Водный режим почвы и управление или при поливах.

 

Формирование и динамика водного режима почвы и возделывание в ней растений зависит от притока солнечной энергии, осадков, температуры воздуха и почвы, ветрового режима и других климатических факторов, а также техники и способа полива, условий подачи воды. Существенное влияние на водный режим почвы оказывают сами растения, а надземная часть формирует свой фитоклимат, коренным образом изменяющий действие метеорологических факторов, а подземная (корневая система) определяет интенсивность поглощения воды из почвы, ее подачу к вегетативным частям - стеблю и листьям на транспирацию и построение растительных тканей.

К настоящему времени накоплено много данных о влиянии водного режима почвы, регулируемого поливами, на условия жизни растений и формировании урожая.

В условиях мелкого хозяйствования, проведение мелиоративных работ требует более углубленного исследования и познания закономерностей в водопотреблении растений, на основе которых можно было бы решить практические вопросы орошаемого земледелия, экономии воды, конкретные затраты воды на формирование единицы урожая; уменьшения бесполезных потерь воды.

Теоретические и экспериментальные исследования последних лет, проведенные мелиораторами и физиологами, позволили установить факт достижения биологического оптимума урожая при приближении интенсивности водоподачи к интенсивности водопотребления.

Это положение соответствует теоретическим представлениям о влиянии факторов жизни растений на их прирост и урожай (Уi):

Уi = Ai (2fi - fi²),

где, Ai - прирост (урожай) при оптимальном обеспечении, i-тым фактором; fi - относительная величина, i-ro фактора.

Данное выражение допускает минимальную величину колебания, какого то управляемого фактора, например, подачи воды.

Прибавка урожая при орошении с интенсивностью равной эвапотранспирации или близкой к ней, составляет 20-30% по сравнению с традиционным периодическим орошением.

Следовательно, при подаче воды равной или близкой к транспирационной способности растения она не воздействует на ее рост и развитие. Для приближения водоподачи к водопотребности растений большую роль играет техника полива.

Накопленные фактические материалы по водному' режиму и его анализ позволили с большей детализацией подойти к описанию процессов поступления воды в растения, определить параметры изменения осмотического давления клеточного сока и внешнего раствора.

В настоящее время поливы сельскохозяйственных культур производятся согласно режиму орошения, который разрабатывается на основе суммарного водопотребления или суммарного испарения.

Поданная вода на поле, занятая сельскохозяйственной культурой, теряется на испарение одновременно по трем составляющим: испарение с самой почвы, транспирации растений и испарение естественных и искусственных осадков, попавших на вегетативные органы растений во время полива.

В мелиоративной практике эти составляющие раздельно не определяются из-за сложности в расходования влаги и измеряются суммарной величиной. Такой подход, на наш взгляд, не совсем точен, так как из этого суммарного расхода воды только некоторая часть проходит через тело растений, и идет транспирация. Остальная часть теряется бесполезно.

Транспирацию следует рассматривать как физический процесс, подчиняющийся закону Дальтона. Поступление и передвижение воды по растению обусловлено разностью корневого давления и давления при испарение воды листья. При насыщении атмосферы водяным паром транспирация снижается, так как с листья влага не испаряется.

Интенсивность транспирации (Т) прямо пропорциональна разности концентрации водяного пара между транспортирующей поверхности (F-f) и обратно пропорциональна ∑ Д - сумме диффузионных сопротивлений листа.

В растениях вода испаряется в основном через уcтьицы по закономерности, установленной И.Стефаном и Б.И. Средневской.

Т= К *4R (F-f)/B, (2)

где, К- коэффициент диффузии;

R- радиус уcтьицы;

F- упругость пара, насыщенной поверхности;

f- фактическое давление пара;

В- атмосферное давление.

Разность (F-f) является дефицитом влажности воздуха.

Величина транспирации с поверхности листа при оптимальном увлажнении почвы приближается к испарению с открытой водной поверхности такой же площади. В этом случае она будет зависеть от энергетических ресурсов: солнечной радиации и скорости ветра. Эта зависимость приводит к характерному суточному ее режиму с минимальными значениями в ночные часы и максимум в 13... 14 часов.

Вода в растения поступает из почвенного раствора через корневую систему. Всасывает воду растение не всей поверхностью корня, а только его корневыми волосками. Поглощение воды корневой системой из почвы обусловлено разностью осмотического давления в клетках растения и в почвенном растворе: в растение оно гораздо больше, чем в почве, этим и создается так называемая сосущая сила корня..

В надземную часть из корня вода двигается благодаря транспирации ее листьев.

Академик И.А. Шаров (1968) отметил, что площадь действующих корневых волосков растения, должна равняться площади его листовой поверхности, и предложил следующую зависимость.

w _к= w_c -w_ct, (3)

где w _к - площадь поперечного сечения действующих корневых волосков:

w_c - площадь поперечного сечения действующих межклетников;

w_ct - площадь поперечного сечения действующих капилляров стебля.

Уравнение показывает, что для сохранения непрерывного движения, скорость капиллярного тока должна быть значительно больше, чем скорость осмотического (молекулярного) тока. Иначе говоря: в сосудах растения скорость капиллярного тока не может равняться скорости осмотическою тока (испарение), и должна быть во столько раз больше, во сколько раз поперечное сечение действующих корневых волосков, больше поперечного сечения действующих сосудов растений.

Таким образом, для нормального роста и развития растений необходимо непрерывное поступление воды и ее испарение с листовой поверхности. Чем интенсивнее протекает испарение с поверхности, тем больше ее сосущая cила.

Высоту поднятия воды (или сосущую силу) по стеблю растения академик Шаров И.А. выражает формулой Лапласа

 

где - сила молекулярного сцепления жидкости;

r - радиус капилляра;

- удельный вес жидкости;

q - ускорение силы тяжести.

Высота поднятия или сосущая сила зависит от двух факторов: от силы молекулярного сцепления жидкости и от удельного веса жидкости.

При сильном нагревании поливной воды первый показатель может уменьшатся, что характерно для инъекционного полива, а при наличии газа и воздуха в воде, наоборот, увеличивается высота подъема воды.

В современных условиях расход поливной воды, если не принимать хозяйственные потери, слагается из расхода воды растением и почвой.

Сегодня наши хозяйственники, поливая сельхозугодий, на каждый гектар посева (кроме риса) подают от 3000-10000 и более м³ воды, из которых 85-90 % расходуются беспродуктивно. Поэтому остро стоит вопрос всемерного снижения или полной ликвидации этого вида потери воды.

Техника полива должна быть такой, чтобы вода расходовалась только на транспирацию растения. При этом возникает идея подачи воды непосредственно в само растение, минуя почву. С этой целью мы обращаем внимание на механизм поступления воды в растительную клетку. В период роста и развития у растений работают две системы, нагнетающие воду-корень, работа которого получила название нижнего концевого двигателя, и сила всасывания воды листьями - верхний концевой двигатель. Оба двигателя действуют в одном направлении и могут заменять и дополнять друг друга. Следовательно, водообмен растения складывается из поступления воды в растения через корневые волоски, ее передвижение по клеткам растения и испарение через листовой аппарат.

Из физиологии растений известно, что вода в растения передвигается по клеткам корневой паренхимы до центрального цилиндра корня, затем по проводящей системе до листовой паренхимы и, наконец, по клеткам листовой паренхимы. На первом участке пути вода передвигается осмотический, благодаря повышению сосущей силы клеток корня, от корневого волоска в сторону центрального цилиндра.

Этот отрезок пути очень небольшой. Как только вода попадает в центральный цилиндр, т.е. в ксилему, начинает работать верхний концевой двигатель - сила присасывания воды листьями.

 

 

Вода в клетку поступает только при условии более высокой-концентрации клеточного сока по сравнению с наружным раствором в данном случае почвенным. Однако, поступление воды в клетку зависит не только от; концентрации клеточного сока, но и от степени насыщенности клетки водой, обусловливающей величину тургорного давления, препятствующего поступления воды в клетку. Разность между величинами Осмотического потенциала (р) и тургорного давления (Т) называется сосущий слой.

Осмотическое концентрация вакуолярного сока для клеток корней составляет 0,3-1,2 МПА, а для клеток надземных органов 1,0-2,6 МПА. обусловливает существование вертикального градиента осмотической концентрации и сосущей силы от корней к листьям. Очень высокое осмотическое давление в клетках галофитов, растущих в условиях засоления. Она достигает 15МПА.

Чтобы показать весь механизм поступления воды к корням и ее продвижение вверх, мы приводим ниже структуры корня, (рис 5.1).

 

 

Рис 5.1 Строение корня растений и место иньекцирования.

 

От поверхности корня через кору эндодермы и перициты вода должна пройти до сосудов ксилемы. Через клетки коры возможны два пути транспорта воды и минеральных веществ через цитоплазму и по клеточным стенкам. Поскольку сопротивление клеточных стенок для воды значительно ниже, чем у цитоплазмы, то более быстрый радиальный транспорт воды осуществляется через корень по апопласту.

Если во внешней среде создать осмотическую концентрацию равную внутриклеточной, то вода в клетки поступать не будет; если осмотическая концентрация в среде выше вода входит из клеток, если ниже идет ее поглощения.

После поступления воды в сосуды ксилемы в них развивается простатическое давление (корневое давление). Оно обеспечивает поднятие ксилемного раствора по сосудам ксилемы из корня в надземные части.

Вода, поступая в надземные органы растений, испаряется, т.е. идет транспирация. Интенсивность транспирации у разных растений неодинакова в течение суток; днем у большинства растений она равна 15-250 гр. в час на 1 м,: чью-1-20 гр.

Продуктивность транспирации у растений в умеренном климате колеблется от.1 до 8 гр (сред. 3 гр), на 1000 гр израсходованной воды, а транспирационный коэффициент от 125 до 1000 в среднем 300 гр воды расходуется на накопление 1 гр сухих веществ.

Для транспирации за период вегетации тратиться вода 300-500 раз более что урожая. Испарение воды через листья и поглощения воздуха лествляется через одни и те же отверстия в листевой поверхности -спица.

Таким образом, для нормального роста развития любого растения необходимо постоянный приток воды корням, следовательно, на первый план ставится регулирование водного режима сельскохозяйственных культур.

После полива скорость поступления воды в листья резко возрастает на значительного осмотического потенциала клеточного сока тканей растения, поступает некоторый спад, вызванный насыщением мезофиллы влагой и следовательно, уменьшением осмотического потенциала. После того как тургор, достигает достаточно большой величины, шире откроются, устьица начинается подъем транспирации. Следовательно, увеличивается поступление влаги в листья. Затем начинается спад скорости потока влаги, вызванной ограниченностью запаса влаги на корнях, спад тургора из-за превышения интенсивности транспирации над скоростью потока. Спад тургора приводит и к понижению транспирации. Скорость потока снижается до заданного уровня, где необходим полив и цикл повторяется. Анализируя эти явления, следует отметить, что растения между поливами претерпевают недостаток влаги, что может оказать отрицательное влияние накроет и развитие растений.

Почвенная влага, ее свойства и доступность для растении.

Влажности почвы и является основным показателем при определении сроков и нормы полива сельскохозяйственный культур.

При определенной влажности растение растет и развивается. Нормальное снабжение с/х культур водой тесно связанно в основном состоянием воды в почве: Влага в почве находится в следующих формах:

а) химически связанная вода входит в состав различных веществ в
почвы в небольшом количестве и не принимает участие в физических
процессах и на испарения при t=100²C.

б) Физически связанная (гигроскопическая пленочная твердая).
Способность почвы адсорбировать пары воды из воздуха называется

гигроскопичностью, а влага, поглощенная поверхностью частицы почвы гигроскопической.

Максимальное количество воды, поглощенное почвой из воздуха, насыщенного парами воды, называется максимальной гигроскопичностью.

Максимальная гигроскопичность является важнейшей водно-физической константой почвы, т.к. по ней определяют влажность завязания растений (ВЗ). Влажность завязания на легкосуглинистых почвах составляет 3-6%, на суглинистых 6... 12%, на тяжелых 9... 15%. Доступная растением влага для находится в интервале от наименьшей влагоёмкостьи и в до влажности завязанию. Пленочная влага удерживается вокруг твердой частицы почвы молекулярными силами, но меньшей силы, чем гигроскопическая. (рис 5.2)

в) Парообразная вода (ПВ) находится в почве при любой степени
увлажнения, она занимает поры свободные от капельно жидкой воды и
передвигается из более насыщенных слоев в менее насыщенных.

При разной t-e слоев почвы парообразная вода движется из почвы высокой температурой в почву низкой температурой.

 

Рис 5.2 Содержание влаги в % от объема почвы при различном увлажнений

 

Капиллярная вода - заполняет все капилляры почвы и удерживается силами молекулярного и капиллярного натяжения и передвигается во всех направлениях и является основным источником питания растений. Капиллярная вода замерзает при t-pe ниже, чем меньше диаметр пор почвы, и высота поднятия воды ею капилляром тоже зависит от диаметра капилляра. Чем уже, тем выше.

Гравитационная вода - когда вода заполняет все поры почвы. Достигается полная ее влаемкость. и вода передвигается (за исключением и пленочной) под действием силы тяжести. Такая вода называется гравитационная (свободная). Эта вода в поле бывает после дождей. В период таяние снегов, в период полива (избыточная влага) полива таяние снега, после обильных дождей.

Грунтовая вода - находится в водоносных слоях почвы. Влагоемкость - это способность почвы удерживает некоторое количества воды при определенных условиях.

Влагоёмкость зависит от механического состава фунта.

Влагоёмкость бывает:

Полная влагоёмкость (ПВ) - наибольшее количества воды, которое может вместить почва, при заполнение всех пор и пустот.

Наименьшая влагоёмкость (НВ) - это количества влаге, прочно удерживающая в почве-грунте после стекания гравитационной воды.

Когда влажность в почве снижается до 60...70%НВ, в почве нарушается сплошное капиллярное передвижение воды.

Такое состояние влаги в почве называют влажностью разрыва капиллярной связи. И эта влажность близко к влажности замедленного роста растений и составляет нижний предел оптимальной влажности (ВЗ) и оно указывает на необходимость проведения полива.

Для наглядности содержание всех форм воды в почве при различных сред увлажнения провод им схему (рис 5.3)

Рис 5.3 Схема влаги в почве

 

а-страдает от не достатка влаги; б- оптимальное увлажнение; в-растение испытывает недостатку влаги; г-растение прекращает рост; д- растение гибнет; 1- гравитационная вода; 2-легко подвижная капиллярная вода; 3- слабо подвижная капиллярная вода; 4-связанная вода.