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.

Характеристика водного режима почв. Гидротермический коэффициент

Водный режим почв — совокупность явлений поступления воды в почвы, ее расхода и изменения физического состояния. Вода — важнейший фактор жизни растений, так как она находится в главном минимуме, особенно в засушливых регионах страны. Она необходима растениям во все фазы роста и развития, причем в больших количествах. Годовое содержание влаги в почве показывает, что ее меньше всего в период активной вегетации культур, поэтому данный показатель необходимо регулировать (рис. 4.1).

Рис. 4.1. Годовая кривая влажности почвы
Среди важнейших факторов жизни растений почвенную влагу отличает сильная изменчивость во времени и в пространстве.
Условия увлажнения территории зависят не только от осадков, но и от температурного режима, которые обычно выражают с помощью гидротермического коэффициента (ГТК):

где 2jP —сумма осадков за теплый период или его часть, mm; £j —
сумма положительных температур за этот же период, °С. Гидрометцентр России пользуется такой шкалой:
. если ГТК < 0,4, то это сухая зона;
. 0,4—1,3 — засушливая;
. > 1,3 — влажная.
Различают пять типов водного режима неорошаемых почв:
1) мерзлотный. Он характерен для северных районов вечной мерзлоты, где в теплое время года происходит оттаивание и переувлажнение только верхнего слоя почв (тундровые почвы);
2) промывной. Он встречается в увлажненных районах с преобладанием осадков над испарением, где выпадающие осадки уходят в грунтовые воды (дерново-подзолистые почвы);
3) периодически промывной, когда количество осадков и испарение примерно равны (серые лесные почвы, оподзоленные и выщелоченные черноземы);
4) непромывной. Он характерен для районов с преобладанием испарения над осадками, где промачивается только верхний слой почв, иногда всего до глубины 30—50 см (черноземные и каштановые почвы);
5) выпотный. Он встречается на территориях с непромывным режимом и близким залеганием грунтовых вод (засоленные почвы пустынь и полупустынь).
Формы (категории) воды в почве и водно-физические константы.
Влага поступает в растения не непосредственно из атмосферы, а через почву. На воду в почве действуют различные силы:
. сила тяжести или гравитации. Под ее влиянием выпадающие
осадки не остаются на поверхности, а стекают вниз и проникают
вглубь почвы, вызывая ее промачивание (рис. 4.2);

Рис. 4.2. Проникновение влаги в почву под действием силы тяжести
сорбционные силы, или силы молекулярного притяжения. Они притягивают молекулы воды к мелким (менее 1 мм) частицам почвы и удерживает их силой от 50 до десятков тысяч атмосфер (рис. 4.3);

Рис. 4.3. Действие сорбционных сил на молекулы воды
менисковые, или капиллярные, силы. Они действуют в узких (менее 1 мм) порах почвы — капиллярах и препятствуют дальнейшему стеканию воды вниз (рис. 4.4).

Рис. 4.4. Менисковые, или капиллярные, силы
В результате влага зависает и образуется промоченный слой толшиной до 1,0— 1,5 м, откуда растения берут влагу (рис. 4.5);


Рис. 4.5. Результат действия менисковых, или капиллярных, сил
осмотические силы. Они вызываются веществами, растворенными в почвенной влаге, например удобрениями, и влекут ее передвижение от мест с меньшей концентрацией этих веществ к местам с их большей концентрацией (рис. 4.6).


Рис. 4.6. Осмотические силы
В зависимости от сил, которые на нее в основном воздействуют, влага в почве может находиться в нескольких формах или категориях. Они отличаются друг от друга по степени доступности растениям, скорости передвижения, т.е. подвижности и физическому состоянию.
По физическому состоянию различают жидкую влагу, которая усваивается корнями растений, и неусвояемые формы — твердую (лед) и парообразную, которые могут быть использованы растениями только после таяния или конденсации водяных паров, когда они превращаются в жидкую форму.
Формы (категории) почвенной влаги классифицируют следующим образом (по Роде):
по физическому состоянию:
1) усвояемая:
— жидкая (свободная);
2) неусвояемая:
— твердая (лед);
— парообразная;
по степени подвижности:
1) неподвижная:
— химически связанная;
— физически связанная;
— прочносвязанная (гигроскопическая);
2) малоподвижная:

3) легкоподвижная:
— капиллярная;
— гравитационная;
по степени доступности растениям: 1) легкодоступная (продуктивная):
— капиллярная;
— гравитационная;
2) труднодоступная (непродуктивная):
— капиллярно-разобщенная;
— рыхлосвязанная (пленочная);
3) недоступная (непродуктивная):
— прочносвязанная (гигроскопическая).
Водяной пар находится в составе почвенного воздуха в порах почвы, не занятых водой. Он активно передвигается от мест с его большей концентрацией к местам с его меньшей концентрацией в результате диффузии, а также пассивно с общим током воздуха, т.е. путем конвекции. Зимой он передвигается из нижних теплых слоев почвы в верхние, где и конденсируется на границе промерзания почвы (так называемая «зимняя перегонка»). В результате в верхнем метровом слое почвы дополнительно накапливается около 10 мм влаги.
В теплое время, напротив, наблюдаются потери парообразной влаги, когда она поднимается вверх и улетучивается в атмосферу. Но может происходить и обратный процесс, когда парообразная влага из атмосферы попадает в почву и ночью, когда почва остывает, конденсируется в ней в виде «внутрипочвенной росы». Это наиболее
заметно в приморских районах, где воздух насыщен парами воды, а также на легких почвах в районах с континентальным климатом, где днем почва сильно прогревается, а ночью быстро остывает.
По степени подвижности, т.е. скорости передвижения в почве, различают три категории влаги: неподвижная, трудноподвижная, малоподвижная и легкоподвижная.
Неподвижная влага представлена химически связанной, которая входит в состав почвенных минералов, и физически связанной, или гигроскопической. Гигроскопическая, или прочносвязанная, влага состоит из молекул воды, притянутой к мелким (< 1 мм) частицам почвы сорбционными силами, она передвигается только в виде пара.
Трудноподвижная (малоподвижная) влага передвигается очень медленно (несколько сантиметров в год), она представлена рыхлосвязанной, или пленочной, влагой (рис. 4.7).


Рис. 4.7. Прочно- и рыхлосвязанная формы почвенной влаги
Она находится поверх слоя гигроскопической влаги и передвигается от более толстых пленок к менее толстым.
Легкоподвижная влага состоит из гравитационной и капиллярной влаги. Она передвигается сравнительно быстро и на большие расстояния — до нескольких метров.
Подвижность почвенной влаги определяет ее доступность растениям. Чем дальше и быстрее она передвигается в почве от более увлажненных к менее увлажненным местам, в частности, к зоне иссушения вокруг корней, тем она доступнее растениям.
По степени доступности различают три категории влаги: легкодоступная, труднодоступная и недоступная.
К легкодоступной относятся гравитационная и капиллярная влага, которая удерживается почвой с небольшой силой — до 5—10 атм, поэтому корни растений, имеющие сосущую силу от 5—10 до 50— 100 атм, легко добывают ее из почвы. Но гравитационная влага быстро (через несколько суток) исчезает, превращаясь в другие формы, и поэтому является эфемерным источником водоснабжения. Значит основной формой влаги, участвующей в снабжении растений, является капиллярная влага, которая присутствует в почве длительное время. Итак, надо знать и учитывать закономерности передвижения влаги, чтобы направлять ее в нужное место и предохранять от непродуктивных потерь. Капиллярная влага передвигается в почве под влиянием градиентов, т.е. изменения влажности, плотности и температуры почвы, а также от более увлажненных мест к менее увлажненным (рис. 4.8).
Так, когда корни растений потребляют влагу, вокруг них создается зона иссушения, куда через капилляры попадают новые порции воды. Это полезный процесс. Но он может быть и отрицательным. Так, когда почва насыщена влагой, например, после снеготаяния, полива или дождя, ее поверхность высыхает, туда попадают новые порции воды, чтобы в свою очередь испариться в атмосферу. За сутки этот «насос» перекачивает 50—100 т воды (рис. 4.9).


Для того чтобы уменьшить потери, верхний слой неглубоко рыхлят, превращая в нем узкие капиллярные поры в широкие некапиллярные. А в силу физических законов влага не может передвигаться из узких пор в широкие, в результате создается «гидрозамок», и испарение снижается примерно в два раза. Напротив, если надо подтянуть влагу к верху, например, к высеянным семенам, производят не рыхление, а прикатывание почвы. Различия в плотности
увеличивают перемещение капиллярной влаги из рыхлых слоев почвы в плотные, т.е. из широких пор в узкие.
Градиент температуры вызывает перемещение капиллярной влаги от теплых мест к холодным, и наоборот. В частности, с ним связано иссушение почвы весенними ночными заморозками, когда оттаявшая днем почва ночью подмерзает, а влага по капиллярам поднимается вверх и там испаряется.
Труднодоступная влага представлена капиллярно-разообщенной и рыхлосвязанной влагой. Первая находится в капиллярах с воздушными пробками, которые препятствуют ее передвижению (рис. 4.10).


Рис. 4.10. Капиллярно-разобщенная влага
Рыхлосвязанная располагается в виде пленки поверх прочносвязанной влаги и удерживается почвой с такой силой, что корни растений с трудом ее усваивают.
Недоступная влага — это прочносвязанная (гигроскопическая) влага, которая располагается непосредственно поверх почвенных частиц, и молекулярные силы удерживают ее так прочно, что корни растений не в состоянии ее усвоить. В сумме труднодоступная и недоступная влага образует непродуктивную влагу, которая не усваивается растениями и не создает урожая.
В зависимости от того, в каких формах влага присутствуют в почве, она находится в различном физическом состоянии, которое характеризуется водно-физическими или агрогидрологическими константами. Это уровни увлажнения почвы, резко отличающиеся друг от друга связностью, подвижностью и доступностью почвенной влаги. Перечень этих констант одинаков для всех почв, но их конкретные значения для каждой почвы различны. На рис. 4.11 для примера представлены водно-физические константы метрового слоя тяжелосуглинистой почвы.
Максимальное количество влаги в почве содержится при полной влагоемкости (ПВ) — состоянии увлажнения почвы, когда все ее поры: и широкие некапиллярные, и узкие капиллярные заполнены водой. После стекания гравитационной влаги (через 1—3 сут) почва приходит в состояние наименьшей влагоемкости (НВ). В интервале ПВ—НВ на почвенную влагу действуют в основном силы гравитации.


Рис. 4.11. Водно-физические константы метрового слоя тяжелосуглинистой почвы
Наименьшая влагоемкость — важнейшая водно-физическая константа, показывающая, какое количество воды данная почва может удерживать в себе длительное время и предоставлять ее растениям. От этой величины начинается отсчет запасов продуктивной влаги, которая участвует в создании урожая. Преобладающей формой влаги в почве является капиллярная, которая находится в узких (менее 1 мм в диаметре) порах.
По мере высыхания почвы в нее попадает воздух, и в капиллярах появляются воздушные пробки. Они разрывают сплошность капилляров, замедляют передвижение влаги по капиллярам и тем самым затрудняют снабжение почвы водой. Наступает состояние влажности замедленного роста растений (ВЗР), или влажность разрыва капилляров (ВРК). С этого момента передвижение воды в почве происходит в основном не в жидком виде по капиллярам, а в виде пара, конвекционно-диффузионным путем. В орошаемом земледелии такое состояние соответствует времени проведения полива.
При дальнейшем иссушении, когда будут использованы все запасы легкодоступной влаги, наступает состояние влажности устойчивого завядания растений (ВУЗ) — предел увлажнения почвы, когда формирование урожая прекращается, в почве остается только непродуктивная влага.
Когда почва иссушается до состояния максимальной гигроскопичности (МГ), в ней остается недоступная растениям влага.
М Г определяется для каждой почвы лабораторным путем, а по ней рассчитывается влажность устойчивого завядания по формуле:

Наиболее высокая МГ наблюдается на почвах тяжелого гранулометрического состава и высокогумусированных черноземах, наименьшая — на песчаных почвах.
Таким образом, беспрепятственное снабжение растений водой и создание их урожая происходят в интервале влажности почвы между НВ и ВУЗ. Чем этот интервал шире, тем лучше водоснабжение растений. Для его регулирования используется три группы методов:
1) обеспечивающие исходное увлажнение почвы перед посевом до НВ (все мероприятия по накоплению влаги в почве);
2) увеличивающие НВ (увеличение содержание гумуса в почве, улучшение ее структуры, строения и сложения, внесение навоза);
3) уменьшающие ВУЗ (подбор засухоустойчивых сортов сельскохозяйственных культур, например замена гороха на нут, кукурузы на сорго).
Баланс почвенной влаги. Водный баланс — совокупность статей прихода и расхода влаги в корнеобитаемом слое почвы (для зерновых культур он составляет 1,0—1,5 м, многолетних трав и подсолнечника — 2,0 м и более). Его можно составить за год, вегетационный период или иные сроки.
Для неорошаемых условий его можно представить таким образом:

где Wt — запас влаги в конце периода, например, после уборки (м3/га или мм/га); IV0 — запас влаги в начале периода, например, перед посевом; О — количество осадков за изучаемый период, например вегетационный; <7Ф — количество воды, поступившей из грунтовых вод (при их близком расположении к поверхности, когда капиллярная кайма доходит до корнеобитаемого слоя (рис. 4.12); qK — величина конденсации парообразной влаги (для легких почв и в приморских районах); 2*п (сумма п) — потери влаги на физическое испарение почвой; Т — транспирация, т.е. расход влаги растениями; qtt — потери на инфильтрацию влаги вниз за пределы корнеобитаемого слоя (в условиях промывного режима увлажнения); qn — поверхностный сток и снос снега; qc — расход влаги сорняками.
Основная приходная статья влаги в неорошаемых условиях — атмосферные осадки. Не имея возможности их регулировать, необходимо добиваться их более полного усвоения.
Грунтовые воды залегают обычно глубоко и не могут усваиваться растениями. Поступления конденсационной влаги также сравнительно невелики.
В расходных статьях влаги главное внимание следует уделять ее непродуктивным потерям из почвы, сводя их к минимуму.


Рис. 4.12. Поступление влаги за счет грунтовых вод
Так, вблизи г. Саратова в год выпадает 390 мм осадков. Из них продуктивно (на транспирацию) расходуется всего 150 мм, или 38%. Остальная влага (62%) теряется совершенно бесполезно (рис. 4.13).


Рис. 4.13. Расход влаги на черноземных почвах Саратовского правобережья
Основные пути регулирования водного режима почв. Недостаточность и неравномерность выпадения атмосферных осадков, огромные непроизводительные потери влаги из почвы, составляющие более 60% годовой суммы осадков, вызывают необходимость регулирования водного режима почв в засушливых условиях. Приемы его регулирования можно разделить на четыре группы:
1) мероприятия мелиоративного характера;
2) мероприятия по воздействию на климат;
3) мероприятия по воздействию на почвы;
4) мероприятия по воздействию на сами растения.
К первой группе относятся орошение в засушливых районах и осушение в увлажненных.
Мероприятия второй группы — это посадка лесополос, устройство прудов и водохранилищ. Они уменьшают дефицит влажности воздуха, а лесополосы еще и снижают скорость ветра. За счет этого уменьшается испарение воды почвой и растениями. Кроме того, они приостанавливают рост оврагов и тем самым дальнейшее опускание уровня грунтовых вод и аридизацию территории. К третьей группе мероприятий относятся:
1) приемы повышения почвенного плодородия (внесение удобрений, увеличение содержания гумуса и др.), в результате чего снижается транспирационный коэффициент растений, так как на плодородных почвах они экономнее расходуют влагу в соответствии с законом совокупного действия факторов роста;
2) приемы, обеспечивающие более полное усвоение осадков почвами и растениями:
* повышение водопроницаемости почв за счет их глубокой и ранней обработки, улучшение структуры, строения и сложения почв. При этом осадки лучше впитываются в почвы, а растения развивают более мощную и глубокую корневую систему и полнее используют влагу;
. задержание снега и талых вод (посадка лесополос, посев кулис, сохранение стоящей стерни при безотвальной обработке почв, снегопахание, обработка почв поперек склона, позднеосеннее щелевание почв);
3) уменьшение потерь влаги из почв:
. сокращение физических потерь влаги на испарение;
— придание обрабатываемому слою почв оптимального строения и сложения (в засушливых условиях это плотность — в пределах 1,1 — 1,3 г/см3, общая порозность — 55—60%, соотношение в ней капиллярной и некапиллярной порозности — 2: 1—3: 1, аэрация — около 15—20%; в условиях достаточного увлажнения соответственно 1,15—1,35 г/см3; 46—56%; 1,5: 1; не менее 15%);
— выравнивание почв в теплый период;
— своевременное послеуборочное лущение, ранневесеннее покровное боронование;
— прикатывание рыхлых почв в сухое время года (после посева, после культивации пара);
— мульчирование почв растительными остатками (стерней при безотвальной обработке, измельченной соломой);
. уничтожение сорняков;
. своевременное и качественное выполнение полевых работ (предпосевной обработки почв и посева, ухода за парами и т.д.);
4) введение в севооборот чистых паров, которые аккумулируют выпадающие осадки и сохраняют их к посеву сельскохозяйственных культур.
К четвертой группе мероприятий можно отнести прежде всего подбор засухоустойчивых культур и сортов, имеющих низкий транспирационный коэффициент, глубокую и мощную корневую систему с высокой сосущей силой корней, а также более высоким выходом товарной продукции по отношению к побочной.
В табл. 4.1 показана шкала оценки весенних влагозапасов почв, в том числе их оптимальные показатели.
Таблица 4.1 Оценка весенних влагозапасов почв (по методике Гидрометцентра)

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].

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.

Водные свойства почв

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

Водный режим почв.

ПЗВ = ОЗВ – ЗТВ.

Типы водного режима почв.

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

Регулирование водного режима почв

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

4. Топырақты суғару мен мелиорациялаудың теориялық жағдайлары

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

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

К основным способам орошения относится:

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

· разбрызгиванием воды из специально проложенных труб;

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

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

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

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

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

1. Топырақтардың аниондарды сіңіруі. Топырақтың буферлігі.

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

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

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

а) особенности самих анионов

б) состав почвенных коллоидов и их электрокинетические свойства

в) реакция среды (РН).

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

4. Связывание фосфат ионов несиликатными гидроокислами алюминия и железа.

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

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

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

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

2. Топырақ суларындағы тұздардың шөгу және еру құбылымдарының ерекшеліктері.

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

Значительное количество легкорастворимых солей может образоваться при извержении вулканов.

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

3. Топырақтың су балансы

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

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

ПЗВ = ОЗВ – ЗТВ.

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

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

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

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

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

Способы химической мелиорации:

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Таблица 2.9. Деление магматических пород по содержанию диоксида кремния

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

3. Коллоидтардың пептизациялану үрдісі.

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

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

4. Топырақ бетінен және өсімдіктерден судың булануы.

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

Величину скорости испарения можно вычислить по зависимости

Формула (доступно при скачивании полной версии учебника)

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

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