Приемы регулирования водного режима почвы зависят от типа водного режима, который определяется соотношением годового количества осадков и испаряемости.
В основных сельскохозяйственных зонах СНГ выделяется три типа водного режима почв: промывной тип (зона избыточного увлажнения), периодически промывной (зона неустойчивого увлажнения) и непромывной
(зона недостаточного увлажнения). Критерием отнесения к различным зонам увлажнения принято отношение количества выпадающих за год осадков к испаряемости с открытой водной поверхности.
Промывной тип характерен для той зоны, где годовая сумма осадков выше испаряемости. Почвенно-грунтовая толща ежегодно подвергается сквозному промачиванию до грунтовых вод.
Периодически промывной тип водного режима характерен для той зоны, где среднемноголетняя сумма атмосферных осадков примерно равна среднемноголетней величине испаряемости. Но в отдельные годы сумма атмосферных осадков может быть выше или ниже величины испаряемости. Грунтовые воды залегают обычно за пределами корнеобитаемого слоя.
Непромывной тип водного режима характерен для зоны, где сумма атмосферных осадков за год существенно меньше величины испаряемости. К осени в почве всегда создается дефицит влаги (т.е. разность между запасом продуктивной влаги при НВ и фактически имеющимся запасом). Весеннее промачивание почвы происходит лишь на глубину 1,0-1,5 м, ниже которой сохраняется слой с влажностью близкой к ВУЗ. Грунтовые воды залегают на глубине многих метров.
Кроме того, выделяют выпотной тип водного режима, мерзлотный и ирригационный, которые разбираются в специальной литературе (3).
В зоне избыточного увлажнения главная задача регулирования водного режима состоит в удалении излишней воды и предупреждении излишнего увлажнения почвы (узкозагонная пахота вдоль или под углом к склону, устройство открытого или закрытого дренажа, посев или посадка в гребни и др.).
Для зон неустойчивого и недостаточного увлажнения на части площади радикальным приемом регулирования водного режима будет орошение. При ведении неорошаемого земледелия регулирование водного режима состоит из накопления зимних осадков и талых вод , сохранения и рациональное использование запасов влаги , содержащейся в почве.
Эффективным приемом накопления влаги является паровое поле, широко применяемое в зерновых районах под посев яровой и озимой пшеницы. Пар является полем гарантированного урожая особенно в сухие годы.
Однако влагонакопительные возможности пара пока еще недостаточны. За 21 месяц парования в Северном Казахстане выпадает 518 мм, из которых почвой усваивается 123 мм или 24%. При этом усвоение влаги во вторую зиму было всего 5%. Аналогичные данные приводятся в литературе и для зерновых районов Канады и США, где усвоение влаги в пару составляет 19-24%, а за вторую зиму - 9% .
Причиной такого явления являются накопленный в первый период относительно высокий запас влаги, который снижает инфильтрацию воды - во второй. В условиях Северного Казахстана для лучшего снегонакопления на паровых полях рекомендуется высевать кулисы из горчицы. (рис.6 ).
При высоте кулис около метра эффект наблюдается в интервале 6-15 высот. Поэтому в зависимости от условий (ветрового режима, характера местности и т.д.) расстояние между кулисами колеблется в пределах 7-12м. Более равномерное отложение снега наблюдается при ажурности кулисы (преграды) 70-80 и до 86% . В малоснежных ветренных районах высокий эффект дает оставление на одном квадратном метре 200-250 штук стернинок высотой 18-20 см. Это обеспечивает равномерное накопление снега по всему полю с первых устойчивых снегопадов на высоту почти равную стерне, в то время как на бесстерневых фонах (вспаханных плугом) снег сдувается. Весьма эффективным способом снегозадержания является нарезка снежных валиков по стерневому фону риджерными снегопахами СВУ-2,6, СВШ-10 через 4-5 м (между центрами валиков) что обеспечивает весной полное устранение дефицита влаги в почве.
Нарезку снежных валиков рекомендуется начинать при толщине снежного покрова 10-15 см, прямолинейно, поперек господствующих ветров. При этом снегопах формирует валик в 2,5 раза выше исходной толщины снежного покрова (рис. 7).
К снежной мелиорации предъявляются следующие требования:
1. Высота снега должна быть дифференцированной в зависимости от объекта мелиорации.
2. Накопление снега должно быть возможно более ранним, начиная с первых снегопадов.
3. Снежный покров должен залегать равномерно по всему полю.
Очень важно обеспечить наиболее полное впитывание талых вод. Для этих целей можно проводить нарезки щелей по непаровым предшественникам, поделки лунок лункообразователем ЛОД-10 на паровых полях. После прохода лункообразователя на каждом гектаре образуется до 13-14 тысяч лунок глубиной 12-15 см и примерной общей емкостью 250-300 м3 (3).
После проведения влагонакопительных мероприятий важное значение имеет сохранение влаги в почве и ее рациональное использование.
Сохранение влаги на отвальной зяби и в большинстве случаев на
стерневых фонах обеспечивается своевременным и качественным проведением ранневесеннего боронования и создания рыхлого, мульчирующего слоя почвы с помощью зубовых и игольчатых борон.
Резко снижается испарение влаги если осенью проводить мульчирование поверхности почвы послеуборочными остатками.
При излишней рыхлости несолонцеватых почв их рекомендуется прикатывать кольчато-шпоровыми катками ЗККШ-6 с балластом.
Рациональное использование запасов влаги в почве достигается путем своевременного и полного истребления сорной растительности, выбора оптимальных сроков посева и норм высева, глубины заделки семян, внесения фосфорных удобрений. В отдельных случаях это достигается подбором сортов (среднеспелых или среднепоздних), культур (засухоустойчивых, хорошо использующих осадки второй половины лета).
Эффективным приемом рационального использования осадков и почвенной влаги в условиях Северного Казахстана является нулевая обработка почвы.
2. Формы связи воды в почве
Различают следующие формы воды в почве, которые отличаются между собой как прочностью связи с твердой фазой почвы, так и степенью подвижности, т.е. доступностью их растениям:
а) кристаллизационная - входит в состав минералов в виде отдельных молекул, например в состав гипса - СаSO4 · 2Н2О;
б) конституционная - молекулы воды прочно связаны с кристаллической решеткой минерала, обычно в виде гидроксильной группы, например FеОН3.
Эти формы воды не имеют практического значения для растений и не оказывают существенного влияния на физические свойства почв.
В составе сорбированной воды различают прочносвязанную, или гигроскопическую, и рыхлосвязанную, или пленочную.
в) гигроскопическая - удерживается на поверхности почвенных частиц силами молекулярного притяжения порядка 10-30 тысяч атмосфер, относится к категории прочносвязанной воды
При соприкосновении с воздухом, содержащим пары воды, сухая почва поглощает часть этой воды. Способность почвенных частиц поглощать воду из атмосферы окружающего воздуха называется гигроскопичностью. Гигроскопичностью обладают лишь коллоидные частицы почвы. Количество гигроскопической влаги зависит от механического состава почвы, температуры и относительной влажности воздуха, упругости водяного пара, содержания органического вещества.
г) пленочная - сверх максимальной гигроскопичности поверхность почвенных частиц покрывается водяной пленкой. Она передвигается не сплошной массой, а от частицы с большей толщиной водяной пленки к частицам с меньшей толщиной водяной пленки до тех пор, пока толщина пленок вокруг обеих частиц не будет одинаковой. Ее значение состоит в том, что передвигаясь снизу вверх, она может приблизить к поверхности легкорастворимые соли. Она относится к категории рыхлосвязанной воды.
д) парообразная - водяной пар является неотъемлемой составной частью почвенного воздуха. Движение парообразной влаги в почве происходит за счет изменения ее упругости вследствие температурного градиента. Пары воды перемещаются от мест с большей упругостью (с повышенной температурой) к местам с меньшей упругостью, т.е. в сторону понижающихся температур. Зимой, когда верхние слои почвы оказываются более холодными, чем нижние, происходит перегонка парообразной влаги из низших слоев в верхние. При ее конденсации верхние слои почвы дополнительно увлажняются. Аналогичное явление наблюдается в ночное время летом, когда верхние слои почвы охлаждаются и упругость водяных паров падает.
д) твердая вода (лед) - образование льда сопровождается увеличением его объема на 1/11 часть, что способствует разрыхлению и расчленению почвы на агрегаты. При этом крупные глыбы, образованные при механической обработке почвы, распадаются на более мелкие. Кристаллы льда способствуют также образованию трещин в почве, что повышает ее водопроницаемость и аэрацию. При 0оС плотность льда равна 0,9168 г/см3, а воды - 0,999968 г/см3 (максимальная плотность воды при 4оС составляет 1 г/см3);
е) капиллярная - занимает тонкие промежутки между почвенными частицами, получившими название капилляров. Она подразделяется на капиллярно-подвешенную, капиллярно-подпертую. Капиллярная влага является основным источником снабжения растений и почвенных микроорганизмов водой. Она относится к категории физически свободной воды. Капиллярная влага удерживается и передвигается в почве под влиянием капиллярных (менисковых) сил, которые начинают проявляться в порах с диаметром менее 8 мм. Особенно сильно выражены менисковые силы в порах с диаметром от 3 до 100 мк. Она передвигается из зоны большего увлажнения в зону меньшего увлажнения, из более нагретой в менее нагретую зону ( в зону повышенного поверхностного натяжения и вязкости воды), с участка с меньшим осмотическим давлением в места с высоким осмотическим давлением.
В условиях Северного Казахстана, где грунтовые воды залегают глубоко, а глубина промачивания незначительная, формирование урожая происходит за счет капиллярно-подвешенной влаги.
ж) гравитационная - занимает все крупные некапиллярные промежутки между агрегатами в почве, вытесняя воздух. Максимальное количество гравитационной воды, которое может вместить почва при заполнении всех пустот, называется полной влагоемкостью (ПВ) Для растений гравитационная вода доступна, но вследствие кратковременного нахождения ее в корнеобитаемом слое почвы она непосредственно в снабжении растений водой участвует в ограниченном количестве, но является источником образования капиллярной влаги в почве.
3.Водные свойства почвы
К водным свойствам относятся водоудерживающая способность – свойство почвы поглощать и удерживать воду в своем профиле, противодействуя стеканию ее под действием силы тяжести.
Одним из основных водных свойств почвы является влагоемкость, под которой понимают количество воды, удерживаемые почвой. Она выражается в % от массы абсолютно сухой почвы или от ее объема.
Важнейшей характеристикой водного режима почв является ее наименьшая влагоемкость, под которой понимается наибольшее количество подвешенной влаги, которую почва способна удерживать после обильного увлажнения и стекания гравитационной воды. При наименьшей влагоемкости количество доступной влаги для растений достигает максимально возможной величины.
Наибольшее количество воды, которое может вместить почва при заполнении всех ее пор, называется предельно полевой влагоемкостью.
Водопроницаемость почвы- это способность почвы впитывать и пропускать через свой профиль поступающую с поверхности воду. Оно зависит от гранулометрического состава, структуры почвы, плотности, степени увлажнения.
Свойство почвы вызывать восходящее передвижение содержащейся в ней влаги за счет капиллярных сил называется водоподъемной способностью. Она зависит от механического состава почвы, пористости, структурного состояния, диаметра капилляров. Максимальная высота капиллярного подъема для песчаных почв равна 0,5- 0,7 м, для суглинистых 3- 6 м .
Скорость подъема воды зависит от радиуса капилляров и вязкости воды, обуславливаемой ее температурой. Если высота капиллярного подъема с уменьшением радиуса возрастает, то скорость подъема, наоборот, уменьшается. С увеличением температуры воды скорость и высота подъема воды возрастают, и наоборот.
Установлено, что при влажности почвы меньше 60% НВ (близкой к ВРК) капиллярное поднятие воды прекращается.
Практическое значение высоты и особенно быстроты капиллярного поднятия влаги в почве двоякое. В предпосевной период, когда высокие температурные условия сочетаются с усиленным ветровым режимом, быстрое передвижение влаги по капиллярам из нижних слоев в верхние обуславливает интенсивное испарение и непроизводительные потери почвенной влаги. В период вегетации растений, особенно в начальные фазы роста и развития их, когда корневая система еще слабая, капиллярное передвижение влаги в прикорневую зону имеет положительное значение.
4.Типы водного режима почв
В зависимости от количества атмосферных осадков и их использования выделяются 6 типов водного режима: мерзлотный, промывной, периодически промывной, непромывной, выпотной, ирригационный.
Промывной тип характерен для той зоны, где годовая сумма осадков выше испаряемости. Почвенно-грунтовая толща ежегодно подвергается сквозному промачиванию до грунтовых вод.
Периодически промывной тип водного режима характерен для той зоны, где среднемноголетняя сумма атмосферных осадков примерно равна среднемноголетней величине испаряемости. Но в отдельные годы сумма атмосферных осадков может быть выше или ниже величины испаряемости. Грунтовые воды залегают обычно за пределами корнеобитаемого слоя.
Непромывной тип водного режима характерен для зоны, где сумма атмосферных осадков за год существенно меньше величины испаряемости. К осени в почве всегда создается дефицит влаги (т.е. разность между запасом продуктивной влаги при НВ и фактически имеющимся запасом). Весеннее промачивание почвы происходит лишь на глубину 1,0- 1,5 м, ниже которой сохраняется слой с влажностью близкой к ВУЗ. Грунтовые воды залегают на глубине многих метров.
Кроме того, выделяют выпотной тип водного режима, мерзлотный и ирригационный
Система мер по регулированию водного режима в сберегающем земледелии. стерня накапливает намного больше снега, чем при традиционной технологии, а мульча от растительных остатков впитывает эту влагу и предохраняет ее от испарения». закрытие влаги производится вращающейся бороной, которая разрушает корку, оставляя все растительные остатки на месте.
