Расчет запасов воды в почве. 
Оценка запасов влаги. Их значение для плодородия почв

При проведении полевых опытов встречается необходимость подсчитать запасы легкодоступной и труднодоступной воды в почве в тот или иной момент развития.

Запасы воды могут выражаться как в миллиметрах водяного слоя, так и в кубометрах воды на 1 га (1 мм водяного слоя на 1 га соответствует 10 м³ воды). Имея данные о влажности почвы, влажности завядания и предельной полевой влагоемкости (выраженные в весовых процентах на сухую почву), можно вычислить запас различных категорий влаги для каждого слоя.

Для этого данные влажности в весовых процентах (W) умножают на объемный вес (D) и на толщину слоя в сантиметрах (Н) и делят на 10.

В результате получают запас воды слоя почвы, выраженный в миллиметрах водного слоя:

Запас воды в заданной почвенной толще (например, 0−100 см) подсчитывается по формуле:

где W1D1H1… W10D10H10 — запас воды каждого 10-сантиметрового слоя.

Приведенными методами считают:

• 1)запас воды в почвенной толще в момент работы (В);
• 2)максимальный запас почвенной влаги, соответствующий предельной полевой влагоемкости (ПВ);
• 3) запас труднодоступной воды, соответствующий влажности завядания (ВЗ).

А получив эти данные, определяют: запас полезной для растений влаги (В-ВЗ) и дефицит запаса почвенной влаги (ПВ-В).

В таблице приведены величины наибольшего возможного запаса доступной влаги и запаса влаги при влажности почвы, соответствующей наименьшей влагоемкости (НВ), а также при влажности завядания (ВЗ) для наиболее распространенных почв.

Таблица. Оценка запасов продуктивной влаги (А.Ф. Вадюнина и З.А. Корчагина).

Для характеристики водообеспеченности растений определяют запасы влаги в почве.

В афономической практике учитывают общий и полезный (продуктивный) запасы воды в почве. Общий запас воды (ОЗВ) составляет суммарное количество влаги в заданном слое почвы, а продуктивный запас воды (ПЗВ) в почве — суммарное количество продуктивной, или доступной для растений, влаги в заданной толще почвогрунта.

Чтобы рассчитать ПЗВ в почве, нужно вычислить ОЗВ и запас труднодоступной влаги (ЗТВ).

Разность между ОЗВ и ЗТВ дает количество продуктивной влаги в почве.

Запасы воды определяют в течение вегетационного периода в пахотном или в метровом слое почвы. Для этого на выделенных площадках через определенные промежутки времени берут пробы до заданной глубины в каждом 10-сантиметровом слое для определения влажности и плотности почвы. Для сокращения расчетов обычно определяют средние значения влажности и плотности почвы в слоях 0−30, 30−50 и 50−100 см. Кроме того, для расчета запаса продуктивной влаги устанавливают максимальную гигроскопичность почвы.

Для оценки водообеспеченности растений эти определения сопровождаются учетом количества выпавших осадков.

Запас воды (м3/га) в отдельном слое.

где В0 — влажность изучаемого слоя почвы, %; d0 — плотность почвы, г/см3; Н-глубина (мощность) изучаемого слоя, см.

Общий запас воды во всей толще почвы (м3/га) можно рассчитать по формуле.

где B1, d1, Н1 — соответственно влажность, плотность и мощность первого слоя почвы; В2, d2, Н2 — те же показатели второго слоя и т. д.

Запас труднодоступной влаги вычисляют аналогично общему запасу, но вместо влажности почвы берут влажность устойчивого завядания растений.

Для пересчета запасов воды, вычисленных в м3/га, в миллиметры полученное число делят на 10, так как запас воды в 1 мм водного слоя на 1 га равен объему воды 10 м³.

Запас продуктивной влаги (мм) в пахотном и метровом слоях почвы можно оценивать по следующей шкале (Вадюнина, Корчагина, 1986).

Для оценки водообеспеченности растений необходимо знать не только запасы, но и расход влаги в почве. Различают производительный и непроизводительный расходы влаги.

К первому виду относится потребление воды растениями, ко второму — испарение с поверхности почвы, сток, инфильтрация в грунтовые воды. Потребление воды растениями и испарение ее почвой называют водопотреблением.

Расход влаги непосредственно на транспирацию составляет 20−47% суммарного испарения. Величина водопотребления измеряется в мм или в м3/га.

Суммарный расход влаги.

где Wн и Wк — запас воды в метровом слое почвы в начале и в конце вегетации растений, мм или м3/га; УP — сумма осадков за вегетационный период, мм.

Разные культуры потребляют неодинаковое количество воды. Коэффициент водопотребления (Кв) — количество влаги, затрачиваемое на транспирацию и испарение с поверхности почвы на формирование единицы сухой биомассы. Кв зависит от урожайности культуры, уровня почвенного плодородия, доз удобрений и других факторов.

Чем выше урожайность, тем он меньше. Высокий уровень агротехники и почвенного плодородия снижает его значение у разных культур на 25−40%.

6. Понятие о почвенном плодородии. Категории почвенного плодородия: естественное, потенциальное, искусственное, эффективное, относительное. Элементы плодородия почв. Факторы, лимитирующие почвенное плодородие

Под плодородием понимают способность почв удовлетворять потребность растений в воде и питательных веществах. Важными факторами, определяющими плодородие почв, являются также свет и тепло.

Условия, определяющие плодородие почвы, могут быть прямые, непосредственно влияющие на рост и развитие растений, и косвенные. К прямым условиям относятся запасы доступной воды, аэрация, реакция среды, форма и количество доступных элементов питания и их соотношение. К косвенным условиям могут быть отнесены: количество микроорганизмов, глубина залегания ограничивающих корнеобитаемый слой почвы плотных горизонтов и обработка почвы.

Прямые и косвенные условия взаимосвязаны и оказывают большое влияние на урожай растений.

Каждое отдельное условие, или фактор жизни растений, может быть недостаточным (минимальным) для роста растений, оптимальным (когда наблюдается наибольший урожай растений) и избыточным, максимальным (когда наблюдается токсикоз и урожай растений уменьшается).

Для любого растения вреден как недостаток, так и избыток какого-либо фактора (например, элемента питания). Наиболее благоприятные условия для жизни растений и получения высокого урожая создает оптимальное влияние фактора.

Однако факторы, определяющие развитие растений, действуют не изолированно, а в совокупности. Оптимальное плодородие соответствует оптимальным соотношениям факторов.

В различных почвенно-климатических зонах условия, определяющие почвенное плодородие, различны. На песчаных почвах сказывается недостаток влаги и элементов питания, а на тяжелосуглинистых — низкая аэрация и большая плотность почв.

Таким образом, плодородие ограничивается различными условиями, связанными с факторами почвообразования.

Виды почвенного плодородия. Различают естественное, потенциальное, искусственное и эффективное, или действительное, плодородие почв.

Естественное плодородие — свойство почвы, образовавшейся под естественной растительностью при естественном протекании почвообразовательных процессов.

Оно сравнительно мало изменяется во времени и является величиной стабильной для определенного типа почв. В то же время различные по происхождению почвы характеризуются неодинаковым плодородием, а одна и та же почва имеет разное плодородие для растений, отличающихся по биологическим свойствам.

Потенциальное плодородие определяется валовым (общим) запасом элементов питания в почве, находящихся как в доступной, так и недоступной формах.

Искусственное плодородие создается при использовании обработки почв, внесении удобрений, выращивании культур различных растений, осушении, орошении.

Естественное, потенциальное и искусственное плодородия неразрывно связаны между собой, поскольку снабжение растений влагой и пищей зависит от свойств природной почвы, а также от изменения свойств почвы под влиянием окультуривания.

Эффективное плодородие, измеряемое величиной урожая, является действительным выражением естественного и искусственного плодородия и в значительной степени зависит от уровня развития науки и техники.

К. Маркс писал: «Таким образом, отчасти от развития агрохимии, отчасти от развития механизации земледелия зависит, в какой степени на земельных участках одинакового естественного плодородия последнее может быть действительно использовано.

Поэтому, хотя плодородие и является объективным свойством почвы, экономически оно все же постоянно подразумевает известное отношение — отношение к данному уровню развития химических и механических средств агрикультуры, а потому и изменяется вместе с этим уровнем развития".

Следовательно, плодородие неуклонно будет возрастать, так как все полнее будут использоваться потенциальные запасы элементов питания и влаги в почве.

При воздействии на почвы необходимо разрабатывать такие методы земледелия и агрохимии, которые позволяли бы поддерживать на максимальном уровне запасы доступных элементов питания и воды с одновременной стабилизацией реакции среды, соответствующей концентрацией почвенного раствора при наилучшем соотношении между воздухом и водой, скоростью аэробных и анаэробных реакций, протекающих в присутствии веществ, стимулирующих рост растений.

И, наоборот, необходимо ослабить вредные процессы: образование токсических веществ, уплотнение почвы при ее обработке, засорение нежелательными растениями и микроорганизмами и т. д.

Основные элементы почвенного плодородия и факторы жизни растений следующие: питательные вещества в легкоусвояемых формах, влага в доступной форме, воздух и тепло для развития корневых систем и жизнедеятельности микроорганизмов.

Все элементы плодородия тесно связаны между собой, изменение одного из них оказывает влияние на другие и на плодородие почвы. При использовании почв в сельскохозяйственном производстве эту взаимосвязь необходимо учитывать.

К факторам, лимитирующим плодородие почв, относятся показатели состава, свойств и режимов почв, снижающие урожай культурных растений и биопродуктивность естественных фитоценозов. В первом приближении их можно обозначить как отклонения от оптимальных показателей. Степень отклонения характеризует уровень лимитирующего фактора и степень снижения урожая.

Теоретической основой исследований факторов, лимитирующих почвенное плодородие, являются законы лимитирующего фактора и совокупного действия и оптимального сочетания факторов жизни растений.

Следует различать общепланетарные лимитирующие факторы, характерные для почв всех природных зон, внутризональные (региональные), характерные для определенных зон и регионов, и местные, характерные для небольших территорий.

К общепланетарным можно отнести: недостаточную обеспеченность элементами питания, повышенную плотность, неудовлетворительную структуру, пониженное содержание легкоразлагаемого органического вещества.

К внутризональным (региональным) — повышенную кислотность, повышенную щелочность, недостаток и избыток влаги, эродированность и дефлированность почв, каменистость, засоленность, солонцеватость и др.

К местным факторам, лимитирующим почвенное плодородие, можно отнести локальное загрязнение почв радионуклидами и тяжелыми металлами, нефтепродуктами, нарушение почвенного покрова горными выработками и др.

Для ряда свойств почв и режимов определены критические уровни показателей, при которых резко ухудшаются другие агрономически важные свойства и режимы почв и резко снижается урожай растений или его качество.

В почвах с низким естественным плодородием выделяют освоенные, окультуренные и культурные разности. Освоенные почвы формируются в условиях низкой агротехники, при нерегулярном внесении невысоких доз органических и минеральных удобрений.

Окультуренные и культурные — формируются при высокой агротехнике, регулярном внесении органических и минеральных удобрений и проведении необходимых мелиоративных мероприятий (осушение, орошение, известкование, внесение высоких доз торфа, пескование глинистых почв, глинование — песчаных и др.).

В результате мероприятий, направленных на устранение лимитирующих факторов, плодородие окультуренных почв существенно выше по сравнению с освоенными аналогами.