Водный режим почвы и его регулирование

Грунтовая вода имеет большое значение как для жизнедеятельности растений и микроорганизмов, так и для многих физических и химических процессов в почве. В растительном организме ее содержится 75-90%. С поступлением и движением воды в растении связаны все ее жизненные процессы. При наличии воды, воздуха и тепла семена растений бубнявие и прорастает, растет ткани, поступают в растение и перемещают в ней питательные элементы, происходит фотосинтез и образуются новые органические вещества.

В жаркую погоду вода предотвращает гибель растений. Перемещаясь через растение, она охлаждает и повышает устойчивость ее против высоких температур. Вода поддерживает тургор клеток, размещает по отдельным ее органах продукты ассимиляции. С помощью воды происходит корневое питание растений. Она регулирует рост и развитие растений. Недостаток ее приводит к недобору урожая, вызывает угнетение, а иногда и гибель растений. Однако и избыток воды также негативно влияет на большинство сельскохозяйственных растений, за исключением риса и других вологолюбив.

Растениям вода нужна от посева семян и до окончания формирования урожая. Использовать воду растение начинает от набухания семян. Количество ее для нормального прорастания неодинакова для разных сельскохозяйственных культур (табл. 1).

Однако суммарный расход влаги для прорастания семян незначительна. Как видно из приведенных данных, уже на первых этапах жизни растения разных видов тратят неодинаковое количество воды. Аналогичное наблюдается и в последующие периоды их жизни. Период наибольшей потребности растений в воде, когда нехватка ее резко снижает урожайность, называют критическим. В озимых и яровых зерновых колосовых этот период приходится на выход в трубку - колошения, кукурузы - цветение - молочная спелость, зернобобовых и гречихи - цветение, подсолнечника - образование корзины, картофеля - цветение - клубнеобразование.

Общие расходы влаги на создание единицы сухих веществ растений называют Транспирацийний коэффициентом, который в значительной степени зависит от вида и биологических особенностей растений, а также от условий выращивания культуры (табл. 2).

Приведенные в таблице данные свидетельствуют, что транспирационный коэффициент имеет лишь относительное значение для сравнения потребности во влаге разных культур. Величина его зависит не только от вида растений, но и от экологических условий, в которых растения выращиваются, то есть от грунтовых и метеорологических условий. Испарения напрямую зависит от величины относительной влажности воздуха, которая связана с количеством водяного пара в воздухе и температурой. Поэтому при сухой погоде транспирационный коэффициент повышается, при влажной, наоборот, снижается. В общем комплексе метеорологических условий на величину Транспирацийний коэффициента влияют, кроме относительной влажности воздуха, ветер и солнечный свет. Установлено, что на солнечном свете растения транспирують более энергично, в связи с чем растения, растущие по краям поля, испаряют большее количество воды, чем те, которые находятся в середине поля.

С грунтовых условий, влияющих на транспирацию, большое значение имеет обеспеченность растений элементами питания. Внесение удобрений обеспечивает более рациональное использование запасов почвенной влаги. Так, в опытах академика Д. Н. Прянишникова транспирационный коэффициент овса, выращенного в вегетационных сосудах, составляет:

Таблица 1

Количество воды, необходимой для прорастания семян различных культур,

% От их массы

Таблица 2

Транспирацийний коэффициенты различных сельскохозяйственных культур

Более рациональное использование воды культурными растениями при одновременном обеспечении их достаточным количеством элементов питания (и другими факторами жизни) имеет важное производственное значение. Это подтверждает одна из основных тезисов научного земледелия, согласно которому максимальная эффективность любого фактора и агротехнического мероприятия наблюдается только при оптимальном обеспечении растений другими жизненными условиями.

Транспирацийний коэффициент заметно меняется для одной и той же растения в рамках различных сортов и разновидностей. Однако величина Транспирацийний коэффициента характеризует лишь одну сторону в использовании воды растениями - расход воды. Но водный баланс предполагает и поступления ее. Растение, имеющее иногда высокий транспирационный коэффициент, может, по сравнению с растением, у которого этот показатель ниже, иметь большее количество воды. Это характерно для растений с глубокой корневой системой, которая способна впитывать воду из глубоких слоев почвы. Так, в частности, люцерна имеет высокий транспирационный коэффициент, но может хорошо развиваться и в условиях засухи в связи с тем, что имеет мощную корневую систему, которая впитывает воду из большого объема почвы.

Способность овсюга подавлять овес, особенно в засушливые годы, в значительной мере обусловлена медленным развитием корневой системы последнего. Более поздние культуры, развивающиеся во второй половине лета, - кукуруза, сорго, суданская трава - имеют особенно глубокую корневую систему. С помощью ее они используют в течение первой половины лета влагу из более глубоких слоев почвы, сильнее высушивают, чем ранние культуры, а во второй половине лета они используют почвенную влагу осадков. В засушливой зоне все меры, позволяющие растениям быстрее развить корневую систему и проникнуть в глубину (глубокая вспашка, ранний сев и др.), Обеспечивают растения водой из более глубоких слоев почвы.

Недостаточное количество воды в почве вызывает временное или длительное увядание растений. При значительном недостатке воды в листьях нарушается биохимическая деятельность растений. Прежде всего происходит гидролиз углеводов с образованием сахарозы и разложение белков. Вследствие таких биохимических процессов растения теряют способность к фотосинтезу.

Влажность почвы на полях, занятых культурными растениями, снижается не только за счет транспирации растений, но и в результате испарения воды с поверхности почвы. Особенно заметна потеря воды через испарение с поверхности почвы наблюдается в начале вегетации, когда молодые растения транспирують ограниченное количество влаги.

Сельскохозяйственные культуры могут страдать не только от недостатка, но и от избытка влаги в почве. Переувлажнение почвы приводит недостаток кислорода, необходимого в почвенном воздухе для нормального функционирования корневой системы растений. Кроме того, происходит угнетение жизнедеятельности аэробных бактерий, где-нитрофикации нитратов и ретраграция фосфатов. Длительное застой воды в блюдцах вызывает вымокание озимых культур.

Обеспеченность культурных растений влагой в разных районах зависит не только от количества осадков, но и от величины испарения воды из почвы. Эта величины зависит во многом от температуры воздуха и почвы. Г. Т. Селянинов предложил формулу для определения обеспеченности осадками:

где А - сумма осадков за вегетационный период или часть его, мм;

- Сумма активных (выше 10 ° С) температур за тот же период, градусов;

10 - коэффициент. Этот показатель является гидротермическим коэффициентом (ГТК), который показывает отношение суммы осадков за вегетационный период (положительные температуры в пределах от 10 ° С) в мм до 0,1 суммы температур за этот период.

Соответствующие показатели величины Р уровне: при 0,5 - очень сухо; при 1 - засушливо; при 1,5 - влажно; при 2 - избыточное увлажнение.

Большое значение для формирования урожая культурных растений имеет распределение осадков во времени. Сумма осадков за весну и первую половину лета, то есть за период, в течение которого культурным растениям особенно нужна влага, весьма ограничено.

Установлено, что величина Транспирацийний коэффициента зависит от осмотического давления почвенного раствора и от структуры почвы. С уменьшением пылевых частиц в почве величина Транспирацийний коэффициента уменьшается. При улучшении структуры почвы усиливается жизнедеятельность аэробных бактерий, которые разлагают органическое вещество, повышается содержание минеральных веществ в почвенном растворе, а это увеличивает осмотическое давление почвенного раствора, в результате чего снижается транспирационный коэффициент у растений.

Кроме погодных условий, решающее значение для обеспечения культурных растений водой имеют физические свойства почвы, в частности его строение, плотность, гранулометрический состав и характер поверхности. Они определяют не только общий запас воды, но и подвижность и скорость перемещения ее в почве (табл. 3).

Влияние гранулометрического состава, в частности, проявляется в том, что песчаные почвы высыхают быстрее, теряют воду через испарение. Такие почвы удерживают меньше воды, чем суглинистые и глинистые. Однако недоступна количество влаги для растений в песчаных почвах минимальная по сравнению с суглинистых и глинистых. Благодаря этому на песчаных и супесчаных почвах растения легче переносят засуху.

На содержание в почве воды заметно влияет форма испарительной поверхности. Чем она ровнее, тем меньше испаряется влаги.

Таблица 3

Зависимость водоподъемной способности почв от гранулометрического состава

(по данным В. А. Ковда)

Гребениста поверхность, образовавшуюся после вспашки, обуславливает значительную потерю почвенной влаги. Испарение воды особенно усиливается на почвах с гребенистою и брилистою поверхностью под действием силы ветра.

Содержание воды в почве зависит также от экспозиции земельного участка. Установлено, что если крутизна склона составляет 15 °, а величина выпаренной влаги с южного склона - 100%, тогда на восточном склоне испарения уменьшится до 86%, на западном - до 84, а на северном - даже до 70%.

На содержание влаги в почве заметно влияет рельеф. На возвышенных местах влага испаряется интенсивнее, чем на пониженных, поскольку в первом случае происходит более усиленная циркуляция атмосферного воздуха.

Водный режим почвы - это совокупность явлений поступления воды в почве, ее перемещения, хранения, изменений физического состояния и расхода из почвы.

Одним из факторов водного режима культурных растений в разных зонах есть состав местной флоры. Здесь следует иметь в виду положительное влияние леса, находящегося вблизи полей. Он задерживает весенние воды и ливневые осадки, снег на полях и способствует медленному его таянию; уменьшает интенсивность эрозии; повышает содержание водяного пара в атмосферном воздухе; уменьшает транспирацию культурных растений и испарение с поверхности почвы.

Количественное поступления воды в почву и ее издержки представляют собой водный баланс, а количеством выражены элементы водного режима являются, соответственно, элементами водного баланса. Он является итогом, который вычисляет начальные и конечные запасы влаги в почве и все источники поступления и расходов влаги в почве за определенный период.

Баланс воды в корнеобитаемом слое определяется климатическими и погодными условиями, свойствами почвы и его строением при обработке, а также биологическими особенностями растений, в частности их корневой системы.

Основными источниками поступления воды в корнеобитаемом слой являются атмосферные осадки, а также подпочвенные воды при неглубокого их залегания. Значительно меньшее значение в балансе корнеобитаемого слоя почвы играет вода, образующаяся при конденсации водяного пара, которые поступают из атмосферы и из глубоких слоев почвы.

Главными составляющими расходной части баланса влаги является сток ее за пределы корнеобитаемого слоя, испарения в атмосферу и использования растениями.

Учитывая основные источники поступления и расходов влаги в почве, общее уравнение водного баланса можно выразить такой формулой (по И. И. Назаренко):

где В ₀ - запасы влаги в начале наблюдений; В _с - сумма осадков за весь период наблюдений; В _г - количество влаги, поступившей из грунтовых вод; В _п - количество влаги, которая поступила из водяного пара;

В _н - количество влаги, которая поступила в результате поверхностного притока воды; В _бы - количество влаги, которая поступила от бокового притока грунтовых вод; Е _в - количество воды, которая испарилась с поверхности почвы за весь период наблюдений;

Е _т - количество воды, которая потратилась на транспирацию;

В _и - влага, инфильтрувалась в глубинные горизонты почвы;

В _пс - количество воды, которая потерялась в результате поверхностного стока;

В _д - запас влаги в почве в конце периода наблюдений.

Величины левой части уравнения - прибыльные источники баланса, правой части - затратные.

При расчетах водного баланса запасы воды в почве рассчитывают для каждого генетического горизонта (потому, что они отличаются по плотности и влажности почвы), а затем суммируют по исследуемой глубине. Запас влаги в горизонтах выражают в т / га или м ³ / га и рассчитывают по формуле

где C _w - запас воды, т / га;

W - полевая влажность почвы,%;

d - равновесная плотность почвы, т / м ^3;

h - толщина слоя почвы, м.

Для изучения водного режима почвы в земледелии используют такие водно-физические константы: полная влагоемкость (ПВ) наименьшая (полевая) влагоемкость (НВ) влажность разрыва капиллярного связи (ВРК) влажность увядания (ВВ) влажность устойчивого увядания (ВСВ) максимальная гигроскопичность (МГ); максимальная адсорбционная влагоемкость (МАВ).

По подвижностью в почве влагу делят на легкорухому, середньорухому, малоподвижную и неподвижную.

Различают следующие категории доступности воды для растений: чрезмерная (в почве недостаток О ₂₎ легкодоступная; середньодоступна; труднодоступна; очень труднодоступна и недоступна.

Ее регулирование осуществляется по двум основным направлениям: борьба за накопление возможно большего количества воды и сохранения ее запасов в почве в районах с недостаточным и неустойчивым увлажнением; борьба с переувлажнением на местностях, обладающих избыточным увлажнением почвы.

Мероприятия по накоплению и сохранению воды в почве должны быть направлены на повышение водопроникливости, уменьшение водоподъемной и испарительной способности почвы. В процессе водопроницаемости различают два этапа: поглощение воды до насыщения почвы и фильтрацию. Поглощение воды зависит не только от действия силы тяжести, но и от всасывающей силы почвы. Размер последней силы тем меньше, чем больше влажность почвы.

Максимальной водопроницаемостью характеризуются почвы, имеют водоупорную грудочкувату структуру. Кроме того, на величину водопроницаемости влияет строение почвы, величина набухания, состав поглощающий оснований, наличие щелей, ходов червей и др. Чем выше строение почвы, в частности чем больше соотношение между объемом больших и малых грунтовых пор, тем выше водопроницаемость. Связь между набуханием почвы и его водопроницаемостью обратной, то есть чем больше первая величина, тем меньше друга, поскольку резко уменьшается некапиллярная пористость почвы. Влияние состава поглощенных оснований проявляется в том, что чем больше в почвенном впитывающим комплексом катионов кальция и магния, тем больше величина водопроницаемости. Увеличение в почвенном профиле ходов червей, корней, а также трещин заметно влияет на повышение водопроницаемости. Поэтому, регулирования водопроницаемости почвы надо сводить к улучшению структуры и строения почвы.

Вода, поднимается к поверхности почвы как в жидком, так и парообразном состоянии, испаряется в атмосферу в виде водяного пара. Вода из почвы испаряется постоянно. Это объясняется тем, что плотность водяного пара равна 0,662 плотности воздуха, в результате чего почвенный воздух, насыщенный влагой, как более легкое направляется вверх.

Многолетними исследованиями установлено, что можно значительно уменьшить испарение воды из почвы путем создания одного или двух уплотненных слоев на некоторой глубине от поверхности почвы. Послойное уплотнение грунта должно достигать 30-40% объемной массы остальных разрыхленной части пахотного слоя. В связи с этим при регулировании испарения необходимо заботиться об улучшении не только структурного состояния, но и строения почвы.

Структурное состояние и строение почвы улучшают соответствующим механическим обработкой его внесением органических (особенно сидеральных) удобрений, проведением мелиоративных мероприятий. Много влаги из почвы потребляют и сорняки, поэтому их необходимо систематически уничтожать.

Грунт увлажняется с помощью комплекса мер, прежде всего орошения. Большое значение его заключается в том, что в засушливых районах возможно обеспечение водой культурных растений в течение вегетационного периода и в частности в критические периоды, когда возникает наибольшая в ней потребность.

На неорошаемых землях в Лесостепи и Степи большое значение для улучшения увлажнения почвы и для борьбы с водной эрозией имеет рациональное использование зимних осадков и стока весенних талых вод. Например, в Лесостепи и Степи сток весенних вод достигает 70% зимних осадков, то есть 400-800 м ³ / га.

Для задержания и накопления снега на полях применяют летние посевы кулисных растений (подсолнечника, кукурузы, сорго и др.) И делают снежные валы снежными плугами-валкообразователь. При плотности снега 0,3 г / см ³ слой снега высотой 10 см обеспечивает около 300 м ³ / га воды. Для рационального использования зимних осадков и местного стока весной применяют следующие меры: полицево и безотвальной вспашку поперек склона, коньковая вспашку, бороздование поперек склонов; щелевание на глубину до 60-65 см и расстоянием между щелями 3-5 м поперек склона и др. Важным для рационального использования влаги и борьбы с эрозией является опыт США и Украины по применению обработки почвы по горизонталям или контурной вспашки.

Одним из важных мероприятий увеличения влажности в почве является улучшение микроклиматических условий с помощью насаждения лесных полос, облесение песчаных участков, оврагов и др. При этом повышается влажность воздуха, снижается сила ветра, увеличивается количество снега на полях, лучше используются почвой весенние талые воды, заметно уменьшается эрозия, повышается уровень грунтовых вод.

К мерам, которые уменьшают испарение влаги из почвы, принадлежит мульчирование, то есть вкривання различными материалами поверхности почвы.

В регулировании водного режима почвы существенное значение имеет правильное чередование культур в севообороте, размещение растений на поле - направление сева, способ посева и посадки, норма высева, сроки сева и др.

Повышение влажности почвы способствует усилению кущения зерновых культур и роста вегетативной массы, что приводит к заметное затенение нижней части стеблей растений. Недостаточное освещение нижних междоузлий вызывает избыточное удлинение клеток растений, стенка соломы становится тонкой и как следствие - стебель недостаточно прочное, что является основной причиной полеганию хлебов.

Второе направление в регулировании водного режима почвы - предотвращение переувлажнению, которое может быть постоянным или временным. Постоянное переувлажнение требует осушения, которое является трудоемким и дорогим приемом, но вместе с тем необходимым и при правильной эксплуатации эффективной мерой.

Переувлажнение почвы может быть причиной вымокание культурных растений. Вследствие застой воды и переувлажнение почвы вода заполняет грунтовые поры, вытесняет почвенный воздух, нарушая аэрацию. В этих условиях существенное значение имеет применение коньковых посевов.