Влияние водно-физических свойств почвы на параметры агротехнологии выращивания овощных культур

МИНИСТЕРСВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ФГОУ ВПО МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ПРИРОДООБУСТРОЙСТВА Кафедра почвоведения и земледелия РЕФЕРАТ Тема: «Влияние водно-физических свойств почвы на параметры агротехнологии выращивания овощных культур»

Москва 2012 г.

Содержание Введение

1. Проработки в области изучения водно-физических свойств почв

2. Влияние плотности на параметры агротехнологии

3. Влияние влагоёмкости на параметры агротехнологии

4. Влияние водопроницаемости на параметры агротехнологии

Выводы

Введение

Вопрос влияния водно-физических свойств почвы на параметры агротехнологии выращивания овощных культур можно рассмотреть с точки зрения влияния агротехнологии на трансформацию (изменение) свойств почвы, а следовательно, на её плодородие и урожайность овощных культур.

Агротехника овощных культур — это система приёмов воздействия на овощные растения и на комплекс условий их роста и развития. Она определяется биологическими особенностями и естественноисторическими условиями района. Для успешного выращивания овощных культур и получения хороших урожаев необходимо знать почву. Лучшими свойствами обладают почвы, в которых твердая часть, вода и воздух находятся в равных соотношениях 1:1:1.

В данной работе будем рассматривать следующие водно-физические свойства почвы: плотность, влагоёмкость и водопроницаемость.

Рассмотрим свойства почвы, на примере агроклиматических условий Центрального Нечернозёмного района. Нечернозёмная зона отличается малой распаханностью земель при чрезмерной расчленённости рельефа и мелкоконтурности полей.

Приведём агроклиматическую характеристику данного района на примере Московской области. Климат Московской области умеренно континентальный, сезонность чётко выражена; лето тёплое, зима умеренно холодная. Вместе с тем, в восточных и юго-восточных районах континентальность климата выше, что выражается, в частности, в более низкой температуре зимой и более высокой температуре летом.

Среднегодовая температура на территории области составляет +5,8 °C. Среднегодовая влажность воздуха — 76%. Среднегодовое количество осадков 600−800 мм, наиболее увлажнены северо-западные районы, наименее — юго-восточные.

На территории Московской области преобладают малоплодородные и требующие внесения удобрений дерново-подзолистые почвы. Дерново-подзолистые почвы характеризуются малой мощностью дернового горизонта, обеднённостью верхней части профиля (горизонты А₁ и А₂) полуторными окислами и относительным обогащением кремнезёмом, уплотнённостью иллювиального горизонта, кислой и сильнокислой реакцией.

Коэффициент увлажнения территории для Московской области в 2011 году составил — 0,9. Эта величина непостоянная, меняется в течение времени и имеет циклический характер.

Ввиду циклического характера коэффициента увлажнения, который характеризует природные условия района и плодородие почвы, влияет на всхожесть, развитие и урожайность сельскохозяйственных культур, можно сделать вывод, что от него зависит и выбор специальных мелиоративных мероприятий (регулирование водно-воздушного режима, специальные агротехнологии), которые применяются для улучшения и сохранения оптимальных для овощных культур водно-физических свойств почв.

почва агротехнология мелиоративный водопроницаемость

1. Проработки в области изучения водно-физических свойств почв Влияние водно-физических свойств почв на параметры агротехнологии выращивания сельскохозяйственных культур всегда интересовало исследователей.

Агротехнологии оказывают влияние на изменение свойств почвы, от которых зависит её плодородие а, следовательно, и урожайность культур. Все овощные культуры очень требовательны к плодородию почвы. Это объясняется тем, что они создают высокие урожаи на протяжении сравнительно короткого вегетационного периода.

В свою очередь сохранение и повышение плодородия почвы является важной задачей земледельцев в Нечернозёмной зоне. Так, например, в работе Ивенина В. В., Ивенина А. В., Николаева А. П. при рассмотрении вопроса «Влияния некоторых элементов агротехники на урожайность картофеля», было отмечено, что особую актуальность проблема плодородия приобретает в картофелеводстве, которое использует энергоёмкие технологии с высоким выносом из почвы питательных веществ. Возникает необходимость поиска ресурснои энергосберегающих технологий возделывания картофеля, обеспечивающих получение запланированной урожайности при высокой экономической эффективности. И здесь важное значение имеет выбор оптимальной системы обработки почвы. Ими была проведена сравнительная оценка влияния различных способов основной обработки почвы, ширины междурядий и способа наращивания гребней на урожайность картофеля, его товарные качества и агрофизические показатели почвы. Исследования показали, что при совмещении определённых технологических операций можно получить как максимальную, так и наименьшую урожайность.^[6]

Впервые на необходимость плановой организации территории и важность всестороннего воздействия на климат и почву в целях повышения её плодородия и урожая сельскохозяйственных культур указали в конце 19 в. творец науки о почве профессор В. В. Докучаев и его современники — профессор П. А. Костычёв и А. А Измаильский. В настоящее время очевидно, что проблема повышения плодородия почв и роста урожаев может быть решена лишь комплексным методом, в котором различные приёмы воздействия на почву не противопоставляются, а сочетаются. Только в этом случае, будь то обработка, удобрение, орошение или какое-либо другое мероприятие, они усиливая друг друга, дадут необходимый положительный результат.

Н.А. Качинский назвал ряд условий, которые обязательны в комплексе агротехнических мероприятий, направленных на непрерывное повышение плодородия почв и урожая сельскохозяйственных культур:

1. Районирование территории в сельскохозяйственных целях на основе природных факторов и в первую очередь на основе углублённого анализа почв и климата;

2. Повсеместное введение правильных севооборотов со строгим учётом почвенных и климатических условий;

3. Система культурной обработки почвы;

4. Применение системы удобрений с таким расчётом, чтобы удобрения потреблялись растениями, а не лежали бы мёртвым капиталом в почве;

5. Широкое повсеместное применение лесонасаждений;

6. Плановое использование территории со строгим учётом особенностей рельефа.

Также он отметил, что отдельные звенья системы агротехнических мероприятий, такие, как севообороты, состав культур, система и время обработки почв, система удобрений и прочее, должны разрабатываться порайонно, со строгим учётом почвенных и климатических условий.

А.Г. Бондарёв в своих работах по оптимизации физических условий плодородия почв отмечал, что в проблеме оптимизации физических условий плодородия почв имеются как общие для всех почв аспекты, так и особые, специфические, обусловленные генетическими особенностями почв, степенью изменения их свойств в результате антропогенного воздействия.

А.Г. Бондарёв установил, что в агротехнических приёмах оптимизации физических свойств, в частности в приоритете рациональных разноглубинных обработок много общего. Общим требованием как на стадии оптимизации физических свойств, так и в последующем процессе поддержания их в этом состоянии является снижение уплотняющего воздействия техники. Оптимальность плотности сложения оценивается с учётом требований к ней возделываемых культур и функциональной связи плотности с целым рядом важных водно-физических свойств.

Им было также отмечено, что в целях борьбы с уплотнением дерново-подзолистых почв ходовыми системами сельскохозяйственной техники необходимо сочетание мер по улучшению физических свойств почв с мерами по минимизации обработок.

А.Г. Бондарёв сделал заключение, что практическая реализация мер по оптимизации физических свойств почв, требует знания как оптимальных, так и реальных значений этих свойств. Знание оптимальных и реальных показателей физического состояния почв позволит с достаточным научным обоснованием проводить как агротехнические, так и агромелиоративные мероприятия, повысить их эффективность как в оптимизации, так и в поддержании на близком к оптимальному уровню физических свойств почвы.

Ванеян С.С., Меньших А. М., Енгалычев Д. И. проводили многолетние исследования разных способов полива и режимов орошения овощных культур. Ими было установлено, что разные способы полива влияют не только на урожайность овощных культур, но и на изменение механического состава, водно-физических и агрохимических свойств почв.

2. Влияние плотности на параметры агротехнологии Рассмотрим влияние водно-физических свойств почвы на параметры агротехнологии, на примере её плотности.

Изменение плотности непосредственно влияет на содержание в почве воды, воздуха, питательных веществ и, в конечном итоге, на её водный, воздушный, тепловой и питательный режимы.

Ю.И. Митрофанов в своих исследованиях влияния на продуктивность почв плотности и водно-воздушного режима на орошаемых землях отмечал, что параметры плотности, отражающие оптимальное состояние почвы и уровень её критического уплотнения, позволяют точно определить физические условия произрастания растений, установить допустимый уровень интенсивности воздействия на почву и возможность минимизации её обработки и др.

Большинство растений отрицательно реагируют как на излишне рыхлое, так и на избыточно плотное сложение почвы и свой адаптивный потенциал наиболее полно проявляют при оптимальной для данной культуры плотности.

Митрофанов установил, что у дерново-подзолистой почвы с легкосуглинистым составом плотность составляет 1,20…1,30 г/см³, тяжелосуглинистым — 1,10…1,25 г/см³, песчаным и супесчаным — 1,35…1,40 г/см³. Для роста и развития пропашных культур оптимальные условия на суглинистых дерново-подзолистых складываются при плотности 1,0…1,2 г/см³.

Вопрос об оптимальной плотности почв как интегральном показателе физических условий плодородия приобретает всё более актуальное значение в связи с поиском путей их направленного регулирования. При этом важно учитывать, что оптимальные параметры плотности сложения являются весьма динамичными. Так, оптимальная плотность изменяется в течение вегетации — наблюдается «самоуплотнение». В наибольшей степени этому подвержены дерново-подзолистые почвы.

Характер и интенсивность динамических изменений плотности почв зависит от биологических особенностей культур, типа и гранулометрического состава почв, содержания гумуса, окультуренности и структуры, погодных условий и обеспеченности влагой, приёмов обработки и других факторов. Самоуплотнение тем интенсивнее, чем больше выпадает осадков, хуже выражена структура почвы и её водопрочность.

Ю.И. Митрофановым было отмечено, что пространственная изменчивость плотности грунта проявляется в дифференциации отдельных частей корнеобитаемого слоя в вертикальном и горизонтальном направлении. И что, наиболее жесткие требования к дифференциации плотности сложения предъявляют пропашные культуры. При недостатке влаги оптимальная плотность увеличивается, при повышенном увлажнении снижается, а в условиях достаточного увлажнения диапазон оптимальных значений плотности расширяется.

Как показали исследования Ю. И. Митрофанова, большое влияние на оптимальное значение объёмной массы оказывают местоположение почвы в агроландшафте, уровень её гидроморфизма, содержание органического вещества и др.

Верхний предел оптимальной влажности почвы не является постоянной величиной, это обстоятельство необходимо учитывать при выборе приёмов обработки почвы, агромелиоративных мероприятий, определении поливных норм. Расчёт их без учёта плотности почвы и верхней границы оптимальной влажности даже при поливе нормами, не превышающими уровень НВ, может приводить к переувлажнению, оглеению, падению окислительно-восстановительного потенциала, ухудшению условий развития растений.

Как известно, увеличение плотности почвы ведёт к резкому снижению скорости фильтрации. По мере уплотнения почвы водопроницаемость может снизиться практически до нуля.

С увеличением плотности снижается и влагоёмкость почвы, резко ухудшается использование растениями почвенной влаги — увеличивается влажность устойчивого завядания и количество недоступной растениям влаги, ухудшаются условия для развития корневой системы растений, жизнедеятельности микроорганизмов, снижается обеспеченность растений азотом и т. д.

Ю.И. Митрофанов сделал заключение, что плотность почвы является важнейшим фактором формирования урожая. При оптимальной плотности процессы синтеза органического вещества проходят более продуктивно и растения затрачивают меньше питательных веществ на создание единицы сухой массы.^[9]

И.Б. Ревут (1971) изучал влияние плотности дерново-слабоподзолистой суглинистой почвы на появление всходов различных культур. При этом им было отмечено, что разные культуры дают различную густоту всходов в зависимости от плотности почвы. Ревут установил, что оптимальная плотность слабоподзолистой суглинистой почвы для получения наиболее дружных всходов находится в пределах (г/см³) для яровой пшеницы 1,0…1,1, для сахарной свеклы 1,3, для подсолнечника 1,2. Кроме того, Ревут установил, что на различных по гранулометрическому составу почвах диапазон оптимальной плотности для различных культур различен. По обобщенным данным своих исследований И. Б. Ревут сделал заключение, что диапазон оптимальной плотности для всех культур на всех почвах почти всегда составляет 1,0…1,4 г/см³.

На плотность почвы влияет воздействие высоких механических нагрузок (тяжелой сельскохозяйственной техникой, перевыпасом скота и др.) вследствие разрушения агрегатов и сближения почвенных частиц, приводящих к более плотной их упаковке и уменьшению порового пространства. Количественные характеристики уплотнения зависят от генетических свойств почв, гранулометрического состава и прочности агрегатов.

Степень деформации почвы зависит от исходного ее состояния: плотности и влажности во время прохода техники, величины контактного давления на почву, кратности воздействия. Влажность почвы в момент воздействия на нее техники является важнейшим фактором, определяющим степень уплотнения при одной и той же нагрузке.

Организационно-технологические приемы снижения уплотняющего воздействия на почву включают использование технологий с минимально возможным проходом по полям тяжелой, особенно колесной, техники.

Плотность почвы также зависит от содержания гумуса, органических веществ и минералов, слагающих почву. Наименьшая плотность отмечается в верхнем гумусовом горизонте, причём она тем меньше, чем больше гумуса и органического вещества в почве. По величине плотности можно ориентировочно судить о количестве гумуса и органических веществ в почве, о содержании в ней тяжёлых минералов, о степени её глинистости и др.

Поэтому внесение и расчёт норм органических и минеральных удобрений включают научно обоснованное сочетание. Система удобрений разрабатывается с учётом биологических особенностей овощных культур, уровня плодородия (содержание гумуса, элементов питания, кислотность, механический состав и т. д.), гидрологического режима, мощности гумусового горизонта и других особенностей и свойств почвы.^[10]

3. Влияние влагоёмкости на параметры агротехнологии Основным источником воды для растений является почва. Вода в почву поступает за счёт атмосферных осадков, передвижения грунтовых вод, конденсации водяных паров, искусственного орошения. Однако не вся вода в почве используется растениями. Часть её испаряется в атмосферу, некоторое количество удерживается твердой фазой почвы с большой силой и не доступно растениям. Почвенная влага характеризуется неодинаковой подвижностью, она удерживается с различной силой, находясь в различных состояниях: в одних — она доступна для растений, в других — недоступна.

Таким образом, обеспеченность растений водой зависит не только от количества поступающей в почву воды, но и от категорий, форм и видов воды в почве, а также от водных свойств самой почвы, главнейшими из которых являются влагоёмкость, водопроницаемость и водоподъёмная способность.

Способность почвы удерживать в себе воду при условиях свободного её оттока называется водоудерживающей её способностью, а количество воды, которое при тех же условиях удерживает почва, характеризует её влагоёмкость.

Водоудерживающая способность и влагоёмкость почвы — одни из обязательных характеристик почвенного плодородия. Н. А. Качинский отмечал, что лишь благодаря этому свойству почва может накапливать в себе и длительно сохранять водные запасы, без которых никакая жизнь в почве не возможна.^[8]

Оптимальной влажностью для большинства культурных растений принято считать влажность, приблизительно равную 60% от полной влагоёмкости данной почвы или 80% от предельно полевой влагоёмкости. При таком содержании влаги в почве в наиболее благоприятном соотношении находятся вода и воздух, необходимые растениям и почвенным микроорганизмам. Поэтому при искусственном поливе норму полива (количество воды, подаваемой на 1 га) устанавливают так, чтобы почва была оптимально увлажнена, иначе возникнут непроизводственные расходы воды, поднятие уровня грунтовых вод и т. п.

С.В. Брыль (2007) изучал режим орошения моркови при оперативном управлении поливами при дождевании машинами кругового действия Кубань в условиях Московской области. Им было установлено, что оптимальный диапазон влажности составляет 70…80% НВ (Наименьшей влагоёмкости).

Н.Н. Дубенок и Р. В. Калиниченко (2009) исследовали режимы орошения огурца капельным способов в открытом грунте. Ими было установлено, что на дерново-подзолистых почвах оптимальным диапазоном регулирования влажности почвы для огурца является 80…90% НВ.

Н.А. Качинский в своих работах писал, что влагоёмкость почв — весьма динамичное свойство и поддаётся регулированию искусственными методами в широких приделах. Все методы оструктуривания тяжёлых по механическому составу почв будут одновременно способствовать увеличению их порозности, общей влагоёмкости и диапазона активной (продуктивной) влаги. Среди таких приёмов на первом месте стоят: культурная обработка почвы; известкование кислых почв или применение заменителей извести; применение органических и минеральный удобрений, обеспечивающие высокие урожаи сельскохозяйственных культур и значительные по массе пожнивные (стебельные) и корневые органические остатки в почве; введение травопольных севооборотов; осушение заболоченных почв и борьба за воду в почве всеми способами в засушливых и сухих зонах.

4. Влияние водопроницаемости на параметры агротехнологии От водопроницаемости зависит степень восприятия почвой атмосферных осадков или поливных норм, формирование поверхностного или внутрипочвенного стока воды, интенсивность процессов водной эрозии, формирование почвенных горизонтов и др. Под водопроницаемостью почвы мы понимаем способность почвы воспринимать воду, подаваемую с поверхности её, проводить эту воду от слоя к слою в ненасыщенных водой горизонтах и, наконец, фильтровать воду сквозь определенную толщу горизонтов, вполне насыщенных водой.

Излишне высокая водопроницаемость обуславливает высокую фильтрацию влаги за пределы корнеобитаемого слоя, поэтому такая влага почти не используется растениями. И наоборот, слишком низкая водопроницаемость приводит к застаиванию влаги на поверхности, стеканию её по уклону местности, смыву и размыву почвы.

Интенсивность и характер водопроницаемости почвы зависит от механического и химического состава, от структурности, плотности сложения, порозности, наличия солей, влажности почв и длительности их увлажнения.

Н.А. Качинский в своих трудах отмечал, что оструктуренность почв в корне меняет все физические их свойства. Чем структурнее почва и чем более водопрочны её агрегаты, тем более высокой и качественной водопроницаемостью она будет обладать.

Кроме того, Качинский установил, что водопроницаемость почвы весьма динамична и, как правило, уменьшается во времени. Причина динамичности водопроницаемости лежит в обесструктуривании и набухании почвы при длительном увлажнении, а также в возрастающем трении воды.

А также то, что водопроницаемость почвы сильно варьирующее свойство и в зависимости от невыровненности сложения почвы, наличия в ней кротовин, червоточин, дендрин, трещин она может варьироваться для одной и той же почвы в весьма широких пределах.

В агрономическом смысле наиболее ценной считается водопроницаемость, выровненная в пределах поля и устойчивая по величине по времени. Методы агротехники — планировка территории, культурная обработка почвы, культивации и др. — должны быть направлены на создание в пределах поля по возможности выровненной водопроницаемости с ламинарным движением воды в почве.

Н.А. Качинский отметил, что высокая динамичность водопроницаемости позволяет искусственно регулировать это свойство в широких пределах в сторону как плюса, так и минуса.

Его исследования показали, что одна и та же почва в один и тот же день, в зависимости от степени её окультуренности и угодья, показывает водопроницаемость от отличной до неудовлетворительной. Чем более структурна почва (в агрономическом понимании), тем выше водопроницаемость и тем более она выровнена по площади поля.

Н.А. Качинский. Оценка водопроницаемости почв тяжёлого механического состава при Н на поверхности почвы 5 см и Т_воды = 10 ⁰С.

Водопроницаемость почв заметно изменяется от внесения органических удобрений, при введении в севооборот многолетних трав, при дренаже избыточно увлажнённых почв, при приёмах её культурной обработки, от способа посева.

Н.А. Качинский отмечал, что в большинстве случаев на полях приходиться заботиться об улучшении водопроницаемости почвы. Хорошая водопроницаемость почв исключает поверхностный сток вод, обеспечивает лучшее их впитывание в глубокий профиль почвы.

Выводы

1. Физические свойства почв и грунтов нужно положить в основу мелиоративных мероприятий: при выборе основного способа обработки, выработке режима орошения, оросительных и поливных норм, промачивания почвы на заданную глубину и др.

2. Физически свойства и режимы почв являются важным условием проявления почвенного плодородия. Поэтому проблема оптимизации физических условий плодородия является актуальной.

3. Водно-физические свойства динамичны во времени и в период вегетации растений могут быть неудовлетворительны для их роста и развития и для восстановления оптимальных значений необходимы соответствующие агротехнологии.

4. При решении всех проблем земледелия необходимо учитывать свойства почв: их тип, механический и химический состав, водно-физические, физические, физико-химические, физико-механические и биологические свойства.

1. Бондарёв А. Г., Медведев В. В. Некоторые пути определения оптимальных параметров агрофизических свойств почв. //Теоретические основы и методы определения оптимальных параметров свойств почв. — М.: 1980. — С. 67 — 68.

2. Бондарёв А. Г. Теоретические основы и практика оптимизации физических условий плодородия почв. //Почвоведение. — 1994. — № 11. — С.10 — 15.

3. Брыль С. В. Режимы орошения и минерального питания при выращивании моркови при оперативном управлении поливами//Мелиорация и водное хозяйство. — 2008. — № 3. — С.40−41.

4. Ванеян С. С., Меньших А. М., Енгалычев Д. И. Многолетние исследования разных способов полива и режимов орошения овощных культур//Мелиорация и водное хозяйство. — 2012. — № 2. — С.21 — 24.

5. Дубенок Н. Н., Калиническо Р. В., Бородычев В. В. Агроклиматические факторы и водопотребление огурца при капельном орошении//Плодородие. — М.: — 2008. — № 5 (44). — С.26.

6. Ивенин В. В., Ивенин А. В., Николаев А. П., Магомедкасумов А. М. Влияние некоторых элементов агротехники на урожайность картофеля//Земледелие. — 2012. — № 4. — С.48 — 49.

7. Качинский Н. А. Физика почвы. Часть II. Водно-физические свойства и режимы почв. — Изд. «Высшая школа», Москва. — 1970 г.

8. Качинский Н. А. Почва, её свойства и жизнь. — Изд. «Наука», Молсква. — 1975 г.

9. Митрофанов Ю. И. Плотность и водно-воздушный режим осушаемых почв определяют их продуктивность//Мелиорация и водное хозяйство. — 2012. — № 2. — С.16 — 19.