Отношение растений к влагообеспеченности почвы. Полная полевая всхожесть

Вода является одним из основных компонентов питания растений, кроме того, корневая система растения эффективно работает лишь при определенной почвенной влажности. Более того, формирование плодов (в широком смысле этого слова, включая корнеплоды), да и самой массы растения (если в пищу используются его листья и/или стебли) зависит главным образом от того, хватает ли растениям воды, из которой они состоят, в зависимости от вида, на 80-90%. Так, например, для того чтобы образовался килограмм томатов, растению требуется получить около 100 л воды.

Определенная влажность почвы (для каждой культуры, каждого вида растений она своя) — одно из важнейших требований растения к условиям существования. Если она недостаточна или избыточна, растения могут погибнуть, в первом случае от высыхания корней, во втором — от их загнивания, вызываемого, как правило, недостатком воздуха в почве.

В открытом грунте влажность почвы зависит от двух факторов: уровня залегания грунтовых вод и количества естественных атмосферных осадков, включая их частоту (последняя тесно связана опять-таки с конкретными климатическими зонами). Орошение призвано всего лишь компенсировать недостаточность упомянутых осадков.

Признаки недостаточности влаги:

— растение замедляет рост, а затем и вовсе его прекращает;

— листья поникают, желтеют, начиная с кончиков, затем кончики буреют и сморщиваются, затем листья вянут;

— цветки быстро увядают и опадают;

— опадают нижние и старые листья.

Признаки избыточности влаги:

— листья тускнеют, становятся дряблыми и обвисают;

— на листовых пластинках появляются и начинают увеличиваться коричневые пятна с признаками гнили;

— опадение старых и молодых листьев начинается одновременно;

— на цветках может появиться плесень;

— корневая шейка буреет (у некоторых видов — приобретает полупрозрачность);

— землесмесь издает неприятный запах.

Полевая всхожесть семян, отношение числа появившихся всходов к числу высеянных в поле всхожих семян, выраженное в процентах. П. в. с. зависит от качества и биологических особенностей семян, условий их хранения, почвенных и метеорологических условий периода «посев — всходы», сроков посева, глубины заделки семян и др. При прочих равных условиях чем выше лабораторная всхожесть семян и энергия прорастания, тем выше и П. в. с. При низкой П. в. с. получаются редкие всходы и большая засорённость посевов, увеличивается повреждение болезнями и вредителями, растения оказываются ослабленными и менее продуктивными.

Транспира́ция — это испарение воды растением. Основным органом транспирации является лист. Вода испаряется с поверхности листьев через клеточные стенки эпидермальных клеток и покровные слои (кутикулярная транспирация) и через устьица (устьичная транспирация).

В результате потери воды в ходе транспирации в клетках листьев возрастает сосущая сила. Это приводит к усилению поглощения клетками листа воды из сосудовксилемы и передвижению воды по ксилеме из корней в листья. Таким образом, верхний концевой двигатель, участвующий в транспорте воды вверх по растению, обусловлен транспирацией листьев.

коэффициент водопотребления — отношение величины суммарного расхода влаги (из почвенного запаса плюс атмосферные осадки) за время вегетации данной культуры к сухой массе ее урожая (валовой К. р. в.) или к массе зерна (К. р. в. по зерну).

2.3 Требования к влагообеспеченности

Корнеплодные растения формируют хороший урожай при достаточно высокой обеспеченности водой. Оптимальная влажность почвы для всех культур 75. 85 % НВ. По-разному реагируют корнеплодные растения на изменения влажности почвы. Наиболее требовательны к влаге растения семейства Капустные — редька, репа и особенно редис. Для редиса как мелко укореняющегося растения необходимо поддерживать влажность почвы на более высоком уровне, чем для других корнеплодных растений. Недостаток воды в почве обусловливает образование недоразвитых и горьких корнеплодов. При продолжительном переувлажнении почвы появляются рыхлые, водянистые корнеплоды.

Все корнеплодные растения семейства Капустные очень чувствительны к воздушной засухе. При относительной влажности воздуха ниже 60 % рост корнеплодов замедляется и усиливается образование древесинных элементов, что придает корнеплодам грубый вкус. Высокие требования к влаге предъявляют петрушка и особенно сельдерей. К растениям, способным продуцировать сравнительно высокий урожай при малых запасах воды в почве, относятся свекла, морковь и пастернак. Эти растения имеют мощную корневую систему и способны извлекать воду из глубоких слоев почвы. В то же время морковь и свекла положительно отзываются на орошение и при своевременных поливах дают существенную прибавку урожая.

Для моркови необходима хорошая обеспеченность почвы влагой, поэтому в засушливые годы в зависимости от зоны посевы поливают 1—4 раза с таким расчетом, чтобы влажность активного слоя почвы (0,5—0,7 м) не опускалась ниже 70% НВ. Поливная норма 300—500 м 3 /га. Поливы прекращают за 2—3 нед до уборки, чтобы избежать растрескивания корнеплодов и улучшить условия для механизированной уборки.

Морковь засухоустойчивее других корнеплодов. Она наиболее требовательна к достаточной обеспеченности влагой в период прорастания до появления всходов и во время роста корня. Семенникам особенно важна оптимальная влажность почвы в период укоренения корнеплодов.

Похожие главы из других работ:

4.2 Расчет ДВУ по влагообеспеченности

Действительно возможный урожай (ДВУ) рассчитывается: ДВУ = , ц/га. где ПВ — запас продуктивной влаги в метровом слое (мм); ОВ — осадки вегетационного периода, мм. ОВ рассчитывается: ОВ = ((15:112)авг +(45)июн +(55)июл +(44)авг + (14+(14:106))сент = 169,1мм.

4.2 Расчет ДВУ по влагообеспеченности

Для расчета ДВУ с учетом лимитирующего фактора (влагообеспеченности) необходимо определить запасы продуктивной влаги ко времени посева и количество атмосферных осадков за период вегетации (от посева до уборки) [6, 10].

3.2 Расчет действительно возможной урожайности по влагообеспеченности

Действительно возможная урожайность (ДВУ) — это урожайность, которая теоретически может быть обеспечена генетическим потенциалом культуры и основным лимитирующим фактором.

2.2 Планирование урожая сельскохозяйственных культур по влагообеспеченности

Программирование урожая — это получение планируемого урожая на основе учета природных ресурсов, определяющих его уровень, разработка и высококачественная реализация комплекса взаимосвязанных мероприятий.

2.5 Характеристики влагообеспеченности территории

Влагообеспеченность — отношение имеющегося в почве запаса продуктивной влаги к запасу ее при наименьшей влагоемкости. Для общей характеристики влагообеспеченности используются условные показатели.

2.3.3 Требования к влагообеспеченности

Турнепс влаголюбив, поэтому его посевы надо размещать на пониженных местах рельефа, лучше обеспеченных влагой. Повышенная потребность во влаге, в первый год жизни, проявляется в начале вегетации.

3.2 ДЕЙСТВИТЕЛЬНО ВОЗМОЖНАЯ УРОЖАЙНОСТЬ (ДВУ) ПО ВЛАГООБЕСПЕЧЕННОСТИ

Для многих районов страны одним из основных факторов, ограничивающих рост продуктивности посевов, является влагообеспеченность растений.

3.2 Действительно возможная урожайность (ДВУ) по влагообеспеченности

Для многих районов страны одним их основных факторов, ограничивающих рост продуктивности посевов, является влагообеспеченность растений.

ЗООГИГИЕНИЧЕСКИЕ ТРЕБОВАНИЯ К ВЫБОРУ МЕСТА ДЛЯ ВОЗВЕДЕНИЯ ПТИЦЕВОДЧЕСКОГО ПРЕДПРИЯТИЯ. САНИТАРНО-ГИГИЕНИЧЕСКИЕ ТРЕБОВАНИЯ К ПТИЦЕВОДЧЕСКИМ ПРЕДПРИЯТИЯМ

Участок для возведения животноводческих и птицеводческих построек выбирают в соответствии с планировкой населенного пункта. Место должно отвечать ветеринарно-санитарным, гигиеническим.

3.2 Действительно возможная урожайность по влагообеспеченности (ДВУ)

ДВУ — это урожай, который теоретически может быть получен по основному лимитирующему фактору. Для многих районов страны одним из основных факторов, ограничивающих рост продуктивности посевов, является влагообеспеченность растений.

3.2.2 Анализ влагообеспеченности культуры

Проводится путем сравнения запасов продуктивной влаги весной в почве с расходом на транспирацию и испарение с поверхности почвы (водопотребление). Для позднеспелого клевера это значение будет равно 500-600 м3/га, учитывая.

4.2 Расчет урожайности по влагообеспеченности посевов

Удву = 100W/Kw Удву — урожай абсолютно сухой биомассы, ц/га; W — продуктивная влага (мм); Kw — коэффициент водопотребления (мм га/ц); W = (176+153+159+173+178)/5(41+65+75+77+63)0,8 = 167,8+256,8 = 424,6; Удву = 100424,6/80 = 530,75 ц/га = 53,075 т/га.

3.2 Расчет действительно возможной урожайности (ДВУ) по влагообеспеченности

Действительно возможный урожай, то есть урожай, который может быть обеспечен генетическим потенциалом сорта и приходом ФАР при реально существующих среднемноголетних условиях и применением агротехники.

3. Программирование урожаев за счет ФАР и влагообеспеченности

Принципиально новым подходом к решению проблемы повышения урожайности при наиболее рациональном использовании материальных и трудовых ресурсов является программирование (планирование) урожаев. Запрограммировать урожай — значит.

3.2 Определение возможных урожаев по влагообеспеченности посевов

1. Сахарная свекла ДВУ=100*(138,9+225)/110=330,82 2. Кукуруза ДВУ=100*(132,0+160)/(100-14)*280*0,387=31,3 3. Яровая пшеница ДВУ=100*(136,8+175)/(100-14)*400*0,447=20,3 4. Картофель ДВУ=100*(137,8+225)/180=201,55 5. Фасоль ДВУ=100*(135,8+160)/(100-14)*600*0,465=12,3 6. Ячмень ДВУ=100*(129,9+175)/(100-14)*460*0.

Агроэкологические требования сельскохозяйственных культур как исходный критерий классификации земель

Агроэкологическая оценка земель осуществляется в соответствии с биологическими требованиями сельскохозяйственных культур к условиям произрастания, их средообразующим влиянием и агротехологиями. Эти условия сопоставляются с агроэкологическими параметрами первичных земельных участков (элементарных ареалов агроландшафта – ЭАА), на основании чего делается вывод о степени пригодности их для использования под ту или иную культуру. Близкие по условиям возделывания конкретных сельскохозяйственных растений ЭАА объединяются в агроэкологические типы земель, в пределах которых формируются производственные участки. Чем выше уровень интенсификации производства, тем точнее должны быть соответствующие оценки. При интенсивных агротехнологиях, особенно при высокоинтенсивных, эта задача решается на основе математических моделей земледелия с использованием ГИС-технологий, автоматизированного проектирования и реализуется на практике новейшими агротехнологическими и информатизационными средствами. Это означает, что система агроэкологической оценки культур и соответствующая ей система агроэкологической оценки земель должны получить предельно конкретизированное достаточно формализованное выражение.

Пока что не все аспекты агроэкологической оценки растений разработаны с достаточной полнотой, особенно почвенные, некоторые трудно поддаются формализации. Часть критериев данной оценки имеют описательный характер и основываются на практическом опыте без углубленной экспериментальной проработки, что определяет необходимость развития соответствующих научных исследований. Тем не менее имеющийся обширный фактический материал позволяет достаточно эффективно решать эту задачу при формировании современных систем земледелия. Следует ускорить разработку региональных рекомендаций по данному вопросу с учетом местных условий, культур, сортов растений. В качестве общего руководства можно воспользоваться учебником «Экологические основы земледелия» (В.И. Кирюшин, 1996), в котором схематично рассмотрена система агроэкологической оценки культур в указанных аспектах. Она включает следующие основные позиции:

1. Оценка сельскохозяйственных культур по их биологическим требованиям к условиям произростания.

Ø Отношение растений к свету:

размещение растений по реакции на продолжительность дня (длинного, короткого, нейтрального);

определение потенциальной урожайности культур по приходу ФАР.

Ø Требования растений к теплообеспечености и температурному режиму:

длительность вегетационного периода;

требуемая сумма активных температур (выше 10 0 С) за период вегетации;

биологический минимум температуры при прорастании семян, появлении всходов, формировании вегетативных и генеративных органов, плодоношении, перезимовке растений;

холодоустойчивость (способность растений в течение длительного времени переносить низкие температуры (1-10 0 С) без необратимых повреждений);

морозоустойчивость (способность растений переносить температуру ниже 0 0 С);

жароустойчивость (способность растений переносить жару без необратимого повреждения).

Ø Отношение растений к влагообеспеченности, водному и воздушному режимам почв:

оптимальная влажность корнеобитаемого слоя почвы, при которой достигается максимальная интенсивность роста растений;

коэффициент завядания растений (отношение влажности завядания к максимальной гигроскопичности почвы);

коэффициент транспирации растений (количество воды в граммах, которое расходуется на синтез 1 г сухого вещества);

коэффициент водопотребления сельскохозяйственных культур (количество воды в м 3 , расходуемое на испарение с поверхности почвы и транспирацию для образования 1 т биомассы);

устойчивость растений к переувлажнению и затоплению;

отношение растений к глубине залегания пресных и засоленных, застойных и проточных грунтовых вод.

Ø Требования растений к физическим условиям почв, их сложению и структурному состоянию:

отношение к гранулометрическому составу, скелетности почв, глубине подстилания плотными породами; отношение к плотности почвы.

Ø Потребность растений в элементах питания и характер их потребления.

Ø Отношение к реакции почвы (рН).

Ø Чувствительность к повышенному содержанию подвижных алюминия, марганца, к восстановительным условиям (ОВП).

Ø Солеустойчивость – устойчивость к избыточной концентрации солей в почвенном растворе в связи с повышением осмотического давления и токсичным влиянием.

Ø Солонцеустойчивость – способность растений преодолевать в основном неблагоприятные агрофизические свойства почв, обусловленные их солонцеватостью.

Ø Отношение растений к карбонатности почв.

Ø Устойчивость сельскохозяйственных культур к эродированным и техногенно-нарушенным почвам.

Ø Отношение растений к фитосанитарным условиям почвы.

Ø Чувствительность растений к загрязнению почв тяжелыми металлами, радионуклидами и другими токсикантами.

Ø Реакция растений на загрязнение воздуха.

studopedia.org — Студопедия.Орг — 2014-2018 год. Студопедия не является автором материалов, которые размещены. Но предоставляет возможность бесплатного использования (0.002 с) .

Требования растений к влагообеспеченности

Возможная урожайность, т/га

По элементам минерального питания

Расчет возможной урожайности по влагообеспеченности посевов. Возможную урожайность по влагообеспеченности посевов рассчитывают, используя формулу

где W — суммарное количество (запасы) продуктивной влаги, мм; Кв — коэффициент водопотребления, мм * га/т; 10 — коэффициент для перевода мм в т/га. Запасы продуктивной влаги рассчитывают по формуле

где Wн — запасы влаги в метровом слое почвы ко времени посева или возобновления вегетации озимых и многолетних трав, мм; Р — количество осадков за период вегетации, мм; Кр — коэффициент производительного использования осадков, составляющий примерно 0,7-0,8. При неглубоком залегании грунтовых вод учитывают и этот источник водообеспеченности растений. Коэффициент водопотребления специфичен для каждой культуры и зависит от плодородия почвы, погодных условий, уровня агротехники и сортовых особенностей.

4.1 Место в севообороте

Вследствие образования слаборазвитой корневой системы, отличающейся относительно слабой усваивающей способностью, а также короткого периода интенсивного потребления питательных веществ, ячмень предъявляет повышенные требования к условиям произрастания, особенно в первый период вегетации. Одно из условий, обеспечивающих хорошее развитие растений, – правильный подбор предшественников.

Лучшие предшественники ярового ячменя – хорошо удобренные пропашные культуры, оставляющие чистые от сорняков поля. Хорошими предшественниками считаются озимые зерновые, идущие по удобренному чистому или занятому пару. Для продовольственных и кормовых целей ячмень можно высевать после зернобобовых культур, оставляющих в почве достаточное количество азота. Нередко в Нечерноземной зоне в качестве предшественника для ячменя используют пласт и оборот пласта многолетних трав, лен-долгунец; в Сибири – яровую пшеницу, посеянную по чистому пару.

Пивоваренный ячмень, как правило, размещают после удобренных пропашных культур. В этом случае он дает высокий урожай зерна хорошего качества. Ячмень – хороший предшественник для многих яровых, а в некоторых районах и для озимых культур. Благодаря короткому вегетационному периоду, ячмень является ценной покровной культурой для многолетних бобовых и злаковых трав.

Отношение растений к влагообеспеченности

Вода в жизни растений выступает как важнейший экологический фактор. Она является основной частью протоплазмы клеток, тканей и органов. Все биохимические процессы ассимиляции и диссимиляции, газообмен в организме осуществляется при наличии воды. Недостаток или дефицит влаги снижает прирост растений, может стать причиной их недоразвитости, низкорослости и бесплодия из-за недоразвития генеративных органов.

Растения извлекают воду из почвы корневой системой. Поглощение воды происходит тем интенсивнее, чем больше всасывающая поверхность корневой системы и чем легче корни и почвенная влага приходят в соприкосновение друг с другом.

Агроэкологическая оценка сельскохозяйственных культур по отношению к влагообеспеченности проводится по таким показателям как: засухоустойчивость, устойчивость растений к избыточному увлажнению, глубине залегания грунтовых вод и др.

Растения по их отношению к водному режиму классифицируют на следующие основные экологические типы: гидрофиты, гигрофиты, мезофиты, ксерофиты. Большинство сельскохозяйственных культур – мезофиты и значительно реже ксерофиты. Среди культурных форм типичных ксерофитов практически нет, они представлены дикорастущими видами.

Засухоустойчивость как комплексное свойство зависит от способности растений избегать высыхания и устойчивости к высыханию. Избегать высыхания помогают все механизмы, с помощью которых растению удается при сухости воздуха и почвы сохранять как можно дольше хорошее состояние воды в тканях. Это достигается в той или иной мере более эффективным поглощением воды из почвы путем повышения сосущей силы и развития корневой системы, уменьшением потери воды благодаря своевременному закрытию устьиц, эффективной защите от кутикулярной транспирации и уменьшению транспирирующей поверхности, запасанием воды и повышением способности проводить воду.

Засухоустойчивость растений в определенной мере может характеризоваться коэффициентом транспирации, т.е. количеством воды в граммах, которое расходуется на синтез 1 г. сухого вещества. Величина его во многом зависит от условий местообитания (водно-физических свойств почвы, обеспеченности питательными веществами и др.) и сомкнутости фитоценоза. В то же время этот коэффициент весьма специфичен для различных культур и позволяет судить, насколько продуктивно расходуется влага растениями (табл.1).

Коэффициент водопотребления сельскохозяйственных культур — количество воды (м 3 ), расходуемое на испарение с поверхности почвы и транспирацию для образования 1 т сухой биомассы.

Средний расход воды на образование 1 г. сухого вещества, г.

ОЦЕНКА ВЛАГООБЕСПЕЧЕННОСТИ РАСТЕНИЙ

1 УДК ОЦЕНКА ВЛАГООБЕСПЕЧЕННОСТИ РАСТЕНИЙ 2011 г. Н. А. Муромцев Почвенный институт им. В.В. Докучаева Россельхозакадемии, , Москва, Пыжевкий пер., 7 Установлены закономерности поведения влаги в системе приземный воздух растительный покров почва с использованием потенциала влаги. Показано, что потенциал влаги в почве, листьях растений, перепады потенциала влаги в системе почва-растение, и относительная транспирация связаны между собой функциональными зависимостями. Достоверно обосновано, что каждая группа растений (гигрофиты, мезофиты и ксерофиты) характеризуется определенным узким интервалом потенциала почвенной влаги, при котором значения относительной транспирации не опускаются ниже оптимального уровня ( ). Этот интервал практически не зависит от свойств почв и метеорологических условий и может быть использован в качестве оптимального критерия влагообеспеченности растений. Ключевые слова: потенциал почвенной влаги, перепад потенциала влаги, верхняя и нижняя границы оптимального увлажнения почвы, испаряемость, наименьшая влагоемкость почвы, влажность завядания растений, абсолютная транспирация, потенциальная транспирация, относительная транспирация, влагообеспеченность почв и растений. Проблеме водного режима почв и влагообеспеченности растений посвятили свои труды многие выдающиеся ученые почвоведы и физиологи. Укажем лишь только на некоторых из них: Н.А. Максимов (1941), С.И. Долгов (1948), Н.А. Гусев (1949), А.А. Роде (1965), А.Д. Воронин (1966), Н.А. Качинский (1970), Б.Н. Мичурин (1975), И.И. Судницын (1979), Х. Пенман (1982), Н.А. Семенов и др. (2005). Водный режим почв и влагообеспеченность растений неразрывно связаны между собой, в связи с чем ее оценивают категориями и понятиями влагообеспеченности почв. В соответствии с определением (Толковый словарь, 1972; Мелиоративная энциклопедия, 2003) влагообеспеченность растений уподобляется влагообеспеченности почв. Последняя представляет собой отношение запаса продуктивной влаги в почве к запасу, соответствующему наименьшей влагоемкости почвы и диапазону активной влаги (по Н.А. Качинскому) или интервалу оптимального увлажнения (интервал оптимальной влажности, оптимальных запасов влаги и др.) почв. Под верхним пределом оптимального содержания влаги в почве принимается наименьшая влагоемкость (НВ), а нижним интервал влаги, равный НВ (Качинский, 1970; Воронин, 1985; Судницын, 1990; Муромцев, 1991; Роде, 2008). Однако возможно ли оценивать влагообеспеченность растений, исходя из понятий влагообеспеченности почв? Можем ли мы в полной мере переносить это понятие с почвы на растение? В основе большинства «действующих» методов оценки влагообеспеченности растений, так или иначе, используется информация о верхнем и нижнем пределах оптимального интервала влажности почв. В качестве критерия оптимальности водного режима почв обычно служит урожайность возделываемых культур. Однако урожай культур показатель интегральный, конечный, и его невозможно использовать для оценки влагообеспеченности растений в процессе их роста и формирования урожая. Казалось бы, что поддержание запасов влаги в почве на оптимальном уровне (например, на уровне 0.7 НВ) должно обеспечивать получение высоких и устойчивых урожаев. В действительности все обстоит гораздо сложнее, хотя бы потому, что даже запасов влаги (ЗВ), равных наименьшей влагоемкости, нередко оказывается недостаточно для покрытия расходов их на транспирацию (Т), абсолютное значение которой очень сильно зависит от испаряемости (Е 0 ). Например, при высокой испаряемости (3 5 мм/сут), когда влажность воздуха опускается до 30 25%, а температура воздуха поднимается до 25 30ºС, растению для поддержания нормальной жизнедеятельности необходим уровень абсолютной транспирации (АТ), соответствующий испаряемости, т.е. АТ=Е 0. Иными словами, поток влаги из почвы в растение должен удовлетворять потенциально возможной транспирации, соответствующей (равной) испаряемости, т.е. поток влаги (I) =АТ= Т 0. = Е 0. Однако из-за несоответствия скорости потока влаги через границу почва корень 20 21

2 растения скорости потока ее на границе лист растения атмосфера часто в природных условиях имеем ситуацию: поток влаги из почвы в растение (I) I agree.

Мощность почв и корнеобитаемой толщи

Влагообеспеченность растений зависит от объема почвенной массы. Корневым системам растений необходим определенный экологический простор для водопотребления, питания, стабильного расположения. Все это обеспечивает определенная мощность корнеобитаемой толщи, которая может далеко простираться за объемы собственно почвы, как, например, на черноземах, или сосредотачивается только в отдельном верхнем плодородном горизонте А, что характерно для солонцов и дру­гих почв с экологически неблагоприятными свойствами в нижних ге­нетических горизонтах (оглеение, засоление, слитость и т. д.).

Общие представления о мощности корнеобитаемой толщи. В почвоведении и экологии растений оперируют вполне определенны­ми экологическими понятиями: мощность почвы и ее генетических горизонтов, мощность корнеобитаемой толщи и др., подразумевая под этим толщину массы почвы и прилегающих к ней слоев коры выветривания. Обычно рассматривают:

• мощность почвы как цельного природного образования, вклю­чающая всю совокупность генетических горизонтов до почвооб­разующей породы. Многообразие географической среды опреде­ляет очень широкое варьирование мощности почв. Безусловно, учитывается мощность отдельных генетических горизонтов;

• мощность гумусового горизонта, величина которого, как прави­ло, отражает развитие дернового процесса, жизнедеятельности травянистой растительности. Гумусовый горизонт отражает эффективное и потенциальное плодородие почв. По мощности этого горизонта прежде всего выделяются черноземы, а сре­ди них — сверхмощные черноземы Предкавказья. Подчеркнем первостепенную значимость в плодородии почвы в целом;

• мощность экологически оптимальной корнеобитаемой толщи конкретно для каждой почвы и каждого растения. В экологиче­ском почвоведении учитывается пластичность корневой системы растений. Они могут приспосабливаться к различной мощности в зависимости от условий обитания. В садах на бурых и серых лесных почвах корни яблони, например, вполне удовлетворяют­ся мощностью обитания 80-100 см. На черноземах для деревьев дефицитом становится влага и в богарных условиях в ее поис-

ках деревья имеют мощную широко разветвленную корневую

систему, простирающуюся до глубины 2,5-3,0 м;

• мощность рухляковой толщи учитывается при формировании почв на плотных каменистых или тяжелоглинистых породах, в которых развитие корневых систем невозможно. К таким плотным породам относятся граниты, известняки, мергели, песчаники, галечники, орштейновые горизонты почв, древние глины с плотностью более 1,6-1,7 и т. д.

Близость к поверхности твердых пород оказывает разный не­гативный эффект. В условиях недостаточного увлажнения (коэф­фициент увлажнения менее 0,8) главное отрицательное действие выражается в дефиците влаги в период вегетации при сокращении объема корнеобитаемой толщи. Во влажных условиях отрицатель­но сказывается переувлажненность профиля, если нет естествен­ного оттока избыточных вод. Естественное дренирование может происходить за счет внутрипочвенного стока воды на склонах и вертикальной фильтрации в проницаемых породах. Известняки, мергели, галечники относятся к породам водопроницаемым. В связи с этим мощность корнеобитаемой рухляковой толщи оцени­вается с учетом климатических, рельефных и петрографических характеристик.

Глубина проникновения корней в толщу почвы и почвооб­разующей породы обычно больше мощности экологически не­обходимого корнеобитания. Общее правило: чем суше условия вегетации, тем глубже распространяются корни и их отдельные представители в далекую от поверхности массу почвообразую­щей породы. Несомненно, здесь проявляется также биогеоцено- тический эффект накопления в верхних горизонтах элементов минерального питания растений, извлекаемых из глубоких сло­ев материнской породы.

Важное условие плодородия — корнеобитаемая толща на всю ее мощность в своем многообразии географического распространения и экологической целесообразности должна быть оптимальна для растений. Одна из экологических закономерностей агроценозов и фитоценозов: корневые системы растений беззащитны перед ядо­витым воздействием окружающей среды. Вещества, встречающие­ся в корнеобитаемом слое, будь то почвенные горизонты или слои материнской породы, беспрепятственно проникают в организм рас­тений и вызывают соответствующие физиологические нарушения после критического количественного их накопления.

Эффект ядовитости свойственен всякой выше предела концен­трации легкорастворимых солей (засоление почвы), солонцевато- сти, щелочности и кислотности, загрязнению соединениями тяже­лых металлов, химикатов (пестициды, промышленные отходы и т. д.). Все то, что не было обычным для эволюции растений в эко­логическом плане, можно считать ядовитым, так как поглощается корнями растений несмотря на пагубные последствия. Корневые системы не обладают барьерными или отторгающими свойствами.

Особенно наглядно принцип беззащитности растений и нераз­борчивости корневых систем в поглощении всякого рода ненужных веществ иллюстрирует рост яблони и других плодовых культур на почвах, содержащих избыточные концентрации легкораствори­мых солей или имеющих высокую щелочность в глубоких слоях корнеобитаемой толщи. Это относится к некоторым черноземам Предкавказья, у которых негативные свойства наблюдаются с глу­бины 200-250 см. Яблони на сильнорослых подвоях хорошо растут и плодоносят до 10-15 лет когда растения используют для жизне­обеспечения верхнюю толщу почвы с благоприятными свойствами. Беспрепятственное проникновение корней в ядовитую толщу вызы­вает преждевременное угнетение, затем гибель деревьев. Корни пло­довых, глубоко развиваясь в поисках влаги, попадают в среду, кото­рая и вызывает отравление растения. Истощение дерева начинается с корня, а истощение корня — это потеря ее гармонии с окружающей почвенно-грунтовой средой.

Почвенный профиль и экологическая значимость генетических

горизонтов. Почвенный покров Земли, или ее педосфера, пред­ставляет особую оболочку, образованную конкретными почвами различной толщины, мощности. Главные составляющие почв — ге­нетические горизонты, отличающиеся своеобразным строением, свойствами и экологическими функциями.

Общий вид почвы со всеми почвенными горизонтами называ­ется строением почвы. Это результат генезиса почвы, постепенного развития ее из материнской породы, которая дифференцируется на горизонты в процессе почвообразования. Совокупность генетиче­ских горизонтов образует генетический профиль почвы.

Почвенный профиль — определенная вертикальная последова­тельность генетических горизонтов почвы. Почвенный профиль, а также сочетания генетических горизонтов специфичны для каж­дого этапа почвообразования в условиях конкретной физико-гео­графической обстановки. Генетическая и экологическая сущность почв определяется результативностью процессов почвообразования (табл. 5.1).

Генетическая и экологическая результативность почвообразовательных процессов

Оценка ресурсов влаги

Вода является одним из основных факторов жизни растений. Для эффективного использования земельных ресурсов территории необходим правильный учет ее водных ресурсов. Это требование становится одним из важнейших в настоящее время, когда резко повышается культура сельскохозяйственного производства (си­стема обработки почвы, количество удобрений и пр.) и широко развивается мелиорация земель.

Существенными функциями воды в жизни растений являются ее участие в процессе фотосинтеза, обеспечение терморегуляции растительного организма, перенос элементов питания. Решение проблемы влагообеспеченности растений — задача исключительно трудная, поскольку в процессе питания растений водой, помимо физиологических и физических аспектов, нужно учитывать особен­ности такой сложной системы, как почва.

Для оценки трудности этой проблемы скажем лишь об одной особенности почвенных процессов: антагонизме воздухо- и влагосодержания почвы. Необходимость газообмена в корневой системе практически исключает возможность использования режима с из­быточным увлажнением почвы, при котором потребление воды ре­гулировалось бы самим растением.

В настоящее время нельзя дать определенного ответа на во­прос о наиболее эффективных критериях влагообеспеченности. фундаментальные теоретические исследования этой проблемы не продвинулись далее полукачественных описаний процесса переноса влаги. Сложность проблемы влагообеспеченности растений при­вела к появлению различных методов и способов ее решения. Рас­смотрим те из них, которые используются наиболее широко.

Учитывая многочисленность методов оценки влагообеспеченно­сти и внутренние связи между ними, разделение их на указанные ниже группы следует считать условным.

Оценка влагообеспеченности по осадкам

В настоящее время все еще достаточно часто, особенно на практике, в качестве показателя обеспеченности влагой используют количество выпавших осадков, выраженное обычно в миллиметрах слоя воды. Среднее многолетнее количество осадков в данном рай­оне дает представление о 50%-ной обеспеченности этой территории осадками выше или ниже данной величины.

Имеющиеся в климатических справочниках данные о средних многолетних суммах осадков за отдельные месяцы и периоды не могут полностью характеризовать режим осадков, ибо изменчи­вость осадков в отдельных районах может быть значительной. На­пример, в Одессе самым влажным (по осадкам) является июнь. В среднем за этот месяц в Одессе выпадает 75 мм. однако в от­дельные годы осадков здесь нет совсем, а в другие годы они достигают 200 мм. Поэтому для правильного суждения о влаго обеспеченности культур необходим расчет осадков различной обеспеченности. Для этого можно пользоваться графиками А.Н. Ле­бедева. Образец такого графика приведен на рис. 8.

График для расчета осадков различной обеспеченности в юго-западных областях ЕТС

На графике по оси Y нанесены средние многолетние суммы осадков за теплый период, по оси X — возможные суммы осадков в отдельные годы, в поле графиков даны линии различной обеспе­ченности.

Однако оценка условий влагообеспеченности территории по ко­личеству выпадающих осадков не удовлетворяет агроклиматологов, ибо осадки являются лишь одной из характеристик приходной части водного баланса. Этим, в частности, объясняется тот факт, что в различных районах страны может выпадать одинаковое ко­личество осадков, но обеспеченность растений влагой будет раз­ной. Например, на Кольском полуострове выпадает столько же осадков, сколько и в Узбекистане (350 мм за год). Однако на Кольском полуострове наблюдается избыток влаги, что отрица­тельно сказывается на жизни растений, а в Узбекистане земледе­лие немыслимо без орошения. Поэтому для более правильной оценки влагообеспеченности необходимо знать потребность расте­ний во влаге и фактическое водопотребление. Сравнение этих двух величин (через разность или отношение) может служить показате­лем влагообеспеченности данной территории. Необходим также учет годового хода выпадения осадков.

Оценка влагообеспеченности по методам, учитывающим основные метеорологические характеристики

Величина водопотребления сельскохозяйственных культур за­висит от многих факторов, основными из которых являются погодные (климатические) условия, биологические особенности культуры и уровень применяемой агротехники. Считая за опреде­ленный период времени последнюю величину относительно по­стоянной, можно полагать, что водопотребление конкретного сорта растения в основном определяется погодными условиями и его био­логическими особенностями. Основными метеорологическими факто­рами, характеризующими потребность растений в воде, являются солнечная радиация, температура воздуха, дефицит влажности воздуха и некоторые другие показатели.

Ряд исследователей рассчитывают потребность растений во влаге по средней суточной температуре воздуха или по сумме сред­них суточных температур за определенный период времени.

Так, И. А. Шаров предлагает рассчитывать оптимальное водо­потребление культуры Е по формуле

где сумаt — сумма температур воздуха за период вегетации, е — коэф­фициент водопотребления культуры, рассчитанный на 1°, b — число дней вегетационного периода.

Температуру воздуха для расчета оптимального водопотребле­ния культур предлагают использовать также Д. А. Штойко, Г. К. Льгов, Д. Б. Циприс и ряд других исследователей. За рубе­жом для аналогичных расчетов рекомендуют использовать темпе­ратуру воздуха (и некоторые другие факторы) Торнтвейт, Блейни и Кридл, Ловри и Джонсон и др.

В Советском Союзе из этой группы эмпирических методов до­вольно широко распространен биофизический метод, предложен­ный А. М. Алпатьевым. В качестве основного элемента, определя­ющего величину оптимального водопотребления (оптимального суммарного испарения), Алпатьев выбрал дефицит влажности воздуха, поскольку он, как функция от температуры и влажности воздуха, является комплексным показателем условий суммарного испарения.

Вторым компонентом в расчетном уравнении является так на­зываемый биологический коэффициент испарения. В физической основе этого коэффициента, по Алпатьеву, «лежит сложившийся в филогенезе наследственный ритм развития растения, связанный с сезонным ритмом климата, ход накопления растительной массы одновременно с качественным изменением самого растения, степень затенения почвы и устойчивость фитоклимата». Эти зависимости дают основание полагать, что биологический коэффициент отра­жает главным образом биологические особенности развития расте­ний. С учетом указанных закономерностей расчетное уравнение имеет вид

где Е — оптимальное водопотребление данного фитоценоза (мм), К — биологический коэффициент данной культуры (безразмер­ная величина), сумаd — сумма дефицитов влажности воздуха (мм или мб).

Численные значения величины К получаются путем осреднения за 4—5 лет частных от деления фактических расходов влаги дан­ной культуры на сумаd за тот же период (при оптимальном увлажне­нии почвы). Биофизический метод характеризуется достаточной точностью расчета водопотребления растений (ошибка за вегета­цию составляет 10—15%, а за месяц — 20—25%), возможностью ретроспективного определения водопотребления за длительный пе­риод времени, простотой. Существенно, что этот метод учитывает биологические особенности растений. Эти преимущества привели к использованию биофизического метода не только в Советском Союзе, но и в ряде зарубежных стран (Болгария, Чехослова­кия и др.).

В изданных в нашей стране новых агроклиматических справоч­никах «Агроклиматические ресурсы области» (1971 —1972 гг.) влагообеспеченнссть растений рассчитана в целом по методу Алпатьева.

Оптимальное водопотребление (близко совпадающее с испаря­емостью или, что то же, с оптимальным суммарным испарением) в справочниках определено по формуле

здесь сума d — сумма дефицитов влажности воздуха, выраженная в мм; 0,65 — биологический коэффициент испарения, принятый Ал­патьевым постоянной величиной; Е — потребность в воде данного фитоценоза (оптимальное водопотребление, мм).

Влагообеспеченность растений в справочниках выражена как разность между оптимальным и фактическим испарением. Факти­ческое испарение сумаu рекомендовано вычислять по формуле сокра­щенного водного баланса

где О — осадки (мм), С — сток поверхностный (мм), w₁ и w₂ — запасы продуктивной влаги на начало и конец вегетации (мм). Поскольку поверхностный сток в период вегетации практически бывает мал, им обычно пренебрегают.

Территорию, для которой разность между фактическим и опти­мальным испарением не превышает ±50 мм, относят к оптималь­ным условиям увлажнения. Районы с отрицательной разностью бо­лее 50 мм отнесены к зоне недостаточного увлажнения, а районы с положительной разностью более 50 мм — к зоне избыточного увлажнения. Абсолютные величины разностей между оптимальным и фактическим водопотреблением в первом приближении можно ис­пользовать в качестве климатических показателей оросительных норм в районах орошения и избытка влаги в районах осушения. В этих же справочниках оценка ресурсов влаги дана также через отношение фактического водопотребления к оптимальному водо­потреблению. Такое отношение показывает, насколько обеспечена влагой (в процентах) данная культура в рассматриваемом районе по сравнению с величиной оптимального увлажнения.

Следует указать, что в последнее время доказана изменчивость биологических коэффициентов испарения в зависимости от почвен­но-климатических условий района местообитания растений. При этом обнаружена тенденция увеличения биологических коэффици­ентов с ростом широты. Поэтому более точными будут расчеты влагообеспеченности по методу Алпатьева с применением зональ­ных биологических коэффициентов, установленных рядом авторов.

В качестве примера приведем биологические коэффициенты ис­парения, предложенные С. М. Алпатьевым для Украины (табл. 7). В целях совмещения пофазных значений коэффициентов вегетаци­онный период в таблице выражен не временем (декадами), а на­растающей суммой температур воздуха с приведением их к 12-ча­совой длине светового дня.

В заключение заметим, что все эти методы (А. М. Алпатьева, Шарова и др.) имеют существенный недостаток — в них не учитывается подпитывание корнеобитаемого слоя за счет грунтовых вод. Поэтому данные методы дают хорошие результаты лишь при глу­боком залегании последних(более 3—5 м). Определение же биоло­гических коэффициентов для различных почвенно-климатических условий тоже довольно сложно.

Оценка влагообеспеченности по условным показателям увлажнения

Рядом авторов предложены условные показатели увлажнения, часто называемые индексами или коэффициентами. В основе боль­шинства коэффициентов лежит положение, согласно которому сте­пень увлажнения территории находится в прямой зависимости от количества осадков и в обратной от возможного расхода влаги растениями (испаряемости). Последняя рассчитывается по темпе­ратуре, дефициту влажности воздуха или другим параметрам.

Приведем некоторые из показателей увлажнения.

Показатель увлажнения, предложенный Н. Н. Ивановым:

здесь Р— осадки за год (мм), f — испаряемость за год (мм), оп­ределенная по испарению с поверхности водоемов (озер). Показатель увлажнения Д. И. Шашко:

где Р — осадки за год, сумаd — сумма среднесуточных дефицитов влажности за год (мм), являющаяся показателем испаряемости.

Величина Md = 0,45 указывает на соответствие в пределах года осадков и испаряемости; при Md>0,45 осадки превышают испаря­емость; Md>0,60 указывает на формирование избыточного увлаж­нения. Наоборот, величины Md 2 год); L — скрытая теплота испарения; k — коэффициент, учитывающий биологические особенности культуры (длину вегетационного пе­риода, особенности развития листовой поверхности и т. д.).

Расчеты водопотребления отдельных культур, основанные на данных радиационного баланса, произведены Ю. С. Мельником, В. В. Романовым и Другими исследователями. При отсутствии на­блюдений по радиационному балансу Мельник рекомендует рас­считывать последний по сумме температур выше 10°, используя зависимость, найденную им для равнинной части ETC:

где R — радиационный баланс за год; Сума t _10° — сумма температур воздуха более 10°. Теснота связи между этими величинами харак­теризуется коэффициентом корреляции, равным 0,925±0,024.

Ресурсы влаги (влагообеспеченность территории) Мельник пред­лагает определять как разность между оптимальным водопотреблением и приходной частью водного баланса, используя равенство

где Q — ресурсы влаги, представляющие собой в засушливых райо­нах оросительную норму; Е— оптимальное водопотребление, определяемое по R или по Сума t _10°; Р — сумма осадков за расчетный период; W_o — запасы продуктивной влаги в почве к началу сева; Г — количество используемых грунтовых вод.

Важно отметить, что при определении водопотребления расте­ний по суммам температур можно использовать прогнозы тепло­обеспеченности вегетационного периода для расчета суммарных расходов влаги с орошаемых полей с заблаговременностью 3— 4 месяца. Это обстоятельство позволяет корректировать ороситель­ные нормы. Идея использовать прогнозы теплообеспеченности в указанных целях принадлежит Ф. Ф. Давитая. Впервые отдель­ные аспекты этой идеи были разработаны и реализованы примени­тельно к орошаемым полям Восточной Грузии (Т. И. Турманидзе).

Напомним, что рассмотренный метод можно использовать лишь для достаточно больших по площади и оптимально увлажненных сельскохозяйственных полей. При расчете влагообеспеченности за интервалы времени меньше периода вегетации коэффициент k необходимо определять дифференцированно (для каждой культуры и отрезка времени).

В целом следует считать, что методы определения водопо­требления, основанные на учете одного элемента (в том числе и радиационного баланса), должны давать худшие результаты по сравнению с методами, учитывающими основные факторы водо­потребления.

Метод, разработанный А. Р. Константиновым, также оценивает влагообеспеченность как разность между максимально возможным испарением (испаряемостью) и фактическим. В основе метода ле­жит схема расчета фактического испарения по градиентным дан­ным. Построив эмпирические зависимости, автор заменил вели­чины градиентов скорости ветра, температуры и влажности воз­духа температурой Т и упругостью пара е, измеренными на высоте 2 м. По этим данным было определено фактическое испарение луга, которое относят к территории, окружающей метеостанцию.

Для расчета испарения с конкретного сельскохозяйственного поля необходимо воспользоваться второй частью метода Констан­тинова — графиками перехода от величин испарения с луга к ве­личинам испарения с сельскохозяйственного поля. Такие графики построены пока для зерновых культур по данным синхронных из­мерений испарения с луга и с исследуемой культуры.

Под испаряемостью Константинов понимает максимально воз­можное испарение с оптимально увлажненного сельскохозяйствен­ного поля. Испаряемость при оптимальных влагозапасах почвы, сомкнутом травостое и активной вегетации растений практически одинакова для любых сельскохозяйственных культур. Доказана идентичность величин испаряемости разных подстилающих поверх­ностей (сельскохозяйственное поле, паровое поле, водоем) при условии значительных размеров испаряющих поверхностей и опти­мальном увлажнении почвы. На этом основании Константинов построил график испаряемости, используя данные оптимального испарения различных культур (кукурузы, клевера, картофеля и др.).

Влагообеспеченность территории оценивается Константиновым через дефицит испарения, представляющий собой разность между испаряемостью и испарением.

Построенный на закономерностях метода турбулентной диффу­зии, этот метод принципиально отличается от многих подобных расчетных схем тем, что позволяет определять испарение и испаряе­мость по данным метеостанций без градиентных наблюдений. В практической работе это выгодно проявляется в том, что расчет­ная схема становится простой и доступной. Вместе с тем методу свойственны крупные недостатки.

До настоящего времени не создана единая теория обмена в при­земном слое воздуха, на основе которой можно было бы рассчиты­вать потоки тепла и влаги над различными видами подстилающих поверхностей при разных сочетаниях температуры и ветра. Адвек­тивные вторжения воздушных масс могут существенно нарушать тесноту связи между температурой и влажностью у подстилающей поверхности и соответствующими величинами на высоте 2 м. Гра­фики, позволяющие переходить от испарения с луга к испарению с других культур, по мнению самого автора, являются сугубо ори­ентировочными. Число таких графиков весьма ограничено. Воз­можны значительные ошибки расчетов водопотребления из-за боль­ших ошибок измерения градиентов температуры и влажности воз­духа, что составляет основу метода Константинова (как и метода турбулентной диффузии в целом). Автор сравнивал расчетные ве­личины испарения, полученные своим методом, с эталоном, за ко­торый он принял гидравлический испаритель большой модели (Валдай). За период вегетации (май—сентябрь) ошибка составила 18% в 1951 г., 22% в 1952 г., 27% в 1953 г., 18% в 1954 г.

Таким образом, метод Константинова как вследствие слабой общей теоретической разработки, так и из-за указанных частных недостатков не может быть рекомендован как достаточно точный, особенно за короткие интервалы времени (меньше месяца).

В работах последних лет Константинов и его сотрудники пришли к недостаточно обоснованному выводу, что величины Т и е полностью определяют все составляющие теплового и водного балансов (осадки, сток, характеристики почвенного покрова и т. д.). На основании этого они приняли температуру и влажность воздуха за исходные величины для комплексной характеристики агрокли­матических ресурсов территории Украины. Несомненно, однако, что указанный тезис не имеет достаточного физического обоснования, поэтому проведенное ими агроклиматическое районирование Украины является недостаточно точным.

Оценка влагообеспеченности по влагозапасам корнеобитаемого слоя почвы

Многочисленными опытами показано, что нарастание расти­тельной массы и формирование урожая осуществляется лишь за счет влаги, усвояемой растениями. Эта влага, названная поэтому продуктивной, вычисляется как разность между общим количест­вом воды в почве и влажностью устойчивого завядания. Коли­чество продуктивной влаги для сопоставимости с осадками и испарением принято выражать в миллиметрах толщины водного слоя.

Продуктивная влага почвы является важным комплексным по­казателем увлажнения сельскохозяйственных полей, ибо она есть результат взаимодействия погодных, почвенных, растительных и агротехнических условий. Этот интегральный показатель включает осадки, сток, влагообмен почвы по вертикали, испарение и поэтому может характеризовать действительные ресурсы влаги, находя­щиеся в распоряжении растений. Недостатком этого показателя является трудность точного определения влагозапасов почвы.

Наиболее распространенным методом определения влажности почвы в настоящее время является термостатно-весовой, основан­ный на определении количества воды в почве посредством ее вы­сушивания. Основным источником ошибок этого метода является естественная вариация влажности почвы в поле. Результаты опы­тов, проведенных на орошаемых полях в 1961—1963 гг., позволили Л. А. Разумовой сделать вывод, что для определения влагозапасов орошаемого поля с точностью ±15 мм нужно пробурить 3—6 сква­жин до полива и 4—8 после полива. А. К. Филиппова показала, что при 4-кратном взятии проб на влажность средние ошибки ее опре­деления составляют 2—5 мм для однородных грунтов и 40— 45 мм для неоднородных.

Таким образом, применяемая в настоящее время на сети агро­метеостанций методика, при которой осуществляется бурение почвы с 4-кратной повторностью, обеспечивает удовлетворительные ре­зультаты расчета влагозапасов (и, следовательно, влагообеспечен­ности) лишь для сравнительно однородных почвогрунтов. При должном увеличении числа повторностей метод дает хорошие результаты и для неоднородных почвогрунтов.

Продуктивную влагу метрового или пахотного слоя почвы, как комплексный агроклиматический показатель увлажнения, исполь­зуют для характеристики:

а) условий обеспеченности растений влагой в онтогенезе;

б) исходных запасов влаги весной;

в) исходных запасов влаги осенью;

г) критического к влаге периода жизни растений. Сопоставление фактических запасов продуктивной влаги в корнеобитаемом слое почвы с потребностью растений в ней позво­ляет дать количественную оценку водных ресурсов территории. Весенние запасы влаги в почве (слой 0—100 см) принято оце­нивать по их соответствию величине наименьшей полевой влагоемкости (НПВ). Для большинства степных и лесостепных районов нашей страны НПВ суглинистых почв при глубоком залегании грунтовых вод соответствует примерно 170—190 мм продуктивной влаги метрового слоя почвы.

Исходя из этой величины и потребности растений во влаге, ве­сенние запасы влаги метрового слоя почвы оценивают следующим образом:

хорошие 180—160 мм, удовлетворительные 160—130 мм, недостаточные 130—80 мм, плохие и очень плохие 80—50 мм и менее.

Повторяемость указанных градаций в длинном ряду лет харак­теризует климатическую обеспеченность растений влагой весной в данном районе.

Оценку влагозапасов почвы в летний период для зерновых культур можно проводить исходя из следующих величин. С. А. Ве­риго установила, что в период от всходов до кущения зерновых в пахотном слое (0—20 см) оптимальными считаются запасы влаги 25—30 мм, хорошими — 20—25, удовлетворительными — 15—20 мм, плохими — менее 10 мм. В период развития злаков от выхода в трубку до цветения решающее значение приобретают запасы влаги метрового слоя почвы. Они оцениваются по величине продук­тивной влаги в метровом слое почвы следующим образом: хоро­шие— 120 мм и более, удовлетворительные — 120—80 мм, неудовле­творительные (меньше 40—50% НПВ) — менее 80 мм.

В завершающий этап развития злаковых (период от цветения до восковой спелости) потребность растений в воде несколько уменьшается. Условия влагообеспеченности в этот период оцени­вают следующим образом: оптимальные запасы влаги в метровом слое почвы соответствуют 80—100 мм; удовлетворительные — 40—80; неудовлетворительные — 30—40 мм; плохие — менее 25 и более 125 мм. Раздельная градация в последнем случае объяс­няется тем, что влагозапасы менее 25 мм являются резко недоста­точными, а влагозапасы более 125 мм вызывают значительное полегание растений и развитие болезней.

Содержание продуктивной влаги в природных условиях нашей страны существенно изменяется в географическом разрезе, что опре­деляется влиянием многих факторов. К основным из них следует отнести условия климата, свойства почвы, характер растительно­сти, агротехнические мероприятия. Географическое распределение запасов продуктивной почвенной влаги на территории СССР по­казано на соответствующих картах ряда атласов.

Динамика годового хода продуктивной почвенной влаги обу­словливается прежде всего количеством и распределением во вре­мени осадков и температурным режимом данной территории. Изу­чение динамики годового хода влажности почв на территории СССР и соответствия особенностей режима влажности потребности во влаге зерновых культур позволило С. А. Вериго выделить на территории нашей страны четыре агрогидрологические зоны: об­воднения, капиллярного увлажнения, полного весеннего промачи­вания и слабого весеннего промачивания (рис. 9).

Агрогидрологические зоны СССР

Зона обводнения. Для почв этой зоны характерно наличие верхней капиллярной каймы грунтовых вод в метровом слое круг­лый год. Только на 2—3 летних месяца она отрывается от поверх­ности почвы и располагается на глубине до 50 см. На территории зоны зерновые культуры ежегодно обеспечены влагой. В осенний и весенний периоды наблюдается переувлажнение. Наименьшие запасы влаги метрового слоя не опускаются ниже 150 мм. Здесь в основном необходимы мероприятия по борьбе с избытком влаги.

Зона капиллярного увлажнения расположена к югу от зоны об­воднения. Динамика годового хода продуктивной влаги в метровом слое характеризуется большими запасами (более 200 мм) в холод­ную часть года и уменьшением их до 100 мм летом.

Корневая система растений в этой зоне из-за плохой аэрации нижних слоев вследствие переувлажнения развивается только в верхнем слое почвы. Поэтому в отдельные годы, когда сильно пересыхает верхний слой почвы, растения страдают от недостатка влаги.

Зона полного весеннего протачивания занимает территорию с выщелоченными черноземами, черноземами мощными и тучными. Грунтовые воды здесь залегают глубоко. Годовой максимум запа­сов продуктивной влаги приходится на весну, он равен наименьшей влагоемкости (170—200 мм).

Минимальные запасы влаги наблюдаются в конце вегетации зерновых и доходят до 50 мм, а в отдельные годы они еще ниже. Зерновые на этой территории в целом обеспечены влагой. Однако в теплую часть года здесь очень эффективны мероприятия по со­хранению влаги в почве.

Зона слабого весеннего протачивания занимает юг и юго-во­сток ETC и степные районы Казахстана. Почвы этой зоны при наи­больших запасах влаги весной не увлажняются до наименьшей полевой влагоемкости. Поэтому влагообеспеченность зерновых здесь недостаточна. В этой зоне необходимы мероприятия по на­коплению и сохранению почвенной влаги. Большой эффект дает орошение.

Заметим, что указанные на рисунке границы агрогидрологиче­ских зон относительно схематичны. Вследствие различия в рельефе, почвах, гидрогеологических условиях, а также в результате на­правленной деятельности человека (главным образом мелиора­ции) границы зон в естественных природных условиях могут отли­чаться от указанных. Например, районы капиллярного насыщения глубокими «языками» и «островами» могут заходить на террито­рию, отнесенную к типу полного и даже слабого весеннего прома­чивания, располагаясь в понижениях с близким стоянием уровня грунтовых вод.

Возможны значительные отклонения и от агрогидрологических характеристик зон. Так, длительное бездождье может привести к формированию острого недостатка влаги в корнеобитаемом слое в зоне полного весеннего промачивания, для которой в целом ха­рактерно достаточное водоснабжение. Осушительные мелиорации в зоне обводнения, для которой типичен избыток влаги, приводят к необходимости сооружения здесь для отдельных культур систем орошения.

Оценка влагообеспеченности с помощью биологических методов

Биологические методы основаны на использовании ряда физио­логических показателей: величины транспирации, скорости пере­мещения сока в стебле, интенсивности фотосинтеза, концентрации и состава клеточного сока и т. д. Экспериментами доказано, что многие физиологические показатели плавно изменяются при изме­нении количества доступной влаги в почве. Эти закономерности в принципе могут быть использованы для оценки влагообеспечен­ности растений.

Ряд физиологических показателей (концентрация клеточного сока и др.) можно использовать только с точки зрения сигнали­зации о физическом состоянии растений. Это означает, что такие показатели могут служить лишь для определения сроков полива.

Отдельные физиологические показатели можно использовать для определения потребности растений во влаге. К таким физиоло­гическим параметрам следует отнести коэффициенты транспирации и водопотребления.

Под коэффициентом транспирации К_тр понимают количество воды, необходимое данной культуре для создания единицы урожая, вещества в условиях оптимальной влажности почвы. Величина во­допотребления Е, рассчитанная по коэффициенту транспирации, определяется формулой

где N — урожай культуры (т/га), р — коэффициент перевода уро­жая в абсолютно сухую массу, а — отношение испарения с почвы к расходу воды на транспирацию, К_тр — коэффициент транспи­рации.

Под коэффициентом водопотребления К_в понимают количество воды, небходимое данной культуре для создания единицы урожая. Общее водопотребление культуры за вегетацию при использова­нии коэффициента водопотребления определяется по формуле

где Е — водопотребление (общее) культуры (м 3 /га), N — проекти­руемый или фактический урожай культуры (т/га). При изменении агротехники в приведенные формулы должен вводиться добавоч­ный коэффициент, характеризующий изменение затрат воды на единицу продукции.

Таким образом, коэффициенты транспирации и водопотребле­ния дают возможность определить общий за вегетацию расход воды при определенной массе урожая. Разность между общим опти­мальным расходом воды (формирующим оптимальный урожай) и фактическим расходом характеризует влагообеспеченность данной территории. Фактические расходы воды наиболее часто оп­ределяются методом водного баланса.

В целом следует заметить, что оценке водопотребления по ука­занным коэффициентам свойственны значительные недостатки. Так, численные значения коэффициента водопотребления и особенно коэффициента транспирации могут резко отклоняться от сред­ней величины (до 100—200%) даже для одного и того же сорта растения. Эти отклонения вызываются изменениями погодных условий, уровня урожая, агротехники и другими причинами. Важ­ным возражением против использования коэффициентов является тот факт, что испарение с поля определяется не величиной расти­тельной массы (при высоких урожаях), а энергетическими ресур­сами атмосферы, если воды для растений достаточно. Коэффици­енты не содержат в себе элементов времени, поэтому ими оцени­вается не абсолютная, а относительная потребность растений в воде. Использование коэффициентов не позволяет проследить ди­намику водопотребления культуры в течение вегетации, что важно для установления правильного водного режима растений. Коэффи­циенты можно определять лишь экспериментальным путем в кон­кретных почвенно-климатических условиях.

Вследствие всех этих недостатков коэффициенты транспирации и водопотребления для оценки влагообеспеченности используются в настоящее время ограниченно. Коэффициент транспирации можно применять как показатель пластичности сельскохозяйственной культуры.