Обеспеченность развития яровой пшеницы. Роль весеннего увлажнения почвы

Влагозарядка почвы и пшеница

Размеры осенне-зимнего промачивания в прилегающих к полупустыне районах часто являются главным фактором, ограничивающим возможность дальнейшего распространения яровой пшеницы. В. Кеппен приводит примеры засушливых районов Австралии и Канады, где вопрос о размерах посева пшеницы в данном году решается в зависимости от весеннего увлажнения почвы. В годы недостаточного увлажнения поля, предназначенные под пшеницу, засеваются менее требовательными культурами к глубине промачивания почвы - кукурузой, сорго и др.

В Арало-Каспийской полупустынной степи на так называемых «ровняках» в подавляющем большинстве лет почва промачивается настолько слабо, что на них без орошения невозможно сколько-либо рациональное земледелие. Более благоприятные условия для посевов создаются в местных понижениях рельефа, куда весной стекают талые воды.

Удельный вес почвенной влаги в снабжении пшеницы водой очень значителен, но он разный в различных природно-климатических зонах и в разные по метеорологическим условиям годы. На основании прямых наблюдений за влажностью почвы и показаний осадкомера в опытных учреждениях, по многолетним средним, атмосферные осадки составляют 48-55% общего количества воды, которой располагают растения. Если учесть, что значительная часть атмосферных осадков, особенно выпадающих в небольших количествах, бесполезна для растений, то удельный вес весенней почвенной влаги в снабжении посевов водой возрастает еще больше. Большая часть опытных станций вела наблюдения за влажностью почвы только до глубины 100 см. Между тем яровая пшеница может использовать почвенную влагу и более глубоких слоев - до 130-140 см. Это также повышает долю почвенной влаги в снабжении пшеницы водой. Но приходится учитывать и другое обстоятельство. Яровая пшеница далеко не всегда полностью использует активную влагу корнеобитаемого слоя почвы. В дождливые годы или в годы слабого развития корневой системы растений после уборки урожая в почве остается некоторое количество неиспользованной доступной растениям воды. До мертвого запаса на всю глубину корнеобитаемого слоя почва иссушается только в засушливые сезоны при нормальном развитии корневой системы. Неиспользованная вода чаще остается в северных, более увлажненных районах, чем в засушливых южных. Если условно принять атмосферные осадки периода роста равноценными почвенной влаге, то удельный вес воды, израсходованной из почвы, по отдельным годам колеблется по Саратову от 4,9 (1945) до 75% (1946), а по Ершову, расположенному в центральной части Саратовского Заволжья, от 11 до 90%. Фактически же, как уже указывалось, почвенная влага используется значительно полнее, чем осадки периода роста.

Количество воды, взятой пшеницей из весенних запасов доступной растениям влаги в корнеобитаемом слое почвы, помимо размеров весеннего увлажнения, в большой степени зависит от метеорологических условий года. В годы дождливые с пониженной температурой воздуха и невысоким напряжением транспирации, когда потребность яровой пшеницы в воде удовлетворяется атмосферными осадками, почвенной влаги расходуется мало, и после уборки урожая ее остается в почве большое количество. В засушливые годы, наоборот, растения вынуждены жить за счет резервов воды в почве, которая обычно высушивается до мертвого запаса на всю глубину проникновения корней. Это подтверждают средние данные о роли почвенной влаги в различные по орошенности годы в Саратове (табл. 47).

В засушливые годы в среднем 59% расходуемой полем пшеницы воды приходится на долю весенних запасов влаги в почве. Вода остается главным образом за пределами проникновения корней пшеницы.

В метровом слое почвы в 7 лет из 8 засушливых годов после уборки оставалась влага на уровне мертвого запаса. Исключение составляет только 1943 г., когда, несмотря на засушливый вегетационный сезон, только в верхнем метровом слое почвы сохранилось к уборке 22,5 мм воды в доступной растениям форме, а в 150-сантиметровом слое - 48,5 мм. Необычные результаты 1943 г. получены вследствие изреженного травостоя и слабого развития растений. Яровой пшенице был нанесен большой урон сельскохозяйственными вредителями. В результате значительная часть стеблей погибла, не дойдя до колошения. К началу полной спелости зерна многие растения не имели колосоносных стеблей. Изреженные слабые растения не могли в полной мере использовать влагу всего корнеобитаемого слоя почвы.

Таким образом, если по указанным причинам исключить 1943 г., можно сделать следующий вывод: в степных районах Поволжья в засушливые годы влага, накопленная в почве от осенних и зимних осадков, является основным источником снабжения яровой пшеницы, которая обычно полностью использует эти резервы воды на формирование урожая.

В Поволжье известно немало фактов, когда вполне удовлетворительные урожаи яровой пшеницы получали при очень ограниченных осадках вегетационного сезона. Так, в 1970 г. в опытно-производственном хозяйстве НИИСХ Юго-Востока собрано по 17,1 ц зерна с 1 га при сумме осадков вегетационного периода около 50 мм. Относительно высокому урожаю зерновых культур в данном году наряду с возросшим уровнем культуры земледелия способствовали хорошая весенняя влагозарядка почвы, пониженный температурный режим периода вегетации, небольшое число дней с суховеями и очень высокой температурой, сравнительно умеренная напряженность транспирации растений. Фактические данные о весенних запасах продуктивной влаги в почве на зяби по материалам опытных учреждений Поволжья приведены выше. Но они носят узко местный характер, и, кроме того, представленные опытные учреждения не охватывают все районы Поволжья.

Для выяснения повторяемости лет с различным весенним увлажнением почвы были использованы вычисленные по осенним и зимним осадкам вероятные весенние запасы влаги в почве на зяби. С этой целью взяты наблюдения метеорологических станций начиная с 1891 г.

Годы с возможными весенними запасами влаги в почве более 200 мм выделены в особую группу. В такие годы за счет осенних осадков « естественного снегового покрова влажность корнеобитаемого слоя почвы доводится до уровня, близкого к предельной полевой влагоемкости, и следовательно, нет необходимости в проведении мероприятий по дополнительному накоплению влаги. Агротехнические мероприятия должны содействовать главным образом уменьшению поверхностного стока для ослабления эрозии почвы.

Вторая группа лет объединяет годы с возможными весенними запасами влаги в почве от 150 до 200 мм. При этом почва весной может быть промочена на глубину до 130 см, то есть на всю глубину проникновения корней яровой пшеницы. Следовательно, и в такие годы пшеница располагает достаточными запасами почвенной влаги.

Особое положение занимают годы с весенними запасами влаги в почве меньше 100 мм. Засушливая погода вегетационного сезона в такие годы ведет к значительному снижению урожая яровой пшеницы. Третья группа лет занимает промежуточное положение между годами с хорошими и неудовлетворительными запасами влаги в почве. Во всяком случае, эта группа лет требует также обязательного применения агротехнических приемов по накоплению влаги.

Таким образом, по степени возможного весеннего увлажнения почвы годы распределяются по зонам Поволжья следующим образом (табл. 48).

Приведенные данные позволяют судить по районам Поволжья о степени необходимости и важности мероприятий по дополнительному накоплению влаги в почве. По мере движения из лесостепных районов в степные и полупустынные, а также с запада на восток внутри одной зоны увеличивается острота с влагообеспеченностью почвы и возрастает роль мероприятий по накоплению влаги.

Нужно ли глубокое промачивание почвы во влажные годы?

Во влажные годы под посевами яровой пшеницы, как правило, остается в почве неиспользованная влага. Из приведенных семи влажных лет (табл. 47) только в одном году (1937) ко времени созревания пшеницы влажность почвы на глубине до 140 см находилась на уровне мертвого запаса. Объясняется это тем, что в том году влажная погода с обильными осадками держалась только до колошения яровой пшеницы. Затем установилась относительно сухая погода с небольшим количеством атмосферных осадков. За время от колошения до созревания были взяты растениями все запасы доступной им воды. Во все остальные влажные годы в 150-сантиметровом слое почвы после снятия урожая оставалось от 55 (1944) до 133 мм (1942) воды.

Из этого можно сделать совершенно неправильный вывод, что если в течение всего периода роста пшеницы в корнеобитаемом слое почвы продуктивная влага не опускалась ниже какого-то определенного уровня, то весь этот запас влаги в данном году был излишним. Такой вывод может привести к отрицанию необходимости накопления влаги в относительно лучше увлажненных районах или в засушливых районах во влажные годы. Но это не так. В подавляющем большинстве случаев во влажные годы бывают периоды, когда напряжение транспирации резко поднимается вследствие повышения температуры и падения влажности воздуха. В такие периоды очень важно, чтобы корневая система пшеницы успевала подавать наземным органам такое количество воды, которое полностью покрывает потери ее на испарение. Разрыв между испарением и подачей воды неизбежно приводит к нарушению водного баланса растений и вызывает при некоторой длительности процесса резкое ухудшение развития растений и явление захвата.

Следовательно, и во влажные годы глубокое промачивание почвы необходимо для нормального развития пшеницы. Осенне-зимние осадки хорошо сохраняются в почве, они всегда доступны растениям и являются страховым резервным фондом на случай даже кратковременной засухи. Увлажненная почва благоприятствует хорошему развитию корневой системы, которая при наличии во всем корнеобитаемом слое почвы активной влаги может подавать наземным органам растений большое количество воды и тем самым снимает опасность повреждения посевов в периоды высокого напряжения транспирации, то есть при атмосферной засухе.

Как пшеница использует почвенную влагу

На первых этапах роста яровая пшеница сравнительно мало использует почвенную влагу. Вода в это время расходуется главным образом на испарение самой почвой. Наибольшее потребление воды приходится на период интенсивного накопления вегетативной массы растений. Фактический расход почвенной влаги в отдельные годы в сильной мере зависит от метеорологических условий, в частности от количества осадков и напряжения транспирации. В дождливую погоду при слабом напряжении транспирации запасы почвенной влаги не убывают, а даже несколько увеличиваются. В периоды высокого напряжения транспирации в засушливый сезон фактический расход воды может ограничиваться запасами активной влаги. Приведем некоторые данные, показывающие роль почвенной влаги во время роста яровой пшеницы в разные по метеорологическим условиям годы.

Ход потребления влаги яровой пшеницей в засушливом 1946 г. представляет особый интерес. Исключительная по устойчивости засуха создала такие условия, при которых имелась возможность наблюдать процесс расходования почвенной влаги в «чистом» виде. Ничтожные осадки, выпавшие во время вегетации пшеницы, не могли внести существенных изменений в процесс иссушения почвы. Весенние запасы влаги в почве были почти единственным источником водоснабжения пшеницы от прорастания зерна до созревания. Для наблюдений был взят наиболее увлажненный участок яровой пшеницы, посеянной по черному пару.

Несмотря на отсутствие осадков и высокое напряжение атмосферных факторов, яровая пшеница до наступления фазы выхода в трубку совершенно не затронула влагу из почвы глубже 50 см: она жила исключительно за счет влаги верхних слоев. Только в фазу трубкования началось использование воды с глубины 50-100 см, а с начала колошения - и глубже 100 см. Общий расход почвенной влаги распределялся следующим образом: до трубкования - 36,0%, от трубкования до молочной спелости - 51,1 и от молочной спелости до созревания - 12,9.

1939 г. относится также к группе засушливых лет, но засуха была менее интенсивной, чем в 1946 г. Погода весенне-летнего периода характеризовалась умеренной температурой воздуха в первые дни весны и устойчивой жарой со второй половины мая до созревания пшеницы. Осадков выпало меньше нормы, и они носили преимущественно ливневый характер. В Саратове сильный интенсивный ливень (28,2 мм) прошел 10-11 июня; во время его на полях отмечался частичный сток.

Для наблюдений был взят участок яровой пшеницы, посеянной после озимых на фоне снегозадержания, где было обеспечено глубокое промачивание почвы. Как и в 1946 г., несмотря на хорошее развитие яровой пшеницы (урожай зерна с данного участка в 1939 г. составил 25 ц с 1 га, а в 1946 г. по пару - только 6,8 ц), почвенная влага глубже 50 см фактически оставалась не тронутой до начала трубкования. Иссушение почвы в слое 50 - 100 см началось только после выхода яровой пшеницы в трубку, а в слое 100-150 см - после начала колошения. Общий расход почвенной влаги по периодам роста распределялся следующим образом: до трубкования - 20,7%, от трубкования до молочной спелости - 59,8 и от молочной спелости до уборки - 19,5.

В 1941 г. была холодная дождливая весна. Пониженная температура воздуха держалась в течение всей первой половины вегетационного сезона. Во время налива с 24 июня до 20 июля стояла жаркая погода без осадков. С 20 июля вновь установилась дождливая погода.

До начала колошения яровая пшеница почти не затронула почвенную влагу. Максимальный расход ее приходился на периоды от кущения до колошения и от колошения до молочной спелости. Во время налива зерна, как и в засушливые годы, пшеница брала воду также из слоев глубже 100 см, несмотря на то что имелась доступная растениям вода в вышележащих слоях. Общий расход воды по периодам распределялся следующим образом: от посева до колошения - 34,3%, от колошения до молочной спелости - 57,1 и от молочной спелости до уборки - 8,6.

Суммируя результаты наблюдений за расходованием почвенной влаги в различные по метеорологическим условиям годы, можно сделать некоторые общие выводы.

В начальный период роста, до выхода растений в трубку, яровая пшеница расходует влагу из верхних слоев почвы не глубже 50 см. Воду с глубины 50-100 см пшеница может использовать лишь после трубкования, а с глубины больше 100 см - после начала колошения.

Расход воды по периодам роста пшеницы зависит от характера погоды вегетационного сезона, но, как правило, максимальное иссушение почвы имеет место со времени выхода растений в трубку до молочной спелости, то есть во время наибольшего накопления вегетативной массы и налива зерна. Дозревать зерно может и при ограниченных запасах влаги в почве.

В период максимального потребления воды пшеница использует влагу всего корнеобитаемого слоя почвы, независимо от того, есть или нет активная влага в верхнем слое почвы. Подтверждением этого служат также наблюдения 1945 г., когда в связи с обильными осадками до начала колошения пшеницы запасы воды в почве не только не уменьшились, но даже несколько увеличились. От колошения до созревания, несмотря на значительные осадки и наличие больших запасов активной влаги в метровом слое почвы, яровая пшеница взяла из слоя почвы 100-150 см 22 мм воды, в то время как в слое 0-50 см оставалось еще 40 мм доступной влаги.

В свете этого становится понятной роль глубокого увлажнения почвы, и в частности эффективность снегозадержания во влажные годы.

Влияние запасов продуктивной влаги на посевы

Доведение влажности всего корнеобитаемого слоя почвы ко времени посева яровой пшеницы до предельной полевой влагоемкости - важная предпосылка получения высокого урожая ее. Но было бы неправильно устанавливать прямую связь урожая яровой пшеницы по годам с весенним водным запасом почвы. Глубокое промачивание почвы создает только предпосылки для нормального развития растений во все периоды роста. Реализация же этих предпосылок зависит от других условий вегетационного периода. Например, в 1937, 1945 и 1967 гг. при особо благоприятных условиях погоды во время роста пшеницы получен высокий урожай и на участках с ограниченными запасами влаги в почве весной. А в 1938, 1946 и 1957 гг. при засушливой погоде вегетационного сезона, даже на фоне глубокого промачивания почвы урожай пшеницы был пониженный.

Влияние весенней влагозарядки почвы на урожай пшеницы можно установить только сравнением урожаев на разных фонах увлажненности при одинаковых условиях погоды вегетационного сезона, то есть в одном году.

По наблюдениям в Саратове, в умеренно засушливом году на участках с весенними запасами активной влаги 210 мм (в слое почвы 0-150 см) яровая пшеница дала урожай зерна 16,9 ц с 1 га, при запасах 92 мм - 8 ц и при 51 мм - 4 ц.

Наблюдения показывают, что даже в годы с относительно большим количеством атмосферных осадков во время вегетации пшеницы снижение весеннего запаса активной влаги в почве ниже 60 мм приводит к резкому падению урожая. Водный запас весной меньше 100 мм активной влаги является первым сигналом неблагополучия с влагообеспеченностью пшеницы.

Неглубокое промачивание почвы осенними и зимними осадками создает между верхними и нижними слоями почвы сухую прослойку, трудно преодолимую в сухие годы для корневой системы. В связи с этим в засуху растения не могут использовать влагу глубинных слоев (100-150 см), которая далеко не каждый год полностью извлекается предшествующей культурой.

Запасы влаги в почве определяют ресурсы водоснабжения растений, нередко обусловливают возможность эффективного использования летних осадков, а также степень влияния высокой испаряемости на состояние растений, особенно в период формирования зерна.

Значение высушивания почвы в предшествующем году

Для развития яровой пшеницы небезразлично, за счет каких источников создаются весенние запасы влаги в почве - осенних дождей или зимних осадков. Всем урожайным годам в Поволжье обычно предшествует засушливость осеннего или летнего сезона, а чаще всего периода с весны до осени. По наблюдениям в Саратове, очень редкие годы с высоким урожаем яровой пшеницы следовали после влажных лет. Во всех случаях в предшествующем году отмечалось интенсивное высушивание почвы под влиянием весенней, летней или осенней засухи. За 62 года только дважды (1945, 1974) после влажного весенне-летнего сезона в следующем году получен хороший урожай пшеницы. Но в 1945 г. после дождливой погоды весной и летом предшествующего года установилась необычно сухая осень: за сентябрь и октябрь выпало лишь 12 мм осадков. В 1973 г. влажная погода летом и осенью установилась после интенсивной ранневесенней засухи. Не было случая, когда бы высокий урожай яровой пшеницы был получен после года с влажными весенне-летним и осенним сезонами, за исключением посевов по пласту и удобренным землям. Наоборот, в такие годы отмечалось значительное понижение урожая яровой пшеницы.

Все это свидетельствует о большом значении для яровой пшеницы временного высушивания почвы под влиянием весенне-летней и осенней засухи предшествующего года. Рессель и Гутчинсон, установившие аналогичные факты, объясняют их сильным подъемом деятельности почвенных микроорганизмов после временного высыхания почвы, которое способствует ее стерилизации.

Годы, когда микробиологическая деятельность почвы подавлена вследствие повышенной орошенности предшествующих лета и осени, имеют сравнительно небольшой удельный вес. В правобережных районах лесостепной части Поволжья они составляют до 26%, в лесостепных районах Заволжья - до 17%, в степной части - 8-11% всех лет и в крайних южных районах такие условия складываются только как исключения.

Следовательно, в Поволжье в подавляющем большинстве случаев условия предшествующего года создают благоприятные предпосылки для развития яровой пшеницы в следующем году. Для реализации же этих предпосылок необходимы в первую очередь хорошая весенняя влагозарядка почвы и соответствующие условия вегетационного сезона.

Определенное влияние на развитие и урожай яровой пшеницы оказывает также погода зимы и ранней весны. В урожайные годы почва весной имеет значительный запас активной влаги, порядка не менее 120 мм. Исключение составляют только 1945 и 1967 гг., когда высокий урожай пшеницы получен главным образом за счет обильных весенне-летних дождей, а запас влаги в глубинных слоях был восполнен майскими осадками. Случай очень редкий, по крайней мере за последние 85 лет, за которые имеются в нашем распоряжении записи наблюдений за погодой и урожаями. Хорошие весенние запасы влаги в почве в урожайные годы создаются преимущественно за счет зимних осадков и в меньшей мере - осенних дождей. Вторая особенность погоды ранней весны в урожайные годы - равномерное, спокойное ее развитие. Как правило, отмечается длительный разрыв между сроками схода снега с полей и началом весенних полевых работ. Нет такого быстрого роста температуры воздуха после схода снега, как отмечалось во многие засушливые годы, когда разрыв между сходом снега и посевом пшеницы составлял всего 7-11 дней.