Водным режимом называют всю совокупность явлений поступления влаги в почву, ее передвижения, удержания в почвенных горизонтах и расхода из почвы. Водный режим почв характеризует поступление воды в почву и расход ее из почвы на отток в грунтовые воды или другие элементы рельефа, на испарение и транспирацию. Последние два явления объединяют часто единым термином суммарное испарение (эвапотранспирация) - в связи с трудностью определения их по отдельности. Обычно водный режим характеризуют следующими параметрами: режим влажности (изменение содержания воды в почве в зависимости от погодных условий и воздействия растений) и водный баланс почв (оценка прихода и расхода воды в почвах в годовом цикле). В последнее время к этим известным параметрам прибавили характеристику гидрологического профиля и гидрологических горизонтов почв. Водный режим важен для понимания генезиса почв, их экологических функций, которые проявляются в поддержании определенного растительного покрова в данных условиях.
Водный баланс, характеризующий приход воды в почву и расход из нее количественно выражается формулой:
где Во запас влаги в почве в начале наблюдений; Вос - сумма осадков за период наблюдений; Вгр - количество поступившей из грунтовых вод влаги; Вк - количество конденсирующейся влаги; Впр - поверхностный приток влаги; Вбок - боковой приток почвенно-грунтовых вод; В 1 - количество влаги в почве в конце наблюдений; Вс - количество влаги бокового стока; Ви - количество инфильтрировавшейся влаги; Вп - количество влаги поверхностного стока; Еисп - количество испарившейся влаги; Етр - количество влаги на транспирацию (десукция).
Левая часть - приходные статьи, правая - расходные.
В большинстве случаев прогрессирующего иссушения или увлажнения территории не происходит и уравнение водного баланса равно нулю. Водный баланс характеризуется годовыми циклами с повторяющимися процессами поступления и расхода влаги. Отметая слабозначимые и компенсирующие составляющие баланса можно записать уравнение приближенно
В естественных почвах водный баланс в многолетнем цикле компенсированный, т.е. расход и приход воды в годовом отрезке времени в среднем равны. Он не компенсирован лишь в ряде поливных почв, где вода может поступать в грунтовые воды и увеличивать их мощность и запас воды в почвенно-грунтовой толще, и при направленном изменении климата. Просмотреть маршруты ночных автобусов Питера вы сможете на сайте Peterburg.ru
Таким образом, водный баланс характеризует главную черту водного режима почв, его цикличность, и общий объем воды, проходящий через почву в данных условиях. Любой запас влаги, существующий в данной почве, восстанавливается через определенное время, в пределах которого расход и приход воды в конечном итоге уравнивается. Поэтому оценка водного режима почв по балансу влаги не может служить достоверной его характеристикой. Она говорит лишь об объеме воды, прошедшей через почву в течение гидрологического года.
Для ельника мшистого, расположенного в 3 км от дубо-ельника, ниже по очень пологой катене, уравнение водного баланса выглядит несколько иначе:
755 (осадки) = 323 (отток) + 88 (эвапотранспирация) + 88 (увлажнение почв после иссушения до НВ) + 236 (задержано пологом растений, потеря на смачивание деревьев и мохового яруса).
Главный итог оценки водного баланса исследованных экосистем в том, что удалось выявить количество воды, идущее на водоснабжение растений . Оно равно 80-120 мм в зависимости от типа парцеллы (экосистемы).
Водный баланс может быть составлен применительно к разным почвенным слоям, всей толще почвы или доопределенной глубины. Чаще всего запасы влаги, статьи расхода и прихода выражают в мм водного слоя или в м 3 /га. Содержание влаги вычисляют отдельно для каждого генетического горизонта, так как влажность и плотность сильно меняются по различным слоям почвенного профиля. Запасы воды в отдельном горизонте определяют по формуле:
где а - полевая влажность, %; ОМ - объемная масса (плотность); н - мощность горизонта, см
Для пересчета запасов воды, вычисленных в м 3 /га, в миллиметры водного слоя надо ввести коэффициент 0,1.
Запасы воды в почве, которые учитываются в течение всего вегетационного периода, позволяют судить о обеспеченности культурных растений влагой. В агрономической практике полезно учитывать общий и полезный запасы воды. Общий запас воды - суммарное количество на заданную мощность почвы, выражается уравнением:
Полезный запас воды в почве - суммарное количество продуктивной, или доступной для растений влаги в толще почвогрунта.
Чтобы рассчитать полезный запас влаги в почве, нужно вычислить общий запас влаги и запас труднодоступной влаги, который рассчитывается аналогично предыдущей формуле, но вместо полевой влажности берется влажность устойчивого завядания растений. Разность дает количество полезной влаги в почве.
ПЗВ=ОЗВ-ЗТВ
Для слоя 0-20см запасы более 40 мм считаются хорошими, 20-40 - удовлетворительными, менее 20 - неудовлетворительными. Для слоя 0-100см запасы более 160 мм считаются очень хорошими, 130-160 - хорошими, 90-130 - удовлетворительными, 60-90 - плохими, менее 20 - очень плохими.
Типы водного режима. Водный баланс складывается неодинаково для различных почвенно-климатических зон и отдельных участков местности. В зависимости от соотношения основных статей годового баланса может быть несколько типов водного режима.
Практически характер водного режима определяют по соотношению средних осадков и испаряемости. Испаряемость - наибольшее количество влаги, которое может испариться с открытой водной поверхности или с поверхности постоянно переувлажненной почвы в данных климатических условиях (мм). Отношение годовой суммы осадков к годовой испаряемости именуют коэффициент увлажнения (КУ). Он колеблется от 0,1 до 3 в различных природных зонах.
Тип водного режима определяет особенности перемещения веществ в почве, степень разрушения минералов и обломков горных пород в почвах, само сохранение определенных типов минералов. Так, почвы с промывным типом водного режима отмыты в большинстве случаев от растворимых солей и карбонатов. На Русской и Американской равнинах прослеживается закономерность снижения глубины залегания карбонатов на 30 см при повышении суммы годовых осадков на 100 мм. Напротив, выпотные почвы, как правило, оглеены и могут быть обогащены растворимыми солями. При этом состав солей определяется типом водного режима плакоров (водоразделов и пологих склонов). В аридной зоне - это хлориды, сульфаты и карбонаты кальция, натрия, магния, в гумидной - карбонаты кальция, соединения железа.
Водный режим определяет содержание воды в почве в течение года и отдельных его периодов, ее движение в системе грунтовые воды-почва-растение-атмосфера. Водный режим влияет на рост растений (обычно в сельскохозяйственном производстве на 1 т продукции затрачивается 1000 т и более воды).
С водным режимом связаны химический состав почв, их кислотность. Так, наиболее вероятны значения рН для верхних горизонтов (А, В) почв, обладающих промывным водным режимом, - менее 6.
Водный режим определяет судьбу загрязненных почв. Промывной режим может постепенно привести к самоочищению почв, в условиях непромывного режима загрязнение становится постоянным фактором.
Г.Н. Высоцкий выделял 4 типа водного пежима, А.А. Роде развил его учение, выделив 6 типов.
1. Мерзлотный тип. Имеет место в районах распространения вечной мерзлоты. Мерзлый слой грунта, являясь воодоупором, обуславливает наличие надмерзлотной верховодки, поэтому верхняя часть оттаявшей почвы в течение вегетационного периода насыщена водой. Почва оттаивает на глубину 1-4м. Годовой водооборот охватывает лишь почвенный слой.
2. Промывной тип (КУ > 1). Характерен для местностей, где сумма годовых осадков больше величины испаряемости. В годовом цикле водооборота нисходящие токи преобладают над восходящими. Почвенная толща ежегодно подвергается сквозному промачиванию до грунтовых вод, что приводит к интенсивному выщелачиванию продуктов почвообразования. Годовой влагооборот охватывает всю почвенную толщу. В более засушливых регионах он имеет место лишь при легком гранулометрическом составе. В таких условиях формируются почвы подзолистого типа, красноземы и желтоземы. Болотный подтип водного режима развивается при близком к поверхности залегании грунтовых вод, либо слабой водопроницаемости почвообразующих пород.
3. Периодически промывной тип (КУ= 0,8-1,2; в среднем 1) характеризуется средней многолетней сбалансированностью осадков и испаряемости. Годовой влагооборот охватывает только почвенную толщу (непромывные условия) в сухой год и весь слой до грунтовых вод (промывные условия) во влажный год. Промывание бывает раз в несколько лет. Такой водный режим характерен для серых лесных почв, черноземов выщелоченных и оподзоленных.
4. Непромывной тип водного режима (КУ менее 1) свойственен местностям, где влага осадков распределяется только в верхних горизонтах и не достигает грунтовых вод. Связь между атмосферной и грунтовой водой осуществляется через слой с очень низкой влажностью, близкой к ВЗ (мертвый слой). Обмен влагой происходит путем передвижения воды в форме пара. Такой водный режим характерен для степных почв - черноземов и каштановых, бурых полупустынных и серо-бурых пустынных почв. В указанном ряду почв уменьшается количество осадков и растет испаряемость. Коэффициент увлажнения уменьшается от 0,6 до 0,1. Годовым влагооборотом охвачена толща почвогрунтов от 4 м в степях до 1 м в пустынях. Запасы влаги, накопленные в степных почвах к весне за счет позднеосенних осадков и талой воды, интенсивно расходуются на транспирацию и физическое испарение, становясь к осени ничтожными. В полупустынной и пустынной областях без орошения земледелие невозможно. Расход влаги идет преимущественно на транспирацию, поэтому преобладают нисходящие токи влаги. Вся инфильтрующаяся влага возвращается в атмосферу.
5. Выпотной (десуктивно-выпотной) тип водного режима (КУ менее 1) проявляется в степной, особенно полупустынной и пустынной зонах при близком залегании грунтовых вод. Характерно преобладание восходящих потоков влаги в почве за счет ее подтока по капиллярам от грунтовых вод. Верхняя часть капиллярной каймы входит в почвенный слой. Почвенно-грунтовые воды аллохтонные, т.е. имеющие дополнительное грунтовое питание. Годовой водооборот охватывает всю почвенно-грунтовую толщу. При высокой минерализации грунтовых вод в почву попадают легкорастворимые соли и почва засоляется. Выпотной тип водного режима проявляется и в некоторых районах Беларуси, преимущественно на Полесье. Собственно выпотной тип наблюдается при очень близком, в пределах почвенного профиля, залегании грунтовых вод. Верхняя граница капиллярной каймы выходит на дневную поверхность. В этом случае преобладает не транспирация, а физическое испарение.
6. Иригационный тип создается при дополнительном увлажнении почвы оросительными водами. При орошении в разные периоды проявляются разные типы водного режима. В период полива имеет место промывной тип, сменяющийся непромывным и даже выпотным, то есть в почве периодически преобладают то восходящие, то нисходящие потоки влаги.
Выделяют также подтипы по источнику увлажнения:
Атмосферное
Грунтово-атмосферное
Атмосферное с дополнительным поверхностным
Грунтово-атмосферное с дополнительным поверхностным
Атмосферное с дополнительным паводковым
Грунтово-атмосферное с дополнительным паводковым
Так, при осушении торфяных почв режим из промывного с атмосферным питанием и полным насыщением (болотный) сменяется дренажным таежным типом. Мелиорированные почвы - особые типы водного режима.
Для каждого типа почвы характерны определенные режимы влажности, т.е. смены почвенно-гидрологических условий. Принято выделять 5 классов влажности:
1) Полное насыщение - водоносный горизонт большую часть вегетационного периода находится в пределах почвенного профиля; влажность изменяется от ПВ до КВ вверху и » ПВ в нижней части профиля; капиллярная кайма находится у дневной поверхности.
2) Капиллярное насыщение - водоносный горизонт иногда в почвенном профиле; капиллярная кайма в пределах профиля; влажность - от КВ до НВ-ВРК вверху, от ПВ до КВ внизу.
3) Периодическое капиллярное насыщение - водоносный горизонт в профиле лишь после снеготаяния, бывает капиллярная кайма в профиле; влажность от КВ до ВРК вверху и от КВ до нВ внизу.
4) Сквозное наименьшее насыщение - весной почва проомачивается насквозь до НВ; нет водоносного горизонта и капиллярной каймы; влажность меняется от нВ-Вз вверху до НВ-ВРК(ВЗ) внизу.
5) Несквозное наименьшее насыщение - весной почва промачивается на некоторую глубину до НВ, ниже всегда находится слой с ВЗ; влажность в пределах НВ-ВЗ.
В дерново-подзолистых и подзолистых почвах КУ обычно 1,2-1,4; режим промывной. В апреле-июле КУ менее 1. Режим влажности обычно периодически капиллярное насыщение. Под культурными растениями, особенно многолетними травами, мощность слоя летнего иссушения - до 1м, а зерновые используют влагу до 0,6-0,7м. В 6-10% случаев бывают засухи, а 1 раз в 3 года на дерново-подзолистых почвах бывает недостаточное обеспечение растений влагой.
Регулирование водного режима - обязательное мероприятие в районах интенсивного земледелия. При этом осуществляется комплекс приемов, направленных на устранение неблагоприятных условий водоснабжения растений. Искусственно меняя приходные и расходные статьи водного баланса, можно существенно влиять на общие о полезные запасы воды в почвах и этим способствовать получению высоких и устойчивых урожаев сельскохозяйственных культур.
Регулирование водного режима основывается на учете климатических и почвенных условий, а также потребностей выращиваемых культур в воде. Для создания оптиманых условий роста и развития растений необходимо стремиться к уравниванию количества влаги, поступающей в почву, с ее расходом на транспирацию и физическое испарение, то есть созданию коэффициента увлажнения, близкого к 1.
В конкретных почвенно-климатических условиях способы регулирования водного режима имеют свои особенности. Улучшению водного режима слабодренированных территорий зоны достаточного и избыточного увлажнения способствуют планировка поверхности почвы и нивелировка микро- и мезопонижений, в которых весной и летом может наблюдаться длительный застой влаги.
На почвах с временным избыточным увлажнением для удаления избытка влаги целесообразно с осени делать гребни. Высокие гребни способствуют увеличению физического испарения, а по бороздам происходит поверхностный сток воды за пределы поля. Почвы болотного типа и минеральные заболоченные нуждаются в осушительных мелиорациях - устройстве закрытого дренажа или отводе избыточной влаги с помощью открытой сети.
Регулирование водного режима почв во влажной зоне с большим количеством годовых осадков не ограничивается осушительной направленностью. В ряде случаев даже на дерново-подзолистых почвах летом возникает недостаток влаги и потребность в дополнительном количестве воды. Эффективное средство улучшения влагообеспеченности растений в Нечерноземной зоне - двустороннее регулирование влаги, когда избыток влаги отводится с полей по дренажным трубам, а при необходимости подается на поля по тем же трубам или дождеванием.
Все приемы окультуривания почвы (создание глубокого пахотного слоя, улучшение структурного состояния, увеличение общей пористости, рыхление подпахотного горизонта) повышают ее влагоемкость и способствуют накоплению и сохранению продуктивных запасов влаги в корнеобитаемом слое.
В зоне неустойчивого увлажнения и засушливых районах регулирование водного режима направлено на максимальное накопление влаги в почве и на рациональное ее использование. Один из наиболее распространенных способов - влагозадержание снега и талых вод. Для этого используют стерню, кулисные растения, валы из снега… Для уменьшения поверхностного стока воды применяют зяблевую вспашку поперек склонов, обваловывание, прерывистое бороздование, щелевание, полосное размещение культур, ячеистую обработку почвы и др.
Исключительная роль в накоплении почвенной влаги принадлежит полезащитным лесным полосам. Предохраняя снег от сдувания в зимнее время, они способствуют увеличению запасов влаги в метровом слое почвы к началу вегетационного периода на 50-80 мм и до 120 мм в отдельные годы. Под влиянием лесных полос сокращается непродуктивное испарение влаги с поверхности почвы, что также улучшает водообеспеченность полей. Наиболее эффективны ажурные и продувные лесные полосы.
Большое значение в улучшении водного режима почв имеет введение чистых паров, особенно черных. Наибольший эффект чистого пара как агротехнического приема накопления влаги, проявляется в степной зоне и южной лесостепи.
Накоплению и сохранению влаги в почве способствуют многие агротехнические приемы. Поверхностное рыхление почвы весной или закрытие влаги боронованием позволяет избежать ненужных потерь ее в результате физического испарения. Послепосевное прикатывание почвы изменяет плотность поверхностного слоя пахотного горизонта по сравнению с остальной его массой. Создавшаяся разность плотностей почвы вызывает капиллярный подток влаги из нижележащего слоя и способствует конденсации водяных паров почвенного воздуха. В сочетании с увеличением контакта семян с почвенными частицами, все явления, связанные с прикатыванием, усиливают прорастание семян и обеспечивают потребность растений в воде ранней весной. Применение органических и минеральных удобрений способствует более экономному расходованию почвенной влаги. В овощеводстве для сохранения влаги широко используют мульчирующие материалы.
В пустынной и полупустынной зонах основной способ улучшения водного режима - орошение. Очень важным вопросом здесь является борьба с непродуктивным расходованием почвенной влаги в целях предотвращения вторичного засоления.
Заключение. Водные свойства, наряду с климатом, погодными условиями, типом экосистемы, определяют водный режим почв и, следовательно, их экологическую функцию - водоснабжение растений. Известно, что по отношению к воде все растения можно разделить на гигрофиты (обитающие в воде), гидрофиты (требующие увлажненных почвы), мезофиты (обитающие на почвах с достаточным увлажнением) и ксерофиты, произрастающие на сухих почвах. Именно в этих требованиях растений к воде скрыта основа глобальной зональности растений. Формирование разных климатических поясов с разным водным режимом почв приводит к произрастанию на этих почвах разных ассоциаций растений. Выделяют гумидный пояс (тундра и лесная зона умеренной зоны, тропические дождевые и муссонные леса, субальпийские и альпийские горные пояса, горно-лесной пояс), семиаридные зоны (степная и лесостепная, саванны в тропиках, леса и кустарниковые заросли средиземноморского типа: маквис, чапараль, буш), аридные регионы (сухие степи, полупустыни и пустыни).
Именно влажность почвы определяет разное распределение растений в пределах катены, по микрорельефу, в поймах и на плакоре (водоразделе). В пределах одного ландшафта распределение растений связано прежде всего с водным режимом почв - одной из главных их характеристик.
5. Методические указания по определению экономической эффективности удобрений и других средств химизации, применяемых в сельском хозяйстве. М. : Колос, 1979. 30 с.
6. Нормативы для определения потребности сельского хозяйства в минеральных удобрениях. М. : ЦИНАО, 1985. 338 с.
7. Составление проекта на применение удобрений: рекомендации / МСХ РФ. М. : ФГНУ «Росинфор-магротех», 2000. 154 с.
Лукин Андрей Сергеевич, кандидат экон. наук, доцент кафедры менеджмента, Вятский социально-экономический институт, [email protected]; Папы-рин Владимир Борисович, кандидат экон. наук, доцент кафедры менеджмента, Вятский социально-экономический институт.
5. Metodicheskie ukazaniya po opredeleniyu ehko-nomicheskoj ehffektivnosti udobrenij i drugih sredstv himizacii, primenyaemyh v sel"skom hozyajstve. M. : Ko-los, 1979. 30 s.
6. Normativy dlya opredeleniya potrebnosti sel"s-kogo hozyajstva v mineral"nyh udobreniyah. M. : CINAO, 1985. 338 s.
7. Sostavlenie proekta na primenenie udobrenij: Rekomendacii / MSKH RF. M. : FGNU "Rosinforma-grotekh", 2000. 154 s.
Lukin Andrey Sergeevich, Candidate of Economic Sciences, Associate Professor, Vyatka social and economic institute, [email protected]; Papyrin Vladimir Borisovich, Candidate of Economic Sciences, Associate Professor,Vyatka social and economic institute.
УДК 631.432:631.433:631.445.4(571.1) ГРНТИ 68.05.41 Л.В. Юшкевич, А.Г. Щитов, В.Л. Ершов
ОПТИМИЗАЦИЯ ВОДНО-ВОЗДУШНОГО РЕЖИМА ЧЕРНОЗЕМНЫХ ПОЧВ ЛЕСОСТЕПИ ЗАПАДНОЙ СИБИРИ
Представлены результаты наблюдений за агрофизическим состоянием черноземной почвы в длительном стационарном опыте в лесостепи Западной Сибири. Сравнивались системы обработки почвы в севообороте при выращивании яровых зерновых культур. Оптимальное (0,7-0,8) соотношение между воздухом и влагой в верхнем слое черноземных почв к посеву зерновых при сложившейся плотности (1,04-1,08 г/см3) может быть достигнуто при увлажнении почвы до 36-40 %, что наблюдается после снеготаяния. Более целесообразно доведение плотности верхнего слоя к посеву до оптимальных параметров -1,10-1,15 г/см3. В этом случае увлажнение почвы до 30-32 % за счет проведения влагонакопительных агроприемов при минимизации обработки черноземных почв оптимизирует соотношение между воздухом и влагой к посеву зерновых культур.
Ключевые слова: система обработки почвы, предшественник, плотность почвы, пористость, урожайность.
L.V. Yushkevich, A.G. Shchitov, V.L. Ershov
OPTIMIZATION OF WATER-AIR REGIME CHERNOZEM SOILS OF FOREST-STEPPE OF WESTERN SIBERIA
Presents results of observations of the state of agrophysical chernozem soil in long-term stationary experiment in forest-steppe of Western Siberia. We compared tillage systems in rotation with the cultivation of spring crops. The optimum (0.7-0.8), the ratio between the air and the moisture in the upper layer of chernozem soil for sowing of grain at the current density (1.04-1.08 g/cm3) can be achieved when the soil moisture up to 36-40 % that observed after snowmelt. Furthermore it is advisable to bring the top layer density for seeding to the optimal parameters of 1.10-1.15 g/cm3. In this case, soil moisture up to 30-32 % at the expense of the moisture-accumulating processing while minimizing the processing chernozem soils optimizes the ratio between air and moisture for sowing crops.
Keywords: system of processing of the soil, predecessor, soil density, porosity, productivity.
© Юшкевич Л.В., Щитов А.Г., Ершов В.Л., 2016
Введение
Освоение на черноземных почвах лесостепи Западной Сибири ресурсосберегающих почвозащитных систем обработки почвы требует обоснования и комплексной оценки оптимальных параметров агрофизических свойств в условиях химизации земледелия. С изменением механической нагрузки на верхний слой черноземных почв, от применения удобрений и пестицидов нарастает масса растительных остатков на поверхности поля, что со временем влияет на элементы почвенного плодородия, снижает эродируемость, повышает содержание водопрочных агрегатов, оптимизирует плотность, водный режим и водопотребление на единицу продукции.
Агрофизическое состояние верхнего слоя черноземных почв непосредственно влияет на жизнедеятельность растений. Первичным и определяющим фактором всей физики почвы является ее плотность. С ней непосредственно связаны водный, тепловой и воздушный режимы почвы, она является значительным фактором плодородия. Для урожая вредна как рыхлая, так и переуплотненная почва, а ее оптимальное сложение создает наилучшие условия для жизни растений .
Установлено, что для жизнеобеспечения большинства зерновых культур важны не столько параметры сложения верхнего слоя, сколько оптимальное соотношение в нем фаз почвы, особенно при засушливости климата и дефиците водных ресурсов. Исследования агрофизических параметров показывают, что наиболее оптимальные для жизнедеятельности растений почвенные условия создаются при следующем соотношении фаз почвы: твердой - 43-44 %, жидкой - 34-35 % и газообразной - 21-23 % от объема почвы . Данные исследования на черноземных почвах Западной Сибири крайне ограничены.
Цель исследований - установить влияние систем обработки на оптимизацию водно-воздушного режима в верхнем слое черноземных почв лесостепи Западной Сибири.
Объекты и методы
Исследования проведены в лесостепной почвенно-климатической зоне Омской области в длительном (с 1973 г.) стационарном зернопаровом севообороте отдела земледелия ФГБНУ СибНИИСХ в 2001-2010 гг.
Почва опытного участка лугово-черноземная среднемощная тяжелосуглинистая с содержанием гумуса до 7-8 %. Плотность верхнего слоя составляет, в зависимости от варианта обработки почвы, - 0,90-1,15 г/см3, увеличиваясь вниз по профилю до 1,40-1,60 г/см3, а плотность твердой фазы соответственно - 2,50-2,59 и 2,60-2,70 г/см3. Общая пористость гумусового горизонта - 55-63 %, ниже она уменьшается до 40-50 %. В составе общей пористости преобладают микропоры менее 3 мк и активные капиллярные поры (60-3 мк). Емкость поглощенных оснований составляет 29,5-36,0 мг экв./100 г почвы, из них 80-90 % приходится на катион Са++. Засоление отсутствует (Рн водное 6,7-6,8).
Вегетационный период агроландшафта составляет 162-165 сут, сумма активных температур выше 10 °С - 1800-2000 °С. Среднегодовое количество осадков 350-400 мм, в том числе за вегетационный период 190-220 мм. Суховеи наблюдаются обычно в мае и в первой половине лета.
Агрофизические параметры верхнего слоя лугово-черноземной почвы на различных вариантах обработки почвы изучали по общепринятым методикам .
Результаты исследований
Установлено, что для местных черноземов оптимальные границы плотности почвы приближены к интервалу 1,0-1,2 г/см3. В.Н. Слесаревым (1984) данные параметры были уточнены, и оптимальная плотность для зерновых культур (пшеница, ячмень) составила 1,10 ± 0,10 г/см3 . Урожайность зерновых на рыхлой (0,9 г/см3) и плотной (1,3 г/см3) почве снижается на 16-32 %. Даже при плотности, близкой к равновесному и оптимальному состоянию, повышение доли газообразной и снижение жидкой фазы в верхнем слое к посеву зерновых культур способствует, при недостаточном увлажнении и повышенной аэрации, ухудшению агрофизических параметров плодородия черноземных почв.
Наблюдения за водно-физическим состоянием верхнего слоя лугово-черноземной почвы свидетельствуют, что даже при периодическом отказе от основной обработки к посеву яровой пшеницы оптимального соотношения между воздухом и влагой не происходит, что свидетельствует о дефиците водных ресурсов (табл. 1).
Таблица 1
Соотношение твердой (т), жидкой (ж) и газообразной (г) фаз в почве на второй пшенице после пара, %
Основная обработка почвы
Слой Отвальная Плоскорезная Минимальная
почвы, на глубину на глубину на глубину
см 20-22 см 12-14 см 5-6 см
т ж г т ж г т ж г
После обработки
0-10 34 21 45 36 22 42 39 23 38
10-20 33 22 44 39 21 40 44 23 33
20-30 40 18 42 45 19 36 49 20 31
0-30 36 20 44 40 21 39 44 22 34
Перед посевом
0-10 30 25 45 29 25 46 29 27 44
10-20 34 27 39 35 28 37 37 28 35
20-30 45 28 27 46 29 25 48 30 22
0-30 36 27 37 37 27 36 38 28 34
Соотношение между воздухом и влагой в верхнем слое черноземных почв во многом определяется приемом и глубиной основной обработки почвы, сезонностью и увлажнением. Осенью, после основной обработки почвы, вследствие недостаточного уплотнения (менее 1,0 г/см3) и увлажнения газообразная фаза в верхнем (0-30 см) слое существенно (в 1,52,2 раза) превосходит жидкую, причем соотношение между воздухом и влагой возрастает с уменьшением плотности почвы.
Так, при минимальной обработке соотношение составило 1,55, на плоскорезной -1,86, а на отвальной обработке достигало 2,20, причем с глубиной данное соотношение сужается.
К посеву яровой пшеницы соотношение фаз почвы относительно осенних показателей
изменяется в направлении некоторого увеличения твердой и жидкой и уменьшения газообразной в связи с усвоением невегетационных осадков и уплотнением верхнего слоя чернозема. Если количество жидкой фазы практически не изменяется по вариантам обработки почвы стерневого предшественника, то газообразная уменьшается с уплотнением с 37,0 до 33,7 %.
Полученные данные агрофизических параметров верхнего слоя лугово-черноземной почвы свидетельствуют о том, что оптимального соотношения между газообразной и жидкими фазами почвы не наступает. В отвальном варианте обработки почвы данное соотношение в пахотном слое 0-30 см наибольшее - 1,37, при плоскорезной обработке уменьшается до 1,33 и при минимальной снижается до 1,21. Относительно неблагоприятное соотношение между воздухом и влагой на стерневых фонах к посеву зерновых культур связано в основном с недос -таточным уплотнением (менее 1,15 г/см3), а вследствие этого - повышенной пористостью верхнего слоя, достигающей 58-62 %. Недостаток влаги весной и ограниченное количество невегетационных осадков приводят к посеву и вегетации культуры к излишнему содержанию газообразной фазы. Расчеты показывают, что при увлажнении, равном наименьшей влагоемкости (НВ), содержание воздуха в верхнем слое при оптимальном уплотнении может понижаться до 20-30 % от объема почвы.
Установлено, что применение приемов влагонакопления в засушливой степной зоне (снегозадержание, стерня высокого среза) на второй пшенице после пара повышает содержание жидкой фазы на 2,7-3,0 %, а в паровом поле с кулисами приближало ее соотношение к оптимуму (1: 0,80) .
По паровому предшественнику, где условия увлажнения складываются в аридных территориях наиболее благоприятно, в верхнем слое черноземных почв соотношение между воздухом и влагой к посеву яровой пшеницы приближается к единице (табл. 2).
В конце парования технология обработки почвы оказывала заметное влияние на плотность и влажность верхнего слоя. Так, в варианте с отвальной обработкой пара, по типу раннего, плотность почвы в слое 0-30 см составила 0,98, при минимальной обработке -1,07 г/см3, пористость соответственно 62 и 56 %. Излишняя рыхлость и скважность обрабатываемого слоя в сочетании с недостаточным увлажнением (близкое к ВРК) способствовало,
Соотношение твердой (т), жидкой (ж) и газообразной (г) фаз в почве на пшенице после парового предшественника, %
Слой почвы, см Основная обработка почвы
Отвальная на глубину 20-22 см Минимальная на глубину 6-8 см
т | ж | г т | ж | г
После обработки
0-10 35 23 42 34 25 41
10-20 37 24 39 40 26 34
20-30 42 24 34 51 24 25
0-30 38 24 38 42 25 33
Перед посевом
0-10 39 31 30 38 33 29
10-20 37 28 35 39 29 32
20-30 42 27 31 43 26 31
0-30 39 29 32 40 29 31
как по отвальной, так и по минимальной обработке, неблагоприятному соотношению между воздухом и влагой (1,58 и 1,32 соответственно).
К посеву яровой пшеницы плотность и пористость верхнего слоя в результате увлажнения и объемных деформаций верхнего слоя практически не различалась по вариантам подготовки пара. Повышенная скважность почвы, несмотря на повышение увлажнения, способствовала снижению газообразной фазы до минимального варианта. В целом к посеву яровой пшеницы соотношение между воздухом и влагой с глубиной уменьшалось, и в слое 0-30 см составляло в отвальном варианте подготовки пара - 1,10, минимальном - 1,07.
Аналогичные исследования, проведенные при различных приемах обработки чистых и занятых паров, показали, что в чистом пару соотношение между воздухом и влагой перед посевом яровой пшеницы в слое 0-30 см составляло по вспашке - 1,07, мелкой плоскорезной обработке - 1,00 и минимальной - 0,89, то есть при минимизации обработки приближалось к оптимальным параметрам. В то же время в занятом (рапсовом) паровом поле перед посевом яровой пшеницы соотношение между воздухом и влагой по вариантам обработки пара составляло соответственно 1,37; 1,04 и 0,96. Данное соотношение в целом в связи с уменьшением плотности и весеннего увлажнения в поле с занятым паром повышалось с тенденцией оптимизации при минимизации обработки почвы.
В связи с внедрением в регионе интенсивных технологий возделывания зерновых культур и внесением измельченной соломы на поверхность поля важно установить их влияние
на оптимизацию водно-воздушного режима Таблица 3 в верхнем слое черноземных почв. Наблюдения показали, что в замыкающем поле зернопарово-го севооборота (ячмень) систематическое применение комплексной химизации способствовало при минимальной обработке увеличению растительных остатков в слое 0-20 см с 0,86 до 1,44 т/га (на 67,4 %), что в целом повлияло положительно на оптимизацию водно-физического состояния почвы к посеву культуры (табл. 3).
Систематическое применение средств химизации и измельченной соломы в варианте с отвальной обработкой положительных изменений в водно-физическом состоянии верхнего слоя к посеву ячменя не оказало. При минимальной обработке почвы, с оставлением основной массы растительных остатков на поверхности поля, количество жидкой фазы в слое 0-30 см возрастало до 30 % (на 10,7 %) при одновременном снижении газообразной с 29 до 25 %. В этом варианте соотношение между воздухом и влагой снижается до 0,81 и приближается к оптимальным параметрам.
Заключение
Таким образом, оптимальное (0,7-0,8) соотношение между воздухом и влагой в верхнем слое черноземных почв к посеву зерновых при сложившейся плотности (1,04-1,08 г/см3) может быть достигнуто при увлажнении почвы до 36-40 %, что наблюдается чаще после снеготаяния. Более целесообразно доведение плотности верхнего слоя к посеву до оптимальных параметров -1,10-1,15 г/см3. В этом случае увлажнение почвы до 30-32 % (близкое к НВ) за счет проведения влагонакопительных агроприемов и комплексной химизации при минимизации обработки черноземных почв оптимизирует соотношение между воздухом и влагой к посеву зерновых культур.
Список литературы References
1. К вопросу обеспеченности растений влагой 1. K voprosu obespechennosti rasteniy vlagoy i
и воздухом при различном уплотнении почв / А. Кана- vozduhom pri razlichnom uplotnenii pochv / A. Kanarake, раке, Р. Таллер // Почвоведение. 1962. № 5. С. 106-113. R. Taller // Pochvovedenie. 1962. № 5. S. 106-113.
Соотношение твердой (т), жидкой (ж)
и газообразной (г) фаз в почве перед посевом ячменя в зависимости от технологии возделывания, %
Основная обработка почвы
Слой почвы, Отвальная Минимальная
см на глубину 20-22 см на глубину 5-6 см
т ж г т ж г
После обработки
0-10 38 28 34 39 29 32
10-20 43 29 28 44 28 28
20-30 44 27 29 45 28 27
0-30 42 28 30 43 28 29
Перед посевом
0-10 37 29 34 39 30 31
10-20 42 30 28 45 31 24
20-30 44 28 28 47 31 22
0-30 41 29 30 44 31 25
2. Плотность почвы как фактор плодородия и некоторые особенности ее определения / Л.С. Рок-танэн // Плотность почвы и ее регулирование обработкой. Целиноград, 1973. С. 3-36.
3. Буянкин Н.И., Слесарев В.Н. Агрофизика и кинетика в минимизации основной обработки черноземов / Рос. акад. с.-х. наук. Калининград: Янтарный сказ, 2004. 160 с.
4. Доспехов Б.А. Методика полевого опыта. М. : Колос, 1973. 336 с.
5. О сущности понятия объемной массы и плотности почвы / В.Н. Слесарев // Сибирский вестник сельскохозяйственной науки. 1992. № 1. С. 3-5.
6. Научные основы минимальной обработки почвы / И.Б. Ревут // Земледелие. 1970. № 2. С. 17-23.
7. Слесарев В.Н. Агрофизические основы совершенствования основной обработки черноземов Западной Сибири: автореф. дис. ... д-ра с.-х. наук: 06.01.01. Омск, 1984. 32 с.
8. Черепанов М.Е. Снегозадержание в почвозащитном земледелии Западной Сибири. Новосибирск: Наука. Сиб. отд-ние, 1988. 160 с.
Юшкевич Леонид Витальевич, доктор с.-х. наук, профессор, СибНИИСХ, [email protected]; Щитов Александр Григорьевич, канд. с.-х. наук, СибНИИСХ; Ершов Василий Леонидович, доктор с.-х. наук, профессор, Омский ГАУ, [email protected].
2. Plotnost pochvyi kak faktor plodorodiya i nekotoryie osobennosti ee opredeleniya / L.S. Roktanen // Plotnost pochvyi i ee regulirovanie obrabotkoy. Tselino-grad, 1973. S. 3-36.
3. Buyankin N.I., Slesarev V.N. Agrofizika i kinetika v minimizatsii osnovnoy obrabotki chernozemov / Ros. akad. s.-h. nauk. Kaliningrad: Yantarnyiy skaz, 2004. 160 s.
4. Dospehov B.A. Metodika polevogo opyita. M. : Kolos, 1973. 336 s.
5. O suschnosti ponyatiya ob"emnoy massyi i plot-nosti pochvyi / V.N. Slesarev // Sibirskiy vestnik selsko-hozyaystvennoy nauki. 1992. № 1. S. 3-5.
6. Nauchnyie osnovyi minimalnoy obrabotki pochvyi / I.B. Revut // Zemledelie. 1970. № 2. S. 17-23.
7. Slesarev V.N. Agrofizicheskie osnovyi sover-shenstvovaniya osnovnoy obrabotki chernozemov Zapadnoy Sibiri: avtoref. dis. ... d-ra s.-h. nauk: 06.01.01. Omsk, 1984. 32 s.
8. Cherepanov M.E. Snegozaderzhanie v pochvoza-schitnom zemledelii Zapadnoy Sibiri. Novosibirsk: Nauka. Sib. otd-e, 1988. 160 s.
Yushkevich Leonid Vitalyevich, Doctor of Agricultural Sciences, Professor, Leading Researcher, Siberian Re-seaearch Institute of Agriculture, [email protected]; Shchitov Alexander Grigoryevich, Candidate of Agricultural Sciences, Siberian Reseaearch Institute of Agriculture; Ershov Vasiliy Leonidovich, Doctor of Agricultural Sciences, Professor, Omsk SAU; [email protected].
План лекции :
1. Вода – незаменимый фактор формирования урожая;
2. Продуктивная влага и ее определение;
3. Использование расчетного водопотребления для программирования урожаев;
4. Определение действительно возможной урожайности по биогидротермическому потенциалу.
1. Вода - незаменимый фактор формирования урожая
Для растения вода имеет первостепенное значение. Цитоплазма на 85 – 90 % состоит из воды. Без воды не протекают биохимические процессы, прекращается жизнедеятельность растительного организма.
Вода необходима растению во все периоды жизни; потребность в воде только для прорастания семян составляет примерно 30 – 100 % их веса, дальнейшем на образование 1 г сухого органического вещества растениям требуется от 200 до 1000 г воды. Количество воды в граммах, израсходованное на накопление растением 1 г сухого вещества, называется транспирационным коэффициентом. При этом незначительная часть (менее 5 %) поглощенной растениями воды участвует в процессе фотосинтеза и образует органическое вещество, а остальная идет на транспирацию.
Потребность растений в воде зависит от многих условий: от биологических особенностей самих растений, почвы, уровня и количества удобрений, агротехнических и мелиоративных мероприятий.
Источником воды для возделываемых растений могут быть атмосферные осадки, грунтовые воды, воды орошения. Определяющее значение, безусловно, имеет количество атмосферных осадков. Учет уровня влагообеспеченности, наряду с показателями теплообеспеченности, необходим при районировании территории, организации орошения и осушения, для установления величины климатически обеспеченного урожая.
Практически всю воду растения поглощают из почвы, при этом различные культуры предъявляют неодинаковые требования к запасам воды в почве, что следует учитывать при определении агротехнических и гидромелиоративных мероприятий для выращивания запрограммированных урожаев.
Находящаяся в почве вода по-разному связана с твердыми почвенными частицами, что определяет степень её подвижности и доступности растениям.
Обычно выделяют следующие формы воды в почве :
1. Парообразная вода - содержится в виде водяного пара в почвенном воздухе, нередко насыщая его до 100 %, передвигается от мест с большей упругостью в места с меньшей упругостью водяных паров, в снабжении растений водой значения практически не имеет.
2. Кристаллизационная вода - входит в состав минералов, неподвижна, растениям недоступна.
3. Прочносвязанная (гигроскопическая) вода - образуется в результате адсорбции почвенными коллоидными частицами водяных паров из воздуха, покрывает эти частицы тонкими (слой в 1 - 3 молекулы) пленками, растениям недоступна. Максимальное количество гигроскопической воды, которое может поглотить и удержать почва, будучи помещена в атмосферу, насыщенную водяными парами (около 96 %), называется максимальной гигроскопичностью (МГ). Величина МГ позволяет определить обеспеченность растений водой: обычно полуторная - двойная максимальная гигроскопичность соответствует влажности устойчивого завядания растений (ВЗ), или «мертвому запасу» воды в почве, и учитывается при расчете норм полива.
4. Рыхлосвязанная (пленочная) вода - образует вокруг почвенных частиц толстые (слой в несколько десятков молекул) пленки, удерживается на поверхности частиц в основном силой ориентированных молекул воды, слабо подвижна и малодоступна для растений.
5. Свободная вода (капиллярная и гравитационная) - передвигается под действием капиллярных и гравитационных сил.
Капиллярная вода - в капельно-жидком состоянии находится в капиллярах почвы, растениям доступна. Это наиболее благоприятная для растений форма почвенной влаги. Различают капиллярно-подвешенную и капиллярно-подпертую воду. Максимальное количество капиллярно-подвешенной влаги называется наименьшей, или предельной полевой влагоемкостью (НВ или ППВ), а капиллярно-подпертой - капиллярной влагоемкостью (КВ).
Гравитационная вода - занимает все некапиллярные промежутки между агрегатами (поры, пустоты) в почве, вытесняя воздух, растениям доступна, но, создавая анаэробные условия, вызывает угнетение, гибель растений из-за недостатка кислорода воздуха, заболачивание почвы. Наибольшее количество воды, которое содержится в почве при заполнении всех ее пор, пустот, называется полной влагоемкостью (ПВ).
Регулирование водного режима при выращивании запрограммированных урожаев сельскохозяйственных культур на различных по увлажнению территориях осуществляют, используя комплекс технологических, arpo - и лесомелиоративных, гидромелиоративных (осушение, орошение) и других приемов. Количество и распределение атмосферных осадков, величина гидротермического коэффициента, а также нормы поливов учитываются при планировании урожайности сельскохозяйственных культур.
Действительно возможный урожай - это урожай, который теоретически может быть обеспечен генетическим потенциалом сорта или гибрида и основным лимитирующим фактором. ДВУ всегда ниже ПУ. Определяют ДВУ по следующей формуле:
УДВУ=http://po-teme.com.ua/images/adIIIin/image002_0_afbb2d280dcb85738c05a012d07de943.gif" alt="" width="29" height="29 src=">
где, W - количество продуктивной для растений влаги, мм; Кв - коэффициент водопотребления, мм - га/ц.
Коэффициент водопотребления (Кв) - количество влаги, затрачиваемое на формирование единицы сухой биомассы. Размерность (мм га/ц) взята произвольно. Этот коэффициент специфичен для каждой культуры и меняется в зависимости от климатических особенностей вегетационного периода, уровня почвенного плодородия, доз удобрений и других факторов. В частности, в определенных пределах справедливо утверждение, что растение затрачивает на создание единицы сухого вещества тем меньше воды, чем полнее удовлетворяются его потребности в других факторах жизнеобеспеченности. Чем ниже уровень агротехники и почвенного плодородия, тем коэффициент водопотребления в среднем выше. При отсутствии данных, которые отвечают условиям хозяйства (или еще лучше - поля, участка), можно пользоваться средними коэффициентами водопотребления. Для озимых пшеницы, ржи, ячменя, овса, а также для картофеля этот коэффициент равен 350 - 400, для кормовой свеклы, моркови, капусты, кукурузы, викоовсяной смеси на зеленый корм - 300 - 400, для многолетних трав на сено - 500 - 700.
2. Продуктивная влага и ее определение.
Количество продуктивной влаги определяют по данным выпадаемых в течение года осадков. Для этого месячные суммы осадков по агроклиматическим районам области суммируют и вычитают из полученной суммы непроизводительные расходы влаги.
Годовое количество осадков не полностью используется растениями. Непроизводительные расходы влаги бывают за счет стока с талыми водами и во время ливневых осадков с полей, имеющих значительный уклон, а также испарения с поверхности почвы, не занятой растениями. По обобщенным данным, использование годового количества осадков на различных по механическому составу почвах колеблется от 42 до 88%. Остальные 12 - 58% составляют непроизводительные расходы. Болотные почвы обладают большей влагоемкостью, чем другие типы, и в них накапливается больше продуктивной влаги. Песчаные почвы имеют низкую влагоемкость, в них содержится лишь 42 - 48% влаги от годового количества осадков. Различная влагоемкость почв обусловливает и значительные колебания продуктивной влаги по агроклиматическим районам Московской области.
Из-за неравномерности выпадающих осадков по территории области расчет действительно возможных урожаев по влагообеспеченности следует проводить дифференцированно для каждого хозяйства, а в дальнейшем и для каждого поля с учетом почвенных особенностей и рельефа местности. Следует отметить, что на нижней трети склона содержание влаги в почве всегда будет на 30% выше, чем на возвышенных полях. Такими же условиями влагообеспеченности обладают и пойменные почвы.
Часто достоверные данные по урожайности получают, когда продуктивную влагу определяют как сумму: запасы доступной для растений влаги в метровом слое почвы в период сева или возобновления активной вегетации озимых культур и многолетних трав (\¥0) плюс влага осадков (Ос), которые выпадают за вегетационный период культуры.
Количество продуктивной для растений влаги рассчитывают по формуле
W = W 0 + ОС
Например, к моменту возобновления вегетации озимой пшеницы в метровом слое суглинистых дерново-подзолистых почв содержится 212 мм продуктивной влаги (Wо). За период с третьей декады апреля по 1 августа в этом районе выпадает в среднем 220 мм осадков. Подставляя эти значения в формулу, определяют, что в большинстве лет на участках под пшеницей за вегетационный период накапливается 432 мм продуктивной влаги (W). Этот показатель близок к тому, который приведен в таблице.
Продуктивная влага для растений - один из важнейших показателей урожайности. Поэтому ее используют для определения ДВУ.
1. Использование расчетного водопотребления для программирования урожаев.
Для ряда районов причиной низких урожаев сельскохозяйственных культур является превышение расходов влаги почвой и растениями (суммарное водопотребление) над приходом ее с осадками. При программировании урожая наиболее важным и сложным моментом является определение водопотребления с целью установления дефицита водного баланса.
Режим потребления воды растениями (Алпатьев, 1954) необходимо рассматривать с учетом двух взаимосвязанных факторов: в связи с ритмами развития растений и с учетом влияния экологических факторов.
Суммарное водопотребление выражается формулой
Е = Еисп + E тр.,
где, Еисп - испарение воды почвой, мм; Етр - расход воды на транспирацию, мм.
Соотношение между указанными величинами постоянно меняется и зависит от густоты стояния растений, техники полива, механического состава почвы, прихода солнечной радиации и т. д.
С целью расчета потребности растений в воде используют коэффициент водопотребления, который является отношением суммарного водопотребления (эвапотранспирация) к величине урожая:
K = Е/У м3/т,
где, Е - эвапотранспирация за период вегетации, м3/га; У - величина урожая, т/га.
Применяются следующие модификации коэффициента водопотребления (Кв):
фазовый коэффициент водопотребления - Квф = ∑Eв/∆Уф
биологический коэффициент водопотребления - Квб = ∑Ев/Убиол.
продуктивный коэффициент водопотребления - Квт = ∑Ев/У хоз
где ∑Ев - расход воды на суммарное испарение за период, фазу или вегетацию; ∆Уф - прирост вегетативной массы за период фазы; Убиол. - масса биологического урожая за период вегетации; Ухоз - масса товарной (хозяйственной) части урожая.
В свою очередь суммарное водопотребление определяют по формуле
Е = Кв∙У,
где: Е - суммарное водопотребление за период вегетации, м3/га; Кв - коэффициент водопотребления, м3/т; У - расчетная (планируемая) величина урожайности, т/га.
Например, при Кв = 550 м3/т и планируемой величине урожайности зерна 5 т/га суммарное водопотребление составит Е = 550 5 = 2750 м3/га.
Коэффициент водопотребления любой сельскохозяйственной культуры зависит от ряда факторов: он уменьшается или увеличивается в зависимости от уровня всего комплекса агротехники, в том числе от режима орошения, минерального питания, содержания междурядий у пропашных культур, от сорта и т. д.
Пример расчета орошения рассмотрим по рекомендациям по выращиванию урожаев зерна кукурузы при орошении. В связи с повышенной требовательностью к теплу и свету и высокой транспирацией кукуруза очень отзывчива на орошение. Суммарное водопотребление ее на программируемый урожай определяется по формуле
где Е - суммарное водопотребление, м3/га; Кв - коэффициент водопотребления, м3/ц; У - программируемый урожай, ц/га.
При программируемой урожайности зерна 100 ц/га и коэффициенте водопотребления 50 - 60 суммарное водопотребление составит Е = 60 -100 = 6000 м3/га. Для условий Кубани потребность кукурузы в воде на 45 - 50% обеспечивается атмосферными осадками и запасом продуктивной влаги в почве.
Нормы и сроки поливов определяются по влажности почвы:
n = 100 h а (ППВ-В)
где: n - поливная норма, м3/га; h - активный слой почвы, м; а - объемная масса почвы, г/см3; ППВ - предельная поливная влажность к массе абсолютно сухой почвы, %; В - влажность почвы перед поливом к массе абсолютно сухой почвы, %.
Наиболее активный корнеобитаемый слой почвы для кукурузы составляет 0,6 - 0,7 м. Для поддержания оптимальной влажности не ниже 75 – 80 % от ППВ (НВ) в указанном горизонте необходимо четыре - шесть поливов с нормой 500 - 600 м3/га.
4. Определение действительно возможной урожайности по биогидротермическому потенциалу
Существует тесная связь между приходом солнечной радиации, коэффициентом скрытой теплоты испарения и необходимым количеством воды, на основании которой можно рассчитать величину урожая.
Солнечная радиация, влагообеспеченность и почвенные условия составляют единый комплекс по влиянию на величину урожая. A. M. Рябчиков предложил формулу, которая позволяет определить продуктивность фитомассы:
Кр= WTν /36 R
где, Кр - биогидротермический потенциал продуктивности, балл; W - запас продуктивной влаги, мм; 36 - число декад в году; R - радиационный баланс за этот период (ккал/см); Tv - период вегетации (декады).
Основные показатели, входящие в эту формулу, находят в сборниках «Агроклиматические ресурсы» и для каждого конкретного случая определяют потенциальные климатические возможности местности в формировании урожаев биомассы.
Например, в Московской области посевы озимой пшеницы имеют запас продуктивной влаги 420 мм, радиационный баланс за период вегетации составляет 25,5 ккал/см2, число декад от весеннего отрастания до созревания 10.
Подставив эти значения в формулу, получим Кр = 420∙10/36∙25,5 = 4,5 балла.
Рассчитав балл продуктивности фитомассы по графику, находим величину биологической массы, которая составляет 11,5 т/га, при влажности 14 % - 13,11 т/га, при соотношении зерна к соломе 1:1,5 урожайность зерна составит 5,24 т/га.
Регулирование водного режима в сельском хозяйстве проводится в зависимости от климата, состояния почвы, возделываемых растений и других условий. Оно сводится к накоплению необходимого количества влаги для растений, сохранению и рациональному ее использованию и к удалению избыточной воды из почвы.
Приемы накопления и сбережения влаги проводятся на всех почвах, где не бывает избыточного увлажнения, и особенно в засушливые годы.
Засуха бывает атмосферная и почвенная. Атмосферная засуха чаще всего повторяется в степных районах и нередко сопровождается суховеями. При этой засухе растения испытывают недостаток воды даже при некотором ее запасе в почве в усвояемой форме. Это связано главным образом с тем, что в условиях сильной засухи листья растений испаряют влаги больше, чем поступает ее из почвы.
Различают три типа засухи: весеннюю, летнюю и осеннюю. В западных и северо-западных районах Советского Союза чаще наблюдается весенняя засуха. Она характеризуется сравнительно невысокой температурой, отсутствием осадков и пониженной относительной влажностью воздуха, иногда сопровождается ветрами. В период засухи сильно пересыхает верхний слой почвы, резко ухудшаются условия роста и развития яровых зерновых, льна и бобовых культур. Часто всходы бывают изреженными. Яровые зерновые культуры кустятся слабо. В тех случаях, когда в почве запас воды достаточный и применяются агротехнические приемы, весенняя засуха влияет на урожай сельскохозяйственных растений слабее. Озимая рожь и озимая пшеница значительно легче переносят эту засуху. Большой недобор урожая от нее отмечается там, где не проводятся мероприятия по накоплению и сохранению влаги в почве.
От летней засухи могут пострадать как яровые, так и озимые культуры. Если она началась во время налива, то зерно получается щуплым и легковесным. Осенняя засуха наступает, когда большинство колосовых культур уже бывает убрано. В эту засуху больше всего угнетаются озимые нового сева и пропашные.
В. В. Докучаев, А. А. Измаильский и К. А. Тимирязев установили, что засуха - следствие не абсолютного недостатка воды, а относительного. Относительный недостаток ее бывает от неравномерного выпадения осадков и неумения сохранять воду в почве.
Чтобы накопить и сохранить воду, необходимо у глинистых и суглинистых почв повысить водопроницаемость (у песчаных и несвязных супесей ее следует уменьшить) и снизить испарение при капиллярном поднятии воды, диффузии и конвекции водяных паров в атмосферу.
Водопроницаемость почвы, как уже указывалось выше, зависит от механического состава, строения почвы, структуры, состава поглощенных катионов, характера угодий, интенсивности выпадения осадков и пр.
Чем больше некапиллярная скважность по сравнению с капиллярной, тем выше водопроницаемость. Повышенную водопроницаемость имеют также структурные почвы и почвы, в которых в поглощенном состоянии находятся двухвалентные катионы (Са, Mg и др.). Таким образом, чтобы увеличить водопроницаемость глинистых и суглинистых почв, в первую очередь необходимо улучшить физические и физико-химические их свойства внесением органических удобрений и проведением дифференцированной обработки почвы.
У легких почв, как правило, водопроницаемость повышенная. Чтобы улучшить их водный режим, необходимо увеличить влагоемкость внесением органических удобрений.
Влага из почвы испаряется непрерывно в виде пара. Это обусловливается тем, что плотность водяного пара равна 0,662 плотности воздуха, а поэтому насыщенный влагой почвенный воздух, как более легкий, стремится улетучиться.
Для сокращения потерь влаги из почвы необходимо ее содержать в рыхлом и выровненном состоянии, улучшать ее строение и структуру, проводить мульчирование и вносить органические удобрения.
К агротехническим мерам, непосредственно влияющим на водный режим почвы, относятся в первую очередь правильная система обработки почвы в севообороте и уничтожение сорных растений, которые выносят из почвы огромное количество воды.
Различные приемы обработки почвы не в одинаковой степени влияют на влажность почвы. Так, по сообщению Н. А. Сапожникова, весной на взлущенной с осени легкосуглинистой почве (в слое 0-6 см) содержалось влаги 161 мм, на вспаханной (также с осени) - 182 мм, а там, где была проведена вспашка плугом с почвоуглубителем,- 192 мм. Следовательно, чем глубже обрабатывалась почва с осени, тем больше она имела влаги весной. Исследования показали, что засоренные почвы, как правило, отличаются пониженной влажностью по сравнению с почвами, чистыми от сорняков.
Для увлажнения почвы проводят задержание снега и талых вод, орошение и другие приемы. В Западной и Северо-Западной зонах снегозадержание целесообразно на посевах озимых и клевера, размещенных на буграх и крутых склонах. Этот прием позволяет предохранить культуры от вымерзания и накопить влагу в почве.
К важным факторам, оказывающим влияние на регулирование водного режима почвы, следует отнести правильное чередование культур в севообороте, внесение органических удобрений, своевременный посев и др.
В Белоруссии, Прибалтийских республиках, Карельскии, Калининградской, Ленинградской, Новгородской, Псковской и других областях РФ широко распространены почвы, имеющие постоянное или избыточное увлажнение. На этих почвах растения слабо развиваются или гибнут. В местах с повышенной влажностью происходит вымокание посевов, полегание хлебов и усиливается заболевание растений.
На переувлажненных почвах проводят мелиоративные работы для их осушения.
В настоящее время применяется гончарный дренаж.
Иногда хорошие результаты дает кротовый дренаж. Кротование проводят на глинистых и тяжелосуглинистых почвах, а также на торфяниках главным образом для повышения аэрации. Его обычно проводят одновременно со вспашкой плугом с кротовым приспособлением. Дрены прокладывают по направлению уклона на глубине 35-50 см на расстоянии друг от друга 1 -1,5 м. Водоотводами служат закрытые собиратели.
Однако кротовые дрены быстро разрушаются водой, что нарушает сток ее по дренам и снижает аэрацию. В этих случаях их ежегодно возобновляют в осеннее время.
На периодически переувлажненных тяжелых почвах применяют узкозагонную вспашку. Загоны (шириной 12-15 м) следует располагать к наибольшему уклону, в этом направлении и ведут вспашку. Ее применяют под озимую рожь и озимую пшеницу, а также осенью под яровые культуры.
Иногда на посевах озимых культур проводят борозды для отвода избытка воды. Борозды прокладывают к водоотводным канавам с расстояниями от 4 до 12 м.
В борьбе с переувлажнением почвы применяют также гребневые посевы.
В земледелии регулируют главным образом четыре почвенных режима (водный, воздушный, тепловой и питательный) с целью лучше обеспечить культурные растения и полезную микрофлору почвы факторами жизни. Регулирование почвенных режимов приобретает особою актуальность, когда потребность растений в факторах жизни не обеспечивается естественными природным условиями.
Водный режим.
Водный баланс почвы - количественная характеристика водного режима. Он состоит из статей прихода и расхода воды за один и тот же период времени, динамичен и показывает только среднее состояние за определенный отрезок времени, часто за год. Водный баланс (в мм) представляют в виде уравнения:
Bt = B0+(A+P+K+O)-(Т+И+Г+С),
где Bt - запас влаги в конце периода;
B0 - запас влаги в начале периода;
статьи прихода: А - атмосферные осадки; Р - грунтовые воды; К - конденсация паров воздуха; О - орошение;
статьи расхода: Т - транспирация растений; И - испарение с поверхности почвы; Г - инфильтрация в глубокие слои земли; С - поверхностный сток воды и сдувание снега.
Анализ водного баланса позволяет установить наиболее значительные статьи прихода и расхода почвенной влаги и при регулировании водного режима влиять в первую очередь на них. При регулировании водного режима надо знать также водообеспеченность отдельных территорий.
По А. Н. Костикову, водообеспеченность конкретных территорий оценивается расчетным коэффициентом полученным от деления величины естественного поступления воды на ее потребление._По величине этого коэффициента всю территорию страны делят на три района (области): 1) избыточного увлажнения, где коэффициент всегда устойчиво больше 1; 2) недостаточного увлажнения (засушливые), где коэффициент всегда устойчиво меньше 1; 3) неустойчивого увлажнения, где приход влаги в почву то приближается к расходу, то становится больше или меньше его, коэффициент колеблется от 0,5 до 1,3.
В условиях избыточного увлажнения очень важно удалять избыточную влагу, усиливать аэрацию и утеплять почву. Достигается это рядом агротехнических, мелиоративных и других приемов, многие из которых способствуют интенсификации процессов испарения и стока излишней почвенной влаги. Мелиоративные работы по осушению избыточно увлажненных земель связаны с инженерными мероприятиями, из которых широко применяют дренаж, лучше закрытый гончарный. Мелиорация требует дополнительных капитальных вложений, способствует повышению эффективного плодородия почвы й служит одним из направлений интенсификации сельскохозяйственного производства. Избыточное увлажнение почвы снимается также рядом агротехнических приемов: специальными приемами механической обработки почв, гребневыми и грядковыми посевами и другими приемами.
В районах недостаточного увлажнения важнейшими задачами будут следующие: накопление, сохранение и продуктивное использование почвенной влаги, регулирование естественного стока воды, борьба с засолением почвы. Эти задачи хорошо выполняются, когда осуществляют не отдельные приемы, а комплекс, состоящий из агротехнических, мелиоративных, лесомелиоративных, и других приемов. В нем большое значение придается агротехническим мерам. Их роль приобретает еще большее значение в случае применения орошения. Агротехнические приемы разнообразны. Зимой накапливают снег, для чего делают снежные валы или полосы, используют кулисы. Под снежным покровом почва не промерзает глубоко и быстрее оттаивает весной. Поэтому образующаяся из тающего снега вода полнее впитывается в почву. Накопленный на полях снег необходимо удержать от бурного таяния. Поэтому с приближением весны его уплотняют полосами поперек склона. Впитывание и накопление больших количеств воды возможно, если почва обладает хорошими водно-физическими и другими свойствами, высокой водопроницаемостью, большой полевой влагоемкостью.
Эти свойства можно улучшить агротехническими приемами, например приемами, способствующими накоплению органического вещества, улучшению строения пахотного слоя и структуры почвы.
Продуктивное использование влаги достигается созданием благоприятных условий для культурных растений, обеспечивая их остальными факторами жизни. Большое значение имеют оптимальные сроки и высокое качество проведения основной и предпосевной обработок почвы, посева (способ, норма), а также ухода за культурными растениями. Стремятся к тому, чтобы культурные растения быстрее притенили своей надземной массой поверхность почвы, после чего резко сокращается испарение воды с поверхности. До этого поверхность почвы содержат в рыхлом состоянии. Вспашку, посев и последующие обработки осуществляют поперек склона или по горизонталям, чем уменьшают поверхностный сток воды в теплый период года. Для сохранения накопленной влаги применяют мульчирование, ведут активную борьбу с сорной растительностью, вредителями и болезнями культурных растений.
В зоне недостаточного увлажнения большое значение имеет искусственное орошение, успешно развивающееся в нашей страде. Орошение на фоне высокой агротехники и использования сортов интенсивного типа позволяет получать высокие и устойчивые урожаи всех культур на пашне и много дешевого корма на культурных пастбищах.
В районах неустойчивого увлажнения приемы регулирования водного режима должны быть наиболее гибкими, так как в засушливые годы или в отдельные периоды вегетации растений надо решать задачи по накоплению, сбережению и продуктивному использованию воды, во влажные годы - но отводу ее излишков. Здесь громадное значение имеет двустороннее регулирование водного режима соответствующими агротехническими и мелиоративными приемами. Последние в этой зоне должны быть осушительно-оросительными.
