Водные свойства и водный режим почв. Оптимизация водного режима почвы и уровня минерального питания на посевах сафлора в предгорной зоне казахстана Водный режим почвы и способы его регулирования

Большая часть почв в стране нуждается в специальных мерах то ли адаптивных, то ли мелиоративных в регулировании водного режима почв в условиях избыточного или недостаточного увлажнения.

Преодоление избыточного увлажнения. Переувлажнение проявляется практически повсеместно в таежно-лесной зоне. Весеннее и летне-осеннее переувлажнение во многих почвах довольно продолжительно, часто достаточно, чтобы вызвать вымокание и гибель не только очень чувствительных к переувлажнению озимых зерновых, но и других культур. Ф.Р.Зайдельманом разработан эколого-гидрологический принцип оценки целесообразности осушения почв, основанный на анализе водного режима почв в годы разного увлажнения и продуктивности культур. Рациональный подбор культур позволяет получить наибольший экологический эффект при минимальных вложениях.

По мере усиления заболоченности почв применяется выборочный или сплошной дренаж. В отличие от легких почв, на которых осушение достигается понижением уровня грунтовых вод дренажем, на тяжелых почвах требуется сложная система мероприятий, которая должна не только понизить уровень верховодки в глубоких слоях, но и устранить избыток воды в пахотном горизонте и верхней части профиля.

Для оптимизации водного режима территории перспективен ландшафтный подход к регулированию поверхностного стока. В данной связи на склонах целесообразно проведение глубокой осенней обработки почвы с целью уменьшения стока, а на почвах, склонных к переувлажнению для усиления стока эффективна замена зяблевой обработки почвы весновспашкой. Такая замена сокращает сроки созревания почвы для обработки, улучшает условия работы сельскохозяйственной техники, увеличивает несущую способность почв. Последнее обстоятельство чрезвычайно важно, ибо продолжительность неблагоприятной влажности почв для работы тяжелой колесной техники в период весенних работ может быть довольно большой. Как известно, нарушение условий для работы техники происходит при влажности почвы равной или больше 0,75 полной влагоемкости. Эта величина для тяжелых дерново-подзолистых почв соответствует предельной полевой влагоемкости, когда почва не отдает воду ни в дренаж, ни на сток. Складывается ситуация, когда техника стоит, а избыток влаги нельзя убрать. Выход из положения в подобных условиях лишь в одном – в изменении системы машин, в уменьшении их давления на почву, в замене тяжелой колесной техники машинами на гусеничном ходу, применении тракторов со сдвоенными колесами. При этом предельное давление движителей на почву не должно превышать 60-80 кПа.

Несмотря на то, что территория таежно-лесной зоны в многолетнем цикле характеризуется избыточным увлажнением, в течение года и вегетационного периода сельскохозяйственные растения в средние и особенно засушливые годы могут испытывать недостаточное увлажнение. Поэтому в Нечерноземье часто оправданным оказывается полив овощных плантаций, пастбищ, садов, многих кормовых культур, особенно на легких по гранулометрическому составу почвах. На мощных флювиогляциальных песках и супесях при залегании грунтовых вод глубже 3 м растениям не хватает влаги не только в сухие и средние по увлажнению годы, но и на протяжении всего вегетационного периода влажных лет.

Учитывая, что в этой зоне не часто наблюдаются длительные периоды устойчивого и глубокого иссушения и они нередко перемежаются с дождями и ливнями, вегетационные поливы крупными поливными нормами (кроме садовых деревьев) могут быть весьма опасными. В сочетании с непредвиденными осадками они могут приводить к переувлажнению почв и развитию глеевых процессов. Поэтому более оправданными в Нечерноземье оказываются частые поливы небольшими нормами в объеме суточных дефицитов влаги.

Накопление и сохранение влаги в засушливых условиях. В засушливых районах, особенно в степной и сухостепной зонах практически все элементы земледелия должны быть оптимизированы по условиям накопления, сохранения и рационального использования влаги. Исходные условия – выбор рациональных севооборотов с определенной долей чистого пара и применение почвозащитных систем обработки почвы с оставлением на поверхности пожнивных остатков и желательно всей соломы. Очень важное значение имеют борьба с сорной растительностью, удобрения, система ухода за чистым паром, маневрирование сроками посева в соответствии с динамикой влагообеспеченности почв и вероятностью выпадения осадков, нормы высева семян.

В числе специальных мероприятий по накоплению влаги важнейшее – снегозадержание. Помимо дополнительного влагонакопления, создание достаточно мощного снежного покрова служит надежной защитой озимых культур и многолетних трав от вымерзания. Благодаря уменьшению глубины промерзания уменьшается сток и смыв почвы. Повышение эффективности использования зимних осадков – крупный резерв земледелия. Например, в Заволжье средние потери снега на зяби из-за сноса снега в гидрографическую сеть составляют 30-40%. Сдувание снега в зависимости от его состояния начинается при скорости ветра более 4-10 м/сек, что в степных районах обычное явление. Поэтому для задержания снега необходимо оставление стерни и создание кулис из высокостебельных растений (горчицы, подсолнечника и др.), применение снегопахов для наращивания мощности снежного покрова.

Известную роль в регулировании микроклимата и соответственно водного режима почв играют полезащитные лесные полосы, снижающие скорость ветра и соответственно интенсивность испарения влаги, способствующие задержанию снега. При этом однако требуется точная система их организации (конструкция лесополос, расстояние между ними, обоснованный выбор пород деревьев).

Влагообеспеченность почв, особенно в сложных ландшафтах, в большой мере связана с интенсивностью поверхностного стока. Наибольший сток наблюдается при сильном промерзании влажной с осени почвы и отсутствии мероприятий по задержанию талых вод. К числу мероприятий, обеспечивающих ослабление и устранение стока талых вод, относят оставление стерни, мульчирование поверхности почвы соломой, механическую обработку почвы, контурную организацию территории, полосное размещение культур и чистых паров и др.

Увеличение запаса влаги в почве за счет талых вод зависит от скорости их впитывания. На хорошо проницаемых почвах, если они уходят в зиму в непереувлажненном состоянии, впитывание талых вод протекает быстро. Если же осень сырая и поверхностный слой переувлажнен, то при замерзании он превращается в сплошной монолит, который оттаивает медленно и является сильным препятствием для впитывания талых вод. Поэтому при влажной осени целесообразна обработка почвы на склонах чизелями, после которой сплошного замерзания не происходит и улучшается инфильтрация талых вод. На многолетних травах для этой цели весьма эффективна нарезка щелей на такую глубину, чтобы в период таяния снега дно щели находилось в уже оттаявшей почве.

Весьма полезен прием так называемого “вертикального мульчирования”, при котором осенью нарезают щели до глубины замерзания почвы и заполняют их жгутами из соломы. По этим щелям талые воды поступают вглубь почвы. Выполнение приема возможно на полях с большим количеством послеуборочных остатков.

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.

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.

Состояние воды в почве отличается высокой динамичностью. Под влиянием различных факторов (природных и антропогенных) влажность почвы непрерывно изменяется как во времени, так и в пределах почвенного профиля, почвенная влага переходит из одних форм в другие. Совокупность всех явлений поступления влаги в почву, ее передвижения и расхода, изменение ее физического состояния называют водным режимом почвы. Количественной характеристикой водного режима почвы служит ее водный баланс, учитывающий приходные и расходные статьи влаги.
Общее уравнение водного баланса имеет вид:

Левая часть уравнения включает приходные статьи водного баланса, правая расходные. Водный баланс характеризуется годовым циклом, после которого все процессы прихода и расхода влаги, слагающие его, повторяются хотя при необходимости водный баланс составляют для любого периода наблюдений.

В зависимости от колебания погодных условий значения водного баланса существенно варьируют и запас воды в расчетном слое почвы в конце каждого конкретного года увеличивается или уменьшается. Однако если не происходит прогрессирующего изменения климата, то запасы воды в почвенной толще в начале и в конце среднемноголетнего цикла считают равными: W 0 = W 1 . Количество влаги, поступившей в почву в результате конденсации водяных паров, очень мало по сравнению с другими статьями водного баланса, и в практических расчетах его не учитывают. На плоских возвышенных территорий (плато, равнинах) отсутствуют поверхностный и боковой притоки влаги, а на склоновых элементах рельефа поверхностный и боковой притоки влаги уравновешиваются поверхностным и боковым стоками. После этих допущений уравнение водного баланса принимает следующий вид:

Например, корни лесной растительности проникают на глубину до 6-10 м, у злаковых и зерновых бобовых культур они достигают глубины 1-2 м, у подсолнечника - более 3 м. В первый год жизни люцерны ее корни проникают на глубину 2-3 м, а в последующие годы - до 10 м. Поэтому при залегании грунтовых вод на глубине 5-10 м корни некоторых растений сильно влияют на водный баланс почвы благодаря ее водоподъемной способности, достигающей у суглинистых разновидностей 3-5 м. В этом случае водный баланс составляют для всей почвенно-грунтовой толщи от поверхности до уровня грунтовых вод. Когда грунтовые воды залегают глубоко, баланс составляют для слоя, который ежегодно промачивается атмосферными осадками.

Типы водного режима . Формирование водного режима почв происходит под воздействием различных факторов: климатических условий, особенностей рельефа местности, литологии почвообразующих пород, растительности, глубины залегания уровня грунтовых вод, водно-физических свойств почвы, деятельности человека. Характер сочетания и степень выраженности этих факторов обусловливают количественное соотношение приходных и расходных статей водного баланса. От этого зависят масштабы влагозапасов и преимущественное направление передвижения влаги в почвенном профиле в сезонных и годовых циклах. т. е. тип водного режима.

Основы учения о водном режиме почв и его типах заложил Г.Н.Высоцкий. Он выделял четыре типа водного режима - промывной, непромывной, выпотной и водозастойный. Дальнейшее развитие эта проблема получила в работах А. А. Роде, который выделял шесть типов водного режима, дополнительно подразделяя их на подтипы. В настоящее время выделяют следующие типы водного режима почв.

М е р з л о т н ы й т и п характерен для почв, формирующихся в области распространения многолетней мерзлоты. Большую часть года почвенная влага находится в форме льда. В теплый период под оттаявшей частью почвенного профиля присутствует мерзлый слой почвогрунта, служащий водоупором. Над ним образуется водоносный горизонт - надмерзлотная верховодка. Благодаря этому в течение большей части вегетационного периода в оттаявшем слое влажность почвы поддерживается в интервале от предельно-полевой влагоемкости до полной вдагоемкости.

Водонасыщающий, иди водозастойный, тип характерен для болотных почв. В обычные по увлажнению годы влажность почвы находится на уровне полной влагоемкости. В засушливые годы она снижается до уровня предельно-полевой влагоемкости и даже ниже.

П р о м ы в н о й тип формируется в том случае, когда количество осадков, выпавшее за год, превышает величину испаряемости за тот же период, т. е. при Ку > 1. В годовом и многолетних циклах влагооборота нисходящие токи влаги преобладают над восходящими. Весной и осенью происходит ежегодное сквозное промачивание почвенной толщи вплоть до грунтовых вод, благодаря чему происходит активный вынос всех растворимых и геохимически подвижных продуктов выветривания и почвообразования за пределы почвенного профиля. Водный режим такого типа характерен для почв лесных зон подзолистых, дерново-подзолистых, бурых лесных и др. В весенний период верхняя часть профиля этих почв часто находится в переувлажнённом состоянии и на некоторой глубине образуется верховодка, в нижней части профиля влажность практически никогда не бывает меньше предельно-полевой влагоёмкости.

Периодически промывной тип соответствует климатическим условиям со среднемноголетней сбалансированностью осадков и испаряемости (КУ= 1), как, например, в северной части лесостепной зоны, где формируются оподзоленные и выщелоченные черноземы. Сквозное промачивание почвенного профиля (промывной тип водного режима) имеет место только во влажные годы (1-2 раза в 10-15 лет). В обычные по увлажнению и засушливые годы происходит ограниченное промачивание почвы, что характерно для непромывного типа водного режима, влагооборот осуществляется в пределах почвенного профиля. В нижней части профиля почва периодически иссушается до влажности разрыва капилляров, в верхней - до влажности завядания.

Н е п р о м ы в н о й т и п формируется в почвах степной и сухостепной зон (обыкновенные и южные черноземы, каштановые почвы), где средняя годовая норма осадков меньше величины испаряемости (КУ<1). Мощность почвенного профиля, вовлекаемая в годовой влагооборот, чаще всего не превышает 2 м. При этом атмосферные осадки не достигают верхней границы капиллярной каймы грунтовых вод. Связь между атмосферной (почвенной) и грунтовой влагой осуществляется через слой с постоянно низкой влажностью, близкой к влажности завядания. Этот слой Г.Н.Высоцкий назвал мертвым горизонтом. Передвижение воды через мертвый горизонт в том или ином направлении осуществляется в форме пара или пленочной влаги.

В верхней части профиля влажность почв, формирующихся в условиях водного режима непромывного типа, колеблется в соответствии с выпадающими атмосферными осадками от полной влагоемкости до влажности завядания. В нижних горизонтах влажность почв в течение всего года находится между влажностью завядания и влажностью разрыва капилляров.

Почвы, сформировавшиеся в условиях водного режима непромывного типа, отличаются от почв с водным режимом периодически промывного и промывного типов меньшей выщелоченностью от подвижных продуктов почвообразования. В профиле таких почв всегда выделяют горизонты, обогащённые водорастворимыми соединениями (гипсом, карбонатами кальция и др.), расположенными ниже той глубины, на которую происходит среднемноголетнее промачивание почвы атмосферными осадками.

Аридный или сухой тип характерен для почв пустынь и полупустынь – бурых, серо-бурых и др. В таких почвах величина испаряемости существенно выше, чем годовая норма осадков (КУ=0,1-0,3). На протяжении всего года влажность почвы в пределах профиля находятся на уровне влажности завядания или даже ниже. Спорадически в верхних горизонтах отмечается более высокий уровень влажности.

В ы п о т н о й т и п формируется в почвах при неглубоком залегании уровня грунтовых вод в степной и особенно полупустынной и пустынной зонах, т. е. там, где испаряемость заметно превышает количество выпадающих осадков. В таких условиях происходит интенсивное восходящее передвижение влаги по капиллярам от грунтовых вод к поверхности почвы и ее последующее испарение. Если грунтовые воды минерализованные, то верхние горизонты обогащаются водорастворимыми солями, что ведет к формированию обширной группы засоленных почв и луговых солончаков разного химизма и степени засоления.

Десуктивно-выпотной тип отличается от выпотного тем, что влагу, поступающую от грунтовых вод по капиллярам, на той или иной глубине почвенного профиля поглощают корневые системы растений. На этой же глубине происходит выпадение солей, содержащихся в грунтовой воде. Водный режим такого типа характерен для луговых и полугидроморфных почв.

В режиме влагооборота выделяют два периода. После обильного увлажнения почвенный профиль промачивается до уровня грунтовых вод. В этот период преобладает нисходящий ток влаги и почвы характеризуются высокой влажностью в пределах всего профиля. По мере последующего подсыхания почвы нисходящий ток влаги сменяется восходящим, доминирующим во втором периоде, когда капиллярная кайма грунтовых вод достигает корнеобитаемого слоя и испаряется на той или иной глубине. В нижней части почвенного профиля влажность остается на высоком уровне, а верхние горизонты могут иссушаться до влажности, меньшей, чем влажность завядания.

П а в о д к о в ы й т и п характерен для почв, периодически затапливаемых речными, склоновыми, дождевыми водами, В этом случае в зависимости от зоны, геоморфологического положения почвы (пойма реки, под, шлейф склона), глубины залегания грунтовых вод периодическое паводковое затопление почвы сменяется в межпаводковый период водным режимом другого типа.

И р р и г а ц и о н н ы й т и п формируется при искусственном орошении и отличается большим разнообразием категорий в зависимости от вида полива (аэрозольное орошение, дождевание, поверхностный полив, субирригация) и поливной нормы, глубины сезонных колебаний уровня грунтовых вод, наличия и характера искусственного дренажа. Водный режим этого типа подразделяют на:

· ирригационно-непромывной , при котором КУ>1 с учётом поливов. Сквозное промачивание почвенного профиля после очередных проливов отсутствует;

· ирригационно-периодический промывной, при котором КУ=1. После поливов в отдельных случаях происходит сквозное промачивание почвенного профиля.

· Ирригационно-промывной, при котором КУ>1. Сквозное промачивание почвенного профиля наблюдается после каждого полива и способствует быстрому подъёму уровня грунтовых вод.

О с у ш и т е л ь н ы й т и п формируется на искусственно осушаемых заболоченных и болотных почвах. Его конкретная характеристика определяется видом дренажа и степенью регулирования.

Рассмотренные типы водного режима отражают общие закономерности влагооборота в многолетних циклах. В любой почвенной зоне условия водного режима в отдельные периоды года могут существенно отличаться от среднегодовых т. е. в годовом цикле будет совмещено несколько типов водного режима. Например, в таежно-лесной зоне в подзолистых и почвах в годовом цикле влагооборота преобладает водный режим промывного типа. В то же время в ранневесенний период в результате снеготаяния и выпадения атмосферных осадков в этих почвах возникает различный по продолжительности водозастойный режим, а в летние месяцы они находятся преимущественно в условиях водного режима непромывного типа. Эти особенности важно учитывать при оценке процессов, протекающих в почвах, и оптимизации водного режима почв.

Регулирование водного режима. Оптимизация водного режима - важнейшее звено в комплексе мероприятий, направленных на создание условий, благоприятных для роста и развития сельскохозяйственных культур. Без устойчивого снабжения влагой, даже при оптимальном сочетании всех остальных факторов жизни, растения не в состоянии полностью реализовать свой биологический потенциал и, следовательно невозможно получить высокие урожаи растениеводческой продукции.

Оптимальные условия для роста и развития культурных растений создаются в том случае, когда количество влаги, постуггаюiцей в почву, уравновешивает ее расходом на транспирацию и физическое испарение.

При регулировании водного режима учитывают климатические, литолого-геоморфологические и почвенные условия а также особенности водопотребления возделываемых культур. Чтобы создать оптимальный водный режим регулируют поверхностный сток, улучшают водно-физические свойства почв, применяют орошение. осушение, лесомелиорацию, различные агротехнические приемы. Обычно проводят комплекс мероприятий, направленных на искусственное изменение приходных и расходных статей водного баланса и соответственно общих и продуктивных запасов влаги в почве.

В зоне избыточного увлажнения улучшение водного режима слабодренированных территорий связано с удалением свободной гравитационной влаги с помощью агромелиоративных мероприятий по ускорению поверхностного и внутрипочвенного стока. Для ускорения поверхностного стока осуществляют планировку и профилирование поверхности, проводят узкозагонную вспашку, нарезку гребней и гряд.

С помощью планировки осуществляют нивелирование понижений на местности, в которых весной и после обильных летних дождей долго застаивается влага. Профилирование поверхности заключается в придании ей направленного уклона, благодаря чему удаляется свободная гравитационная влага. При узкозагонной вспашке между формирующимися широкими грядами образуются разъемные борозды, по которым поверхностные воды, если имеется необходимый уклон, отводятся за пределы осушаемого поля. Гребневание и грядование - способы интенсивного локального дренажа поверхностных горизонтов и увеличения их испаряющей способности. По бороздам между грядами и гребнями проиеходит поверхностный сток воды за пределы поля.

Для ускорения внутрипочвенного стока применяют кротование и глубокое мелиоративное рыхление. Кротование - устройство земляных дрен, при котором осуществляется перераспределение избыточной влаги из поверхностных во внутрипочвенные слои профиля и их аэрация. В результате глубокого мелиоративного рыхления разрушаются уплотненные водоупорные горизонты, обеспечиваются оптимальные плотность сложения и водопроницаемость верхней части почвенного профиля мощностыо не менее 0,6 м.

Регулирование водного режима почв болотного типа, а также минеральных заболоченных почв (болотно-подзолистых, дерново-глеевых) осуществляют с помощью осушительных мелиораций - устройства закрытого или открытого дренажа для отвода избыточной влаги за пределы осушаемого массива.

Вместе с тем регулирование водного режима в зоне избыточного увлажнения нельзя рассматривать лишь как одностороннее мероприятие по отводу избытка влаги. Это обусловлено тем, что здесь периоды сильного переувлажнения почвы могут сменяться периодами ее интенсивного иссушения. Так, в зоне суглинистых дерново-подзолистых почв всегда имеет место летняя засуха. Ее продолжительность в пределах европейской части страны в зависимости от обеспеченности осадками может достигать 2-5 нед. При этом верхняя часть профиля почв может иссушаться вплоть до влажности завядания растений. В песчаных и супесчаных почвах, отличающихся меньшей влагоемкостью, период е отчетливо выраженным дефицитом доступной для растений влаги еще более продолжительный. В связи с этим в Нечерноземной зоне эффективным способом оптимизации влагообеспеченности культурных растений служит двухстороннее регулирование водного режима. При избытке влаги в почве ее отводят с полей по дренажным трубам в специальные водоприемники, а при необходимости – подают обратно на поля по тем же трубам или с помощью дождевальных установок.

Для оптимизации водного режима важное значение имеют все мероприятия направленные на окультуривание почв, поскольку они способствуют накоплению и сохранению продуктивных запасов влаги в корнеобитаемом слое. К таким мероприятиям относят: увеличение мощности пахотного слоя и улучшение его агрофизических свойств (структурного состояния пористости, плотности сложения), известкование, внесение органических и минеральных удобрений, сидерацию, рыхление подпахотного слоя и др.

В зоне неустойчивого увлажнения и в засушливых регионах регулирование водного режима в первую очередь направлено на максимальную аккумуляцию в почве влаги атмосферных осадков и последующее ее рациональное использование. Поскольку к концу лета в таких регионах запасы доступной для растений влаги в корнеобитаемом слое почвы снижаются до чрезвычайно низкого уровня, особое значение имеют мероприятия по накоплению в почве осадков осенне-зимнего периода, на долю которых приходится до 70 % от их годового количества. Поэтому осадки осенне-зимнего периода играют определяющую роль в формировании урожая, для их накопления проводят лущение стерни вслед за уборкой зерновых культур, раннюю зяблевую вспашку, щелевание, снегозадержание, весеннее чересполосное протаивание снега. Высокой эффективностью характеризуется почвозащитная система земледелия, разработанная под руководством А.И.Бараева. В ее основе лежит плоскорезная обработка, после проведения которой на поверхности почвы сохраняется до 80% стерни. Благодаря наличию стерни уменьшается испарение и лучше аккумулируются выпадающие осадки, накапливается и более равномерно распределяется снег на пашне, почва меньше промерзает и лучше впитывает весной талые воды, вследствие чего существенно ограничиваются поверхностный сток и эрозия почвы. Влагонакопительный эффект усиливается при посеве кулис из высокостебельных растений.

Важную роль в системе влагонакопительных мероприятий по улучшению водного режима играют чистые пары, наибольший эффект от которых проявляется в степной зоне. При надлежащем уходе к весне в чистых парах в метровом слое почвы накапливается 130-160 мм и более доступной для растений влаги, что обеспечивает устойчивое водоснабжение сельскохозяйственных культур, высеваемых по парам. В некоторых районах вместо чистых более предпочтительны кулисные пары.

Эффективный прием по накоплению и сохранению влаги почве - создание системы полезащитных лесных полос, способствующих заметной гумидизации микроклимата. По сравнению с открытой степью на полях, защищенных лесными полосами, накапливается больше снега (на 25-30%) и уменьшается глубина промерзания почвы. Весной почва быстрее оттаивает, благодаря чему увеличивается инфильтрация талых вод. Поэтому значительно сокращается или прекращается вообще поверхностных сток, а количество продуктивной влаги увеличивается на 80-100 мм. На полях, защищенных лесными полосами, скорость ветра снижается на 30-40%, а температура воздуха летом на 2-3 0 С, в результате чего уменьшается непродуктивное испарение влаги с поверхности почвы. Наибольший эффект отмечается в случае создания ажурных и ажурно-продуваемых лесных полос.

Особое значение влагонакопительные мероприятия приобретают на склоновых территориях, где существует реальная опасность потери влаги в результате поверхностного стока. На таких участках зяблевую вспашку проводят поперек склона, применяют полосное размещение посевов, лункование, щелевание, прерывистое бороздование, буферные полосы из многолетних трав и другие приемы.

В весенний период важное значение имеет сохранение влаги, накопленной в почве от физического испарения, потери за счет которого могут составлять 60% и более от суммы осадков. Так, в степных районах за один жаркий день с гектара незаборонованной зяби теряется до 40-45 т воды. Для предотвращения непродуктивных потерь влаги применяют поверхностное рыхление, способствующее мульчированию верхнего слоя, и боронование. При нарушении сплошного водного тела почвы самый верхний слой ее высыхает и предохраняет влагу нижележащей части почвенного профиля от испарения.

Эффективным приемом регулирования водного режима служит орошение, при применении которого можно оперативно устранять дефицит влаги в почве и поддерживать на оптимальном уровне микроклиматические условия в течение вегетационного периода. В то же время в степной и тем более в лесостепной зоне орошение нужно рассматривать лишь как прием, дополняющий весь комплекс агротехнических мероприятий по накоплению и сохранению в почве влаги атмосферных осадков.

В аридных регионах, где выпадает незначительное количество атмосферных осадков, применять самые прогрессивные влагонакопительные агротехнологии недостаточно для аккумуляции в почве необходимого количества влаги. Поэтому в таких регионах для регулирования водного режима используют орошение. При этом первостепенное значение приобретает система мероприятий по предотвращению непродуктивного расхода поливной влаги, особенно на инфильтрацию, чтобы не допустить подъёма уровня минерализованных грунтовых вод и вторичного засоления орошаемых почв.

5. Методические указания по определению экономической эффективности удобрений и других средств химизации, применяемых в сельском хозяйстве. М. : Колос, 1979. 30 с.

6. Нормативы для определения потребности сельского хозяйства в минеральных удобрениях. М. : ЦИНАО, 1985. 338 с.

7. Составление проекта на применение удобрений: рекомендации / МСХ РФ. М. : ФГНУ «Росинфор-магротех», 2000. 154 с.

Лукин Андрей Сергеевич, кандидат экон. наук, доцент кафедры менеджмента, Вятский социально-экономический институт, [email protected]; Папы-рин Владимир Борисович, кандидат экон. наук, доцент кафедры менеджмента, Вятский социально-экономический институт.

5. Metodicheskie ukazaniya po opredeleniyu ehko-nomicheskoj ehffektivnosti udobrenij i drugih sredstv himizacii, primenyaemyh v sel"skom hozyajstve. M. : Ko-los, 1979. 30 s.

6. Normativy dlya opredeleniya potrebnosti sel"s-kogo hozyajstva v mineral"nyh udobreniyah. M. : CINAO, 1985. 338 s.

7. Sostavlenie proekta na primenenie udobrenij: Rekomendacii / MSKH RF. M. : FGNU "Rosinforma-grotekh", 2000. 154 s.

Lukin Andrey Sergeevich, Candidate of Economic Sciences, Associate Professor, Vyatka social and economic institute, [email protected]; Papyrin Vladimir Borisovich, Candidate of Economic Sciences, Associate Professor,Vyatka social and economic institute.

УДК 631.432:631.433:631.445.4(571.1) ГРНТИ 68.05.41 Л.В. Юшкевич, А.Г. Щитов, В.Л. Ершов

ОПТИМИЗАЦИЯ ВОДНО-ВОЗДУШНОГО РЕЖИМА ЧЕРНОЗЕМНЫХ ПОЧВ ЛЕСОСТЕПИ ЗАПАДНОЙ СИБИРИ

Представлены результаты наблюдений за агрофизическим состоянием черноземной почвы в длительном стационарном опыте в лесостепи Западной Сибири. Сравнивались системы обработки почвы в севообороте при выращивании яровых зерновых культур. Оптимальное (0,7-0,8) соотношение между воздухом и влагой в верхнем слое черноземных почв к посеву зерновых при сложившейся плотности (1,04-1,08 г/см3) может быть достигнуто при увлажнении почвы до 36-40 %, что наблюдается после снеготаяния. Более целесообразно доведение плотности верхнего слоя к посеву до оптимальных параметров -1,10-1,15 г/см3. В этом случае увлажнение почвы до 30-32 % за счет проведения влагонакопительных агроприемов при минимизации обработки черноземных почв оптимизирует соотношение между воздухом и влагой к посеву зерновых культур.

Ключевые слова: система обработки почвы, предшественник, плотность почвы, пористость, урожайность.

L.V. Yushkevich, A.G. Shchitov, V.L. Ershov

OPTIMIZATION OF WATER-AIR REGIME CHERNOZEM SOILS OF FOREST-STEPPE OF WESTERN SIBERIA

Presents results of observations of the state of agrophysical chernozem soil in long-term stationary experiment in forest-steppe of Western Siberia. We compared tillage systems in rotation with the cultivation of spring crops. The optimum (0.7-0.8), the ratio between the air and the moisture in the upper layer of chernozem soil for sowing of grain at the current density (1.04-1.08 g/cm3) can be achieved when the soil moisture up to 36-40 % that observed after snowmelt. Furthermore it is advisable to bring the top layer density for seeding to the optimal parameters of 1.10-1.15 g/cm3. In this case, soil moisture up to 30-32 % at the expense of the moisture-accumulating processing while minimizing the processing chernozem soils optimizes the ratio between air and moisture for sowing crops.

Keywords: system of processing of the soil, predecessor, soil density, porosity, productivity.

© Юшкевич Л.В., Щитов А.Г., Ершов В.Л., 2016

Введение

Освоение на черноземных почвах лесостепи Западной Сибири ресурсосберегающих почвозащитных систем обработки почвы требует обоснования и комплексной оценки оптимальных параметров агрофизических свойств в условиях химизации земледелия. С изменением механической нагрузки на верхний слой черноземных почв, от применения удобрений и пестицидов нарастает масса растительных остатков на поверхности поля, что со временем влияет на элементы почвенного плодородия, снижает эродируемость, повышает содержание водопрочных агрегатов, оптимизирует плотность, водный режим и водопотребление на единицу продукции.

Агрофизическое состояние верхнего слоя черноземных почв непосредственно влияет на жизнедеятельность растений. Первичным и определяющим фактором всей физики почвы является ее плотность. С ней непосредственно связаны водный, тепловой и воздушный режимы почвы, она является значительным фактором плодородия. Для урожая вредна как рыхлая, так и переуплотненная почва, а ее оптимальное сложение создает наилучшие условия для жизни растений .

Установлено, что для жизнеобеспечения большинства зерновых культур важны не столько параметры сложения верхнего слоя, сколько оптимальное соотношение в нем фаз почвы, особенно при засушливости климата и дефиците водных ресурсов. Исследования агрофизических параметров показывают, что наиболее оптимальные для жизнедеятельности растений почвенные условия создаются при следующем соотношении фаз почвы: твердой - 43-44 %, жидкой - 34-35 % и газообразной - 21-23 % от объема почвы . Данные исследования на черноземных почвах Западной Сибири крайне ограничены.

Цель исследований - установить влияние систем обработки на оптимизацию водно-воздушного режима в верхнем слое черноземных почв лесостепи Западной Сибири.

Объекты и методы

Исследования проведены в лесостепной почвенно-климатической зоне Омской области в длительном (с 1973 г.) стационарном зернопаровом севообороте отдела земледелия ФГБНУ СибНИИСХ в 2001-2010 гг.

Почва опытного участка лугово-черноземная среднемощная тяжелосуглинистая с содержанием гумуса до 7-8 %. Плотность верхнего слоя составляет, в зависимости от варианта обработки почвы, - 0,90-1,15 г/см3, увеличиваясь вниз по профилю до 1,40-1,60 г/см3, а плотность твердой фазы соответственно - 2,50-2,59 и 2,60-2,70 г/см3. Общая пористость гумусового горизонта - 55-63 %, ниже она уменьшается до 40-50 %. В составе общей пористости преобладают микропоры менее 3 мк и активные капиллярные поры (60-3 мк). Емкость поглощенных оснований составляет 29,5-36,0 мг экв./100 г почвы, из них 80-90 % приходится на катион Са++. Засоление отсутствует (Рн водное 6,7-6,8).

Вегетационный период агроландшафта составляет 162-165 сут, сумма активных температур выше 10 °С - 1800-2000 °С. Среднегодовое количество осадков 350-400 мм, в том числе за вегетационный период 190-220 мм. Суховеи наблюдаются обычно в мае и в первой половине лета.

Агрофизические параметры верхнего слоя лугово-черноземной почвы на различных вариантах обработки почвы изучали по общепринятым методикам .

Результаты исследований

Установлено, что для местных черноземов оптимальные границы плотности почвы приближены к интервалу 1,0-1,2 г/см3. В.Н. Слесаревым (1984) данные параметры были уточнены, и оптимальная плотность для зерновых культур (пшеница, ячмень) составила 1,10 ± 0,10 г/см3 . Урожайность зерновых на рыхлой (0,9 г/см3) и плотной (1,3 г/см3) почве снижается на 16-32 %. Даже при плотности, близкой к равновесному и оптимальному состоянию, повышение доли газообразной и снижение жидкой фазы в верхнем слое к посеву зерновых культур способствует, при недостаточном увлажнении и повышенной аэрации, ухудшению агрофизических параметров плодородия черноземных почв.

Наблюдения за водно-физическим состоянием верхнего слоя лугово-черноземной почвы свидетельствуют, что даже при периодическом отказе от основной обработки к посеву яровой пшеницы оптимального соотношения между воздухом и влагой не происходит, что свидетельствует о дефиците водных ресурсов (табл. 1).

Таблица 1

Соотношение твердой (т), жидкой (ж) и газообразной (г) фаз в почве на второй пшенице после пара, %

Основная обработка почвы

Слой Отвальная Плоскорезная Минимальная

почвы, на глубину на глубину на глубину

см 20-22 см 12-14 см 5-6 см

т ж г т ж г т ж г

После обработки

0-10 34 21 45 36 22 42 39 23 38

10-20 33 22 44 39 21 40 44 23 33

20-30 40 18 42 45 19 36 49 20 31

0-30 36 20 44 40 21 39 44 22 34

Перед посевом

0-10 30 25 45 29 25 46 29 27 44

10-20 34 27 39 35 28 37 37 28 35

20-30 45 28 27 46 29 25 48 30 22

0-30 36 27 37 37 27 36 38 28 34

Соотношение между воздухом и влагой в верхнем слое черноземных почв во многом определяется приемом и глубиной основной обработки почвы, сезонностью и увлажнением. Осенью, после основной обработки почвы, вследствие недостаточного уплотнения (менее 1,0 г/см3) и увлажнения газообразная фаза в верхнем (0-30 см) слое существенно (в 1,52,2 раза) превосходит жидкую, причем соотношение между воздухом и влагой возрастает с уменьшением плотности почвы.

Так, при минимальной обработке соотношение составило 1,55, на плоскорезной -1,86, а на отвальной обработке достигало 2,20, причем с глубиной данное соотношение сужается.

К посеву яровой пшеницы соотношение фаз почвы относительно осенних показателей

изменяется в направлении некоторого увеличения твердой и жидкой и уменьшения газообразной в связи с усвоением невегетационных осадков и уплотнением верхнего слоя чернозема. Если количество жидкой фазы практически не изменяется по вариантам обработки почвы стерневого предшественника, то газообразная уменьшается с уплотнением с 37,0 до 33,7 %.

Полученные данные агрофизических параметров верхнего слоя лугово-черноземной почвы свидетельствуют о том, что оптимального соотношения между газообразной и жидкими фазами почвы не наступает. В отвальном варианте обработки почвы данное соотношение в пахотном слое 0-30 см наибольшее - 1,37, при плоскорезной обработке уменьшается до 1,33 и при минимальной снижается до 1,21. Относительно неблагоприятное соотношение между воздухом и влагой на стерневых фонах к посеву зерновых культур связано в основном с недос -таточным уплотнением (менее 1,15 г/см3), а вследствие этого - повышенной пористостью верхнего слоя, достигающей 58-62 %. Недостаток влаги весной и ограниченное количество невегетационных осадков приводят к посеву и вегетации культуры к излишнему содержанию газообразной фазы. Расчеты показывают, что при увлажнении, равном наименьшей влагоемкости (НВ), содержание воздуха в верхнем слое при оптимальном уплотнении может понижаться до 20-30 % от объема почвы.

Установлено, что применение приемов влагонакопления в засушливой степной зоне (снегозадержание, стерня высокого среза) на второй пшенице после пара повышает содержание жидкой фазы на 2,7-3,0 %, а в паровом поле с кулисами приближало ее соотношение к оптимуму (1: 0,80) .

По паровому предшественнику, где условия увлажнения складываются в аридных территориях наиболее благоприятно, в верхнем слое черноземных почв соотношение между воздухом и влагой к посеву яровой пшеницы приближается к единице (табл. 2).

В конце парования технология обработки почвы оказывала заметное влияние на плотность и влажность верхнего слоя. Так, в варианте с отвальной обработкой пара, по типу раннего, плотность почвы в слое 0-30 см составила 0,98, при минимальной обработке -1,07 г/см3, пористость соответственно 62 и 56 %. Излишняя рыхлость и скважность обрабатываемого слоя в сочетании с недостаточным увлажнением (близкое к ВРК) способствовало,

Соотношение твердой (т), жидкой (ж) и газообразной (г) фаз в почве на пшенице после парового предшественника, %

Слой почвы, см Основная обработка почвы

Отвальная на глубину 20-22 см Минимальная на глубину 6-8 см

т | ж | г т | ж | г

После обработки

0-10 35 23 42 34 25 41

10-20 37 24 39 40 26 34

20-30 42 24 34 51 24 25

0-30 38 24 38 42 25 33

Перед посевом

0-10 39 31 30 38 33 29

10-20 37 28 35 39 29 32

20-30 42 27 31 43 26 31

0-30 39 29 32 40 29 31

как по отвальной, так и по минимальной обработке, неблагоприятному соотношению между воздухом и влагой (1,58 и 1,32 соответственно).

К посеву яровой пшеницы плотность и пористость верхнего слоя в результате увлажнения и объемных деформаций верхнего слоя практически не различалась по вариантам подготовки пара. Повышенная скважность почвы, несмотря на повышение увлажнения, способствовала снижению газообразной фазы до минимального варианта. В целом к посеву яровой пшеницы соотношение между воздухом и влагой с глубиной уменьшалось, и в слое 0-30 см составляло в отвальном варианте подготовки пара - 1,10, минимальном - 1,07.

Аналогичные исследования, проведенные при различных приемах обработки чистых и занятых паров, показали, что в чистом пару соотношение между воздухом и влагой перед посевом яровой пшеницы в слое 0-30 см составляло по вспашке - 1,07, мелкой плоскорезной обработке - 1,00 и минимальной - 0,89, то есть при минимизации обработки приближалось к оптимальным параметрам. В то же время в занятом (рапсовом) паровом поле перед посевом яровой пшеницы соотношение между воздухом и влагой по вариантам обработки пара составляло соответственно 1,37; 1,04 и 0,96. Данное соотношение в целом в связи с уменьшением плотности и весеннего увлажнения в поле с занятым паром повышалось с тенденцией оптимизации при минимизации обработки почвы.

В связи с внедрением в регионе интенсивных технологий возделывания зерновых культур и внесением измельченной соломы на поверхность поля важно установить их влияние

на оптимизацию водно-воздушного режима Таблица 3 в верхнем слое черноземных почв. Наблюдения показали, что в замыкающем поле зернопарово-го севооборота (ячмень) систематическое применение комплексной химизации способствовало при минимальной обработке увеличению растительных остатков в слое 0-20 см с 0,86 до 1,44 т/га (на 67,4 %), что в целом повлияло положительно на оптимизацию водно-физического состояния почвы к посеву культуры (табл. 3).

Систематическое применение средств химизации и измельченной соломы в варианте с отвальной обработкой положительных изменений в водно-физическом состоянии верхнего слоя к посеву ячменя не оказало. При минимальной обработке почвы, с оставлением основной массы растительных остатков на поверхности поля, количество жидкой фазы в слое 0-30 см возрастало до 30 % (на 10,7 %) при одновременном снижении газообразной с 29 до 25 %. В этом варианте соотношение между воздухом и влагой снижается до 0,81 и приближается к оптимальным параметрам.

Заключение

Таким образом, оптимальное (0,7-0,8) соотношение между воздухом и влагой в верхнем слое черноземных почв к посеву зерновых при сложившейся плотности (1,04-1,08 г/см3) может быть достигнуто при увлажнении почвы до 36-40 %, что наблюдается чаще после снеготаяния. Более целесообразно доведение плотности верхнего слоя к посеву до оптимальных параметров -1,10-1,15 г/см3. В этом случае увлажнение почвы до 30-32 % (близкое к НВ) за счет проведения влагонакопительных агроприемов и комплексной химизации при минимизации обработки черноземных почв оптимизирует соотношение между воздухом и влагой к посеву зерновых культур.

Список литературы References

1. К вопросу обеспеченности растений влагой 1. K voprosu obespechennosti rasteniy vlagoy i

и воздухом при различном уплотнении почв / А. Кана- vozduhom pri razlichnom uplotnenii pochv / A. Kanarake, раке, Р. Таллер // Почвоведение. 1962. № 5. С. 106-113. R. Taller // Pochvovedenie. 1962. № 5. S. 106-113.

Соотношение твердой (т), жидкой (ж)

и газообразной (г) фаз в почве перед посевом ячменя в зависимости от технологии возделывания, %

Основная обработка почвы

Слой почвы, Отвальная Минимальная

см на глубину 20-22 см на глубину 5-6 см

т ж г т ж г

После обработки

0-10 38 28 34 39 29 32

10-20 43 29 28 44 28 28

20-30 44 27 29 45 28 27

0-30 42 28 30 43 28 29

Перед посевом

0-10 37 29 34 39 30 31

10-20 42 30 28 45 31 24

20-30 44 28 28 47 31 22

0-30 41 29 30 44 31 25

2. Плотность почвы как фактор плодородия и некоторые особенности ее определения / Л.С. Рок-танэн // Плотность почвы и ее регулирование обработкой. Целиноград, 1973. С. 3-36.

3. Буянкин Н.И., Слесарев В.Н. Агрофизика и кинетика в минимизации основной обработки черноземов / Рос. акад. с.-х. наук. Калининград: Янтарный сказ, 2004. 160 с.

4. Доспехов Б.А. Методика полевого опыта. М. : Колос, 1973. 336 с.

5. О сущности понятия объемной массы и плотности почвы / В.Н. Слесарев // Сибирский вестник сельскохозяйственной науки. 1992. № 1. С. 3-5.

6. Научные основы минимальной обработки почвы / И.Б. Ревут // Земледелие. 1970. № 2. С. 17-23.

7. Слесарев В.Н. Агрофизические основы совершенствования основной обработки черноземов Западной Сибири: автореф. дис. ... д-ра с.-х. наук: 06.01.01. Омск, 1984. 32 с.

8. Черепанов М.Е. Снегозадержание в почвозащитном земледелии Западной Сибири. Новосибирск: Наука. Сиб. отд-ние, 1988. 160 с.

Юшкевич Леонид Витальевич, доктор с.-х. наук, профессор, СибНИИСХ, [email protected]; Щитов Александр Григорьевич, канд. с.-х. наук, СибНИИСХ; Ершов Василий Леонидович, доктор с.-х. наук, профессор, Омский ГАУ, [email protected].

2. Plotnost pochvyi kak faktor plodorodiya i nekotoryie osobennosti ee opredeleniya / L.S. Roktanen // Plotnost pochvyi i ee regulirovanie obrabotkoy. Tselino-grad, 1973. S. 3-36.

3. Buyankin N.I., Slesarev V.N. Agrofizika i kinetika v minimizatsii osnovnoy obrabotki chernozemov / Ros. akad. s.-h. nauk. Kaliningrad: Yantarnyiy skaz, 2004. 160 s.

4. Dospehov B.A. Metodika polevogo opyita. M. : Kolos, 1973. 336 s.

5. O suschnosti ponyatiya ob"emnoy massyi i plot-nosti pochvyi / V.N. Slesarev // Sibirskiy vestnik selsko-hozyaystvennoy nauki. 1992. № 1. S. 3-5.

6. Nauchnyie osnovyi minimalnoy obrabotki pochvyi / I.B. Revut // Zemledelie. 1970. № 2. S. 17-23.

7. Slesarev V.N. Agrofizicheskie osnovyi sover-shenstvovaniya osnovnoy obrabotki chernozemov Zapadnoy Sibiri: avtoref. dis. ... d-ra s.-h. nauk: 06.01.01. Omsk, 1984. 32 s.

8. Cherepanov M.E. Snegozaderzhanie v pochvoza-schitnom zemledelii Zapadnoy Sibiri. Novosibirsk: Nauka. Sib. otd-e, 1988. 160 s.

Yushkevich Leonid Vitalyevich, Doctor of Agricultural Sciences, Professor, Leading Researcher, Siberian Re-seaearch Institute of Agriculture, [email protected]; Shchitov Alexander Grigoryevich, Candidate of Agricultural Sciences, Siberian Reseaearch Institute of Agriculture; Ershov Vasiliy Leonidovich, Doctor of Agricultural Sciences, Professor, Omsk SAU; [email protected].