Приемы регулирования водного режима почвы. Регулирование водного режима почв. Регулирование водного режима

Водным режимом называют всю совокупность явлений поступления влаги в почву, её передвижения, удержания в почвенных горизонтах и расхода из почвы. Количественно его выражают через водный баланс. Водный баланс характеризует приход влаги в почву и расход из неё.

Регулирование водного режима почвы - обязательное мероприятие в условиях интенсивного земледелия. При этом осуществляют комплекс приёмов, направленных на устранение неблагоприятных условий водоснабжения растений. Искусственно изменяя приходные и особенно расходные статьи водного баланса, можно существенно валять на общие и 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 оптимальных условий роста и развития культурных 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 единице.

В конкретных почвенно-климатических условиях способы регулирования водного режима почв 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 после летних дождей наблюдается длительный застой воды.

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, а также минеральные заболоченные нуждаются в осушительных мелиорациях - устройстве закрытого дренажа или использовании открытых дрен для избыточной влаги.

Регулирование водного режима почв во влажной зоне с большим количеством годовых осадков не ограничивается осушительной направленностью. В ряде случаев, например на дерново-подзолистых почвах, летом проявляется недостаток влаги и потребность в дополнительном количестве воды. Эффективное средство улучшения влагообеспеченности растений в Нечерноземье - двустороннее регулирование влаги, когда избыток влаги отводится с полей по дренажным трубам в специальные источники и при необходимости подает на поля по тем же трубам или дождеванием.

Все приемы окультирования почвы (создание глубокого пахотного слоя, улучшение структурного состояния, увеличение общей пористости, рыхление подпахотного горизонта и др.) повышают ее влагоёмкость 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 распространённых способов влагонакопления - задержание снега и талых вод. Для этого используют стерню, кулисные растения, валы из снега и др. для уменьшения поверхностного стока воды применяют зяблевую вспышку поперёк склонов, обвалование, прерывистое бороздование, щелевание, полосное размещение культур, ячеистую обработку почвы и другие приёмы.

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 имеют введение чистых и особенно черных паров. Наибольший эффект чистого пара как агротехнического приема накопления влаги, проявляется в степной зоне и южной лесостепи. Весьма эффективным средством повышения запасов продуктивной влаги являются кулисные пары.

Накоплению и сохранению влаги в почве способствуют многие агротехнические приёмы. 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 остальной его массой. Создавшаяся разность плоскостей почвы вызывает капиллярный подток влаги из нижележащего слоя и способствует конденсации водяных паров 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 минеральных и органических удобрений способствует более экономному использованию влаги. В овощеводстве для сохранения влаги широко применяют мульчирование почвы различными материалами.

В пустынно-степной и пустынной зонах основной способ улучшения водного режима - орошение. При орошении борьба с непродуктивными потерями воды имеет особо важное значение в целях предотвращения вторичного засоления. В комплексе мероприятий по улучшению водоообеспеченности растений в различных зонах важно предусматривать улучшение водных свойств почв, их структурного состояния.

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.

Водные свойства почв

Важнейшими водными свойствами почв является водоудерживающая способность, водопроницаемость и водоподъемная способность. Водоудерживающая способность почвы - свойства почвы удерживать то или иное количество воды, обусловлено действием сорбционных и капиллярных сил. Водопроницаемость - способность почвы воспринимать и пропускать через себя воду. Различают две стадии водопроницаемости – впитывание и фильтрацию. Водоподъемная способность - свойство почвы вызвать капиллярный подъем влаги. Водоподъемная способность определяется агрегатностью, механическим составом и сложением почвы, обусловливающих ее пористость. Степень минерализации грунтовых вод оказывает значительное влияние на скорость капиллярного подъема.

Водный режим почв.

ПЗВ = ОЗВ – ЗТВ.

Типы водного режима почв.

Промывной тип водного режима характерен для большинства почв таежно-лесной зоны, влажных субтропических и некоторых других почв. Непромывной, или замкнутый (импермацидный), тип водного режима характерен для большинства степных почв (черноземы, каштановые и др.). Периодически промывной тип водного режима присущ серым лесным почвам, оподзоленным почвам депрессий степной зоны и некоторым другим. Выпотной (экссудатный) тип водного режима характерен для гидроморфных солончаков, пойменных, плавневых и некоторых других почв.

Регулирование водного режима почв

В зоне неустойчивого увлажнения регулирование водного режима направлено на максимальное накопление влаги в почве и на рациональное ее использование. Для задержания снега и талых вод используются стерня, кулисные растения, валы из снега и др. Для уменьшения поверхностного стока воды применяются заблевая вспашка поперек склонов, обвалование, ячеистая обработка почвы и другие приемы. Исключительная роль в накоплении почвенной влаги принадлежит полезащитным лесным полосам. Эффективному использованию влаги, накопленной в почве, способствуют многие агротехнические приемы: поверхностное рыхление почвы весной, закрытие влаги боронованием, послепосевное прикатывание почвы. В пустынно-степной и пустынной зонах основной способ улучшения водного режима – орошение.

4. Топырақты суғару мен мелиорациялаудың теориялық жағдайлары

Мелиорация почв (от лат. - улучшение) - улучшение свойств почв с целью повышения ее плодородия. Различают: гидротехническую (осушение, орошение, промывка засоленных почв) с целью улучшения физических свойств почв, химическую (известкование, гипсование, внесение химических мелиораторов) и агролесомелиорацию. Мелиорация почвы коренным образом улучшает ее водно-воздушный режим и, следовательно, создает хорошие условия как для образования, так и для активного функционирования гумуса, участия его в процессах, связанных с плодородием почв.

Орошение относится к гидромелиорации, которая представляет собой ряд мер, направленных на долговременное улучшение водного режима почвы с целью повышения её урожайности. Если орошение требуется осуществлять в местности бедной водными запасами, то предварительно следует провести обводнение территории, так как постоянная транспортировка требуемых для орошения объёмов воды была бы чрезвычайно неэффективной и дорогостоящей. С помощью же обводнения обеспечивается поступление воды естественным ходом, что позволяет её использовать в дальнейшем непосредственно в оросительных системах. В целом, орошение применяется в самых различных участках по климатическим условиям. Очевидно, что наибольшая нужда в орошении наблюдается в регионах с жарким сухим климатом (аридный климат), характеризующихся малым количеством осадков

К основным способам орошения относится:

· полив по бороздам водой, подаваемой насосом или из оросительного канала;

· разбрызгиванием воды из специально проложенных труб;

· аэрозольное орошение - орошение мельчайшими каплями воды для регулирования температуры и влажности приземного слоя атмосферы;

· подпочвенное (внутрипочвенное) орошение - орошение земель путем подачи воды непосредственно в корнеобитаемую зону;

· лиманное орошение - глубокое одноразовое весеннее увлажнение почвы водами местного стока.

· дождевание - орошение с использованием самоходных и несамоходных систем кругового или фронтального типа.

В задачу орошения входит определение необходимого количества воды, требуемого для проведения оросительных работ с максимальной эффективности. Для этого учитывают как местные климатические условия, так и вид орошаемых растений и требуемые ему условия для максимального произрастания и количества воды в разные периоды роста. Следует знать фазы развития той или иной культуры и обеспечивать требуемые условия для каждой из фаз. Различают поливную норму - количество воды, требуемое сельскохозяйственной культуре на один полив, и оросительную норму - весь объём воды на период орошения. Коэффициентом водопотребления называют количество воды, исрасходованное растениями, на единицу урожая.

1. Топырақтардың аниондарды сіңіруі. Топырақтың буферлігі.

Вопрос об адсорбции анионов почвами еще далеко недостаточно разработан. Благодаря развитию знаний об электрокинетических свойствах коллоидов наметились и новые пути изучения адсорбция анионов. Мы знаем теперь, что в почве наряду с отрицательными коллоидами существуют в некотором количестве и коллоиды положительно заряженных коллоидов.

Изучая адсорбцию анионов, следует, очевидно, интересоваться теми условиями, при которых роль положительных коллоидов достаточно ярко выявлено.

Адсорбция анионов в почве зависит от нескольких факторов. Основные из них следующие:

а) особенности самих анионов

б) состав почвенных коллоидов и их электрокинетические свойства

в) реакция среды (РН).

а) Если расположить анионы по возрастающей способности к адсорбции, то получим следующей ряд: CI= Nо 3

Чем больше валентность аниона, тем больше его способность адсорбцоваться на поверхности коллоидов. Исключение составляет только ион ОН, обладающей наибольшей активностью, несмотря на малую валентность. Это можно объяснить тем, что с увеличением валентности аниона уменьшаться диссоциация соединения, образующего двойной слой, а реакция идет в сторону образования наименьшей диссоциованных соединений.

б) Состав коллоидов (их гранул) в большой мере влияет на поглощение анионов,

в) изменение реакции среды влечет за собой изменение потенциала коллоидов, подщелачивание повышает отрицательный потенциал, подкисление положительный, отсюда следует, что кислая реакция среды способствует большей адсорбции анионов, и, наоборот, в щелочной среде, адсорбция анионов ослаблена.

Обычно же хлориды и нитраты почвой не поглощаются, так как эти анионы не образуют трудно растворимых солей, то в почве их ничего не занимает от вымывания. И если No 3 обычно полностью захватываются растениями, в процессе питания, то судьбы CI в почвах зависит, прежде всего, от характера водного режима местности, то или иное накопление хлора в почвах возможно лишь в сухом климате, в условиях промывного режима хлора вымывается и уносится в моря и океаны.

В практике сельского хозяйства с отсутствием поглощения Nо 3 и хлор необходимо считаться. Так, нитраты (селитра) применяемые в качестве удобрений, вносят как можно ближе и посеву растений для того, чтобы они не успели вымываться и могли быть использованы всходами. Хлор обычно маложелательный компонентов удобрения. Поэтому такие удобрения, как калийная соль, содержащий много хлор следует, вносит в почву заранее.

Ионы SO 4 в природных условиях не поглощаются черноземами и горизонтам А - дерновое - подзолистых почв иначе обстоит дело с поглощением анионов солей фосфорной кислоты, благодаря большому значению фосфора в питании растений на поглощении его почвой необходимо остановится особо.

Все различные три почвы, с которыми проводились опыт, удержали большую часть внесенной фосфорной – кислой соли в форме, не переходящей в водную вытяжку. При этом особенно сильное поглощение наблюдается, на красноземе где даже большие дозы фосфора оказались, поглощенными почти, нацело в отличие адсорбции таких ионов NO 3 иCI поглощение, ионов фосфорной кислоты почвой представляет собой явление весьма сложное. Фосфат ионы в почве очень редко трех валентны. Диссоциация Н 3 РО 4 как слабая кислота зависит от РН среды. Полностью Н 3 РО 4 диссоцирует лишь при щелочной реакции, а в условиях нейтральной или слабокислой среды при диссоциации образуется ионы НРо 4 и Н 2 РО 4 .

Ионы PO 4 не имеют практического значения в питании растении, тем как при тех значениях РН при которых живут растений, ионов фосфора в растворе почти нет. Большое участие в поглощении анионов фосфорной кислоты принимают реакции химического осаждение. Фосфорная кислота дает с двух и трех валентности катионами нерастворимы или малорастворимые соли.

В почвах с реакцией близкой к нейтральной содержащих карбоната кальция внесенная в почву растворимая соль фосфорной кислоты, как Ca(H2PО4)2 – суперфосфат осаждается в результате реакции, в следующем виде

Ca(H2Po4)2+ Ca(HCo3)2 →2 Ca HPO4+ 2 H2CO3 или

Са (Н2РО4)2+ 2 Са (НСо3)2→ Са (РО4)2+ 4 Н2 Со3

Образование более основных фосфатов кальция при реакции близкой к нейтральной, возможно и в отсутствие карбонатов кальция за счет реакции обмена с катионами кальция из диффузного слоя почвенных коллоидов.

Почва / Са+ Са (Н2РО4)2→ почве К / н н + 2 Са НРО4

Н.И. Горбунов указывает на следующие наиболее вероятные способы поглощения анионов фосфатов в почве:

1. Образование малорастворимых фосфатов при взаимодействии растворимых фосфатов с солями почвенного раствора.

2. Образование слаборастворимых фосфатов с катионами кальция и алюминия ППК.

3. Поглощение фосфат ионов в результате взаимодействия с минералами- солями (гипсом, кальцитом, доломитом).

4. Связывание фосфат ионов несиликатными гидроокислами алюминия и железа.

5. Поглощение фосфат - ионов глинистыми и неглинистыми алюмо и феросиликатами.

Поглощение анионов фосфорной кислоты в почве усиливается при кислой реакции и при высоком содержании полуторных окислов. Гумусовые вещества сжигает интенсивность поглощение фосфатов вещества образования с полуторными окислами комплексных алюмо - и железогумосовых соединений.

Поглощение фосфатов почвой имеет положительное и отрицательное значение, так как приводит к накоплению фосфора в почве, но снижает степень его доступности растениям. Поэтому рекомендуется внесение в почву не порошковидных форм фосфорных удобрений, а гранулированных. Особенно необходимо этот прием на кислых почвах, богатых полуторными окислами (подзол, краснозем).

Буферность почв. С процессами ионного обмена связано такое важное свойство почв, как их буферность. Если в почвенный раствор ввести какую-либо соль (химический мелиорант, удобрение), то благодаря процессам ионного об­мена изменение концентрации почвенного раствора по вво­димым ионам не будет соответствовать введенному количе­ству вещества. Таким путем ППК выполняет важную функ­цию регулятора концентрации почвенного раствора. Спо­собность почвы противостоять изменению концентрации почвенного раствора называется буферной способностью поч­вы.

2. Топырақ суларындағы тұздардың шөгу және еру құбылымдарының ерекшеліктері.

Засоленными называются почвы, в профиле которых содержатся легкорастворимые соли в токсичных для сельскохозяйственных растений количествах. К засоленным почвам относятся солончаки, солончаковатые, солончаковые и глубокозасоленные почвы, солонцы, солонцеватые почвы, солоди и осолоделые почвы. Они широко распространены на юго-востоке европейской части России, особенно в Среднем и Южном Поволжье, в Северо-Восточном Предкавказье, на юге Западной и Восточной Сибири, в Якутии, на юге Украины, в пределах Казахстана и Средней Азии. Образование этих почв связано с накоплением легкорастворимых солей в породах и грунтовых водах на бессточных территориях при засушливом климате, преимущественно в пустынях и полупустынях, где испаряемость превышает количество выпадающих осадков. Наибольшая концентрация солей в грунтовых водах пустынь, а наименьшая - в степях и лесостепях. Интенсивность же передвижения солей связана не только с аридными условиями, но и с фильтрационными свойствами почв и пород, с растворимостью солей. Если капиллярная кайма поднимается близко к поверхности почвы, то после испарения минерализованных вод остаются и накапливаются соли. Они накапливаются также с выходом на поверхность засоленныхпород.

Значительное количество легкорастворимых солей может образоваться при извержении вулканов.

Причиной накопления солей может быть и ветер, дующий с моря на сушу и захватывающий капельки воды с высокой концентрацией солей, то есть импульверизация. Возможен эоловый перенос солей с поверхности солончаков на незаселенные территории, а также биологический путь их накопления. Корни солянок достигают соленосных горизонтов, транспортируя соли к поверхности. После отмирания и минерализации надземных частей растений соли накапливаются в поверхностных горизонтах (иногда до 110 кг солей на 1 га за год).

Для подгорных шлейфов характерно намывное засоление поверхностными склоновыми водами, размывающими выходы соленосных пород. В поймах и дельтах рек отмечается пульсирующее засоление, то есть после весеннего паводка происходит вымывание и смывание солей, а в жаркое лето соли подтягиваются к поверхности, засоляя почвы.

В районах орошаемого земледелия значительные площади заняты вторично засоленными почвами вследствие бездренажного орошения, больших потерь на фильтрацию на полях, строительства оросительных каналов без гидроизоляции, применения для орошения минерализованной воды. Такое засоление возможно и при осушении избыточно увлажненных почв с помощью обвалования в дельтах Кубани, Днепра, Буга, Дуная, Волги и Дона, так как после прекращения затопления промывной водный режим изменяется на выпотной, что при минерализации грунтовых вод приводит к образованию засоленных почв. Вторичное засоление возможно при перегрузке пастбищ, так как при уплотнении и уничтожении травянистой растительности увеличивается физическое испарение влаги почвами.

При орошении необходимо знать критическую глубину уровня минерализованных грунтовых вод, то есть такую глубину, выше которой капиллярные соленосные растворы достигают поверхности почв, вызывая соленакопление. Для суглинистых почв в течение вегетационного периода при орошении необходимо поддерживать уровень грунтовых вод в среднем глубже 2,0...2,5 м.

Уровень критической минерализации для грунтовых вод хлоридно-сульфатного типа составляет 2...3г/л, для содовых - 0,7...1,0 г/л.

Засоленные почвы различаются по глубине залегания солевого горизонта, химизму засоления и степени засоления.

При концентрации солей в грунтовых водах выше критического уровня в гидроморфных условиях проявляется солончаковый процесс; капиллярно-восходящие воды вызывают засоление верхних горизонтов почв и гибель растений. Наиболее токсичны для растений в почвах бикарбонаты и карбонаты щелочей, затем хлориды и нитраты щелочей, наименее токсичны сульфаты. В отличие от чистых растворов солей их смеси менее токсичны. По степени вредности для большинства сельскохозяйственных растений легкорастворимые соли можно расположить по убывающему ряду:

Na 2 CО 3 -> NaHCО 3 -> NaCl-> NaNО 3 -> CaCl 2 -> Na 2 SО 4 -> MgCl 2 ->MgSО 4 .

При содовом засолении угнетение растений начинается уже при содержании гидрокарбонатного аниона в горизонте А пах 0,08 % и рН 8,7...9,0, а при 0,1...0,2 % растения погибают. При содержании в почве 0,4...0,8 % солей большинство сельскохозяйственных растений плохо развивается, если солей содержится более 1,5 %, растения не дают продукции, погибают.

Оптимальная концентрация солей в почвенных растворах для орошаемых почв составляет 3...5 г/л. При концентрации более 10...12 г/л растения испытывают сильное угнетение, а около 20...25 г/л - погибают.

3. Топырақтың су балансы

Водным режимом называется совокупность всех явлении поступления влаги в почву, ее передвижения, удержания в почвенных горизонтах и расхода из почвы. Водный баланс представляет собой количественное выражение водного режима почв. Общий запас воды - суммарное ее количество на заданную мощность почвы, выраженное в кубических метрах на 1 га (или мм водяного столба). Полезный запас воды в почве - суммарное количество продуктивной, или доступной растениям, влаги в толще почвогрунта. Чтобы рассчитать полезный запас влаги в почве, нужно вычислить общий запас воды и запас труднодоступной влаги. Последний в почве вычисляют аналогично общему запасу, но вместо полевой влажности по тем же горизонтам берут влажность устойчивого завядания растении (ВЗ):

Разность между ОЗВ и ЗТВ дает количество полезной воды в почве:

ПЗВ = ОЗВ – ЗТВ.

Важной характеристикой водного режима почв является водный баланс, отражающий изменение запасов влаги в почвенном профиле за определенный промежуток времени на основе изучения всех видов поступления и расходования жидкой влаги для заданного слоя почвы. Водный баланс обычно составляется для декады, месяца, вегетационного периода, года. Изучение элементов водного баланса дает представление о закономерностях формирования водного режима почв. Обменные процессы в почвах, связанные с их водным режимом, протекают в едином гидрологическом поле в пределах речных бассейнов. Водосбор любого водотока или водоема - это целостно функционирующая географическая система, управляющая стоком поверхностных, внутрипочвенных и грунтовых вод, а, следовательно, водным балансом почв. Внутрипочвенное перераспределение влаги имеет большое значение в формировании водного режима почв и их лесорастительных свойств. На формах рельефа с расходящимися в плане линиями стекания внутрипочвенных вод распространены зональные почвы нормального увлажнения, в местах схождения линий стекания развиваются гидроморфные почвы с разной степенью увлажненности. По различиям в характере водообмена и его интенсивности в границах водосбора выделяются три закономерно расположенные относительно водотоков зоны водообмена: прирусловая (периодически заливаемая дождевыми водами или водами от снеготаяния), интенсивного водообмена (область максимального дренирования с оптимальными условиями для роста древостоя) и приводораздельная (часто зона близкого от земной поверхности стояния грунтовых вод) - зона слабого водообмена. В разных природных зонах на водосборах наблюдаются пространственно однотипные закономерные изменения в общем характере водного режима почв.

4. Топырақтардағы және жыныстардағы кальций, магний, калий және натрий қосылыстары, олардың мөлшері және ерекшеліктері

Химический состав почвообразующей породы отражает, в известной мере, её гранулометрический и минералогический состав. Песчаные породы, богатые кварцем, состоят преимущественно из кремнезема. Чем тяжелее гранулометрический состав породы, тем больше в ней вторичных минералов, а следовательно, меньше кремнезема, больше полутораокисей алюминия, железа. Почвы наследуют геохимические черты исходного материала почвообразующих пород. На песчаных породах, богатых кварцем, почвы обогащены кремнеземом, на лессе - кальцием, на засоленных породах – солями и т. д. Итак, в почве преобладают окись кремния (SiO 2) и органогенные элементы C, H, O, N, P, S, K, Ca, Mg. Последние являются источником питания растений и от их содержания зависит плодородие почвы. Особую роль в питании растений играет N, P и K. Для нормального роста и развития растениям необходимы свет, тепло, вода, воздух и питательные вещества. Все эти условия жизни для растений равноценны и незаменимы. В почвах элементы питания растений находятся в составе минералов, органических и органо-минеральных соединений твердой фазы почв, в почвенных растворах (в основном в ионной форме) и в газовой фазе почв. В результате поглощения питательных элементов растения формируют корневые и надземные массы, которые используются людьми как продукты питания, корм для животных или как сырье для промышленности (клубни картофеля, зерно, лен и т. д.).В почвах содержатся практически все элементы периодической системы д. И. Менделеева, но для питания растениям наиболее необходимы 19 элементов: С, Н, О, N, Р, S, К, Са, Мg, Fе, Мn, Сu, Zn, Мо, В, С1, Nа, Si, Со. Из них 16 элементов, кроме С, Н, О, относятся к минеральным. Углерод, водород и кислород поступают в растения преимущественно в виде СО 2 , О 2 и Н 2 О. Необходимость натрия, кремния и кобальта не для всех растений установлена. Углерод, водород, кислород и азот называют органогенными элементами, так как в основном из них состоит организм растений. Углерода содержится в среднем 45 % от сухой массы тканей растений, кислорода -42, водорода - 6,5, азота - 1,5 %. Их сумма составляет 95 %. Оставшиеся 5 % приходятся на зольные элементы: Р, S, К, Са, Мg, Fе, Si, Na и др. Они называются так потому, что преобладают в золе растений. Химический состав золы является показателем валового количества усвоенных растениями из почвы зольных элементов питания. Их выражают в оксидах или в элементах по отношению к массе сухого вещества, или к массе золы в процентах.Валовой химический состав растений значительно отличается от валового состава почвы вследствие избирательности растений к поглощению отдельных элементов для формирования урожая. В растениях всегда больше азота, фосфора и калия. В естественных биоценозах питательные элементы, усвоенные растениями и другими живыми организмами, снова возвращаются в почву после их отмирания и перегнивания, поэтому, как правило, обеднения почвы питательными элементами не происходит. Устанавливается их относительное природное равновесие, характерное для разных типов почв. На пахотных же землях после уборки урожая в почву возвращается только часть поглощенных растениями минеральных элементов. Кроме азота и зольных элементов, называемых в агрономической практике макроэлементами, в составе растений присутствуют микроэлементы, содержание которых составляет приблизительно 0,001 % сухой массы тканей (В, Сu, Со, Zn, Мо и др.). Они играют очень важную роль в обмене веществ растительного организма. Валового калия (К в почвах больше, чем азота и фосфора, вместе взятых, - 1,5-2,5 % (30-50 т/га в пахотном слое), что зависит от минералогического, гранулометрического составов и содержания гумуса. Основное количество калия находится в трудно доступных для питания растения формах. Главным источником усвояемого калия служат обменно-поглощенные и водорастворимосолевые его формы. Обменный калий составляет 0,5-1,5 % валового. Растения усваивают 10-20 % калия от его обменных форм. Микроэлементы (бор, марганец, медь, цинк, кобальт, молибден, йод и др.) играют важную биохимическую и физиологическую роль в жизни растений, а также животных и человека. Неблагоприятным является как недостаток микроэлементов в питании, так и их избыток. В почве содержатся также токсичные для растений элементы: хлор, натрий, марганец, алюминий. Повышенное их содержание делает почву засоленной. В небольших количествах в почве представлены радиоактивные элементы, обуславливающие её природную и искусственную радиоактивность. Природная радиоактивность почвы зависит от содержания в ней урана, тория, радия и др. Искусственная радиоактивность вызвана использованием человеком атомной энергии, средств химической защиты и пр.

1. Тұзданған топырақтарды мелиорациялауда жүзеге асатын химиялық және физико-химиялық процесстер.

Химическая мелиорация – система мер химического воздействия на почву для улучшения её свойств и повышения урожайности сельскохозяйственных культур. При химической мелиорации из корнеобитаемого слоя почвы удаляются вредные для сельскохозяйственных растений соли, в кислых почвах уменьшается содержание водорода и алюминия, в солонцах - натрия, присутствие которых в почвенном поглощающем комплексе ухудшает химические, физико-химические и биологические свойства почвы и снижает почвенное плодородие.

Способы химической мелиорации:

· Известкование почв (в основном в нечернозёмной зоне) – внесение известковых удобрений для замены в почвенном поглощающем комплексе ионов водорода и алюминия ионами кальция, что устраняет кислотность почвы;

· Гипсование почв (солонцов и солонцовых почв) – внесение гипса, кальций которого заменяет в почве натрий, для снижения щёлочности;

· Кислование почв (с щелочной и нейтральной реакцией) – подкисление почв, предназначенных для выращивания некоторых растений (например, чая) при внесении серы, дисульфата натрия и др.

К химической мелиорации относят также внесение органических и минеральных удобрений в больших дозах, приводящее к коренному улучшению питательного режима мелиорируемых почв, например песчаных.

К химической мелиорации приходится прибегать в тех случаях, когда необходимо быстро изменить их неблагоприятные для растений свойства, повысить плодородие. Для этого в почву вносят химические соединения, улучшающие или изменяющие ее свойства. В сельском хозяйстве наиболее часто применяют известкование кислых почв и гипсование, а иногда кислование щелочных.

Химическую мелиорацию целесообразно применять и для улучшения свойств солонцовых почв. Солонцовые почвы отличаются крайне неблагоприятными для растений свойствами, обусловленными присутствием в почвенном поглощающем комплексе (ППК) этих почв значительных количеств ионов натрия. Именно повышенное содержание в почве ионов натрия вызывает процесс осолонцевания почв, в результате чего образуются солонцы, обладающие плохими водно-физическими свойствами. Эти почвы отличаются высокой вязкостью, липкостью, сильным набуханием во влажном состоянии и способностью к уплотнению при иссушении, а также слабой физиологической доступностью влаги.

2. Магмалық жыныстар және олардың SiO 2 мөлшері бойынша жіктелуі.

В земной коре минералы группируются в естественные ассоциации - горные породы. Выделяют магматические, осадочные и метаморфические породы.

Магматические (изверженные) горные породы. Они образуются при остывании расплавленных магм, поднимающихся из глубин Земли к ее поверхности. Различают глубинные породы, если магма застыла на глубине, и излившиеся, если остывание произошло уже на поверхности. Магматические породы состоят преимущественно из силикатов и алюмосиликатов, наиболее важными компонентами которых являются кремнезем и глинозем. Дальнейшая классификация ведется, прежде всего, в зависимости от содержания в породе кремнезема - ангидрида кремниевой кислоты (табл. 2.9).

Таблица 2.9. Деление магматических пород по содержанию диоксида кремния

Породы	Содержание SiO, %	Характерные породы
			Глубинные	Излившиеся
	Ультраосновные	Менее 40	Дунит, пироксенит, перидотит	-
	Основные	40-52	Габбро	Базальт, долерит
	Средние	52-65	Диорит	Андезит
	Кислые	Более 65	Гранит, гранодиорит	Дацит, липарит
Состав, строение и условия залегания горных пород зависят от формирующих их геологических процессов, происходящих в определённой обстановке внутри земной коры или на её поверхности. В соответствии с главными геологическими процессами, приводящими к образованию горных пород, среди них различают три генетических типа: магматические, осадочные и метаморфические. Магматические породы образовались непосредственно из магмы (расплавленной массы преимущественно силикатного состава), в результате ее охлаждения и застывания. В зависимости от условий застывания различают интрузивные (глубинные) и эффузивные (излившиеся) горные породы.

3. Коллоидтардың пептизациялану үрдісі.

Коллоиды в почве представлены минеральными, органическими и органо-минеральными соединениями. К минеральным коллоидам относят глинистые минералы, коллоидные формы кремнезема и полутораоксиды. Поверхность глинистых минералов может нести отрица­тельный заряд вследствие нарушения связей на краях крис­таллов, изоморфных замещений в сетках тетраэдров и окта­эдров. Отрицательный заряд у кристаллических глинистых минералов не зависит от рН. Коллоиды, несущие только отрицательный заряд, называют ацидоидами, а не­сущие только положительный заряд - базоидами. Органические коллоиды почвы представлены преимущест­венно веществами гумусовой и белковой природы. Кроме того, в почвах могут быть полисахариды и другие соеди­нения, находящиеся в коллоидно-дисперсном состоянии. И те и другие-амфолитоиды, однако у гумусовых ве­ществ вследствие более выраженной кислотной природы более сильно, чем у белков, проявляются свойства ацидоидов. Базоидные свойства органических коллоидов связаны с наличием в них активных аминогрупп. Для гумусовых коллоидов характерна высокая емкость катионного обме­на, достигающая 400-500 м-экв. на 100 г и более воздушно-сухого препарата.

Органические коллоиды находятся в почве преимущест­венно в осажденном состоянии вследствие связывания с поливалентными катионами (в виде гелей). Их п е п т и з а ц и я, т. е. переход в состояние коллоидного раствора (золя), происходит под влиянием щелочей за счет образо­вания гумусовых солей щелочных металлов. Органо-минеральные коллоиды представлены преиму­щественно соединениями гумусовых веществ с глинистыми минералами и осажденными формами полутораоксидов. По степени сродства к воде различают гидрофиль­ные (высокое сродство) и гидрофобные (низкое сродство) коллоиды. Гидрофобные свойства почвенным коллоидам, проявляющиеся, в частности, в пониженной смачиваемости, могут придавать органические вещества типа липидов, если они покрывают поверхность почвенных частиц. Известно, что гидрофильность почвенных коллои­дов снижается при переосушке торфяных почв. Это умень­шает их смачиваемость и ухудшает водно-физические свойства. Коагуляция и пептизация коллоидов. Коллоиды могут находиться в двух состояниях: золя (коллоидного раствора) и геля (коллоидного осадка). Коагуляцией называется процесс перехода коллоидов из состояния золя в состояние геля. Слипание коллоидов в агрегаты происходит под влиянием электролитов. Коагуляция ацидоидов вызвана катионами электролита, базоидов - анионами. Свертывание (слипание) коллоидов может происходить при взаимодействии противоположно заряженных коллоидных систем. При высушивании или замораживании почвы наблюдаются дегидратация (обезвоживание) гидрофильных коллоидов и повышение концентрации электролита почвенного раствора, что также вызывает коагуляцию коллоидов. При коагуляции коллоидов происходит склеивание элементарных почвенных частиц в комочки, в результате чего улучшаются физические свойства почвы. Коагуляцию вызывают двухвалентные катионы, особенно Са 2+ . Кальций называют «стражем почвенного плодородия», так как он способствует образованию структуры и уменьшает кислотность почв. Пептизация - это обратный процесс коагуляции, при котором коллоиды переходят из геля в золь. Пептизация происходит при воздействии растворов щелочных солей. Например, под влиянием одновалентного катиона натрия наблюдается усиленная гидратация коллоидов и переход их в состояние золя. При пептизации почвенных коллоидов разрушается ценная структура и ухудшаются свойства почвы. Так, столбчатый горизонт солонцовых почв, насыщенный гидратированными катионами натрия, вовлажном состоянии набухает, а при высыхании растрескивается на крупные отдельности. Роль коллоидов в почве исключительно велика: от содержания коллоидной фракции зависят связность, водопроницаемость, буферность и другие свойства почвы.

4. Топырақ бетінен және өсімдіктерден судың булануы.

Испарением называют переход вещества из жидкого или твердого состояния в газообразное. Испарение является одним из основных звеньев в круговороте воды на земном шаре, а также важнейшим фактором теплообмена в растительных и животных организмах.
Скорость испарения с поверхности почвы в первую очередь зависит от ее температуры, а также от влажности воздуха, скорости ветра, содержания воды в почве, ее физических свойств, состояния поверхности и наличия растительности. С увеличением влажности почвы при прочих равных условиях испарение возрастает. Темные почвы сильнее нагреваются солнцем и поэтому испаряют больше воды, чем светлые. Растительность, затеняя почву от солнечных лучей и ослабляя перемешивание воздуха, значительно уменьшает скорость испарения с поверхности почвы.

Величину скорости испарения можно вычислить по зависимости

Формула (доступно при скачивании полной версии учебника)

где К – коэффициент пропорциональности;
Es – упругость насыщения при температуре испаряющей поверхности;
е – фактическая упругость водяного пара в воздухе;
p – атмосферное давление.

Нужно различать фактическое испарение и испаряемость. Испаряемостью называют максимально возможное испарение, не ограниченное запасами влаги. Величина испаряемости характеризует, насколько погода и климат в данной местности благоприятствуют процессу испарения. Для почвы с недостаточным увлажнением величина фактического испарения меньше испаряемости, так как может просто не хватать влаги в почве, которая могла бы испаряться.
Скорость испарения воды растениями определяется в основном теми же факторами, что и скорость испарения с поверхности почвы, но благодаря своим регулирующим системам растения могут экономить воду, уменьшая транспирацию. Однако общий расход воды на транспирацию очень велик. На образование 1 кг сухого вещества растения тратят от 300 до 800 кг воды.
Сумма испарения воды с поверхности почвы и растениями называется суммарным испарением . Суммарное испарение сельскохозяйственных полей обусловлено также мощностью растительного покрова, биологическими особенностями растений, глубиной корнеобитаемого слоя, агротехническими приемами возделывания растений и т.д.

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.

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:

Во+Вос+Вгр+Вк+Впр+Вбок=В 1 +Вс+Ви+Вп+Еисп+Етр

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

Во+Вос+Вгр+Впр=В 1 +Ви+Вп+Еисп+Етр

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:

В=а*ОМ*Н

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:

ОЗВ = а 1 *ОМ 1 *Н 1 +а 2 *ОМ 2 *Н 2 +а 3 *ОМ3 3 *Н 3…. + аn *ОМn *Нn

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.