Режим влажности почвы и его регулирование

Способов накопления, сбережения и пополнения запасов влаги в почве существует великое множество. Чтобы понять, где и как можно сберегать влагу, и как правильно пополнять её запасы в почве, немного поговорим сначала о способностях почвообразующих пород и почвы проводить и удерживать влагу.

Рассмотрим, прежде всего, как удерживается влага в почвах, по-разному увлажняемых грунтовыми и подземными водами (под грунтовыми водами принято подразумевать поровые воды первого от поверхности почвы горизонта). Для простоты будем рассматривать относительно однородные по слоям почвы.

Если грунтовые воды устойчиво залегают на значительной глубине и практически не влияют на процессы жизнедеятельности верхнего активного слоя почвы, такие условия принято называть автоморфными. Они обычно встречаются на хорошо естественно дренированных террасах речных долин, в предгорьях и на холмистой местности, а также на большом удалении от водных источников в степях и пустынях.
В естественных условиях влажность по глубине в автоморфных условиях заметно меняется только в верхнем горизонте. На рисунке видно, что влажность верхнего слоя почвы меняется только по сезонам года, а глубже она остаётся стабильной.

График влажности почвенных и подпочвенных горизонтов при устойчиво глубоких грунтовых водах (на рисунке это 25 м)


На рисунке видно, что над уровнем грунтовых вод, наблюдается, так называемая, "капиллярная кайма", то есть зона повышенной влажности, а выше её, вплоть до зоны иссушения почвы (от 22 до 3 м от поверхности почвы) - сохраняется относительно постоянная влажность, близкая к НВ (наименьшей влагоёмкости) .
Однако это вовсе не говорит о том, что в этом слое нет перемещения влаги. Например, доказано теоретически и проверено на практике инструментально, что многие линзы пресных вод в песчаных пустынях возникают на глубине 20 - 30 м и подпитываются из верхнего, смачиваемого мизерными осадками, горизонта (на песках это было легче измерить и доказать, чем на других субстратах, хотя процессы, происходящие при этом, аналогичны).
Как же влага попадает на глубины 20 - 30 м, не меняя практически влажности промежуточных горизонтов? "Секрет" открыл ещё в тридцатых годах прошлого века учёный А.Ф.Лебедев, а дальше было "делом техники" убедиться, что он прав.
Дело оказалось в том, что влага в почве, если она не движется, находится в равновесии с почвенным субстратом, (то есть силы тяжести, действующие на воду, полностью уравновешиваются силами связи с почвой).
Если вес влаги начинает превышать удерживающую силу субстрата, то излишки её моментально начинают стекать (а лучше подходит слово - сползать) в нижележащий слой. А он тоже находился в равновесии и лишняя влага в нём производит тот же самый эффект. Что же происходит? Подали немного лишней влаги в верхний горизонт, а в движение пришёл весь столб влаги до грунтовых вод!  Вот это явление и открыл А.Ф.Лебедев и назвал «капиллярным сбросом».
Если количество осадков достаточно, чтобы слегка перенасытить верхний слой иссушенного ранее почвенного горизонта почвы сверх равновесного состояния, то все излишки очень быстро (во всяком случае, за несколько дней) протолкнут столб воды (от начала зоны, где влага находилась в равновесии, до грунтовых вод) и пополнит их. При этом влажность в этой зоне меняется настолько незначительно, что современными способами измерений это заметить очень трудно.
Теперь легко понять, что будет происходить в подобных условиях, если при искусственном орошении поливные нормы будут превышать удерживающую способность верхнего иссушенного слоя. Опыт орошения подтверждает неопровержимо, что грунтовые воды, вопреки всем прогнозам инженеров, которые при расчётах учитывали только потери на фильтрацию из бетонированных каналов, за несколько лет поднимаются близко к поверхности почвы, вызывают заболачивание, а затем и засоление почв.

Еще раз!: В автоморфных условиях (при глубоко расположенных грунтовых водах) при искусственном орошении поливные нормы ни в коем случае не должны превышать удерживающую способность верхнего иссушенного слоя почвы! В противном случае это неизбежно через несколько лет приведет к заболачиванию, а затем и к засолению почвы

Следует добавить, что, кроме описанного передвижения влаги в виде плёнок, в подстилающих почву слоях субстрата, существует и другой механизм передвижения воды, а именно, по свободным от воды порам в виде пара.

На следующем рисунке более подробно показан режим изменения влажности почвы за межполивной период для почв среднесуглинистого гранулометрического состава. Эти данные получены на делянках при открытой поверхности и наличии растительного покрова путём многократного определения влажности почвы в сроки (в сутках, от момента полива), указанные в условных обозначениях под графиками.

Режим влажности зоны активного изменения влаги при автоморфном режиме
(Режим влажности среднесуглинистой почвы в летний период от дня полива до 25 дня после полива)

Как видно на рисунке, глубина активного изменения влаги в автоморфных условиях для почв на среднесуглинистом субстрате составляет почти 200 см. Рассматривая режим влажности, можно сделать заключение, что на 10-е сутки в метровом слое почвы влажность достигает ~22, 5 %, (при влажности замедления роста растений (ВЗР), характерной для этих субстратов ~20 %).
Таким образом, в этих условиях в летний период следует ожидать достижения ВЗР на 12…13-е сутки после предыдущего полива.

Рассмотрим теперь режим влажности почв при устойчиво близких грунтовых водах, который непосредственно влияет на процессы жизнедеятельности верхнего активного слоя почвы, и который принято называть гидроморфным.
Этот режим существенно подпитывают почвенные горизонты, поскольку находятся близко к корнеобитаемой зоне. В этом случае верхние слои почвы постоянно находятся в зоне "капиллярной каймы".
На следующем рисунке показан типичный профиль влажности почвы и подстилающих пород в гидроморфных условиях по сезонам года. Здесь верхние почвенные горизонты хорошо, по мере иссушения, подтягивают влагу из более увлажнённых горизонтов. Такие почвы являются самыми обеспеченными влагой из грунтовых вод, в придачу к атмосферным осадкам в виде дождя, снега и росы, но…если эти грунтовые воды пресные и имеют хороший природный отток, а вот если оттока грунтовых вод нет, то почвы заболачиваются и засоляются.

График влажности почвенных и подпочвенных горизонтов при устойчиво близких грунтовых водах

Такие земли чаще всего встречаются в поймах рек, на них в природе обычно существуют прекрасные луга или лесные заросли (тугаи). Здесь, кажется, сам Бог создал условия, когда почву не надо поливать вообще или поливать очень редко, однако неправильная обработка почв приводит к тому, что верхние горизонты почвы перестают увлажняться грунтовыми водами и летом их приходится орошать.

На двух последующих рисунках показан реальный режим влажности для гидроморфных почв среднесуглинистого и песчаного состава в период от дня полива до 25 суток включительно.

Режим влажности среднесуглинистой почвы при уровне грунтовых вод 100…150 см


Режим влажности песчаной почвы при уровне грунтовых вод 100…150 см

Обратите внимание, что при близких грунтовых водах средняя влажность метрового слоя среднесуглинистых почв никогда не опускается ниже ~ 30 %, а влажность песчаных - ниже 15 %. Однако, и та и другая влага вполне доступны для культурных растений.

Регулирование режима влажности почв
Верхний слой почвы, где "живут" корни растений и основная масса живых организмов (растительного и животного происхождения), требует для поддержания их жизнедеятельности достаточно много влаги, ибо большая часть приходящей от Солнца энергии тратится на испарение влаги, а значит, на иссушение почвы.
Пополняется запас почвенной влаги за счёт дождей, снега, выпадающей росы, орошения и подпитки грунтовыми водами (как путём передвижения в жидком виде, так и путём паропереноса). Причём сами грунтовые воды могут пополняться как за счёт притока с других территорий, так и на месте, за счёт осадков или искусственного орошения.
Если природная система "разнокалиберных" ходов в почве не разрушена искусственно пахотой, то даже осадки ливневого характера не образуют поверхностного стока, луж, и полностью впитываются в почву. По крупным ходам, оставленным землероями и червями, вода, как по артериям, достаточно глубоко проникает в почву и увлажняет ее.

В естественных условиях почва обычно бывает покрыта пористым, высоко водопроницаемым "одеялом" – дерниной, - войлоком из растительных остатков и корней. Под этим "одеялом" чудесно сохраняется влага, подтягивающаяся из более влажных нижних горизонтов в жидком виде, а по ночам конденсируется на охлаждённых частицах почвы влага из атмосферного воздуха.
Для водного режима почвы существенно то, что дернина обладает свойствами устройства, известного в технике под названием "ниппель" - вниз вода скатывается легко, а вверх - извините, - очень экономно. Дело в том, что почва и подпочвенный субстрат являются резервной ёмкостью, в которую быстро сливаются излишки воды при осадках и поливах по крупным порам, но из которой эти излишки "выдаются" в верхний слой почвы очень экономно, (другими путями, подтягиваясь в виде плёночной влаги в жидком и парообразном виде по крупным порам).
Дернина, из-за высокого содержания органических веществ, обладает рядом замечательных свойств:
- во-первых, - она обладает очень низкой теплопроводностью и защищает почву и от перегрева и от переохлаждения, а это сокращает испарение и не вредит почвенной "живности"
- во-вторых, - она легко проницаема для воды и воздуха, необходимого для "живности" почвы
- в-третьих, - она "съедобна" для "живности" почвы
- а в-четвёртых, самое главное, - что продукты переработки дернины и корней - это как раз то, что нужно растениям для произрастания.
На «окультуренных» участках земли слой дернины, как правило, нарушен или отсутствует вовсе.
Как же в этих условиях можно регулировать содержание влаги в почве?

Сначала скажем о способах сохранения влаги, близких к природным. Это все возможные способы "закрытия" почвенной влаги мульчей (слоем рыхлой посыпки из каких-либо органических отходов: соломой, половой, сеном, сухой ботвой, сухими листьями, опилками, клочками бумаги и т.п.), либо - периодическим рыхлением тонкого поверхностного слоя почвы. Дернина на культурных полях может быть создана (восстановлена) только при, так называемых, минимальных обработках почвы и при высокой степени сохранения всех пожнивных остатков.
Но если мы вынуждены поливать наше поле по бороздам, полосам или чекам, то с дерниной приходится, как правило, расстаться и тогда в нашем арсенале остаются запаханная мульча из растительных остатков, или, в крайнем случае, только рыхлый слой почвы. Расстаться с дерниной, то есть со слоем органики на поверхности поля, придется потому, что эти остатки на поверхности будут очень мешать равномерному поверхностному поливу, а, кроме того, вы не сможете сеять, если у вас нет специальной сеялки, позволяющей сеять прямо по пожнивным остаткам.

Избежать всех этих сложностей поможет устройство внутрипочвенного полива!

Доступные естественные запасы влаги в сравнении с потребностью растений

 

Субстрат

Запасы влаги, л /кв. м

 

Культуры

Потребность в воде,          л /кв. м

Уровень грунтовых вод, м

1 - 2

2 - 3

> 3

Песок

282 - 440

440 - 600

> 600

овощебахчевые

1500 -2000

Супесь

320 - 610

610 - 900

> 900 

овощебахчевые

1000 - 1500

Суглинок легкий

280 - 600

600 - 900

> 900

овощебахчевые

800 - 1200

Суглинок средний

280 - 600

600 - 910

> 910

овощебахчевые

500 -1000

Суглинок тяжелый

260 - 590

590 - 900

> 900

картофель

400 – 900

Глина легкая

225 - 620

620 - 990

> 990