Землеробство - Гудзь В. П. - 1.2.3. Водний режим грунту та його регулювання

Грунтова вода має велике значення як для життєдіяльності рослин і мікроорганізмів, так і для багатьох фізичних і хімічних процесів у грунті. В рослинному організмі її міститься 75-90%. З надходженням і рухом води в рослині пов'язані всі її життєві процеси. При наявності води, повітря і тепла насіння рослин бубнявіє і проростає, ростуть тканини, надходять у рослину і переміщують в ній поживні елементи, відбувається фотосинтез і утворюються нові органічні речовини.

У жарку погоду вода запобігає загибелі рослин. Переміщуючись через рослину, вона охолоджує і підвищує стійкість її проти високих температур. Вода підтримує тургор клітин, розміщує по окремих її органах продукти асиміляції. За допомогою води відбувається кореневе живлення рослин. Вона регулює ріст і розвиток рослин. Нестача її призводить до недобору врожаю, спричинює пригнічення, а іноді й загибель рослин. Проте і надлишок води також негативно впливає на більшість сільськогосподарських рослин, за винятком рису та інших вологолюбів.

Рослинам вода потрібна від сівби насіння і до закінчення формування врожаю. Використовувати воду рослина починає від набубнявіння насіння. Кількість її для нормального проростання неоднакова для різних сільськогосподарських культур (табл. 1).

Проте сумарна витрата вологи для проростання насіння незначна. Як видно з наведених даних, уже на перших етапах життя рослини різних видів витрачають неоднакову кількість води. Аналогічне спостерігається і в наступні періоди їх життя. Період найбільшої потреби рослин у воді, коли нестача її різко знижує врожайність, називають критичним. У озимих і ярих зернових колосових цей період припадає на вихід у трубку - колосіння, кукурудзи - цвітіння - молочна стиглість, зернобобових і гречки - цвітіння, соняшнику - утворення кошика, картоплі - цвітіння - бульбоутворення.

Загальні витрати вологи на створення одиниці сухих речовин рослин називають транспіраційним коефіцієнтом, який значно залежить від виду і біологічних особливостей рослин, а також від умов вирощування культури (табл. 2).

Наведені в таблиці дані свідчать, що транспіраційний коефіцієнт має лише відносне значення для порівняння потреби у волозі різних культур. Величина його залежить не лише від виду рослин, а й від екологічних умов, у яких рослини вирощуються, тобто від грунтових та метеорологічних умов. Випаровування безпосередньо залежить від величини відносної вологості повітря, яка пов'язана з кількістю водяної пари в повітрі і температурою. Тому при сухій погоді транспіраційний коефіцієнт підвищується, при вологій, навпаки, знижується. В загальному комплексі метеорологічних умов на величину транспіраційного коефіцієнта впливають, крім відносної вологості повітря, вітер і сонячне світло. Встановлено, що на сонячному світлі рослини транспірують більш енергійно, у зв'язку з чим рослини, що ростуть по краях поля, випаровують більшу кількість води, ніж ті, які знаходяться в середині поля.

З грунтових умов, що впливають на транспірацію, велике значення має забезпеченість рослин елементами живлення. Внесення добрив забезпечує більш раціональне використання запасів грунтової вологи. Так, у дослідах академіка Д. М. Прянишникова транспіраційний коефіцієнт вівса, вирощеного у вегетаційних посудинах, становить:

При вологості грунту, % від ПВ (повної вологоємності)

Без добрив

На фоні повного удобрення

40

402

334

60

483

372

80

505

409

Таблиця 1

Кількість води, необхідної для проростання насіння різних культур,

% від їх маси

Культура

Кількість води

Пшениця

48-59

Жито

64-78

Ячмінь

58-60

Овес

76-85

Кукурудза

25-35

Просо

25-27

Горох

110-115

Люпин

130-143

Вика

130-142

Льон

100-105

Коноплі

70-74

Цукрові буряки

115-121

Конюшина

140-145


Таблиця 2

Транспіраційні коефіцієнти різних сільськогосподарських культур

Рослина

Транспіраційний коефіцієнт

Пшениця

400-550

Ячмінь

360-480

Овес

350-400

Кукурудза, сорго, просо

240-350

Цукрові буряки

500-600

Льон

400-450

Люцерна

600-800

Горох

350-400

Конюшина червона

600-750

Картопля

500-550

Більш раціональне використання води культурними рослинами при одночасному забезпеченні їх достатньою кількістю елементів живлення (та іншими факторами життя) має важливе виробниче значення. Це підтверджує одна з основних тез наукового землеробства, згідно з якою максимальна ефективність будь-якого фактора та агротехнічного заходу спостерігається тільки при оптимальному забезпеченні рослин іншими життєвими умовами.

Транспіраційний коефіцієнт помітно змінюється для одної й тієї самої рослини в межах різних сортів і різновидностей. Проте величина транспіраційного коефіцієнта характеризує лише один бік у використанні води рослинами - витрату води. Але ж водний баланс передбачає і надходження її. Рослина, що має іноді високий транспіраційний коефіцієнт, може, порівняно з рослиною, у якої цей показник нижчий, мати більшу кількість води. Це характерно для рослин з глибокою кореневою системою, яка здатна вбирати воду з глибоких шарів грунту. Так, зокрема, люцерна має високий транспіраційний коефіцієнт, але може добре розвиватися і в умовах посухи у зв'язку з тим, що має потужну кореневу систему, яка вбирає воду з великого об'єму грунту.

Здатність вівсюга пригнічувати овес, особливо в посушливі роки, значною мірою зумовлена повільнішим розвитком кореневої системи останнього. Більш пізні культури, що розвиваються в другій половині літа, - кукурудза, сорго, суданська трава - мають особливо глибоку кореневу систему. За допомогою її вони використовують протягом першої половини літа вологу з глибших шарів грунту, сильніше висушують їх, ніж ранні культури, а в другій половині літа вони використовують грунтову вологу опадів. У посушливій зоні всі заходи, що дають можливість рослинам швидше розвинути кореневу систему і проникнути в глибину (глибока оранка, рання сівба та ін.), забезпечують рослини водою з глибших шарів грунту.

Недостатня кількість води в грунті спричинює тимчасове або тривале в'янення рослин. При значній нестачі води в листках порушується біохімічна діяльність рослин. Насамперед відбувається гідроліз вуглеводів з утворенням сахарози та розклад білків. Внаслідок таких біохімічних процесів рослини втрачають здатність до фотосинтезу.

Вологість грунту на полях, зайнятих культурними рослинами, знижується не лише за рахунок транспірації рослин, а й внаслідок випаровування води з поверхні грунту. Особливо помітна втрата води через випаровування з поверхні грунту спостерігається на початку вегетації, коли молоді рослини транспірують обмежену кількість вологи.

Сільськогосподарські культури можуть страждати не лише від нестачі, а й від надлишку вологи в грунті. Перезволоження грунту зумовлює нестачу кисню, необхідного в грунтовому повітрі для нормального функціонування кореневої системи рослин. Крім того, відбувається пригнічення життєдіяльності аеробних бактерій, де-нітрофікація нітратів і ретраграція фосфатів. Тривале застоювання води в блюдцях викликає вимокання озимих культур.

Забезпеченість культурних рослин вологою в різних районах залежить не лише від кількості опадів, а й від величини випаровування води з грунту. Ця величини залежить значною мірою від температури повітря і грунту. Г. Т. Селянінов запропонував формулу для визначення забезпеченості опадами:

Де А - сума опадів за вегетаційний період або певна його частина, мм;

В - сума активних (вище 10°С) температур за той самий період, градусів;

10 - коефіцієнт. Цей показник є гідротермічним коефіцієнтом (ГТК), який показує відношення суми опадів за вегетаційний період (позитивні температури більше від 10°С) в мм до 0,1 суми температур за цей період.

Відповідні показники величини Р рівні: при 0,5 - дуже сухо; при 1 - посушливо; при 1,5 - волого; при 2 - надлишкове зволоження.

Велике значення для формування врожаю культурних рослин має розподіл опадів у часі. Сума опадів за весну і першу половину літа, тобто за період, протягом якого культурним рослинам особливо потрібна волога, досить обмежена.

Встановлено, що величина транспіраційного коефіцієнта залежить від осмотичного тиску грунтового розчину та від структури грунту. Із зменшенням пилових часток у грунті величина транспіраційного коефіцієнта зменшується. При поліпшенні структури грунту посилюється життєдіяльність аеробних бактерій, які розкладають органічну речовину, підвищується вміст мінеральних речовин у грунтовому розчині, а це збільшує осмотичний тиск грунтового розчину, внаслідок чого знижується транспіраційний коефіцієнт у рослин.

Крім погодних умов, вирішальне значення для забезпечення культурних рослин водою мають фізичні властивості грунту, зокрема його будова, щільність, гранулометричний склад і характер поверхні. Вони визначають не лише загальний запас води, а й рухомість і швидкість переміщення її в грунті (табл. 3).

Вплив гранулометричного складу, зокрема, проявляється в тому, що піщані грунти висихають швидше, втрачають воду через випаровування. Такі грунти утримують менше води, ніж суглинкові та глинисті. Проте недоступна кількість вологи для рослин у піщаних грунтах мінімальна порівняно із суглинковими та глинистими. Завдяки цьому на піщаних і супіщаних грунтах рослини легше переносять посуху.

На вміст у грунті води помітно впливає форма випаровувальної поверхні. Чим вона рівніша, тим менше випаровується вологи.

Таблиця 3

Залежність водопідйомної здатності грунтів від гранулометричного складу

(за даними В. А. Ковда)

Ганулометричний склад

Водопідйомна здатність, м

Крупний пісок

0,5

Середній пісок

0,5-0,8

Супісок

1,0-1,5

Пилуватий супісок

1,5-2,0

Суглинок середній

2,5-3,0

Суглинок важкий

3,0-3,5

Глина важка

4,0-6,0

Леси

4,0-5,0

Гребениста поверхня, що утворилася після оранки, зумовлює значну втрату грунтової вологи. Випаровування води особливо посилюється на грунтах з гребенистою та брилистою поверхнею під дією сили вітру.

Вміст води у грунті залежить також від експозиції земельної ділянки. Встановлено, що якщо крутість схилу становить 15°, а величина випареної вологи з південного схилу - 100%, тоді на східному схилі випаровування зменшиться до 86%, на західному - до 84, а на північному - навіть до 70%.

На вміст вологи в грунті помітно впливає рельєф. На підвищених місцях волога випаровується інтенсивніше, ніж на знижених, оскільки в першому випадку відбувається більш посилена циркуляція атмосферного повітря.

Водний режим грунту - це сукупність явищ надходження води в грунті, її переміщення, збереження, змін фізичного стану і розходу з грунту.

Одним з факторів водного режиму культурних рослин у різних зонах є склад місцевої флори. Тут слід мати на увазі позитивний вплив лісу, що знаходиться поблизу полів. Він затримує весняні води та зливові опади, сніг на полях та сприяє повільному його таненню; зменшує інтенсивність ерозії; підвищує вміст водяної пари в атмосферному повітрі; зменшує транспірацію культурних рослин та випаровування з поверхні грунту.

Кількісне надходження води в грунт і її витрати являють собою водний баланс, а кількістю виражені елементи водного режиму є, відповідно, елементами водного балансу. Він є підсумком, який обчислює початкові та кінцеві запаси вологи в грунті і всі джерела надходження та витрат вологи в грунті за визначений період.

Баланс води у кореневмісному шарі визначається кліматичними і погодними умовами, властивостями грунту і його будовою під час обробітку, а також біологічними особливостями рослин, зокрема їх кореневої системи.

Основними джерелами надходження води в кореневмісний шар є атмосферні опади, а також підгрунтові води за умови неглибокого їх залягання. Значно менше значення в балансі кореневмісного шару грунту відіграє вода, що утворюється під час конденсації водяної пари, які надходять з атмосфери та з глибоких шарів грунту.

Головними складовими витратної частини балансу вологи є стік її за межі кореневмісного шару, випаровування в атмосферу та використання рослинами.

Ураховуючи основні джерела надходження та витрат вологи в грунті, загальне рівняння водного балансу можна виразити такою формулою (за І. І. Назаренком):

Де В0 - запаси вологи на початку спостережень; ОС - сума опадів за весь період спостережень; ВГ - кількість вологи, яка надійшла з грунтових вод; ВП - кількість вологи, яка надійшла з водяної пари;

ВН - кількість вологи, яка надійшла в результаті поверхневого притоку води; ВБ - кількість вологи, яка надійшла від бокового притоку грунтових вод; ЕВ - кількість води, яка випарувалася з поверхні грунту за весь період спостережень;

ЕТ - кількість води, яка витратилась на транспірацію;

ВІ - волога, яка інфільтрувалась у глибинні горизонти грунту;

ВПс - кількість води, яка втратилась у результаті поверхневого стоку;

ВД - запас вологи в грунті в кінці періоду спостережень.

Величини лівої частини рівняння - прибуткові джерела балансу, правої частини - витратні.

При розрахунках водного балансу запаси води в грунті вираховують для кожного генетичного горизонту (тому, що вони відрізняються за щільністю та вологістю грунту), а потім підсумовують по досліджуваній глибині. Запас вологи в горизонтах виражають у т/га або м3/га і розраховують за формулою

Де CW - запас води, т/га;

W - польова вологість грунту, %;

D - рівноважна щільність грунту, т/м3;

H - товщина шару грунту, м.

Для вивчення водного режиму грунту в землеробстві використовують такі водно-фізичні константи: повна вологоємкість (ПВ); найменша (польова) вологоємкість (НВ); вологість розриву капілярного зв'язку (ВРК); вологість в'янення (ВВ); вологість стійкого в'янення (ВСВ); максимальна гігроскопічність (МГ); максимальна адсорбційна вологоємкість (МАВ).

За рухомістю в грунті вологу поділяють на легкорухому, середньорухому, малорухому і нерухому.

Розрізняють такі категорії доступності води для рослин: надмірна (в грунті нестача О2); легкодоступна; середньодоступна; важкодоступна; дуже важкодоступна і недоступна.

Її регулювання здійснюється за двома основними напрямками: боротьба за нагромадження можливо більшої кількості води і збереження її запасів у грунті в районах з недостатнім і нестійким зволоженням; боротьба із перезволоженням на місцевостях, що відзначаються надмірним зволоженням грунту.

Заходи по нагромадженню і збереженню води в грунті повинні бути спрямовані на підвищення водопроникливості, зменшення водопідйомної і випаровувальної здатності грунту. У процесі водопроникності розрізняють два етапи: поглинання води до насичення грунту і фільтрацію. Поглинання води залежить не тільки від дії сили тяжіння, а й від усмоктувальної сили грунту. Величина останньої сили тим менша, чим більша вологість грунту.

Максимальною водопроникністю характеризуються грунти, які мають водотривку грудочкувату структуру. Крім того, на величину водопроникності впливає будова грунту, величина набухання, склад вбирних основ, наявність щілин, ходів черв'яків та ін. Чим краща будова грунту, зокрема чим більше співвідношення між об'ємом великих і малих грунтових пор, тим вища водопроникність. Зв'язок між набуханням грунту і його водопроникністю зворотній, тобто чим більша перша величина, тим менша друга, оскільки різко зменшується некапілярна пористість грунту. Вплив складу поглинутих основ проявляється в тому, що чим більше в грунтовому вбирному комплексі катіонів кальцію і магнію, тим більша величина водопроникності. Збільшення в грунтовому профілі ходів черв'яків, коренів, а також тріщин помітно впливає на підвищення водопроникності. Тому, регулювання водопроникності грунту треба зводити до поліпшення структури й будови грунту.

Вода, що піднімається до поверхні грунту як у рідкому, так і пароподібному стані, випаровується в атмосферу у вигляді водяної пари. Вода з грунту випаровується постійно. Це пояснюється тим, що щільність водяної пари дорівнює 0,662 щільності повітря, внаслідок чого грунтове повітря, насичене вологою, як більш легке спрямовується доверху.

Багаторічними дослідженнями встановлено, що можна значно зменшити випаровування води з грунту шляхом створення одного або двох ущільнених прошарків на деякій глибині від поверхні грунту. Пошарове ущільнення грунту повинне досягати 30-40% об'ємної маси решти розпушеної частини орного шару. У зв'язку з цим при регулюванні випаровування необхідно турбуватися про поліпшення не лише структурного стану, а й будови грунту.

Структурний стан і будову грунту поліпшують відповідним механічним обробітком його, внесенням органічних (особливо сидеральних) добрив, проведенням меліоративних заходів. Багато вологи з грунту споживають і бур'яни, тому їх необхідно систематично знищувати.

Грунт зволожується за допомогою комплексу заходів, насамперед зрошення. Велике значення його полягає в тому, що в посушливих районах можливе забезпечення водою культурних рослин протягом вегетаційного періоду і зокрема в критичні періоди, коли виникає найбільша в ній потреба.

На незрошуваних землях у Лісостепу та Степу велике значення для поліпшення зволоження грунту і для боротьби з водною ерозією має раціональне використання зимових опадів і стоку весняних талих вод. Наприклад, у Лісостепу та Степу стік весняних вод досягає 70% зимових опадів, тобто 400-800 м3/га.

Для затримування і нагромадження снігу на полях застосовують літні посіви кулісних рослин (соняшнику, кукурудзи, сорго та ін.) і роблять снігові вали сніговими плугами-валкоутворювачами. При щільності снігу 0,3 г/см3 шар снігу висотою 10 см забезпечує близько 300 м3/га води. Для раціонального використання зимових опадів і місцевого стоку навесні застосовують такі заходи: полицеву і безполицеву оранку впоперек схилу, гребеневу оранку, борознування впоперек схилів; щілювання на глибину до 60-65 см і відстанню між щілинами 3-5 м упоперек схилу та ін. Важливим для раціонального використання вологи та боротьби з ерозією є досвід США і України щодо застосування обробітку грунту по горизонталях або контурної оранки.

Одним з важливих заходів збільшення вологості в грунті є поліпшення мікрокліматичних умов за допомогою насадження лісових смуг, залісення піщаних ділянок, ярів та ін. При цьому підвищується вологість повітря, знижується сила вітру, збільшується кількість снігу на полях, краще використовуються грунтом весняні талі води, помітно зменшується ерозія, підвищується рівень підгрунтових вод.

До заходів, що зменшують випаровування вологи з грунту, належить мульчування, тобто вкривання різними матеріалами поверхні грунту.

У регулюванні водного режиму грунту суттєве значення має правильне чергування культур у сівозміні, розміщення рослин на полі - напрямок сівби, спосіб сівби та садіння, норма висіву, строки сівби та ін.

Підвищення вологості грунту сприяє посиленню кущіння зернових культур і росту вегетативної маси, що зумовлює помітне затінення нижньої частини стебел рослин. Недостатнє освітлення нижніх міжвузлів викликає надлишкове видовження клітин рослин, стінка соломи стає тонкою і як наслідок - стебло недостатньо міцне, що є основною причиною вилягання хлібів.

Другий напрям у регулюванні водного режиму грунту - запобігання перезволоженню, яке може бути постійним або тимчасовим. Постійне перезволоження потребує осушення, яке є трудоємким і дорогим прийомом, але разом з тим необхідним і при правильній експлуатації ефективним заходом.

Перезволоження грунту може бути причиною вимокання культурних рослин. Внаслідок застоювання води та перезволоження грунту вода заповнює грунтові пори, витісняє грунтове повітря, порушуючи аерацію. За цих умов суттєве значення має застосування гребеневих посівів.



Схожі статті




Землеробство - Гудзь В. П. - 1.2.3. Водний режим грунту та його регулювання

Предыдущая | Следующая