1.2.3. Водний режим ґрунту та його регулювання


Повернутися на початок книги
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 
15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 
30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 
45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 
60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 
75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 
90 91 92 

Загрузка...

Ґрунтова вода має велике значення як для життєдіяльності рослин і мікроорга-нізмів, так і для багатьох фізичних і хімічних процесів у ґрунті. В рослинному ор-ганізмі 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 про-ростає, 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 реагує ріст і розвиток рослин. Нестача її призводить до недобору врожаю, спричинює пригнічення, а іноді й заги-бель рослин. Проте і надлишок води також негативно впливає на більшість сільсько-господарських 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 на-ведених даних, уже на перших етапах життя рослини різних видів витрачають неода-кову кількість води. Аналогічне спостерігається і в наступні періоди їх життя. Період найбільшої потреби рослин у воді, коли нестача її різко знижує врожайність, назива-ють 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 — бульбо-утворення.

1. Наукові основи землеробства

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

Наведені в таблиці дані свідчать, що транспіраційний коефіцієнт має лише від-носне значення для порівняння потреби у волозі різних культур. Величина його за-лежить не лише від виду рослин, а й від екологічних умов, у яких рослини вирощу-ються, тобто від ґрунтових 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 метеоро-логічних умов на величину транспіраційного коефіцієнта впливають, крім відносної вологості повітря, вітер і сонячне світло. Встановлено, що на сонячному світлі росли-ни 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 ґрунтових умов, що впливають на транспірацію, велике значення має забез-печеність рослин елементами живлення. Внесення добрив забезпечує більш раціо-нальне використання запасів ґрунтової вологи. Так, у дослідах академіка Д. М. Пря-нишникова транспіраційний коефіцієнт вівса, вирощеного у вегетаційних посудинах, становить:

 

При вологості ґрунту, % 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

В. П. Гудзь, І. Д. Примак, Ю. В. Будьонний, С. П. Танчик «Землеробство»

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 одночасно-му забезпеченні їх достатньою кількістю елементів живлення (та іншими факторами життя) має важливе виробниче значення. Це підтверджує одна з основних тез на-укового землеробства, згідно з якою максимальна ефективність будь-якого фактора та агротехнічного заходу спостерігається тільки при оптимальному забезпеченні рос-лин іншими життєвими умовами.

Транспіраційний коефіцієнт помітно змінюється для одної й тієї самої рослини в межах різних сортів і різновидностей. Проте величина транспіраційного коефіці-єнта 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 ниж-чий, мати більшу кількість води. Це характерно для рослин з глибокою кореневою системою, яка здатна вбирати воду з глибоких шарів ґрунту. Так, зокрема, люцерна має високий транспіраційний коефіцієнт, але може добре розвиватися і в умовах по-сухи у зв’язку з тим, що має потужну кореневу систему, яка вбирає воду з великого об’єму ґрунту.

Здатність вівсюга пригнічувати овес, особливо в посушливі роки, значною мірою зумовлена повільнішим розвитком кореневої системи останнього. Більш пізні куль-тури, 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 ґрунту, сильніше висушують їх, ніж ранні культури, а в другій половині літа вони використовують ґрунтову вологу опадів. У посушливій зоні всі заходи, що дають можливість рослинам швидше розви-нути кореневу систему і проникнути в глибину (глибока оранка, рання сівба та ін.), забезпечують рослини водою з глибших шарів ґрунту.

Недостатня кількість води в ґрунті спричинює тимчасове або тривале в’янення рослин. При значній нестачі води в листках порушується біохімічна діяльність рос-лин. Насамперед відбувається гідроліз вуглеводів з утворенням сахарози та розклад білків. Внаслідок таких біохімічних процесів рослини втрачають здатність до фото-синтезу.

1. Наукові основи землеробства

Вологість ґрунту на полях, зайнятих культурними рослинами, знижується не лише за рахунок транспірації рослин, а й внаслідок випаровування води з поверхні ґрунту. Особливо помітна втрата води через випаровування з поверхні ґрунту спо-стерігається на початку вегетації, коли молоді рослини транспірують обмежену кіль-кість вологи.

Сільськогосподарські культури можуть страждати не лише від нестачі, а й від надлишку вологи в ґрунті. Перезволоження ґрунту зумовлює нестачу кисню, необ-хідного в ґрунтовому 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 ґрунту. Ця величини за-лежить значною мірою від температури повітря і ґрунту. Г. Т. Селянінов запропону-вав формулу для визначення забезпеченості опадами:

 А-10

P =      ,

В

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 по-казує 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 опа-дів 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 осмотич-ного тиску ґрунтового розчину та від структури ґрунту. Із зменшенням пилових час-ток у ґрунті величина транспіраційного коефіцієнта зменшується. При поліпшенні структури ґрунту посилюється життєдіяльність аеробних бактерій, які розкладають органічну речовину, підвищується вміст мінеральних речовин у ґрунтовому розчині, а це збільшує осмотичний тиск ґрунтового розчину, внаслідок чого знижується тран-спіраційний коефіцієнт у рослин.

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

Вплив гранулометричного складу, зокрема, проявляється в тому, що піщані ґрун-ти висихають швидше, втрачають воду через випаровування. Такі ґрунти утримують менше води, ніж суглинкові та глинисті. Проте недоступна кількість вологи для рос-лин у піщаних ґрунтах мінімальна порівняно із суглинковими та глинистими. Завдя-ки цьому на піщаних і супіщаних ґрунтах рослини легше переносять посуху.

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

В. П. Гудзь, І. Д. Примак, Ю. В. Будьонний, С. П. Танчик «Землеробство»

Таблиця 3

Залежність водопідйомної здатності ґрунтів 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 ґрун-тової вологи. Випаровування води особливо посилюється на ґрунтах з гребенистою та брилистою поверхнею під дією сили вітру.

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

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

Водний режим ґрунту — це сукупність явищ надходження води в ґрунті, її пере-міщення, збереження, змін фізичного стану і розходу з ґрунту.

Одним з факторів водного режиму культурних рослин у різних зонах є склад міс-цевої 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 повільно-му його таненню; зменшує інтенсивність ерозії; підвищує вміст водяної пари в ат-мосферному повітрі; зменшує транспірацію культурних рослин та випаровування з поверхні ґрунту.

Кількісне надходження води в ґрунт 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 ґрунті і всі джерела надходження та витрат вологи в ґрунті за визначений період.

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

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

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

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

1. Наукові основи землеробства

B.+ O + B + B + B + B, = Е + Е + В. + В + В + В ,

0          С         Г          П         Н         б          В         Т          1          пс        пс        д7

де В. — запаси вологи на початку спостережень;

О — сума опадів за весь період спостережень;

В — кількість вологи, яка надійшла з ґрунтових вод;

В — кількість вологи, яка надійшла з водяної пари;

В — кількість вологи, яка надійшла в результаті поверхневого притоку води;

В, — кількість вологи, яка надійшла від бокового притоку ґрунтових вод;

£ — кількість води, яка випарувалася з поверхні ґрунту за весь період спостере-жень;

Е — кількість води, яка витратилась на транспірацію;

В. — волога, яка інфільтрувалась у глибинні горизонти ґрунту;

В — кількість води, яка втратилась у результаті поверхневого стоку;

В — запас вологи в ґрунті в кінці періоду спостережень.

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

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

С = W х d х h,

де С — запас води, т/га;

W — польова вологість ґрунту, %;

d — рівноважна щільність ґрунту, т/м3;

h — товщина шару ґрунту, м.

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

За рухомістю в ґрунті вологу поділяють на легкорухому, середньорухому, мало-рухому і нерухому.

Розрізняють такі категорії доступності води для рослин: надмірна (в ґрунті не-стача 02); легкодоступна; середньодоступна; важкодоступна; дуже важкодоступна і недоступна.

її регулювання здійснюється за двома основними напрямками: боротьба за нагро-мадження можливо більшої кількості води і збереження її запасів у ґрунті в районах з недостатнім і нестійким зволоженням; боротьба із перезволоженням на місцевостях, що відзначаються надмірним зволоженням ґрунту.

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

В. П. Гудзь, І. Д. Примак, Ю. В. Будьонний, С. П. Танчик «Землеробство»

Максимальною водопроникністю характеризуються ґрунти, які мають водотрив-ку грудочкувату структуру. Крім того, на величину водопроникності впливає будова ґрунту, величина набухання, склад вбирних основ, наявність щілин, ходів черв’яків та ін. Чим краща будова ґрунту, зокрема чим більше співвідношення між об’ємом вели-ких і малих ґрунтових пор, тим вища водопроникність. Зв’язок між набуханням ґрун-ту і його водопроникністю зворотній, тобто чим більша перша величина, тим менша друга, оскільки різко зменшується некапілярна пористість ґрунту. Вплив складу по-глинутих основ проявляється в тому, що чим більше в ґрунтовому вбирному комп-лексі катіонів кальцію і магнію, тим більша величина водопроникності. Збільшення в ґрунтовому профілі ходів черв’яків, коренів, а також тріщин помітно впливає на підвищення водопроникності. Тому, регулювання водопроникності ґрунту треба зво-дити до поліпшення структури й будови ґрунту.

Вода, що піднімається до поверхні ґрунту як у рідкому, так і пароподібному ста-ні, випаровується в атмосферу у вигляді водяної пари. Вода з ґрунту випаровується постійно. Це пояснюється тим, що щільність водяної пари дорівнює 0,662 щільності повітря, внаслідок чого ґрунтове повітря, насичене вологою, як більш легке спрямо-вується доверху.

Багаторічними дослідженнями встановлено, що можна значно зменшити випаро-вування води з ґрунту шляхом створення одного або двох ущільнених прошарків на деякій глибині від поверхні ґрунту. Пошарове ущільнення ґрунту 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 струк-турного стану, а й будови ґрунту.

Структурний стан і будову ґрунту поліпшують відповідним механічним обробіт-ком його, внесенням органічних (особливо сидеральних) добрив, проведенням мелі-оративних заходів. Багато вологи з ґрунту споживають і бур’яни, тому їх необхідно систематично знищувати.

Ґрунт зволожується за допомогою комплексу заходів, насамперед зрошення. Ве-лике значення його полягає в тому, що в посушливих районах можливе забезпечення водою культурних рослин протягом вегетаційного періоду і зокрема в критичні пері-оди, коли виникає найбільша в ній потреба.

На незрошуваних землях у Лісостепу та Степу велике значення для поліпшення зволоження ґрунту 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 ку-лісних 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 гли-бину 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 Украї-ни щодо застосування обробітку ґрунту по горизонталях або контурної оранки.

Одним з важливих заходів збільшення вологості в ґрунті є поліпшення мікро-кліматичних умов за допомогою насадження лісових смуг, залісення піщаних діля1. Наукові основи землеробства

нок, ярів та ін. При цьому підвищується вологість повітря, знижується сила вітру, збільшується кількість снігу на полях, краще використовуються ґрунтом весняні талі води, помітно зменшується ерозія, підвищується рівень підґрунтових вод.

До заходів, що зменшують випаровування вологи з ґрунту, належить мульчуван-ня, тобто вкривання різними матеріалами поверхні ґрунту.

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

Підвищення вологості ґрунту 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 ґрунту — запобігання перезволо-женню, яке може бути постійним або тимчасовим. Постійне перезволоження потре-бує осушення, яке є трудоємким і дорогим прийомом, але разом з тим необхідним і при правильній експлуатації ефективним заходом.

Перезволоження ґрунту може бути причиною вимокання культурних рослин. Внаслідок застоювання води та перезволоження ґрунту вода заповнює ґрунтові пори, витісняє ґрунтове повітря, порушуючи аерацію. За цих умов суттєве значення має за-стосування гребеневих посівів.