Погодные факторы урожая. Влага

Основные источники влаги для культурных растений

Для нормального развития растений требуется большое количество воды. Чем суше воздух и выше его температура, тем интенсивнее идет расход влаги на испарение и, следовательно, все больше возрастает потребность растений в воде.

Растения получают воду через почву с помощью корневой системы. Основной источник почвенной влаги - атмосферные осадки. Капиллярный подток влаги грунтовых вод при близком их залегании к поверхности почвы не имеет практического значения в условиях Поволжья, где, как правило, грунтовые воды находятся на значительной глубине.

О возможных природных резервах воды для культурных растений можно судить по количеству выпадающих атмосферных осадков (табл. 13).

Во всех районах Поволжья летом осадков выпадает несколько больше, чем зимой. За три весенне-летних месяца май - июль осадков выпадает примерно столько же, сколько за пять зимних (с ноября по март). Одна из важных климатических особенностей Поволжья состоит в том, что количество осадков очень сильно меняется по годам. Это можно видеть на примере количества осадков за май и июнь - два наиболее решающих месяца для урожая большей части полевых культур (табл. 14).

Постоянная забота о накоплении, сохранении и наиболее полном использовании влаги - центральная задача земледелия засушливых районов. Насколько велики возможности улучшить влагообеспеченность растений, показывают простые расчеты. Даже в самых засушливых районах сухой степи, на границе с полупустыней выпадает в течение года больше 250 мм осадков, или более 2500 г воды на каждый гектар. Опытные данные научных учреждений Поволжья показывают, что в полевых условиях тонна воды дает возможность получить в среднем один килограмм зерна. Следовательно, при полном использовании всего годового количества осадков на формирование урожая даже в наиболее засушливой части зоны можно было бы собирать средние урожаи зерновых значительно выше, чем получают сейчас.

Во время роста яровых хлебов, от их посева до уборки, выпадает примерно одна треть годового количества осадков (табл. 15). Остальные приходятся на послеуборочный период, зимний и ранневесенний - до начала весенних посевных работ. Много воды теряется непроизводительно: испаряется почвой и сорняками, стекает во время ливней и летнего паводка, сносится зимой (в виде снега) в балки, овраги, леса, уходит на пополнение грунтовых вод и т.п. Уменьшение бесполезных потерь - основной путь улучшения водного режима культурных растений, лучшего обеспечения их влагой.

Для урожая сельскохозяйственных культур в засушливых районах важное значение имеет создание возможно больших запасов продуктивной влаги в корнеобитаемом слое почвы к началу весенних полевых работ и защита ее от непроизводительных потерь. Показателем того, какие для этого имеются возможности, может служить сопоставление количества осадков в период от уборки урожая до начала весенних полевых работ с количеством продуктивной влаги при наименьшей полевой влагоемкости корнеобитаемого слоя (табл. 16).

Таким образом, осадки периода, когда на поле нет культурных растений, при полном их использовании на увлажнение полей, могли бы полностью покрыть количество воды, которое может удержать почва в метровом слое. Кроме того, в увлажнении почвы известное значение имеет и оставшаяся продуктивная влага, не использованная предшествующей культурой. Несмотря на это, в большей части лет в засушливых районах корнеобитаемый слой почвы весной недонасыщается влагой.

Выяснение размеров и путей непроизводительных потерь влаги, уточнение причин, усиливающих эти потери, помогут создать такую систему агротехнических мероприятий, при осуществлении которой максимум осадков года будет использован для урожая.

Остаточная влага после уборки урожая

В острозасушливых районах сухой степи и южных черноземов Поволжья потребность культурных растений в воде на испарение в процессе их вегетации в большей части лет превышает запасы почвенной влаги перед посевом и сумму осадков периода вегетации. В связи с этим ко времени созревания посевов в корнеобитаемом слое почвы, как правило, очень мало остается доступной растениям воды. Остаточная, не использованная предшествующей культурой влага не играет существенной роли в формировании запасов влаги для последующих культур, за исключением лет с большим количеством осадков во второй половине теплого сезона.

На опытном поле НИИСХ Юго-Востока в Саратове из 48 лет наблюдений после уборки яровой пшеницы в метровом слое почвы в 33 случаях (69% всех лет) доступная растениям вода полностью отсутствовала или ее было меньше 20 мм. Восемь лет (16%) остаточные запасы влаги в этом слое почвы находились на уровне 21-50 мм и семь лет (15%) превышали 50 мм. В более глубоких слоях (100-150 см) после яровой пшеницы почти каждый год остается некоторое количество неиспользованной продуктивной влаги, за исключением лет, когда в глубинных слоях ко времени посева почва остается сухой после предшествующей культуры. За те же годы наблюдений в Саратове было только 4 года, когда после уборки яровой пшеницы влажность почвы в слое 100-150 см находилась на уровне мертвого запаса.

Таким образом, в условиях более увлажненных районов культуры с глубоко уходящей в почву корневой системой при посеве после ранних яровых культур могут использовать доступную воду из глубинных слоев почвы. По многолетним наблюдениям агрометеорологических станций Поволжья, после уборки зерновых культур в разных районах зоны в метровом слое почвы остается в среднем от 10 до 100 мм доступной растениям влаги (табл. 17).

Осенние дожди и их использование

От окончания уборки зерновых культур до наступления зимних холодов проходит длительное время, в течение которого выпадает значительное количество осадков. В районах Поволжья послеуборочный период, до перехода средней суточной температуры воздуха через 0° составляет от 85 до 130 дней. За это время выпадает более 100 мм осадков (табл. 18).

Осадки второй половины лета и осени при полном их использовании на увлажнение почвы могут иметь большое значение в создании хороших весенних запасов влаги. На самом же деле при существующем уровне агротехники подавляющая часть их бесполезно теряется на испарение с поверхности почвы и только небольшая доля используется на увеличение водных запасов в почве. На опытном поле НИИСХ Юго-Востока, вспаханном под зябь, непроизводительные потери составляют в среднем две трети всего количества осадков послеуборочного периода (табл. 19).

На зяби из 116 мм осадков, выпавших между сроками определения влажности почвы (в среднем с 11 августа по 24 сентября), только 39 мм осталось в почве, а 77 мм, или 66%, было потеряно на испарение почвой. На посевах озимых расход воды на испарение еще больше. В среднем за 12 лет из 88 мм осадков, выпавших между сроками определения влажности почвы (с 22 августа по 17 ноября), в почве не только ничего не осталось, но дополнительно было израсходовано на испарение 10 ми за счет влаги, имевшейся на парах во время посева озимых.

Количество позднелетних и осенних осадков, не усвоенных почвой, существенно меняется по годам. В засушливые годы коэффициент использования осадков меньше, чем в годы влажные. Поэтому в более увлажненных районах Поволжья в почве остается от осенних осадков влаги больше, чем в острозасушливых. В районах сухой степи на увлажнение полей используются преимущественно позднеосенние осадки, когда вследствие низкой температуры воздуха расход влаги на испарение становится незначительным.

Структура послеуборочных осадков

Использование послеуборочных осадков для увлажнения почвы во многом зависит от их структуры. Мелкие дожди при теплой погоде полностью теряются на испарение. Наиболее высокий коэффициент использования дают обильные осадки преимущественно обложного характера. Между тем в августе примерно половина, а в сентябре и октябре - больше половины всех осадков выпадает в виде небольших дождей с суточным количеством менее 10 мм.

В августе вследствие повышенной температуры воздуха расход воды на испарение большой. В степных районах выпадающие в это время осадки полностью теряются на испарение не только на непаши, где активное участие в расходовании влаги принимают сорные растения, но и на вспаханной зяби, не заросшей сорняками. От августовских дождей в почве практически ничего не остается. Исключение могут составлять лишь годы с обильными осадками и прохладной погодой в этом месяце. В дальнейшем, по мере понижения температуры воздуха, уменьшается расход воды на испарение с поверхности почвы и соответственно увеличивается коэффициент использования осадков на увлажнение почвы.

Количество осадков, время их выпадения и температурные условия осеннего сезона сильно меняются по годам. В связи с этим резко изменяется и коэффициент использования осадков на увлажнение почвы. По многолетним наблюдениям, на опытном поле НИИСХ Юго-Востока под Саратовом этот коэффициент менялся от 0 до 0,8. За 17 лет наблюдений за остаточной влагой, а также за подзимними запасами влаги в почве в пяти случаях коэффициент использования осенних осадков составлял меньше 0,25, в девяти колебался в пределах от 0,25 до 0,5 и только в трех случаях он был больше 0,5.

Непроизводительные потери осенних осадков во многом зависят от агротехнического фона - предшественника, типа почвы, сроков и глубины вспашки зяби, рельефа поля и т.п. Поэтому для объективной сравнительной оценки отдельных лет по условиям осеннего увлажнения почвы, а также сравнительной оценки по этим показателям различных районов в одном году важно иметь данные о влажности почвы во всех пунктах на одном, определенном агротехническом фоне или же устанавливать размеры увлажнения по косвенным показателям. Прямые наблюдения за влажностью почвы, безусловно, необходимы для характеристики конкретного участка. Что же касается характеристики состояния влагообеспеченности по зоне или району, то косвенные показатели в ряде случаев могут дать более объективную оценку, чем прямые наблюдения на конкретном участке.

Определение осеннего увлажнения почвы

На основе сопоставления количества выпавших осадков с количеством в почве воды применительно к условиям Поволжья нами были установлены средние для каждого осеннего месяца коэффициенты использования осадков. По материалам наблюдений в Саратове, для сентября установлен коэффициент 0,25, октября - 0,75 и ноября - 0,85. При этом сумма осадков за сентябрь в количестве менее 25 мм в расчет не принималась, так как такое количество осадков в сентябре полностью теряется на испарение. Полученные с помощью указанных коэффициентов приближенные размеры подзимней влагозарядки почвы довольно близко совпадают с подзимней влагозарядкой зяби, установленной прямыми наблюдениями за влажностью почвы.

Потери осенних осадков на испарение в основном зависят от температуры и влажности воздуха осеннего периода. В связи с этим коэффициент использования осенних осадков на увлажнение почвы в районах лесостепи выше, а в районах сухой степи - ниже величин, характерных для Саратова. Кроме того, в разные годы в одном и том же месяце коэффициент может изменяться в зависимости от температурного режима осени и структуры выпадающих осадков.

На основе сопоставления фактических потерь осенних осадков на испарение с температурой воздуха в отдельные месяцы был составлен график (рис. 1) зависимости коэффициента использования осенних осадков на увлажнение почвы от температурного режима. Вычисленные по этому графику вероятные подзимние запасы доступной растениям воды в почве представлены на карте (рис. 2).

В зависимости от увлажнения почвы осенними дождями в районах Поволжья складываются следующие пять типов погоды осеннего сезона: с очень сухой, сухой, умеренно влажной, влажной и очень влажной осенью. В годы с очень сухой осенью к началу зимы от осенних осадков остается в почве не более 30 мм, с сухой - 31-50, с умеренно влажной - 51-75, с влажной - 76-100 и очень влажной - более 100 мм воды.

Из приведенных в табл. 20 данных видно, что в районах сухой степи в среднем каждые два года из трех бывают с сухой осенью и только один раз в пять лет - с влажной. В засушливой черноземной степи в среднем из каждых трех лет одна осень бывает сухой и одна влажной. Несколько реже сухая и чаще влажная осень складывается в лесостепных районах.

Засушливость осеннего сезона значительно влияет на сток зимних осадков с полей, интенсивность и равномерность поспевания почвы к весенней обработке, на уплотнение почвы на зяби и др.

Основная масса доступной растениям воды на зяби сосредоточена осенью преимущественно в верхнем 50-сантиметровом слое. Глубже 50 см пашня в степных районах увлажняется осенними дождями очень редко. Несколько иначе распределяется подзимняя влага на полях, занятых озимыми посевами. На посевах озимых по чистому пару почва чаще всего имеет доступную влагу во всем корнеобитаемом слое. В процессе осенней вегетации озимые растения обеспечиваются влагой за счет верхнего 50-сантиметрового слоя почвы, что и определяет подзимнее распределение доступной воды по слоям (табл. 21).

Формирование весенних запасов продуктивной влаги

Осенние запасы продуктивной влаги составляют в среднем 40-50% количества доступной растениям воды, имеющейся в почве к началу весенних полевых работ. Остальные 50-60% накапливаются во время весеннего таяния снега и зимних оттепелей. Пополнение запасов почвенной влаги за счет зимних осадков зависит от их количества и использования на увлажнение почвы.

По наблюдениям в районе Саратова, за 54 года на увлажнение метрового слоя почвы использовалось больше 75% зимних осадков в 25 случаях (46,3% всех лет), от 51 до 75% - в 17 случаях (31,5%), от 26 до 50% - в 6 случаях (11,1%) и меньше 25% - в 6 случаях (11,1%). Остальная часть зимних осадков теряется в основном на поверхностный сток во время весеннего таяния снега, инфильтрацию в более глубокие слои почвы и на испарение.

При характеристике весеннего увлажнения почвы наличие в ней продуктивной влаги можно устанавливать бурением или же расчетным методом. При расчетах зимние осадки (с ноября по март) берутся по осадкомеру, а потери воды на сток при таянии снега - по специальной формуле. Имелась возможность по Саратову за 54 года сопоставить весенние запасы доступной растениям воды в метровом слое почвы, установленные бурением и расчетным методом. В среднем за все эти годы запас продуктивной влаги по прямым определениям составил 131,7 мм, а по расчетным - 128 мм. Данные, полученные расчетным методом и бурением, очень близки. Это дает основание применять указанный метод для определения почвенных запасов влаги и в тех случаях, когда они не измерялись бурением.

По Саратову такие расчеты сделаны за 75 лет, по Балашову - 49, по Ершову - 56 и по Красному Куту - за 53 года. Повторяемость лет с различными весенними запасами продуктивной влаги приведена в табл. 22.

Напряженное положение с весенней влагозарядкой почвы, когда запасы доступной растениям воды в метровом слое падают ниже 100 мм, наиболее часто бывает в районах Заволжья с каштановыми почвами. В засушливой черноземной степи Правобережья в среднем только один раз в пять лет весенняя влагозарядка почвы опускается ниже указанного уровня, в центральной части Заволжья - один раз в три года, в южной части Заволжья - три раза из четырех лет.

Для характеристики весеннего увлажнения почвы по территории Поволжья для ряда пунктов зоны были определены многолетние средние весенние запасы доступной растениям воды в метровом слое почвы (рис. 3).

Потери зимних осадков на поверхностный сток, инфильтрацию и испарение довольно значительны (табл. 23). Они составляют по отдельным пунктам зоны от 20 до 60% всех зимних осадков. Правда, часть воды, просочившейся глубже верхнего метрового слоя почвы, нельзя полностью отнести к потерям. Многие виды культурных растений могут использовать на формирование урожая воду из слоев почвы глубже 100 см. Просачивание воды в глубокие слои почвы может происходить и тогда, когда увлажнение верхнего слоя не доведено до предельной полевой влагоемкости. По данным многолетних наблюдений, на полях НИИСХ Юго-Востока большая часть доступной растениям воды сосредоточена весной в верхнем 50-сантиметровом слое почвы. В нем находится в среднем 48% всей продуктивной влаги слоя 0-150 см, 27,5% - на глубине 51-100 см и 24,5% - в слое 101-150 см.

При насыщении влагой до предельной полевой влагоемкости почвы опытного поля института в состоянии удержать в 150-сантиметровом слое 233 мм доступной растениям воды, что на 58 мм превышает многолетние средние запасы. Верхний 50-сантиметровый слой почвы в Саратове в подавляющем большинстве лет весной бывает насыщен до предельной полевой влагоемкости, слой 51-100 см - на 63% и слой 101-150 см - на 56%.

В годы после сухой осени и малоснежной зимы недонасыщение почвы влагой до предельной полевой влагоемкости достигает крупных величин. По Саратову за 47 лет наблюдений было 20 лет, когда весной недонасыщение влагой полутораметрового слоя было больше 100 мм.

Недостаточное весеннее увлажнение почвы наблюдается во всех районах засушливой черноземной степи и в районах сухой степи с каштановыми почвами. У нас имелась возможность проанализировать этот вопрос по результатам наблюдений за влажностью почвы в опытных учреждениях Поволжья (табл. 24). Влажность почвы обычно измерялась на глубине до 100 см.

Влияние весенней влагозарядки почвы на развитие растений

Запасы доступной растениям воды, накопленные до посева в корнеобитаемом слое почвы, имеют важное значение для развития всех сельскохозяйственных культур. Мировая практика земледелия свидетельствует, что осенне-зимнее промачивание почвы - главный фактор, ограничивающий возможности неорошаемого земледелия. Например, в острозасушливых районах Австралии и Канады вопрос о площадях посева пшеницы в каждом году решается в зависимости от весеннего промачивания почвы. Если она промочена очень слабо, предназначенные для посева пшеницы поля используются под культуры, менее требовательные к глубине увлажнения (кукуруза, сорго и др.), или оставляются под чистые пары.

Удельный вес почвенной влаги в обеспечении культурных растений водой довольно значителен. В районах Поволжья дожди во время роста хлебов доставляют в среднем 45-55% общего количества воды, которую могут использовать растения. Если учесть, что значительная часть этих осадков, особенно выпавших небольшими дождями, бесполезна для растений, то значение весенней почвенной влаги возрастает еще больше.

Роль почвенной влаги в обеспечении ею посевов сильно меняется в разные годы в зависимости от метеорологических условий вегетационного сезона. На опытном поле НИИСХ Юго-Востока в районе Саратова ежегодно в течение многих лет собирали данные о водном режиме почвы и осадках в период вегетации полевых культур. Если условно принять, что количество атмосферных осадков в этот период равноценно такому же количеству почвенной влаги, то доля израсходованной из почвы воды колебалась по отдельным годам от 4,9% (1945) до 75% (1946). Фактически же, как уже указывалось, почвенная влага используется значительно полнее, чем осадки периода роста.

В дождливые сезоны с пониженной температурой воздуха и невысоким напряжением транспирации почвенной влаги расходуется очень мало. В засушливые годы, наоборот, растения живут главным образом за счет резервов воды в почве, которая обычно высушивается до мертвого запаса на всю глубину развития корней.

Таким образом, в засушливые годы запасы воды, имеющейся в почве к началу весенних полевых работ, являются основным источником обеспечения растений влагой, и полевые культуры полностью используют эти резервы на формирование урожая. В Поволжье известны случаи, когда вполне удовлетворительные урожаи были получены при ограниченных осадках вегетационного сезона. В качестве примера можно привести 1957 острозасушливый год. На опытном поле НИИСХ Юго-Востока в период от посева до созревания яровой пшеницы выпало 37,2 мм осадков (такого незначительного количества дождей не наблюдалось здесь с 1912 г.), но весенняя влагозарядка была очень высокой: в корнеобитаемом слое ко времени посева ранних яровых культур имелось 187 мм продуктивной воды. В таких условиях в конкурсном сортоиспытании было собрано 14,2 ц зерна яровой пшеницы с гектара.

Однако высокий урожай зерновых при хорошей весенней влагозарядке почвы в засушливые годы может быть получен, если обеспечено нормальное укоренение растений и в период налива зерна складывается относительно мягкая погода из-за выпавших осадков или же повышенной влажности и пониженной температуры воздуха. Озимые культуры, у которых узловые корни развиваются с осени или в крайнем случае рано весной, во все годы глубокого весеннего промачивания почвы гарантируют высокий урожай. Ячмень укореняется раньше и лучше, чем яровая пшеница, поэтому он может полнее использовать имеющуюся в почве влагу и, как правило, дает более высокий урожай. Во всех случаях хорошо использует глубокое увлажнение почвы подсолнечник. Создание условий для хорошего развития корневой системы и укоренения зерновых культур - важная задача агротехники засушливых районов.