Wat is die dorsste? Watergebruik by akkerbougewasse

Plante is dors. Dit word geskat dat ongeveer 200 miljoen liter water per sekonde nodig is om kos vir die wêreld se bevolking te produseer. Dit is soortgelyk aan die hoeveelheid water wat uit die Amasone-rivier in die see vloei (Figuur 1). Die presiese breedte (80 km tot 180 km) van die rivier se monding word steeds gedebatteer weens die unieke geografie van die gebied. Die hoofkanaal van die rivier, tussen die eilande Curuá en Jurupari, is egter sowat 15 km wyd.

Water en landbou
As gevolg van die “dorstige natuur” van plante in landbou, is besproeiing verantwoordelik vir ongeveer 70% van alle water wat uit riviere en ondergrondse bronne onttrek word (FAO, 2021). “Dors” kan verwys na plantwaterverbruik of evapotranspirasie. Evapotranspirasie is die gesamentlike verdamping van water uit die bogrond en die klein openinge op die blare van plante, wat huidmondjies genoem word. Verdamping van water uit die bogrond dra nie by tot plantgroei nie en kan as onproduktief beskou word. Die produktiewe verlies van water uit landbougrond vind plaas wanneer water deur die huidmondjies verdamp, ’n proses wat bekend staan as transpirasie.

Akkerbougewasse kan 33 tot 325 huidmondjies per vierkante millimeter bevat (Tabel 1). Wanneer ’n plant water verloor deur die huidmondjies, neem dit atmosferiese koolstofdioksied op. As daar nie genoeg grondvog is nie, veral gedurende die vegetatiewe groeifase van die plant, sluit die huidmondjies. Dit beteken dat die plant nie koolstofdioksied kan opneem nie, wat lei tot verminderde fotosintese en plantgroei. Die groei van ’n plant kan gemeet word deur die totale droë gewig van sy blare, stamme en graan te bepaal, naamlik biomassa. Daar is ’n direkte verband tussen die hoe­veelheid water wat deur transpirasie verloor word en die biomassa wat geproduseer word. Hierdie verhouding staan bekend as “transpirasie-effektiwiteit” (kg/ha/mm).

Die transpirasie-effektiwiteit word beïnvloed deur weersomstandighede soos humiditeit, windspoed en temperatuur, wat basies die atmosferiese verdampingsaanvraag bepaal. Byvoorbeeld sal ’n mielieplant in Bloemfontein, wat droë weers­omstandighede het, meer water transpireer in vergelyking met dieselfde mielieplant in die humiede klimaat van Durban. Die transpirasie-effektiwiteit van ’n mielieplant sal dus laer wees in Bloemfontein as in Durban. Die atmosferiese verdampingsaanvraag word in die algemeen verteenwoordig deur die evapotranspirasie van ’n kort, groen gras (ET₀, mm/dag) sonder enige tekens van droogte­stremming. Daaglikse ET₀-waardes is beskikbaar by weerstasies oor die hele Suid-Afrika en word bereken vanaf daaglikse metings van temperatuur, windspoed en humiditeit.

Om die werklike waterproduktiwiteit van verskillende akkerbougewasse te vergelyk, moet die effek van atmosferiese verdam­pingsaanvraag in ag geneem word. Daaglikse transpirasie (Tr) word deur die daaglikse ET₀ gedeel om die effek van verdampings­aanvraag (klimaat) te normaliseer. Die reglynige verwantskap tussen die kumulatiewe genormaliseerde transpirasie** en kumula­tiewe biomassa (B) staan bekend as die genormaliseerde gewaswaterproduktiwiteit (WP*, Figuur 2) (Steduto et al., 2012).

WP* verteenwoordig dus die intrinsieke waterproduktiwiteit van akkerbougewasse en word uitgedruk in g/m² of kg/ha. Hierdie eenheid van waterproduktiwiteit kan misleidend wees, maar dit moet in ag geneem word dat die eenhede van transpirasie en ET₀ mekaar wiskundig kanselleer; dus word WP* uitgedruk in g/m² of kg/ha. Akkerbougewasse kan basies in twee groepe verdeel word volgens hul WP* (Figuur 2). Plante soos mielies, sorghum en suikerriet val onder C4-plante met ’n WP* van tussen 28 en 33 g/m². C3-plante soos koring, rys, gars, sojabone, katoen, grondbone en sonneblomme het ’n WP* wat wissel tussen 13 en 18 g/m². Dus, per millimeter transpirasie, genormaliseer vir die effek van atmosferiese verdampingsaanvraag, produseer C4-plante meer biomassa as C3-plante (* dui die genormaliseerde waarde aan).

Na blom en bestuiwing van die plant word slegs ’n deel van die geproduseerde bogrondse biomassa na reproduktiewe organe versprei om opbrengs (byvoorbeeld graan) te lewer. Die verhouding tussen graanopbrengs en bogrondse biomassa by fisiologiese volwassenheid of oes van die plant staan bekend as die oesindeks. Die maksimum oesindeks onder geen stremming word bepaal deur die genetiese samestelling van die plant (dit is gewas- en kultivarspesifiek).

’n Vermindering in opbrengs deur watertekorte word veroorsaak deur i) ’n afname in biomassaproduksie; en/of ii) deur ’n afname in oesindeks. Die impak van watertekorte op oesindeks hang af van die tydsberekening en graad van stremming. Een voorbeeld is wanneer die watertekort progressief toeneem soos die seisoen vorder, wat ook bekend staan as volgehoue tekortbesproeiing. Watertekorte ontwikkel dus stadig, wat tyd aan plante gee om aan te pas, hoofsaaklik in gronde met ’n hoë storingskapasiteit vir vog. Onder hierdie omstandighede kan biomassaproduksie afneem sonder enige impak op die oesindeks (Figuur 3).

Vir mielies, koring en sonneblom is daar onder volgehoue tekortbesproeiing geen afname in oesindeks gevind wanneer meer as omtrent 60% van die maksimum biomassa geproduseer word nie (Fereres & Soriano, 2007). Biomassa en oesindeks word in Figuur 3 uitgedruk relatief tot die waardes wat waargeneem is onder volle besproeiing (Farre & Faci, 2006; Soriano et al., 2002; Ilbeyi et al., 2006). Die 60%-punt kan varieer en word beïnvloed deur die tempo van ontwikkeling van watertekort, die grond se vogstoorvermoë en die atmosferiese verdam­pingsaanvraag. Die differensiële sensitiwiteit van oesindeks vir watertekorte in verskillende ontwikkelingsfases is ’n klassieke onderwerp in navorsing oor plant-waterverhoudings. Die bekende reaksie waar ’n watertekort tydens blom en bestuiwing die oesindeks en dus graanopbrengs verlaag, moet vermy word deur toepaslike besproeiingskedulering.

Wateropname deur wortels kry oor die algemeen nie veel aan­dag nie. In sommige gevalle is daar die persepsie dat worteldiepte nie belangrik is nie, aangesien die plant se waterbehoefte elke dag deur besproeiing voorsien kan word. Stygende elektrisiteitskoste en beurtkrag kan dalk hierdie siening verander. Figuur 4 wys die kumulatiewe wateropname as ’n persentasie van daaglikse evapotranspirasie oor gronddiepte vir mielies en koring. Wateropname is gemeet op drie verskillende dae gedurende die seisoen oor 24 uur deur Botha et al. (1983) op ’n sandleemgrond wat 500 mm diep losgemaak is (skeurploeg). Mielies het 76% en 83% van die daaglikse water oor ’n diepte van 1 m en 1,2 m opgeneem, respektiewelik. Koringwortels het 67% en 74% van die water oor ’n diepte van 1 m en 1,2 m opgeneem, respektiewelik. Die outeurs erken dat hierdie data verteenwoordigend is van ouer kultivars en ’n laer plantdigtheid, maar is van die opinie dat wateropname vanuit dieper grondlae (as wortels teenwoordig is) in die algemeen onderskat word.

Slotsom
Dit is belangrik om die “dors” van akkerbougewasse korrek te definieer:

• “Dors” as transpirasie: Gewasse soos koring, rys, gars, sojabone, katoen, grondbone en sonneblomme gebruik meer water per eenheid biomassa wat geproduseer word, genormaliseer vir die atmosferiese verdam­pingsaanvraag, in vergelyking met gewasse soos sorghum, mielies en suikerriet.
• “Dors” as evapotranspirasie: Agronomiese praktyke soos besproeiingskedule­ring, grondbewerking en plantdigtheid speel ’n belangrike rol in die verdamping van water uit die bogrond (naamlik evaporasie).

Iets om oor na te dink
Kan die gebruik van nuwe kultivars met kleiner plante lei tot ’n laer waterverbruik? Jarelange navorsing toon dat die reglynige verwantskap tussen kumulatiewe genormaliseerde transpirasie en kumulatiewe biomassa nie verander het nie. Teoreties beteken dit dat kleiner plante minder biomassa per eenheidoppervlak kan produseer en dus minder transpirasie tot gevolg het. Kleiner plante kan egter ook tot ’n hoër plantdigtheid lei, wat die totale biomassa per eenheidoppervlak en transpirasie dieselfde maak as by ouer kultivars. Daar is wel vooruitgang gemaak om die oesindeks van sekere gewasse te verhoog, wat beteken dat plante beter in staat is om die geproduseerde biomassa om te skakel in graanmassa.

* genormaliseerde waarde

Bronne

1. FAO. 2021. The state of the world’s land and water resources for food and agriculture – Systems at breaking point. Synthesis report 2021. Rome. https://doi.org/10.4060/cb7654en
2. Steduto P, Hsiao TC, Fereres E & Raes D. 2012. Crop yield response to water. FAO Irrigation and Drainage Paper No. 66.
3. Farreʹ I & Faci JM. 2006. Comparative response of maize (Zea mays L.) and sorghum (Sorghum bicolour L. Moench) to deficit irrigation in a Mediterranean environment. Agricultural Water Management 83, 135 – 143.
4. Soriano MA, Villalobos FJ & Fereres E. 2002. Stress timing effects on sunflower harvest index. In: Villalobos FJ, Testi L, eds. VII Congress of the European Society for Agronomy. Sevilla, Spain: JA, Consejerıa de Agricultura y Pesca, 141 – 142.
5. Ilbeyi A, Ustun H, Oweis T, Pala M & Benli B. 2006. Wheat water productivity and yield in a cool highland environment: effect of early sowing with supplemental irrigation. Agricultural Water Management 82, 399 – 410.
6. Fereres E & Soriano MA. 2007. Deficit irrigation for reducing agricultural water use. Journal of Experimental Botany 58, 147 – 159.
7. Botha FIP, Bennie ATP & Burger R Du T. 1983. Water use efficiency of irrigated crops as influenced by varying cultivation practices and root configurations. Water Research Commission, ISBN 0 86886 171 5, Pretoria, South Africa.
8. Ehlers W & Goss M. 2003. Water dynamics in plant production. CABI Publishing, Wallingford, Oxon, U.K.