даже в сравнительно благоприятные по количеству осадков годы урожайность чая при орошении во влажных субтропиках Западной Грузии увеличивается на 25—30%, а в особенно засушливые годы — на 50—60%. В чаепроизводящих районах Азербайджана урожайность возрастает на 250—300%. В настоящее время в Дагомысском чайном совхозе орошается 261 га чайных плантаций. Примечательно, что в этом хозяйстве впервые в Советском Союзе орошение чайных плантаций начали проводить на склонах крутизной до 20—30° с подачей поливной воды на высоту 250—300 м над уровнем моря.
Орошение плантаций позволяет не только резко повысить валовой сбор чайного листа, но и его качество. В частности, установлено, что полив изменяет характер побегообразования, увеличивая выход наиболее ценных нежных флешей. На орошаемых плантациях Адлерского и Дагомысского чайных совхозов собирается на 15% меньше глухих побегов, чем на неполивных участках, соответственно увеличивается и масса молодых побегов, формируемых в условиях орошения. К примеру, средняя масса нормальных трехлистных побегов с поливного и неполивного участков составляет 0,61 и 0,44 г.
На чайных плантациях, расположенных на склонах гор, наиболее приемлемым способом орошения является дождевание, позволяющее резко уменьшить эрозионные процессы. Кроме того, искусственные капли дождя равномерно увлажняют не только почву, по и приземный слой воздуха, что благоприятно сказывается на побегообразовании. Вода при дождевании используется как поверхностью куста, так и внутренними элементами кроны. Важным преимуществом дождевания является его полная механизация, способствующая уменьшению оросительных норм.
Вначале орошение осуществлялось с помощью передвижных дальнеструйных дождевальных установок (ДДН-30С, ДДН-45С и др.), но они оказались мало приспособленными для работы на горных склонах, к тому же высокая интенсивность дождя (0,2—0,3 мм/мин) способствовала возникновению поверхностного стока и эрозии почв.
В дальнейшем для полива чайных плантаций стали использовать стационарные закрытые установки с естественным и искусственным напором и применять короткоструйные средне- и дальнеструйные насадки с большим радиусом действия.
Рост урожайности при орошении достигается прежде всего за счет более усиленного роста побегов, равномерного сбора листа и большей массы флешей. При орошении за счет пробуждения почек побегообразование усиливается именно в летний период, когда нехватка влаги в почве ощущается во всем корнеобитаемом слое. Орошение, проводимое в хозяйствах объединения, резко увеличило сбор листа даже на низкоурожайных плантациях, составляя от 500 до 800 кг; на мощных хорошо развитых плантациях прибавка урожая зеленого листа за счет орошения достигает 1100—1500 кг с 1 га. Так, на одном из участков четвертого отделения Дагомысского чайного совхоза урожайность без орошения составляла 5000 кг, а при орошении дождеванием 6500—7000 кг с 1 га. На обычных почвах, обладающих малой водоудерживающей способностью, прибавка урожая зеленого листа за счет орошения дождеванием достигает 600—800 кг.
Предельно проста схема оросительной сети в Дагомысском чайном совхозе. Насосная станция подает воду в два магистральных трубопровода, от которых через определенные расстояния отходят поливные трубопроводы. На каждом поливном трубопроводе одновременно работают 19 дождевальных аппаратов. Насосная станция оборудована тремя основными и одним резервным высоконапорными многоступенчатыми насосами с высотой подъема воды до 350 м.
Пуск агрегатов насосной станции и их остановка проводятся со щита управления при помощи программного устройства, которое позволяет управлять работой исполнительных механизмов в заранее заданных режимах орошения. При поломках или неисправностях программное устройство автоматически отключает оросительную систему, и она прекращает работу.
Выполнена оросительная система из цельнотянутых и электросварных труб, на которых установлены дождевальные аппараты, Трубопроводы питаются оросительной водой, подаваемой от насосных станций, расположенных в долинах рек. На 1 га орошаемой дождеванием площади требуется 300 м труб диаметром от 50 до 150 мм.
Общая производительность всех насосных станций, работающих на орошаемых, плантациях, в Дагомысском совхозе составляет 1400 м3 воды в 1 ч, а потребление электроэнергии — 1945 кВт/ч. Фактическая стоимость строительства оросительной сети на 1 га в среднем по совхозу составляет 5000 руб. За счет прибавки урожая зеленого листа (5—8 ц с 1 га) затраты на строительство 1 га сооружений окупаются в течение трех — пяти лет.
Технико-экономический анализ различных способов и технических средств орошения позволил установить, что в горных условиях наиболее рациональным является применение автоматического и импульсного синхронного дождевания.
В Дагомысском чайном совхозе на двух участках площадью 40 га в течение нескольких лет действуют установки синхронно-импульсного дождевания (СИД), обеспечивающие непрерывную в течение суток подачу воды на орошаемые плантации в соответствии с ее суточным расходом. Характерно, что подача воды на орошаемые участки осуществляется короткими импульсами одновременно на всей орошаемой площади через заданные промежутки времени (от 1,5 мин и более). Распределительный трубопровод системы импульсного дождевания рассчитан на расход воды не более 1 л/с, диаметр полив-пых трубопроводов 15—20 мм. Каждый аппарат за выстрел выбрасывает 15—18 л воды и при этом поворачивается на 6—8°. На 1 га устанавливают 7—8 аппаратов; при круглосуточной работе система импульсного дождевания может обеспечить водоподачу, равную количеству осадков до 6—7 мм в сутки.
При орошении плантации этим способом влажность почвы всегда находится на оптимальном уровне (85—90% ППВ). Относительная влажность воздуха при этом повышается, а температура понижается на 1—2°С. Физиологические исследования показали, что наблюдаемое при импульсном дождевании улучшение оводненности листьев и более активное протекание процессов дыхания и фотосинтеза приводят к усиленному росту молодых побегов чая и повышению урожайности.
Опыт эксплуатации синхронно-импульсных установок в хозяйстве выявил ряд недостатков данной системы. В связи с тем, что система работает в прерывистом режиме, насосно-силовое оборудование часто выходит из строя, так как многоступенчатые шахтные насосы не рассчитаны на прерывистые нагрузки. Кроме того, из-за кратковременности импульса дождевальные аппараты не поддаются должной регулировке. В настоящее время система СИД находится в стадии устранения технических недоработок для эксплуатации в горных условиях.
Одним из способов орошения является мелкодисперсное дождевание (аэрозольное увлажнение). Физическая сущность метода основана на увлажнении поверхности растений распыленной водой. При испарении нанесенная на лист вода снижает температуру листа на 6—12°С и прилегающего воздуха на 3—5°С, повышает его влажность на 20—40%, уменьшает дефицит влажности листьев чая на 4—7% и концентрацию клеточного сока на 2—3%.
Распылитель марки ТОУ-3 образует капли размером от 50 до 3000 мкм, расход воды на 1 га составляет 100—300 л/мин, длина факела активного распылителя от 70 до 150 м, в зависимости от скорости и направления ветра. За день эта установка может полить 16 га чайных плантаций.
Мелкодисперсное дождевание проводится 7—10 раз в день с 9—10 ч утра до 17—18 ч вечера с интервалом в 1 ч. Разовая поливная норма 0,5—1,0 м3 воды на 1 га.
В Дагомысском чайном совхозе на площади 20 га смонтирована стационарная установка для комбинированного мелкодисперсного полива с помощью распылителей на штангах и дождевания насадками Роса-3. Это позволяет экономить воду, электроэнергию и металл.
В зависимости от погодных условий сезона увлажнение проводится в течение 20—40 дней. Преимущества способа состоят в экономном расходовании воды, полной ликвидации опасности смыва почвы и эрозии, а также в более высокой урожайности плантаций по сравнению с контролем и поливом только стационарными системами.
Заметное влияние оказывало мелкодисперсное дождевание и на качество чайного листа; снижалась скорость огрубения, повышались его сортность и содержание дубильных веществ в побегах. Однако этот способ орошения ввиду технических сложностей пока не нашел широкого применения.
Весьма перспективна для получения высоких и устойчивых урожаев чайного листа и других многолетних насаждений система капельного полива, обеспечивающая значительную экономию воды, удобрений, инсектицидов и рабочей силы. Благодаря равномерному регулируемому поливу повышается урожайность сельскохозяйственных культур и полностью исключаются процессы эрозии на склонах. О высокой эффективности капельного орошения свидетельствуют многочисленные данные. По сообщению De Vemer и Voth (1970), при капельном орошении клубники расход воды в течение вегетационного периода был в 2 раза меньше, чем при орошении по бороздам. Аналогичные сведения приводят в своих работах Дейвис и Нельсон (1970), Brand (1965), Edlim (1976) и др. Метод капельного орошения, по данным ряда исследователей, в 1,5—2 раза повышает урожайность плодов лимона, персика, овощей, земляники, груши апельсина и других плодовых культур, при этом потребление азотных удобрений сокращается в несколько раз.
Система капельного полива очень проста по устройству и состоит из поливных пластмассовых трубопроводов с сопловыми трубками, куда вставляются капельницы. Насос системы снабжен фильтрами для очистки поступающей воды и клапаном, который регулирует постоянное давление. Подводящие трубопроводы соединены со смесителем удобрения, который в необходимое время подключается в поливную сеть.
Обязательным условием применения удобрений совместно с капельным поливом является их полная растворимость без всякого осадка, так как при использовании обычных удобрений капельницы быстро засоряются. В настоящее время наша промышленность выпускает хорошо растворимые формы удобрений, в состав которых входят в определенных пропорциях азот, фосфор и калий.
Во влажных субтропиках, где осадки выпадают крайне неравномерно, возможность составления длительных (на весь сезон) графиков орошения исключается. Тем не менее поливной режим должен обеспечивать интенсивное побегообразование флешей в течение всего вегетационного периода. Для расчета поливных норм, а следовательно, и сроков полива необходимо знать предельную полевую влагоемкость (ППВ), то есть количество влаги, удерживаемое почвой при максимальном ее насыщении водой, глубину корнеобитаемого (увлажняемого) слоя почвы, а также плотность и критическую влажность почвы.
Исследованиями НИИ горного садоводства и цветоводства (Бушин, 1975) установлены примерная плотность и предельная полевая влагоемкость для основных типов почв на чайных плантациях. В частности, плотность и ППВ бурых лесных ненасыщенных почв на красно-бурых глинах составляют соответственно 1,16 г/см3 и 34,3%, на желто-бурых глинах— 1,28 г/см3 и 27,6%, а аллювиальных почв на тяжелых глинах — 1,3 г/см3 и 28,6%.
С учетом названных параметров и погодных условий сезона для субтропических районов Краснодарского края ориентировочно определены следующие оросительные нормы (м3 на 1 га): в период сильных и продолжительных засух — 2500—4000, при средних засухах — 1500—1800, в сравнительно влажные годы — 1000—1200. Однако в каждом конкретном случае эти нормы требуют уточнения.
Институтом горного садоводства и цветоводства разработан простой и надежный способ установления оптимальных сроков полива чайных плантаций по концентрации клеточного сока в побегах и листьях чая, определяемой с помощью ручного рефрактометра Л. А. Филиппова. Для этого из молодых нежных побегов (флешей) чайного куста отжимается несколько капель клеточного сока, которые помещают в рефрактометр. По имеющейся шкале концентрации клеточного сока определяют сухость почвы и необходимость орошении плантации. При испытании в производственных условиях совхозов этот способ получил положительную оценку.
П. М. Бушиным (1977) сделаны расчеты поливных норм для орошаемых плантаций субтропических районов Краснодарского края с учетом нескольких уровней критической влажности почвы и воздуха.
В зависимости от силы засухи суммарная потребность в оросительной воде за вегетационный период может составлять в различные годы от 250 до 350 мм.
Расход влаги плантацией чая зависит от температурного режима, солнечной инсоляции, влажности почвы и воздуха, состояния растений и характера насаждений. На сомкнутых шпалерах испарение влаги с поверхности почвы в Сочи составляет 0,5—0,8 мм за световой день, или 78—86% от среднесуточного расхода. На изреженных плантациях непроизводительные потери за счет испарения с поверхности почвы возрастают до 4—5 мм в день.
На наличие зависимости менаду дефицитом влажности воздуха и сборами листа указывают Л. А. Филиппов и П. М. Бушин (1969). По их данным, оптимальные условия для растений чая обеспечиваются среднесуточными значениями дефицита влажности воздуха, не превышающими 5,5 мб, с максимально допустимыми отклонениями в жаркое время дня до 9 мб. При значениях дефицита выше 6,5 и 11 мб отмечается резкое замедление, а при длительном сохранении этих условий — полное прекращение ростовых процессов.
Самым важным элементом поливного режима, определяющим сроки и нормы поливов, является критический предел увлажнения почвы перед поливом. Дело в том, что для большинства сельскохозяйственных культур уровень предполивной влажности почвы является постоянным — в среднем он равен 70—80% ППВ (в зависимости от биологических фаз растений возможны небольшие колебания). Для культуры чая критическим уровнем влажности почвы является 80% ППВ, более низкие значения влажности указывают на необходимость проведения поливов.
При орошении крупных массивов чайных насаждений, расположенных на склонах, особенно большое значение приобретает автоматизация поливов, создающая оптимальные условия жизнедеятельности растений и полностью предотвращающая эрозию почвы. Организация таких поливов позволяет регулировать нормы и сроки их проведения, создавать необходимый микроклимат и, используя таким образом все ресурсы растений, получать максимальные урожаи при значительном снижении себестоимости. В настоящее время в Дагомысском чайном совхозе автоматизация поливов внедрена на площади 80 га.
Автоматизированная система управления поливом делает возможным орошение чайных плантаций как в импульсном (прерывистом) режиме, так и посредством непрерывного дождевания на стационарной закрытой оросительной сети. Кроме этого, она обеспечивает автоматическое управление насосными агрегатами, осуществляет контроль за технологическими параметрами (влажность почвы и приземного воздуха, температура воздуха, расход поливной воды, концентрация раствора минеральных удобрений, скорость ветра и т. д.), а также автоматическое (в зависимости от влажности приземного воздуха) или программное (в зависимости от заданных интервалов времени полива) переключение отдельных групп дождевальных аппаратов, полуавтоматическое приготовление раствора удобрений и автоматическое их дозирование, световую и звуковую сигнализацию при аварийном режиме.
Работа системы в автоматическом режиме осуществляется путем выделения трех главных управляемых параметров — приземный воздух, растение, почва. Всякие изменения температуры и влажности приземного слоя воздуха служат сигналом для включения или отключения системы. Благодаря этому влажность воздуха автоматически поддерживается на уровне 85% ППВ. Датчики влажности приземного слоя воздуха (гигристор АФИ) устанавливаются, как правило, на высоте 0,5 м от поверхности земли. Чайная плантация условно разбивается на пять контрольных участков. При отклонении влажности почвы от оптимальных значений автоматически устанавливается необходимое время полива — от 3 до 30 мин.
Датчик приземной температуры воздуха (терморезистор МТ-64) размещают на высоте 2 м от уровня земли. Система включается автоматически в жаркое время дня, когда температура воздуха достигнет 20 С. Для контроля за влажностью почвы используют датчики AM-11 (угольные), которые в количестве 5 штук закладывают в активном слое почвы на глубине 30—40 см на одном из контрольных участков, худшем по почвенным условиям.
Время полива устанавливается автоматически в зависимости от изменения влажности почвы. Если в процессе работы относительная влажность приземного воздуха на одном из контрольных участков будет находиться в заданных пределах, то система автоматически отключит этот участок от полива.
Организация оптимального режима орошения, как уже отмечалось, способствует не только росту продуктивности чайных плантаций, но и улучшению качества чая. Исследования Р. В. Воронцовой (1953), Петинова Н. С. и Г. В. Лебедева (1955), А. А. Имановой (1959) и М. А. Али-Заде (1960) показали, что при поливе содержание водорастворимых дубильных веществ в чайном листе заметно увеличивается.
Проводимыми в субтропических районах Краснодарского края систематическими исследованиями чайного листа с орошаемых участков установлено, что при поливе плантаций в чайном листе повышается содержание экстрактивных веществ и танина.
Из приведенных данных видно, что на поливных участках более высокое по сравнению с контролем содержание танина и экстрактивных веществ удерживается почти в течение всего сезона и только осенью с похолоданием их количество несколько уменьшается.
В засушливые периоды, при неблагоприятном водном режиме и высокой температуре воздуха, интенсивность дыхания выше, чем фотосинтеза, вследствие чего образование экстрактивных веществ снижается. Полив не только изменяет в корне условия фотосинтеза, но и одновременно усиливает активность ферментов, которые начинают действовать не в сторону гидролиза, а в сторону синтеза. Заметно активизируется при поливе фермент полифенолоксидаза, принимающий участие в образовании в чайном листе танинов. В растениях под влиянием орошения более активно протекает процесс превращения растворимых углеводов в более сложные вещества, постепенно переходящие в танин, наличие которого улучшает качество чайного листа и готового продукта.
Таким образом, орошение чайных плантаций наряду с химизацией и механизацией является важным агротехническим приемом, гарантирующим получение высоких и качественных урожаев чая.