Водный режим и его регулирование

Лекция 7

Тема - Водный режим и его регулирование

План

1. Расход воды из почвы.

2. Основные пути регулирования водного режима почвы.

Расход воды из почвы

Производительным видом расхода воды является потребление ее культурными растениями. К непроизводительным расходам относятся испарение воды почвой, сток воды и снос снега с поверхности почвы, инфильтрация в грунтовые воды, потребление воды сорняками.

Одним из показателей расхода воды растениями является транспирационный коэффициент (ТК). Он выражается количеством воды, затрачиваемым растением в процессе образования единицы сухого вещества. Для определения ТК пользуются вегетационными и полевыми методами. Данный показатель дает лишь представление о количестве израсходованной воды в определенных условиях внешней среды. Он позволяет более точно учесть количество израсходованной воды и синтезированного вещества во всех частях растения.

Но результаты могут быть использованы для расчетов только в условиях, в каких проводился опыт. При полевом методе учитывается весь расход воды из почвы за период вегетации, включая испарение с поверхности и другие потери влаги. Сухое же вещество учитывается только в надземных частях растений. Поэтому эту величину называют коэффициентом расхода воды.

Рекомендуемые материалы

Величина ТК у разных видов сельскохозяйственных растений неодинакова (табл. 8). Он выше у многолетних трав и ниже у однолетних злаковых, особенно просовидных культур. ТК зависит не только от вида растения, но и метеорологических и почвенных условий. ТК не может служить показателем засухоустойчивости растения, так как он определяется совокупностью физиологических свойств.

Для расчета уровней возможных урожаев большое значение имеет суммарный расход воды посевами с единицы площади. Это общий расход воды на транспирацию, испарение почвой, инфильтрацию в грунтовые воды, сток воды и снос снега от посева растений до уборки урожая, выраженный в кубических метрах воды на 1 га, называемый суммарным водопотреблением (СВ).

Таблица 8

Средний расход воды на образование 1 г сухого вещества, г

Расход воды на одну тонну урожая (СВ:У=КВ) называется коэффициентом водопотребления. Потребление воды у различных культур неодинаковое. Оно зависит от почвенно-климатических условий, технологии возделывания и урожайности (табл. 9).

Таблица 9

Влагообеспеченность сельскохозяйственных культур

Примечание: *-по озимой пшенице запасы влаги даны на дату возобновления вегетации,

**-количество осадков по озимой пшенице дано за период от возобновления вегетации до созревания.

СВ слагается из суммы полезных осадков за вегетационный период, разницы запаса влаги в корнеобитаемом слое почвы и количества поступившей грунтовой воды: СВ=О+(Wo-Wу)+Г, где СВ – суммарное водопотребление (м³/га) за период вегетации; О – сумма полезных осадков (м³/га) за тот же период; Wo- запас влаги (м³/га) в корнеобитаемом слое почвы во время посева; Wy – то же во время уборки; Г- количество грунтовых вод, используемое растениями. При глубоком залегании грунтовых вод эта величина отпадает.

Определяют СВ методом водного баланса А. Н. Костякова, методом среднесуточных температур И. А. Шарова и биоклиматическим методом Алпатьевых. По первому методу СВ вычисляют по формуле: СВ=У·КВ, где У-расчетный урожай, ц/га; КВ-коэффициент водопотребления, установленный опытным путем. По второму методу СВ=е · Et+ ув, где е – расход воды почвой, приходящейся на 1 ° (примерно 2м³); у – расчетный урожай, ц/га; в – число дней вегетационного периода; Et – сумма температур за период вегетации. По биоклиматическому методу за основу берут сумму среднесуточных температур дефицитов влажности воздуха (Еd) в мм за вегетацию: СВ=0,65 · Еd. Для пересчета на м³ полученное число умножают на 10.

Расход воды одним и тем же растением изменяется по фазам развития. Периоды наибольшей потребности растений в воде называют критическими. Для озимой пшеницы, озимой ржи, яровой пшеницы, ярового ячменя и овса критическим периодом является период «выход в трубку – колошение»; для сорго и проса – «колошение – налив»; для кукурузы – «цветение – молочная спелость початков»; для зернобобовых и гречихи – «цветение»; для картофеля – «цветение – клубнеобразование» Недостаток воды в этот период сильно отражается на растении, особенно в момент образования репродуктивных органов.

Вода теряется из почвы в течение всего года, но больше всего весной и в послеуборочный летне-осенний период, когда почва не покрыта растениями.

Этот период длится 9-10 месяцев, в это время выпадает осадков 70 % годовой нормы. Влага испаряется с поверхности почвы в результате диффузии пара и газообмена.

Величина испарения зависит от метеорологических условий, характера поверхности и физических свойств почвы. Выделяют три стадии испарения воды из почвы. Первая стадия – интервал влажности от полного насыщения до капиллярной влагоемкости, когда скорость испарения более или менее постоянна. В этой стадии скорость испарения не зависит от влажности почвы и определяется преимущественно метеорологическими факторами. По своей величине она близка к испарению с водной поверхности и прямо пропорциональна дефициту влажности воздуха и скорости ветра и обратно атмосферному давлению. Движение приземного слоя воздуха замедляется растительным покровом. Поэтому дефицит влажности уменьшается, так как приземный слой имеет высокую влажность, что снижает испарение. Под сахарной свеклой с поверхности почвы испарение меньше на одну треть.

Вегетирующими растениями при смыкании листьев увеличивается расход воды на транспирацию, но уменьшаются потери ее через испарение из почвы.

Отмершие растения или другие виды покрытия почвы также снижают испарение. Роль такого покрытия может выполнять и верхний слой сухой, рыхлой почвы.

Гребнистая, глыбистая поверхность поля увеличивает площадь, с которой испаряется влага. При неровной поверхности почва больше продувается ветром.

По мере высыхания почвы и разрыва капиллярной связи резко уменьшается подвижность воды и наступает вторая стадия высыхания, скорость испарения зависит от влажности почвы и ее физических свойств. Переход от постоянной скорости испарения к убывающей совпадает с влажностью устойчивого завядания – с влажностью разрыва капилляров. Преобладающий капиллярный механизм передвижения влаги сменяется диффузно-конвекционным и пленочно-менисковым.

Третья стадия высыхания почвы совпадает с максимальной гигроскопичностью и означает переход к движению влаги в виде пара. Скорость испарения на второй и третьей стадиях процесса высыхания почвы уменьшается в связи с уменьшением влагопроводимости почвы и зависит от общей пористости и размера пор. Скорость диффузии и конвекции напрямую зависит от пористости почвы. Чем меньше размер пор, тем меньше потери влаги. Поэтому для сохранения влаги необходимо создавать на небольшой глубине от поверхности уплотненную прослойку почвы.

Одним из видов потерь воды из корнеобитаемой зоны является инфильтрация в глубокие слои, особенно для почв без водоупорного слоя. Величина потерь воды при фильтрации зависит от пористости. Почвы на песках имеют высокий коэффициент фильтрации и плохо удерживают воду. Снизить эти потери можно приданием почве лучшей влагоемкости, изменением ее механического состава (глинованием), внесением органических удобрений, а также приданием почве мелкодисперсного состояния. Однако последнее в практике земледелия не используется из-за больших затрат.

На склонах полей и на бесструктурных тяжелых почвах во время сильных дождей и снеготаяния поверхностный сток воды может достигать больших размеров. Пахотные земли в результате стока теряют в среднем около 10 % годового количества осадков, особенно вспаханные на зябь.

В засушливых степях летние осадки преимущественно ливневого характера. За теплый период их количество составляет 250-350 мм. Снежный покров в равнинной части территории неустойчив. Много воды теряется вследствие сдувания снега в овраги и лесополосы. При этом зимние осадки в этих местах служат основным источником пополнения запасов влаги весной. В результате стока талых вод теряется до 70 % зимних осадков, то есть 20-60 мм. Стекающая вода смывается с почвенными частицами, уносит вместе с ними органическое вещество и минеральные элементы пищи растений, образует промоины и овраги.

Основные пути регулирования водного режима

На равнинной части территории Ставрополья за период активной вегетации культурных растений выпадает от 200 до 350 мм осадков. Такое количество осадков недостаточно для успешного возделывания культур и особенно таких влаголюбивых, как подсолнечник, сахарная свекла и овощи. В течение вегетации запасы влаги в почве под сельскохозяйственными культурами постепенно убывают. Наиболее низкие запасы влаги под озимыми культурами в конце июня- начале июля, то есть в конце вегетации – 10-30 мм в метровом слое почвы в восточных районах и 60-80 мм в западных и предгорных. Под пропашными культурами минимальные запасы влаги наблюдаются во второй-третьей декадах августа. В этот период они составляют 20-30 мм в восточных районах и 60-70 мм в предгорных. К осени запасы влаги постепенно начинают возрастать и к моменту перехода температуры воздуха через +5° составляют 30-80 мм под зябью и озимым зерновым и 70-100 мм под озимыми по пару.

Потребность озимой пшеницы во влаге на большей части территории удовлетворяются на 60-80 %, а в предгорных районах на 100 %. Хуже удовлетворяются потребности во влаге у пропашных культур - на 40-60 %.

Запасы влаги в метровом слое почвы под кукурузой в июле и первой декаде августа, в период выметывания – цветения, то есть наибольшей требовательности к влаге, снижаются до 20-30 мм в северо-восточной части края и до 50-70 мм на остальной территории. Такие запасы явно не могут обеспечить хорошего урожая зерна.

На период цветения - налива семян и формирования корзинок подсолнечника запасы влаги на большей части территории края бывают недостаточными.

У сахарной свеклы с начала утолщения подсемядольного колена начинается рост корня и сахаронакопление, требование к влаге значительно возрастает. Обычно в районах свеклосеяния запасы влаги в это время 90-160 мм, но иногда они снижаются до 70 мм. В таких случаях урожай снижается даже при хорошей влагообеспеченности в последующие периоды.

Благоприятные условия в период бутонизации и цветения гороха во второй половине мая-начале июня складываются только в предгорных районах, а на равнинной части территории лишь в отдельные, особо благоприятные годы. В мае, когда у гороха проходят бутонизация и цветение, насчитывается от 5 до 12 суховейных дней.

Поэтому задача регулирования водного режима состоит в том, чтобы накопить и сохранить влагу в почве на критические периоды – периоды наибольшей потребности растений в воде.

Первый способ регулирования водного баланса – воздействие на микроклимат созданием полезащитных водоохранных лесонасаждений на водоразделах и по берегам водоемов. Лесные насаждения замедляют таяние снега и способствуют проникновению талых вод в быстрооттаивающую почву. На водоразделах и по берегам водоемов лесонасаждения предотвращают сильные разливы рек и озер.

Полезащитные лесные полосы, устройство водоемов повышают относительную влажность воздуха и уровень грунтовых вод.

Второй способ регулирования водного баланса – создание условий для поступления осадков в почву улучшением водно-физических свойств, в частности, водопроницаемости и влагоемкости почвы. Важное значение в улучшении этих свойств имеют мероприятия по восстановлению прочной структуры почвы, приемы обработки, создающие благоприятное строение пахотного слоя, внесение органических удобрений и посев многолетних трав.

Вам также может быть полезна лекция "10 Тигельная плавка руд III класса".

Главным средством задержания стока воды с поверхности почвы служит правильная система обработки почвы, которая рассматривается в разделе «Обработка почвы».

Для уменьшения испарения влаги из почвы улучшают строение пахотного слоя, которое сильно замедляет подъем капиллярной воды и диффузию водяного пара. Для этого в самой верхней части пахотного слоя 0-8 см создают рыхлое сложение, а на глубине 6-8 см – уплотненную прослойку, препятствующую газообмену и диффузии водяных паров почвы. Такое строение пахотного слоя создают культиваторами, катками и боронами. Особенно важно иметь такое строение при весенней и летней обработке почвы под посев яровых и озимых культур.

Непременным условием сохранения влаги в почве является уничтожение сорняков по мере их появления. Это особенно эффективно в системе предпосевной обработки, обработки междурядий пропашных культур, летом – на чистых парах и после уборки сельскохозяйственных культур.

Для рационального использования влаги подбирают сорта, своевременные сроки и способы посева, чередование культур в севообороте, систему удобрений и добиваются более полного обеспечивания растений другими условиями жизни во время ухода за посевами. Данные вопросы изучают в специальных разделах учебника и в растениеводческих дисциплинах.

Для предупреждения сдувания снега, стока талых и дождевых вод применяют различные способы задержания снега на полях.

Лучшим способом снегозадержания являются кулисы из высокостебельных растений (кукурузы, подсолнечника, горчицы). Кулисные растения или их стебли оставляют неубранными на зиму, в течение которой они и задерживают снег. Широкое применение получило снегозадержание путем оставления всей стерни и обработки почвы плоскорезами.