2.7. Моделі родючості ґрунту
На величину і якість отримуваного урожаю сільськогосподарських культур впливають багато факторів, які можна розділити на дві групи: космічні (світло, тепло, повітря), та земні (вода, поживні речовини та ін.). У відкритому ґрунті космічні фактори практично не регулюються і урожай залежить від їх інтегрального показника – приходу фотосинтетичноактивної радіації (ФАР). Земні ж фактори піддаються регулюванню, а для цього необхідно знати склад та властивості ґрунту, які забезпечують розвиток рослин.
Дуже важливі в цьому плані дані, які характеризують фізичні, фізико – хімічні, фізико – механічні та інші властивості ґрунту. Ці дані можуть бути
виражені параметрами, тобто величинами, характеризуючими будь – які властивості процесу, явища або системи. Тому для ґрунту повинні бути встановлені кількісні показники його складу і властивостей, які забезпечували б відповідну їх родючість. В цьому і полягає сутність моделювання. Оптимальні параметри ґрунту встановлюються експериментально.
В наш час різко зросла гострота екологічних проблем, і в зв’язку з цим перед ґрунтознавством, як ланкою екосистеми, виникли нові проблеми, що розвинуло нові напрямки досліджень. Тому зараз основою розробки моделей (еталонів) родючості ґрунту є агроекологічний підхід, який враховує не тільки параметри клімату та ґрунтових умов, але і фізіологічні потреби рослин, які задовольняються через специфічну властивість ґрунту - його родючість.
Таку агроекологічну модель родючості ґрунту можна уявити слідуючим чином:
Екологічний
блок:
радіаційний режим
тепловий режим
склад приземного
повітря
атмосферне
зволоження
Для кожної розробленої агроекологічної моделі складається паспорт, який включає в себе сім розділів:
Загальні відомості
Агроекологічні та геоморфологічні умови території дії еталона
Параметри ґрунтових властивостей, які характеризують модель
Відхилення параметрів даного ґрунту від моделі
Особливості системи землеробства для досягнення параметрів моделі
Особливі умови для досягнення параметрів моделі
Порівняльна оцінка родючості ґрунту
Контрольні запитання
Основні фактори та умови життя рослин.
Основні закони землеробства.
Використання законів землеробства в сучасному сільському господарстві.
Поняття про програмування врожаїв.
Родючість ґрунту та її види.
Елементи і умови родючості ґрунту.
Поняття про окультуреність ґрунту.
Показники родючості та окультуреності ґрунту.
Поняття про відтворення родючості ґрунту та його види і способи.
Агроекологічні моделі родючості ґрунту.
Тема 3. Грунтові режими та їх регулювання
3.1. Водний режим ґрунту та його регулювання
Значення ґрунтової вологи для життя рослин та мікроорганізмів. Вода - дуже важливий структурний елемент рослин. Надземна частина їх містить до 70 - 80 % води, а огірків, помідорів, кавунів – 95 – 96 %. Вода бере участь у синтезі органічних речовин, у процесі фотосинтезу і діяльності ферментів, підтримує тургор у клітинах, запобігає перегріванню рослин, розчиненню поживних речовин і переміщенню їх з ґрунту в рослину. Ґрунтова волога відіграє велику роль не тільки в забезпеченні процесів росту надземної частини і кореневої системи рослин. Вона може впливати на процеси росту коренів як зовнішній фактор, який посилює або зменшує механічний опір ґрунту.
Загальні витрати вологи на створення одиниці сухих речовин рослин називають коефіцієнтом транспірації. Він залежить від біологічних особливостей та умов вирощування культури. Найменший він у проса, сорго, кукурудзи, найбільший - у льону і багаторічних трав. В цілому коефіцієнт транспірації може коливатися в межах від 200 до 1000 і навіть більше.
Кількість сухих речовин, що утворюється з розрахунку на одиницю маси витраченої рослиною води, називається продуктивністю транспірації.
Оскільки в польових умовах волога витрачається не тільки рослиною, а й випаровується з поверхні ґрунту, загальні витрати її визначаються коефіцієнтом водоспоживання (транспірація рослиною + випаровування з ґрунту). Ґрунтові мікроорганізми також реагують на зміну вмісту вологи в ґрунті. За даними Д. М. Новогрудського, у каштанових ґрунтах за повітряно-сухого їх стану зовсім припиняється нітрифікація. Найбільш інтенсивно цей процес відбувається, коли вологість ґрунту близька до найменшої вологоємкості. 3. А. Ваксман зазначає, що мікробіологічна діяльність значно більше пригнічується при перезволоженні ґрунту, ніж за надмірно низької вологості.
Від вологості залежать щільність ґрунту, його твердість, особливості кришення і тягові зусилля під час обробітку. Тому регулювання водного режиму є одним з основних заходів підвищення продуктивності сільськогосподарських угідь.
Водний режим ґрунту в різних районах України. Водний режим - це сукупність усіх процесів надходження вологи в ґрунт, витрачання та зміни її фізичного стану.
Виникнення того чи іншого водного режиму залежить від вмісту вологи і її надходження в ґрунт та витрачання. Це, в свою чергу, залежить від клімату, рослинності, водних властивостей ґрунту й підґрунтя, рельєфу місцевості, глибини залягання ґрунтових вод, багаторічної мерзлоти та виробничої діяльності людини.
Основним джерелом води для рослин є атмосферні опади. На території України в різних зонах сума їх неоднакова. Найбільше опадів випадає в західних областях. У напрямі на південь та південний схід кількість їх зменшується. По всій території, за виключенням Південного берега Криму, найбільше опадів випадає влітку. Для зволоження ґрунту більше значення мають осінні, зимові та весняні опади. Влітку дощі випадають у вигляді злив і волога погано вбирається ґрунтом. Слід зазначити, що не всі опади потрапляють у ґрунт, частина їх затримується надземними органами рослин, частина - стікає з поверхні ґрунту.
Водний режим значною мірою залежить також від водно - фізичних властивостей ґрунту. Так, максимально можливі запаси продуктивної вологи в метровому шарі ґрунтів Полісся коливаються в межах від 200 - 220 мм. У мулувато - супіщаних і легкосуглинкових ґрунтах до 68 - 105 мм, у піщаних і торфових ґрунтах вони досягають 600 мм. У Лісостепу максимально можливі запаси продуктивної вологи в метровому шарі ґрунту коливаються від 180 до 200 мм, за винятком чорноземно-лучних солонцюватих ґрунтів, де запаси вологи не перевищують 160 мм. У Степу для чорноземів звичайних і південних максимально можливі запаси продуктивної вологи в метровому шарі коливаються від 150 мм у південних чорноземах, до 175 мм у легкосуглинкових різновидів чорноземів звичайних. У ґрунтах південного Степу вони становлять 120 - 150 мм. Для характеристики умов росту рослин велике значення має також випаровування вологи з поверхні ґрунту. Виходячи з цього, при визначенні забезпеченості рослин вологою необхідно враховувати не тільки кількість атмосферних опадів, а й випаровування. Для цього використовують гідротермічний коефіцієнт (ГТК), запропонований метеорологом Г. Т. Селяниновим, який обчислюють за формулою:
ГТК = ∑τ • 10 /∑t
де ∑τ - сума опадів за вегетаційний період, мм; ∑t - сума активних температур (вище 10° С) за цей же період, градусів.
Величина ГТК за липень - серпень вище 1,6 характерна для надмірно вологої зони, 1,6 - 1,3 - лісової добре зволоженої, 1,3 - 1,0 - Лісостепу (недостатнє зволоження), 1,0 - 0,7 - Степу (дуже посушлива зона), 0,4 і менше - для напівпустель і пустель.
За ступенем зволоження територію України поділяють на такі райони:
- район достатнього, а в окремі роки надмірного зволоження - Полісся, північно - західна частина Лісостепу;
- район нестійкого зволоження, де нестача вологи може бути компенсована високою агротехнікою (південна частина Лісостепу, Донецький кряж);
- район недостатнього зволоження, де дефіцит вологи настільки великий, що для вирощування деяких культур необхідно застосовувати зрошення (більша частина північного і особливо південного Степу).
Регулювання водного режиму ґрунту. Близько 70 % орних земель в нашій країні знаходяться в районах недостатнього та нестійкого зволоження, де посухи і суховії завдають шкоди сільському господарству. При цьому вологи найчастіше не вистачає там, де тепла достатньо і ґрунти родючі.
Розрізняють ґрунтову і атмосферну посухи.
Ґрунтова посуха - це висушування кореневмісного шару ґрунту, яке відбувається внаслідок тривалої відсутності опадів, переважно в поєднанні з високою випаровуваністю. При цьому різко знижується продуктивність рослин.
Атмосферна посуха (суховії) - це метеорологічне явище, яке характеризується низькою відносною вологістю, високою температурою приземного шару повітря та вітром, який інколи досягає значної швидкості (понад 10 м/с). Це спричинює значне випаровування вологи, порушення водного балансу рослин, пошкодження окремих органів, зниження врожаю, а інколи і загибель посівів.
Суховії трапляються і при доброму зволоженні ґрунту. Однак тривалі суховії призводять до висушування ґрунту і рослини при цьому терплять від сумісної дії атмосферної та ґрунтової посухи.
Заходи боротьби з посухою об'єднують у такі групи: затримання снігу, талих і дощових вод; збільшення водопроникності ґрунту; зберігання ґрунтової вологи;штучне зрошення; штучне спричинення дощів.
Щоб запобігти здуванню снігу, сходу талих та дощових вод, застосовують різні заходи. Найбільш поширеним способом снігозатримання є влаштування снігових валів сніговими плугами. Залежно від товщини снігового покриву сніговий плуг утворює вали висотою 40 - 70 см. Вали роблять упоперек напряму панівних вітрів або навхрест на відстані 5 - 9 м один від одного. Цей спосіб можна застосувати на полях з товщиною снігового покриву не менше 15 см. Кращим способом снігозатримання є куліси з високостебельних рослин (кукурудзи, соняшнику, гірчиці), які висівають окремими рядками або стрічками. Кулісні рослини залишають на зиму, протягом якої вони й затримують сніг. Широко застосовують снігозатримання способом залишення на поверхні поля післяжнивних решток при плоскорізному обробітку. Сніг затримується також за допомогою полезахисних лісосмуг продувної конструкції,
Не менше значення має затримання талих і дощових вод, особливо на схилах. Для цього подовжують період танення снігу, покриваючи смуги його темним матеріалом (попелом, торфом) чи ущільнюючи смуги котками. На затемнених та не ущільнених смугах сніг розтає швидше і вода вбирається снігом нижче розміщених смуг. На смугах, де розтанув сніг, швидше розмерзається ґрунт і вбирається вода із смуг снігу, що тануть пізніше.
Для повного збирання снігових і дощових вод необхідно забезпечити добру водопроникність ґрунту і створити перепони для затримання води, що стікає по поверхні. Підвищенню водопроникності ґрунту сприяють заходи поліпшення його структури, внесення органічних добрив, вапнування, гіпсування, глибокий обробіток, щілювання, а затриманню води - гребенева оранка впоперек схилу, боронування, лункування, щілювання ґрунту, смугові посіви тощо.
Зберіганню ґрунтової вологи сприяють передусім правильний обробіток ґрунту з урахуванням механізмів руху вологи при випаровуванні, а також фактори, що зменшують швидкість вітру і підвищують вологість повітря. В цьому плані велике значення мають лісонасадження, водоймища, мульчування (повне або часткове покриття ґрунту папером, торфом, перегноєм, подрібненою соломою, полімерними матеріалами тощо).
Разом з агротехнічними заходами щодо зменшення втрат води через випаровування слід приділяти увагу і хімічним засобам впливу на ґрунт Так, К. А. Блек повідомляє, що за допомогою синтетичних структуроутворювачів можна створити грудкувату структуру поверхневого шару, яка посилює просочування води і затримує випаровування. Речовини, що надають ґрунтовим частинкам певної водонепроникності, можуть зменшувати надходження води до поверхні ґрунту і внаслідок цього зменшувати випаровування. Речовини, що знижують поверхневий натяг води, сприяють глибшому прониканню її в ґрунт і цим зменшують втрати ґрунтової вологи. Випаровування води можуть зменшувати і речовини, які утворюють на поверхні води мономолекулярну плівку.
Проте хімічні засоби запобігання випаровуванню води з ґрунту поки що не мають широкого застосування, хоч можливості для цього є.
Однією з основних умов зберігання вологи в ґрунті є систематичне знищення бур'янів. Заходи раціонального використання вологи повинні спрямовуватися на продуктивніше її витрачання культурними рослинами. До них належать добір культур, сортів і гібридів відповідно до конкретних кліматичних умов, строки і способи сівби та густота посіву, вчасне формування густоти рослин, структура посівних площ і забезпеченість культур кращими попередниками, догляд за посівами, внесення добрив та забезпечення культур іншими факторами і умовами життя.
Найефективнішим заходом боротьби з посухою є зрощення, яке дає можливість вирощувати високі і сталі врожаї незалежно від випадання опадів.
Приділяється увага штучному впливу на хмари, який спричинює випадання опадів. Уже освоєні способи трансформації переохолоджених хмар. Для цього вводять ядра кристалізації у вигляді дрібних часточок деяких речовим (тверда вугільна кислота, йодисте срібло, йодистий свинець) у переохолоджену хмару, що надає їй кристалічного стану і супроводжується випаданням опадів. Однак ефективність цього заходу поки що невисока, сума опадів збільшується на 10 - 15 %. Хмари практично є генераторами, які протягом певного періоду перетворюють пару навколишнього повітря в опади. Дослідження в цьому напрямі продовжуються.