2.3. Требования растений к воздушному и водному режимам

Воздушный режим. Как и всякий живой организм, растение дышит, потребляя кислород и выделяя диоксид углерода. Во время дыхания в растении протекают окислительные реакции, в результате которых освобождается накопленная энергия для таких важных процессов, как рост, размножение и др. Дыхание противоположно фотосинтезу.

С первого момента жизнедеятельности растительный организм нуждается в кислороде воздуха. Так, семена, помещенные на дно сосуда и залитые водой, набухают, но не прорастают, поскольку зародыш не снабжается кислородом, однако, как только семена станут соприкасаться с ним, они дружно прорастают.

Кислород воздуха нужен также для корневой системы. Различные растения неодинаково относятся к недостатку кислорода в почвенном воздухе. Наиболее требовательные культуры в этом отношении – корне- и клубнеплоды, бобовые и масличные; менее чувствительны – зерновые, частично снабжающие корни кислородом воздуха через воздухоносные полости, находящиеся в стеблях. Особенно сильно эти полости развиты у риса и кукурузы.

В кислороде воздуха нуждаются и микроорганизмы, которые разлагают растительные остатки в почве, в результате чего накапливаются питательные вещества для растений. Кроме кислорода некоторым микроорганизмам необходим также азот воздуха, который они превращают в органический азот.

Растения развиваются нормально, когда воздух содержится в крупных порах почвы, а вода – в мелких и средних. Оптимальное содержание воздуха в пахотной почве для зерновых 15–20% общей скважности, пропашных 20–30, многолетних трав 17–21%. Благоприятное для растений содержание кислорода в почвенном воздухе – 7–12%, а диоксида углерода около 1%. Такой воздушный режим почвы обеспечивает хороший рост корней и лучшее поглощение воды и питательных веществ.

Газообмен в почве происходит постоянно, но его интенсивность зависит от многих факторов, один из главных – строение и структура почвы. Рыхло сложенные и хорошо оструктуренные почвы с большим количеством промежутков между комочками обладают хорошим газообменом. В заплывших бесструктурных почвах, покрытых коркой и сильно увлажненных, газообмен очень слабый. На газообмен влияют также диффузия газов, колебания атмосферного давления, температура, изменение влажности почвы, ветер, растительность.

Все агротехнические приемы, способствующие рыхлению пахотного слоя, улучшают газообмен почвы. Они способствуют более активной микробиологической деятельности и быстрейшей минерализации органического вещества, а, следовательно, большему образованию и накоплению усвояемых питательных веществ. Минерализация органических веществ почвы – разложение органических веществ почвы с образованием минеральных соединений. Создание водопрочной комковатой структуры почвы – важное условие улучшения ее воздушного режима.

При внесении органического вещества (навоз, торф, зеленые удобрения) количество диоксида углерода в пахотном слое почвы возрастает. Так, применение 20 т/га навоза увеличивает содержание CO₂ в почве на 70–140 кг.

Водный режим. Жизнедеятельность растений тесно связана с водой. Для набухания семян и перевода запаса сухих питательных веществ семени в усвояемую для зародыша форму различным растениям необходимо следующее количество воды (% от массы семян): пшеница, ячмень – 50; рожь, овес – 55–65; кукуруза – около 40; горох, лен – 100; сахарная свекла, клевер – 120–150.

Вода входит в состав самих растений, составляя значительную часть их массы: в семенах ее содержится 7–15%, в стеблях, где имеется много одревесневших мертвых клеток – до 50, а в листьях, корнеплодах и клубнях – до 75–93%.

Растения в процессе роста и развития могут использовать раствор минеральных веществ почвы в очень небольшой концентрации. Для образования таких растворов требуется много воды. Поступающая вместе с питательными веществами влага в растениях используется не полностью. Установлено, что из 1000 частей воды, прошедшей через растение, только 1,5–2 части расходуются на питание, а остальная влага испаряется через листья.

Испарение воды листьями называется транспирацией. Этот процесс зависит от освещенности, температуры и влажности воздуха. В агрономии широко применяют и другой показатель расхода воды растением – коэффициент транспирации (количество влаги, необходимое для создания единицы сухого вещества в растении).

Меньше всего транспирационный коэффициент у просовидных (хлебов второй группы) – 200–400, значительно выше у хлебов первой группы – гороха – льна-долгунца – 400–800 и самый высокий у многолетних трав – 700–900.

Для расчета уровней получения возможных урожаев большое значение имеет коэффициент водопотребления (сумма транспирации и испарения с поверхности почвы), выражаемый в кубических метрах на 1 т урожая. В разные по увлажненности годы он изменяется для озимых зерновых культур от 375 до 550 м³/т, для картофеля – от 170 до 660, для свеклы – от 240 до 400, для многолетних трав – от 500 до 750 м³/т.

Растения на отдельных этапах роста и развития предъявляют повышенные требования к воде. Для большинства колосовых культур критический период по отношению к влаге – время от выхода в трубку до колошения. У кукурузы наибольшая потребность в воде наблюдается в период цветения – молочной спелости, у подсолнечника – образования корзинки. При недостатке влаги в критические периоды развитие растений ослабляется, и их урожайность снижается. В после-дующие фазы растительному организму требуется меньше воды, и он не так сильно реагирует на изменение водного режима почвы.

В воде нуждаются и почвенные микроорганизмы. Бактерии, фиксирующие атмосферный азот, начинают размножаться только при 25-процентной полной влагоемкости почвы. При недостатке воды у бактерий снижается усвоение питательных веществ, а при чрезмерном увеличении влажности они испытывают кислородное голодание. Оптимальная влажность почвы для растений и бактерий одинакова и составляет 60% полной влагоемкости почвы.

Основной источник поступления воды в почву – осадки, а также влага, образуемая при конденсации водяных паров в результате перепада температур почвы и воздуха днем и ночью.

Влажность почвы влияет на степень сопротивления при ее обработке, способность крошиться, микробиологические и химические процессы, происходящие в ней. Поэтому одна из главнейших задач земледелия – регулирование водного режима почвы для создания оптимального соотно-шения в ней воды и воздуха.

Рыхлая структурная почва впитывает значительно больше осадков, чем уплотненная и бесструктурная. Уплотнение почвы вызывает быстрое подтягивание влаги по капиллярам к поверхности и усиленное испарение воды. Потеря влаги весной при сухой и ветренной погоде на незаборонованной зяби за сутки может составить 50–70 т/га. Поэтому даже мелкое поверхностное рыхление резко сокращает испарение и сохраняет влагу.

Однако иногда необходимо подтянуть влагу из нижних слоев к верхним, куда будут заделывать семена при посеве. Это особенно важно в сухое время года (например, при посеве осенью озимых культур в южных районах). В этом случае для уплотнения почвы, увеличения в ней количества капилляров и подтягивания по ним влаги из глубоких слоев к верхним (зоне посева семян) почву прикатывают.

Примерно половина пахотных земель обеспечена среднегодовым количеством осадков, не превышающим 300–350 мм. Это зоны рискованного земледелия, где основным фактором получения хорошего урожая являются запасы влаги в почве. Осадки выпадают неравномерно как по количеству, так и по времени, поэтому сельскохозяйственное производство в каждой зоне имеет свои особенности.

Зона недостаточного увлажнения охватывает юго-восток европейской части Российской Федерации и Зауралье. Среднегодовое количество осадков здесь 150–300 мм, испарение влаги из почвы преобладает над ее поступлением. Наиболее эффективными мероприятиями по регулированию водного режима служат приемы накопления влаги в почве и орошение.

Зона неустойчивого увлажнения включает Центрально-Черноземную зону России, степные районы Сибири. Количество осадков 300–400 мм в год. Приход и расход влаги в почве в данных районах примерно одинаковы. Агротехнические мероприятия надо направлять на накопление, сохранение и правильное использование влаги.

Зона достаточного увлажнения включает Нечерноземную зону России. Количество осадков 450–700 мм в год. Агротехнические мероприятия должны способствовать улучшению пищевого, воздушного и теплового режимов, рациональному использованию влаги.

Создание оптимального для растений режима влажности в почве – одна из важнейших задач в технологии интенсивного растениеводства.