Регулирование водного, воздушного, теплового и питательного режима почвенного покрова

 

Водным режимом называется совокупность всех явлений поступления влаги в почву, ее передвижение, удержание в почвенных горизонтах и расхода из почвы. Регулирование водного режима — обязательное мероприятие в условиях интенсивного земледелия. При этом необходимо осуществлять целый комплекс приемов, направленных на устранение неблагоприятных условий водоснабжения растений. Прежде всего, нужно стремиться к уравниванию количества влаги, поступающей в почву, с ее расходом на транспирацию и физическое испарение, т. е. созданию бездефицитного водного баланса, что достигается рядом способов, используемых в земледелии.

Первый способ радикального регулирования водного режима — осу-шительно-оросительные мелиоративные мероприятия. При орошении можно обеспечивать растение водой в те периоды, когда запас ее в почве истощается, и влажность почвы приближается к влажности разрыва капиллярной связи. Поливом регулируется водный режим при возделывании овощных культур как наиболее требовательных к условиям увлажнения в Беларуси. Часто приходится прибегать к поливу пастбищ, чтобы повысить их продуктивность в условиях интенсификации животноводства.

Территория Республики Беларусь относится к зоне достаточного увлажнения и характеризуется промывным и периодически промывным типами водного режима. Это дает возможность при рациональном подходе к использованию влаги не ощущать ее недостатка, а иногда может проявляться даже ее избыток. Это особенно характерно для почв пересеченного рельефа и с невысокой водопроницаемостью, где наблюдается временное избыточное увлажнение, а на некоторой части — постоянное переувлажнение и заболачивание

Главным средством регулирования водного режима при переувлажнении и заболачивании служат мелиоративные мероприятия, особенно осушение заболоченных земель.

Осуществляется оно различными способами, по наиболее распространен в Беларуси закрытый дренаж двустороннего действия, который позволяет не только осушать, но в случае необходимости и орошать почву.

Второй способ регулирования водного режима — воздействие на микроклимат древесных насаждений и искусственных водоемов.

Третий способ регулирования водного режима состоит в использовании агротехнических приемов, способствующих накоплению, сохранению и рациональному использованию влаги в почве. Регулируя плотность пахотного слоя, можно либо сохранить влагу в почве, либо увеличить ее расход путем физического испарения.

 

При регулировании водного режима почв необходимо учитывать прежде всего транспирационные свойства выращиваемых культур, так как транспирация в условиях избытка влаги в почве (выше наименьшей влагоемкости НВ) замедляется из-за недостатка кислорода, а ниже влажности устойчивого завядания прекращается из-за отсутствия доступной влаги.

В интервале влажности от НВ до ВРК (влажность разрыва капилляров) растения развиваются нормально, и оптимальная транспирация обеспечивает их максимальную продуктивность. Именно в этих пределах и должна содержаться влага в почве.

Глубокая зяблевая обработка дерново-подзолистых и других типов почвы способствует созданию рыхлого пахотного слоя и большему накоплению влаги в почве в осенне-зимне-весенний периоды, одновременно предотвращая поверхностный сток и проявление водной эрозии.

Поверхностное рыхление почвы весной пли закрытие влаги боронованием позволяет избежать ненужных потерь ее в результате физического испарения в ранневесенний период — до посева яровых культур. Более рациональному использованию продуктивной влаги во время вегетации растений способствует правильный подбор культур и строгое соблюдение севооборота, а также применение удобрений и проведение приемов по уходу за растениями (борьба с сорняками, междурядная обработка и т. д.).

Воздушный режим почв и его регулирование. Воздушным режимом почв называют совокупность всех явлений поступления воздуха в почву, передвижение его в профиле почвы, изменение состава и физического состояния при взаимодействии с твердой, жидкой и живой фазами почвы, а также газообмен почвенного воздуха с атмосферным.

Воздушный режим подвергается суточным, сезонным, годовым и многолетним изменениям и прямо зависит от свойств почвы, метеорологических условий, биологических особенностей возделываемой культуры, характера растительности и агротехнических приемов обработки почвы. Наиболее благоприятный воздушный режим складывается в структурных почвах с оптимальным строением пахотного слоя, обладающих рыхлым сложением, способных быстро пропускать и перераспределять поступающие в них воду и воздух.

При благоприятном воздушном режиме создаются оптимальные условия для проникновения в почву кислорода и выделения углекислого газа, жизнедеятельности почвенных организмов и разложения органического вещества, хода окислительно-восстановительных процессов и дыхания корней.

В улучшении воздушного режима нуждаются многие почвы, особенно с избыточным увлажнением и чрезмерным уплотнением. Воздушный режим регулируется с помощью агротехнических и мелиоративных мероприятий.

На почвах с избыточным увлажнением агротехнические мероприятия по регулированию воздушного режима можно применять только после коренного изменения водного режима — осушения.

Оптимальным считается содержание почвенного воздуха в течение вегетации растений на уровне 20-25 % от объема почвы. Поэтому все мероприятия по регулированию воздушного режима в первую очередь должны быть направлены на улучшение именно этого показателя.

Большое препятствие проникновению воздуха в почву оказывает почвенная корка, образующаяся на бесструктурных почвах. Условия аэрации зависят также от температурного режима почв. Так, при температуре почвы, не превышающей +15°С, неплохие условия аэрации обеспечиваются при содержании воздуха 15-20 % от общего объема почвы, а с повышением температуры до 20°С оно должно быть уже выше 20 %.

Все приемы обработки почвы, улучшающие ее сложение, усиливают интенсивность газообмена, уменьшают концентрацию СО2 и увеличивают содержание О2 в почве. Наиболее благоприятный состав почвенного воздуха для дерново-подзолистых почв снижается, если содержание СО2 не превышает 2-3 %, а концентрация О2 падает ниже 18-19%.

Воздушный режим почв тесно взаимосвязан с водным и оптимизируется при окультуривании почв. Применение органических удобрений, регулирование реакции почвенной среды и водного режима активизируют микробиологические процессы в почвах и повышают интенсивность их дыхания.

Создание глубокого пахотного слоя с оптимальными агрофизическими свойствами, рыхление подпахотного слоя, умеренное увлажнение, ликвидация почвенной корки — важные приемы регулирования воздушного режима. Практика интенсивного земледелия показывает что глубокое рыхление подпахотного слоя дерново-подзолистых почв способствует улучшению воздушного режима и росту урожайности сельскохозяйственных культур, особенно пропашных.

 

Температурный режим и его регулирование. Совокупность явлений поступления, аккумуляции и отдачи тепла называется тепловым режимом почвы.

Вместе с водным и воздушным эти режимы определяют динамику почвенных процессов. С температурой связана интенсивность протекания химических, физико-химических, биохимических и биологических процессов в почве.

Тепло является одним из незаменимых факторов жизни растений, от которого зависят развитие и продуктивность сельскохозяйственных культур: прорастание семян, развитие корневой системы, скорость прохождения отдельных стадий развития, интенсивность фотосинтеза.

Тепловой режим почв формируется под влиянием атмосферного климата, а также особенностей рельефа и растительности. Основным и единственным показателем теплового режима, характеризующим тепловое состояние почвы, является температура.

Температура почвы воздействует на растения с самого начала их роста и развития. Причем растения по-разному относятся к температурному режиму почв. Однако наряду с минимальными и максимальными значениями этого показателя они имеют определенный оптимальный диапазон, при котором создаются наиболее благоприятные условия для их развития. Уже для прорастания семян различные культуры требуют свои температурные параметры почвы (табл. 3).

 

Таблица 3. Интервал температур для прорастания семян, °С

Культура	Минимум	Максимум	Оптимум
Пшеница, рожь, овес, ячмень  Лен, гречиха, люпин Подсолнечник, картофель  Кукуруза	0-5  0-5 5-10 5-10	31-37 37-44  37-44  44-50	25-30 25-30  31-36 37-44

 

Для характеристики температурного режима особое значение имеют продолжительность периода активных температур (более 10 °С) в почве на глубине 20 см. Так как здесь расположено максимальное количество корней сельскохозяйственных растений, то сумма активных температур как основной показатель теплообсспсченности почв определяется на этой глубине.

Для оптимальной теплообеспеченности почв сумма активных температур на глубине пахотного слоя должна находится в пределах 1600-2100 "С.

 

От теплообеспеченности почвы в большой мере зависит газообмен и состав почвенного воздуха. Снижение температуры почвенной влаги ведет к повышению растворимости газов, ухудшению усвояемости элементов питания и целого ряда показателей, влияющих на почвенные процессы.

В отличие от водного и воздушного тепловой режим поддается меньшему регулированию, однако в сельскохозяйственной практике его регулирование имеет важное значение для обеспечения оптимальных условий роста растений. Улучшение теплового режима почв основывается на осуществлении приемов, регулирующих приток солнечной радиации и ослабляющих или увеличивающих ее потери. К приемам, регулирующим приток солнечной радиации к поверхности почвы, относятся некоторые приемы обработки почвы и способы посева культур. Накоплению и сбережению тепла в почве способствует увлажнение.

Мульчирование поверхности почвы торфом, соломой и другими материалами широко применяется для регулирования температуры почвы в овощеводстве.

Обработка почвы и рыхление поверхностного слоя способствуют более быстрому обмену тепла в почве. Рыхление увеличивает теплопроводность и уменьшает лучеиспускательную способность. Этот прием способствует снижению температуры почвы днем и сохранению тепла ночью.

Эффективным приемом повышения температуры почвы, особенно в ранневесенний период, является внесение в почву органических удобрений, усиливающих микробиологическую активность. Этот прием весьма эффективен в условиях закрытого грунта, где органические удобрения используются и как источник питания, и как биотопливо для обогрева теплиц.

Радикальным приемом регулирования теплового режима в зимний период является снегозадержание, выполняющее двойную функцию: средство, препятствующее промерзанию почвы, источник влаги.

 

Пищевой режим. Плодородие — способность почвы удовлетворять потребность растений в элементах питания. Она зависит от вида, сорта, уровня урожайности. Все приемы регулирования пищевого режима можно разделить на четыре группы:

• - пополнение почвы питательными веществами;

•- превращение элементов питания из недоступных в легкоусвояемые растениями формы;

• - создание условий для лучшего использования растениями питательных веществ;

• - борьба с потерями питательных веществ из почвы.

 

Первый прием регулирования пищевого режима, пополнение почвы питательными веществами, выполняется за счет внесения минеральных и органических удобрений.

Важнейшую проблему создания достаточного количества белка невозможно решить без использования биологического азота в земледелии — уникальной способности бобовых растений и микроорганизмов фиксировать молекулярный азот атмосферы.

Микробиологическая фиксация атмосферного азота — экологически чистый путь снабжения растений связным азотом, требующий относительно небольших энергетических затрат на активизацию азотфиксаторов в почве. Различают симбиотическую и несимбиотическую азотфиксацию.

Способность к фиксации азота обнаружена у большого числа бактерий, принадлежащих к различным систематическим группам. Помимо хорошо известных Azotobacter, Clostridium, клубеньковых бактерий, эта способность обнаружена у многих других групп бактерий Arthrobacter, Bacillus, Erwinia, Klebsiella и др.

Применение новых методов исследований позволило обнаружить «ассоциативную азотфиксацию». В целом известно более 200 видов небобовых растений, фиксирующих азот атмосферы с помощью микроорганизмов ризосферы.

 

Изучение ассоциативной азотфиксации привело к выводу, что, вероятнее всего, именно этим путем пополняется фонд доступного азота в большинстве природных экосистем. Однако симбиоз клубеньковых бактерий с бобовыми растениями наиболее продуктивен, при оптимальных условиях величина биологической фиксации азота достигает 300 кг/га и более в год.

К таким условиям относятся слабокислая и нейтральная реакция среды, хорошая аэрация, оптимальная температура (25 —30°С) и оптимальное содержание фосфора и кальция. Следовательно, известкование почвы, внесение фосфорных удобрений, хорошая обработка почвы, мелиорация улучшают условия жизнедеятельности азотобактерий и способствует повышению азотфиксации.

Достаточно высокий эффект обеспечивает также применение препаратов клубеньковых бактерий (нитрагин, ризоторфин), при инокуляции которых потенциальная возможность бобовых к азотфиксации существенно повышается (гороха — на 10-20 %, клевера на 10-25, люпина на 30-80 %).

Вторая группа. Превращение элементов питания из недоступных в легкоусвояемые растениями формы. Подавляющая часть запасов элементов питания в почве находится в форме, недоступной для растений (органическое вещество, нерастворимые в воде соединения).

Превращение их в доступное для растений состояние осуществляется приемами агротехники. Органическое вещество почвы, удобрений, растительных остатков подвергается в почве сложному процессу разложения и частичной гумификации.

Белковые соединения подвергаются процессам аммонификации и нитрификации. Интенсивность процесса нитрификации зависит от температуры почвы, наличия кислорода воздуха и скорости газообмена между почвой и атмосферой, от реакции почвенного раствора и влажности почвы.

 

Наиболее интенсивно нитрификация происходит при 30-35 °С, хорошей аэрации и влажности, слабокислой и нейтральной реакции почвы. Этому способствуют все приемы окультуривания почвы, особенно поддержание оптимальной средней плотности, известкование, осушение заболоченных земель.

Под влиянием деятельности микроорганизмов в почвенном растворе увеличивается содержание фосфатов, освобожденных из гумуса, растительных остатков и органических удобрений.

Значительная часть фосфора содержится в нерастворимых в воде солях ортофосфорной кислоты. Эти соединения превращаются в растворимые и доступные для растений формы также при помощи микроорганизмов и растений. Многие виды микроорганизмов способствуют использованию труднорастворимых соединений фосфора, растворяя их в различных кислотах, образующихся при разложении органического вещества. Некоторые растения обладают способностью использовать такие соединения фосфора с помощью корневых выделений (люпин, горох, гречиха и т. д.).

Рыхление почвы при обработке усиливает микробиологическую активность почвы, что способствует мобилизации доступных для растений фосфатов. Повышение температуры почвы и снижение ее влажности увеличивают растворимость фосфорных соединений. С окультуриванием почвы и внесением фосфорных удобрений возрастает доля доступных форм фосфатов при неизменном количестве недоступных.

К третьей группе приемов регулирования пищевого режима относится создание благоприятных условий для использования растениями элементов пищи. Здесь вступает в силу закон совокупного действия факторов жизни. Это означает, что лучше используются питательные вещества при создании оптимального режима влагообеспеченности

К четвертой группе приемов регулирования пищевого режима — сведение к минимуму потерь питательных веществ из почвы. Питательные вещества теряются из почвы растворенными в воде с ее поверхностными и нисходящими стоками; в поглощенном состоянии и в органическом веществе в результате водной или ветровой эрозии почвы.

Имеются потери азота в газообразном состоянии в результате процессов денитрификации. Денитрификация интенсивнее на почвах с избыточным увлажнением и плохой аэрацией при нейтральной реакции среды и на полях, не покрытых растительностью.

Отсюда вытекают и меры по снижению потерь питательных веществ — приемы по сохранению влаги в почве, борьбе с эрозией, повышению аэрации н усилению окислительных процессов в почве, полному использованию нитратного и аммиачного азота культурными растениями в течение всего периода возможной вегетации.