Влияние капельного орошения на водно-физические свойства почвы, почвенные процессы и микроклимат

Плодородие почвы не является синонимом её богатства. Богатство почвы определяется запасом содержащихся в ней элементов пищи растений как в доступной так и в недоступной форме, а плодородие – количеством усвояемых минеральных веществ и сверх того — всеми условиями жизни растений и почвенных микроорганизмов. Например, слитые чернозёмы содержат гумуса 8-10% и 0,8-0,9% валового азота, а урожай на них при одинаковых условиях влажности получается ниже, чем на карбонатных чернозёмах, имеющих гумуса 4-5% и валового азота 0,4-0,5% . Более высокое плодородие карбонатных чернозёмов объясняется их лучшими водно – физическими свойствами.

Оросительная вода содержит минеральные соли, некоторое количество взвешенных частиц и, за исключением некоторых особых случаев, оказывает более положительное влияние на почву и растения, чем вода атмосферных осадков, которая по своему составу близка к дистиллированной.

Орошение оказывает большое влияние и на химические процессы в почве. Оросительная вода содержит углекислоту, которая действует как растворитель и как среда, в которой легко протекают химические процессы. Оросительная вода вымывает в глубь почвы за пределы корнеобитаемого слоя вредные соли — хлориды, сульфаты и др.

Для интенсивной деятельности микроорганизмов, так же как и для растений, должны быть созданы оптимальные условия влажности почвы. Наименьшая влажность её, при которой грибы и актиномицеты слабо развиваются, соответствует примерно 80 — 95% максимальной гигроскопичной влажности почвы, т.е. наибольшему количеству парообразной воды, которую способна поглощать почва. Нитрифицирующие бактерии недеятельны при влажности почвы, соответствующей максимальной гигроскопичности. Орошение изменяет фауну почвы.

Клубеньковые бактерии среди других микроорганизмов не представляют исключения по требованию к влажности почвы. Решающим фактором в их жизнедеятельности является недостаток влаги, а не её избыток. Наиболее интенсивно идёт образование клубеньков при влажности почвы от 40 до 80% ППВ. Орошение увеличивает численность микроорганизмов, в частности аммонифицирующих и нитрифицирующих бактерий, изменяет соотношение отдельных их групп. Азотобактер в большей части на неорошаемых землях обнаруживается только весной, а на орошаемых – в течение всего вегетационного периода. С увеличением доступной влаги общая биогенность почв повышается. Очень сильно повышается микробиологическая активность в почве при фертигации.

М.Г. Дегтярева и В.С. Бойко отмечают, что увеличение запасов влаги, доступной микронаселению, является одним из решающих условий для увеличения биогенности почвы. Капельный полив с фертигацией необходим для накопления в пахотном слое почвы доступных форм азота и фосфора. Орошение резко стимулирует развитие всех полезных микроорганизмов в отдельных горизонтах почвы.

Е.Н. Мишутин делит микроорганизмы почвы на две группы по отношению к влажности:

  • актиномицеты и микроскопические грибы, развивающиеся при ничтожной влажности — 80-85% от максимальной гигроскопичности. Они обладают высоким осмотическим давлением клетки (200-250 атм.);
  • грибы, бактерии, водоросли и протозоа, имеющие осмотическое давление в клетках 30 -50 атм. Для развития этой группы микроорганизмов нужен запас гигроскопической воды.

В обычных почвах среднетяжелого механического состава со средней влажностью осмотическое давление почвенного раствора колеблется в пределах 0,5 — 5 атм. На величину осмотического давления почвенного раствора существенное влияние оказывают соли, поэтому оптимальная влажность почвы, создаваемая при орошении, снижает осмотическое давление и оказывает весьма положительное влияние на развитие микроорганизмов.

Если влажность почвы низкая, даже ксерофиты – засухоустойчивые микроорганизмы проявляют слабую биохимическую активность. При поливах связанных с затоплением в связи с подавлением микробиологической деятельности накопление нитратов ослабевает, а в послеполивной период и в некоторой степени в межполивные периоды наблюдается увеличение их. Таким образом, при неумеренном орошении почвенные процессы приобретают отрицательный характер, что может привести к падению плодородия.

С микробиологической деятельностью тесно связаны процессы превращения органического вещества в почве. С одной стороны, усиливается деятельность аэробных бактерий, разрушающих органическое вещество, в том числе гумус, что приводит к ухудшению почвенной структуры; с другой – в почве усиливается накопление органического вещества в связи с повышением урожаев, особенно когда практикуются промежуточные и повторные посевы. С увеличением урожая увеличивается количество пожневных остатков и корней в почве, которые превращаются в перегной, участвующий в создании прочной мелкокомковатой структуры. Следовательно , при капельном поливе биологический круговорот органических веществ в почве ускоряется, процесс их накопления опережает разрушение, это приводит к повышению её богатства и плодородия.

В различных районах орошаемого земледелия наблюдается общая тенденция к увеличению гумуса, повышению оъёмного веса и снижению дисперсности по сравнению с неорошаемыми почвами.

Такая устойчивость элементов плодородия объясняется тем, что питательные вещества хотя и растворяются водой при поливах, но не все вымываются нисходящим током. Калий, находящийся в почве в водорастворимом состоянии или внесённый в почву в виде удобрений, быстро переходит в обменную форму и при орошении мало вымывается в нижние горизонты. Большая часть подвижных фосфатов быстро поглощается почвой и вымывается довольно слабо. Нитраты вследствие лёгкой расворимости вымываются при орошении в глубь почвы, опускаясь иногда за пределы 100 – сантиметрового слоя.

При капельном поливе с фертигацией, соблюдением севооборотов с посевом многолетних бобовых трав и правильной системой основной обработки почвы — от мелкой к глубокой, овощные растения лучше развиваются, дают большую вегетативную массу, мощно разветвлённую корневую систему и накапливают в почве большое количество органической массы. Пожнивные остатки и корни разлагаются, обогащают почву гумусом, азотом, фосфором, калием и другими питательными веществами. Это даёт условия для образования прочной почвенной структуры.

При правильной агротехнике, капельном поливе и фертигации процесс синтеза органического вещества в почве опережает процесс разрушения, увеличивается богатство и повышается плодородие почвы.

Орошение оказывает различное влияние на распределение солей в почве. Поливная вода растворяет их, и на дренируемых почвах происходит рассоление. На тяжелых слабодренированных почвах с пятнами солонцов и солонцеватых почв происходит вторичное засоление. Плотный солонцеватый горизонт препятствует передвижению воды по профилю и выщелачиванию солей . Поэтому обычное орошение умеренными поливными нормами может вызвать некоторое уменьшение хлоридов и сульфатов натрия в верхнем горизонте и передвижение их вниз по профилю. В целом же солевой профиль почти не изменяется.

В результате разрушения структурных агрегатов большими массами оросительной воды изменяются физические свойства почвы – происходит заплывание, образуется корка, уменьшается водопроницаемость. Избыток оросительной воды вызывает микроэрозию почвы, а при фильтрации вглубь вымывает илистые частицы из разрыхленного пахотного слоя в подпахотный. Глубина такого перемещения достигает на лёгких серозёмах и супесчаных каштановых почвах 1,5 – 3 м, а на тяжелых – 0,45 – 1 м.

Орошение, традиционными способами, повышает объемный, удельный вес почвы, снижает её общую некапиллярную скважность и этим ухудшает газообмен, влагоёмкость и водопроницаемость. Орошение оказывает влияние и на механический состав почвы. В условиях длительного орошения разрушаются крупные механические элементы и образуются мелкие частицы. Это происходит не только в верхних слоях почвы но и в нижележащих горизонтах . Уменьшение водопроницаемости почвы при орошении вызывается разрушением крупных структурных агрегатов, увеличением количества пылевых частиц, особенно в верхней части пахотного слоя, что приводит к заплыванию почвы. Количество частиц размером менее 0,25 мм увеличивается, а более 1 мм — уменьшается в 3-4 раза. Следовательно, чем больше поливов производится в течение вегетационного периода, тем сильнее почва уплотняется, увеличивается её объёмный вес, снижается скважность и уменьшается водопроницаемость . При больших поливных нормах, вода проникает за пределы корнеобитаемого слоя, вымывает питательные вещества в нижние горизонты. На засоленных почвах большие поливные нормы могут оказывать иногда и положительное влияние, унося вредные соли за пределы корнеобитаемого слоя.

Разрушение структуры почвы полностью устраняется при капельном орошении. Однако при всех случаях переувлажнение нежелательно: оно уменьшает водопрочность структуры. Умеренное увлажнение, наоборот, способствует сцеплению и агрегатированию мелких частиц. Наилучшая агрегация почвенных частиц достигается при влажности чернозёма 35-37, солонца -30 и солончака -22% от массы абсолютно сухой почвы.

Чтобы предотвратить разрушение пахотного слоя орошаемого поля, необходимы: капельный полив с фертигацией, правильный севооборот с многолетними травами, сидерация, своевременная правильная и качественная обработка почвы.

Изменения водно-физических свойств почвы под влиянием орошения в значительной степени зависит от механического состава почвы, содержания гумуса, структурности, поглотительной способности, состава поглощенных оснований и других показателей. Свойство почвы задерживать поступающие в её поры химические элементы и коллоидные частицы называют поглотительной способностью. Количество влаги, содержащейся в почве, оказывает решающее влияние на все её свойства и протекаюшие в ней процессы. Почва, все поры которой заполнены водой, находится в состоянии полной влагоёмкости ( ПВ ). Полная влагоёмкость определяется наибольшим количеством воды, которое может вместить почва, выраженным в процентах от её абсолютно сухого веса, в процентах от скважности или в объёмных единицах. Природное увлажнение почвы до 100%, т.е. до ПВ, явление редкое и не продолжительное. Оно наблюдается короткое время после обильных зимнее-весенних дождей, во время снеготаяния . После этого вода в почве по законам гравитации проникает в нижние слои и подпочвенные горизонты, а часть прочно удерживается почвой. Наибольшее количество, воды, длительное время удерживаемое почвой, соответствует предельной полевой влагоёмкости (ППВ), величина которой зависит не только от свойства почвы, но и от глубины залегания грунтовых вод. При близком залегании грунтовых вод влажность почвы, соответствующая ППВ, повышается вследствие подпора ее в капиллярах грунтовыми водами. Если грунтовые воды залегают глубоко, влажность почвы , соответствующая ППВ, бывает ниже. При глубоком залегании грунтовых вод почва, увлажняемая до ППВ, не содержит воду способную передвигаться под действием силы тяжести. Показатель ППВ соответственно уменьшается. Такое состояние влажности почвы называется наименьшей влагоёмкостью (НВ). Величины полной и предельной полевой влагоёмкости являются важными критериями свойств почвы при орошении и используются в качестве расчетных при определении поливных норм. ПВ показывает, какое наибольшее количество воды может вместить почва в определенном её слое при поливе, а ППВ характеризует наибольшее количество воды, которое почва может удерживать после полива. Исходя из этого поливные нормы необходимо определять в расчете на увлажнение заданного слоя почвы до состояния ППВ. Свойство почвы отдавать часть воды из-за стекания её в силу закона гравитации, т.е. под действием тяжести, называется водоотдачей (ВО). Наибольшие показатели водоотдачи отмечаются при глубоком залегании грунтовых вод – максимальная водоотдача (МВО). Величину ВО определяют по разности между полной и предельной полевой влагоёмкостями почвы.

Положительное влияние на плодородие почвы оказывает поливная вода еще и тем, что в ней содержится некоторое количество полезных для растений солей. Вода пригодная для орошения овощных культур, если в ней содержится не более 0,8 — 0,9 г/л вредных солей. Грунтовые воды, в которых количество солей превышает 15 г/л, при подъёме к корнеобитаемому слою почвы угнетают растения, а содержание в такой воде солей 20 г/л губительно действуют на них.

Капельное орошение — самое активное средство воздействия на микроклимат поля — температуру почвы и приземного слоя воздуха, относительную влажность воздуха, силу ветра и радиационный баланс. Изменение температуры почвы под влиянием полива тесно связано с изменением её теплоёмкости и теплопроводности, а также с испарением почвенной влаги. К тому же большая часть тепла, притекающего к поверхности сухой почвы, затрачивается на её нагревание, а на увлажненной почве — на испарение. Разность температур неорошаемой и орошаемой почвы особенно резко увеличивается на солнце, в верхних слоях её, в дневные часы.

Влажная почва имеет более высокую теплоёмкость, чем сухая, медленнее нагревается днем и охлаждается ночью, в результате выравнивается суточный ход температуры. Изменение теплового баланса под влиянием капельного орошения является физической основой формирования различий всех метеорологических элементов в приземном воздухе и в верхней части корнеобитаемого слоя почвы. Капельное орошение приводит к выравниванию температурных различий в слое воздуха 0 – 150 см над поверхностью почвы. При капельном поливе почти круглые сутки наблюдается инверсионное распределение температуры воздуха по вертикали. Величина градиента абсолютной влажности увеличивается. Днем вертикальный температурный градиент растений ( лист – воздух) составляет 8 – 9, ночью 6 – 8 градусов. На неполивном участке такое различие оказывает неблагоприятное влияние на скорость и характер биохимических процессов, определяющих в конечном счете продуктивность и урожай овощных культур. При орошении эти различия почти полностью сглаживаются. Капельное орошение приводит к значительному уменьшению испарения. Дефицит влажности воздуха не достигает вредных для развития растений пределов . Изменение водного режима почвы при капельном орошении характеризуется в основном изменениями режима испарения и динамики влажности почвы.

При капельном орошении понижается температура поверхности почвы, усиливается испарение и повышается влажность приземного слоя воздуха. Это ослабляет воздушную засуху, уменьшает интенсивность и повышает продуктивность транспирации, предотвращает потерю растениями тургора и снижение растениями интенсивности фотосинтеза. Повышение влажности почвы при капельном орошении увеличивает влажность приземного слоя воздуха. Над орошаемым участком ослабляется скорость движения воздуха.

Различия в микроклимате орошаемого и неорошаемого полей возрастают по мере роста растений: более мощное развитие растений при поливах выступает как вторичный фактор, положительно влияющий на микроклимат. Высокорослые, хорошо облиственные растения больше затеняют почву, уменьшают её нагрев днем и потери тепла ночью, препятствуют перемешиванию ветром влажности приземного воздуха с более сухим верхним. Последнее обстоятельство весьма важно при продолжительных суховейных ветрах.

Таким образом, капельное орошение положительно воздействуют и на водоснабжение растений, и на окружающую их среду обитания.

08.07.08
Автор: Агроном – овощевод А.И. Удовенко

Пролистать наверх Яндекс.Метрика