Почвенно-гидрологические константы и степень доступности воды для растений

Лекция 2

Факторы жизни растений и их регулирование

 

В процессе роста и развития растения нуждаются в постоянном притоке факторов жизни – космических и земных. К космическим факторам жизни относятся свет и тепло, к земным – воздух, вода и элементы питания.

Законы земледелия (иногда их называют законами растениеводства) отражают отношение к факторам жизни сельскохозяйственных культур.

 

1.Закон минимума, максимума и оптимума. 

Величина урожая зависит от фактора, находящегося в минимуме.

При минимуме и максимуме факторов урожай невозможен.

Максимальный урожай получают при оптимальном сочетании факторов жизни.

 

2.Закон равнозначности и незаменимости факторов жизни.

Каждый фактор жизни является единственным в своём роде и не может быть заменён недостатком или избытком другого фактора.

 

3. Закон совокупного действия факторов жизни.

Все факторы жизни взаимодействуют в процессе роста и развития растений и усиливают действие друг друга.

 

4.Закон возврата.

Для предотвращения истощения и деградации почвы все элементы питания, ежегодно отчуждаемые из неё с урожаем, должны возвращаться в виде удобрений. 

 

 

Свет как фактор жизни, его регулирование.

Наряду с теплом, которое получают растения вместе с солнечной радиацией, свет играет основополагающую роль в процессе фотосинтеза. Фотосинтезом называют процесс образования в листьях растений на свету глюкозы. Этот процесс протекает при участии хлорофилла, воды и углекислого газа атмосферы:

6СО₂ + 6Н₂О      С₆Н₁₂О₆ + 6О₂

 

 

Глюкоза, образующаяся в процессе фотосинтеза, может соединяться с различными минеральными элементами и под воздействием ферментов преобразовываться в сложные углеводы, жиры и белки. Таким образом, именно процесс фотосинтеза является главным в росте растения.

 

Рост растения - это увеличение его размеров.

Развитие растения – это планомерный переход растения из одной фазы развития в другую.

 

  Поступление солнечной энергии на поверхность земли характеризуется сезонным и суточным ритмом, а общее количество солнечной энергии, поступающее на поверхность земли, в решающей степени зависит от широты местности и преобладающего типа циркуляции воздушных масс, которые могут весьма существенно влиять на облачность и, как следствие, на количество солнечного света получаемого территорией. Например, особый тип циркуляции воздушных масс делает Новосибирск сопоставимым по количеству солнечного света с Краснодаром, расположенным значительно южнее.

Таким образом, свет – это фактор, который регулируется очень незначительно: 1) через густоту посевов. Это широко используется в льноводстве. При узкорядном посеве растения сильно вытягиваются и получается хорошее волокно. На семена сеют широкорядно;

         2) рядки, сориентированные с севера на юг, освещаются в течение всего дня;

         3) на повышенных элементах рельефа и южных склонах, которые освещаются, лучше высевают наиболее светолюбивые культуры.

 

По отношению к свету растения делятся на:

- растения длинного дня, ускоряющие своё созревание при продвижении на север (рожь, пшеница, горох, лён, овёс, ячмень), 

-  растения короткого дня, ускоряющие созревание при продвижении в южные широты (кукуруза, подсолнечник, гречиха, просо, картофель). 

              

Выведение для многих культур сортов с вегетационными периодами от 60-70 до 140 дней позволяет избежать сильного влияния степени освещённости на скорость созревания.

 

 

Вода как фактор жизни. Водный режим почвы и его регулирование.

 

Вода имеет исключительно большое значение в жизни растений и выполняет следующие функции:

- вода как материальная основа растений: растения состоят на 40 – 95% из воды;

- участие воды в фотосинтезе и других важнейших физиологических процессах;

- вместе с водой в растение поступают из почвенного раствора элементы питания и физиологически активные органические вещества;

- посредством транспирации (испарение растением воды с листовой поверхности через устьица) растение поддерживает оптимальную температуру своего тела.

Отношение растений к влаге характеризуется коэффициентом транспирации. Коэффициент транспирации – это количество воды, расходуемое растением на формирование одного грамма сухого вещества. У засухоустойчивых культур этот коэффициент мал (кукуруза – 300-400, просо – 250–300, ячмень – 300 – 400), а у влаголюбивых – высок (пшеница – 500-700, многолетние травы – 700 – 1000). Однако, количество воды, выносимое растениями из почвы за вегетационный период, зависит не только от коэффициента транспирации, но и от массы урожая, который они формируют, от режима увлажнения и уровня агротехники. Так, несмотря на низкий коэффициент транспирации, кукурузе при средней урожайности 200 ц/га зелёной массы потребуется воды больше, чем влаголюбивой пшенице, урожайность которой не превышает 30 ц/га. А в засушливый год любая культура тратит влаги на формирование одного грамма сухого вещества больше, чем во влажный, что связано с напряжёнными поисками влаги в почве. 

 В течении жизни растения предъявляют разные требования к количеству влаги в почве. Так называемые критические периоды в отношении влаги – это такие периоды в развитии растений, когда недостаток влаги приводит к необратимому ухудшению и замедлению развития растений и существенно снижает величину урожая. У зерновых культур критический период наблюдается за 7 дней до начала кущения, у картофеля, льна, гречихи, подсолнечника – в период бутонизации – цветения, у кукурузы – за 10 дней до вымётывания метёлки и 20 дней после вымётывания и т.д. Критические периоды совпадают с началом формирования генеративных органов (органов размножения).

 

Почвенно-гидрологические константы и степень доступности воды для растений.

Таким образом, растения нормально развиваются только при постоянном и достаточном количестве влаги в почве. Поступление воды в почву происходит в виде атмосферных осадков, грунтовых вод, при конденсации водяных паров, орошении. Вода, поступившая в почву, переходит в разные формы и бывает в разной степени доступна для растений. Вода в почве может быть в твёрдом, жидком или парообразном виде. Твёрдая вода – лёд - растениям недоступна, она является источником жидкой и парообразной влаги. Парообразная влага – водяной пар – становится доступной только после конденсации. Доступность воды в жидкой форме характеризуется следующими почвенно-гидрологическими константами.

1.Максимальная адсорбционная влагоёмкость (МАВ) – наибольшее количество прочносвязанной воды в почве. Вода не доступна для растений, так как прочно удерживается силами адсорбции.

2.Максимальная гигроскопия (МГ) – максимальное количество воды, которое почва может сорбировать из воздуха, почти на 100% насыщенного парами воды. Эта влага частично может передвигаться от одной почвенной частицы к другой, но растениям не доступна.

3.Влажность завядания (ВЗ) – влажность, при которой растения начинают устойчиво завядать. При ВЗ в почве содержится минимальное количество доступной влаги. Измеряется ВЗ при помощи вегетационного опыта, но довольно долго. Несколько менее точно ВЗ может быть рассчитана при помощи максимальной гигроскопии, которая в лабораторных условиях определяется довольно просто. Формула имеет вид: ВЗ = 1,34*МГ

4. Влажность разрыва капиллярных связей (ВРК) – влажность почвы, которая характеризует нарушение сплошного тока воды в тонких порах почвы. При такой влажности растения начинают испытывать дефицит воды.

5.Наименьшая влагоемкость (НВ) или предельная полевая влагоёмкость - это такое количество воды в почве, когда все крупные воздухоносные поры заняты воздухом, а тонкие капиллярные – водой. Большинства культур

лучше всего развиваются при влажности почвы на уровне НВ, так как в почве создаётся наиболее благоприятное соотношение влаги и воздуха.

6.Полная влагоёмкость (ПВ) – такая влажность почвы, когда все поры почвы заняты водой. В почве много свободной воды, но растения страдают из-за отсутствия воздуха.

 

Расчёт запасов продуктивной влаги.

Влажность почвы измеряют в процентах от абсолютно сухой почвы по формуле

                 W % = (a / p_{c) *} 100,

 где W – процентное содержание влаги, а - количество воды в образце почвы, определённое тем или иным методом, р_с - масса абсолютно сухой почвы.

Влажность можно выражать и в процентах к объёму почвы:

                      Wv = W * d_v  ,

где W_V - влажность в процентах от объёма почвы, W - влажность в процентах от массы почвы, d_v - объёмная масса (плотность сложения) почвы.

В связи с тем, что выпадающие осадки измеряются в миллиметрах водного столба, часто запасы воды в почвах выражают в этих же единицах:

 

                              W мм = W *h * d_v * 10 / 100,

 

  где W  мм - влажность в мм в слое почвы толщиной h см, остальные обазначения те же, что для предыдущих расчётов; 10 – множитель пересчёта см в мм.

          

Запасы воды в почве исследуемом слое почвы в практике выражают в тоннах или кубометрах на 1 гектар (W м³) путём умножения величины влажности на коэффициент 10:

                                   W м³ = W мм * 10.

 

  Влажность, соответствующая той или иной почвенно-гидрологической константе, определяется в ходе полевых и вегетационных опытов и является для того или иного типа почв величиной постоянной. Зная величину этих констант можно узнать, какое количество воды в почве находится в доступном и недоступном виде.

     Вычисление продуктивной влаги в слое почвы. Продуктивной называют всю влагу сверх влажности завядания. Например, установлено, что полевая влажность почвы в слое 0 – 50 см равна 85 мм. Известно также, что влажность завядания в этом слое почвы равняется 45 мм. Тогда запасы продуктивной влаги составят 40 мм. Эти расчёты можно произвести и в процентах:

             W прод. = W пол. – ВЗ = W пол. – 1,34*МГ,

 

где W пол. – влажность почвы к моменту взятия образца почвы (полевая), остальные обозначения – те же.

 

Максимальное количество влаги в почве обычно не превышает величины предельной полевой влагоёмкости (НВ). Разницу между этой величиной и максимальным количеством недоступной влаги в почве, называют диапазоном активной влаги. Диапазон активной влаги показывает максимально возможное количество доступной влаги в почве.

                     Wд.а.в. = НВ – ВЗ = НВ – 1,34 МГ.

Диапазон активной влаги отличается в тяжёлых и лёгких почвах…

 

В производственных условиях обязательно определяют запасы продуктивной влаги в почве перед посевом, для того, чтобы скорректировать норму и способ посева, после уборки, для принятия правильного решения об обработке почвы. В первый период развития растений решающее значение имеют запасы влаги в слое 0 – 20 см, в дальнейшем растения потребляют влагу из более глубоких слоёв, в период засух корневая система уходит на глубину до 2 метров.