Водно-физические и тепловые свойства почв

Влажность почвы во время вегетационного периода может изменяться в довольно широких пределах: от влажности увядания в засушливый период до полной влагоемкости весной, осенью и в дождливый период.

Как недостаток, так и избыток воды вызывают замедление важнейших физиологических процессов, происходящих в растении, нанося тем самым ущерб росту и развитию плодовых деревьев.

Периодичность развития плодовых деревьев в годовом цикле связана с периодичностью тепла и влаги почвы. В соответствии с изменением внешних условий выделяют пять основных периодов роста и развития плодовых деревьев с соответствующими требованиями к водному режиму почвы.

В период перехода от покоя к вегетации (апрель) происходит набухание, увеличение и распускание почек. К началу вегетации осушительная сеть должна отвести избыток воды из почвы и подготовить ее к проведению работ по уходу за садом.

В период усиленной вегетации (май - июль) происходит быстрое развитие листьев, цветение и заканчивается первая фаза роста завязей. Усиленно потребляется вода, так как в этот период температура воздуха и почвы более высокая.

При недостатке влаги развитие деревьев ограничивается с последующим окончанием роста и оформлением конечных почек.

В период окончания вегетации (август-сентябрь) происходит затухание и прекращение роста деревьев, листьев и побегов, завязей, созревания плодов, накопления пластических веществ. Относительно большое количество осадков в сентябре - явление отрицательное, удлиняющее вегетационный период, поэтому необходимо принять решительные меры по своевременному окончанию роста и созреванию древесины. В частности, почву в саду подсушивают путем посева сидератов.

Период перехода от вегетации к покою (октябрь) определяется массовым осыпанием листьев. В данный период выпадение осадков нельзя признать вредным, поскольку они не могут стимулировать новой волны прироста. Эти осадки имеют защитное значение от длительных морозов в конце осени и начале зимы.

Период покоя (ноябрь - март) состоит из периодов физиологического и вынужденного покоя. Осадки не оказывают непосредственного влияния на растение, почва может быть увлажнена до величины полной влагоемкости. Достаточное количество осадков зимой снижает резкие колебания температуры весной, что создает лучшие условия для роста и развития деревьев в период вегетации.

Темпы прохождения периодов по годам могут сильно изменяться в зависимости от скорости нарастания или падения температуры, влажности воздуха, почвы и т. д.

Для нормального роста и развития плодовых деревьев требуется определенное количество влаги. В связи с этим для характеристики влагообеспеченности плодовых деревьев целесообразно учитывать лишь продуктивную влагу, так как непродуктивная влага практически постоянна, а колебания продуктивной влаги очень велики и обусловливают влажность почвы.

Наблюдения за состоянием влажности горизонтов корнеобитаемого слоя во время вегетационного периода были проведены на опытных участках Кайшядорского плодопитомника.

Как известно, в Нечерноземной зоне наиболее активная часть корневой системы плодовых деревьев размещается в верхнем метровом слое, а у молодых плодовых деревьев - в слое толщиной 30-40 см.

Результаты исследований показали, что наиболее иссушенным оказался самый верхний горизонт, а влажность увеличивается с глубиной. Так, 30 июня 1964 г. на горизонтах 0-10, 30-40 и 70-80 см продуктивная влага составляла соответственно 0,4; 3,1 и 12,8 мм.

Изменение суммарных запасов продуктивной влаги за май - ноябрь 1964 г. для слоя почвы толщиной 0-100 см представлено на рисунке 33.

В начале вегетационного периода запасы продуктивной влаги значительно уменьшаются за счет роста листьев, побегов, а также обильности транспирации плодовых деревьев. Во время летнего периода колебание продуктивной влаги становится небольшим.

Влияние влажности почвы в интервале от полной влагоемкости до устойчивого завядания на рост корней пока полностью не установлено. Это объясняется разносторонностью этой взаимосвязи. Количество корней еще не характеризует их поглотительной деятельности. Они усиленно поглощают влагу при ее уменьшении, а при достаточном обеспечении почвы водой стимул к росту новых всасывающих корней может не возникать.

Рис. 33. Колебания запасов продуктивной влаги в течение вегетационного периода в слое почвы толщиной 0-100 см

Во влажную прохладную погоду поглотительная способность корней уменьшается.

На рост корней влияет и скорость передвижения воды в почве. Во влагоемких пылеватых суглинках поглощение влаги в ризосфере корня быстро компенсируется ее подтоком по капиллярам из соседних участков. В супесчаных почвах, где высота капиллярного подъема воды меньше, чем в суглинках, иссушение почвы в ризосфере корня наступает быстрее. В этом случае, несмотря на усиление поглотительной способности корневых волосков, может возникнуть стимул к образованию новых всасывающих корней для освоения менее иссушенных участков почвы.

Ю. П. Тисов, изучая влажность почв и содержание воздуха в ней, выделил следующие интервалы влажности почвы (табл. 16).

На основе анализа результатов исследований установлено, что оптимальное содержание воды равно 50-70% полной влагоемкости. Выше 70-80% - избыток влаги, чиже 50% - недостаток влаги.

Уровень грунтовых вод - один из основных показателей, характеризующих эффективность действия дренажа.

Таблица 16. Характеристика влажности почвы

Для определения уровня грунтовых вод и изучения их колебаний устраивают наблюдательные скважины глубиной 1,5-2,0 м.

И. Н. Лютин (1964) указывает, что плодовые деревья в период покоя могут противостоять затоплению в течение значительного времени. Чувствительность к затоплению появляется только при активном росте.

В условиях Литовской ССР вегетационный период начинается в третьей декаде апреля, когда температура воздуха достигает 9°С, а кончается примерно 1 ноября при температуре воздуха ниже 5°С.

Яблони летних сортов созревают в середине августа, осенних - в первой половине сентября и зимних - во второй половине сентября. Следовательно, весь урожай должен быть собран до 1 ноября.

Проанализируем многолетние данные по колебанию уровня грунтовой воды за 1967-1968 гг. на участках, осушенных дренажем глубиной 1,0; 1,5 и 2,0 м с расстоянием между дренами 24 и 30 м.

Уровень грунтовых вод в течение года резко колеблется. Весной и осенью грунтовые воды поднимаются до глубины 0,4-0,6 м, иногда даже до пахотного слоя, а летом и зимой они понижаются до глубины 1,8 м и более (рис.34).

На опытном участке при глубине дренажа 2,0 м дренажный сток прекращался раньше, чем грунтовые воды достигали глубины 2,0 м. Это объясняется тем, что на глубине 1,0-1,5 м почва довольно тяжелая, а вода, находящаяся в этом слое, является подвешенной и не имеет связи с грунтовыми водами.

Рис.34. Графики уровней грунтовых вод при разной интенсивности осушения на II опытном участке;1,2,3 - глубина заложения дрен соответственно 1,0; 1,5; 2,0 м

Влияние грунтовых вод на рост и развитие плодовых деревьев следует учитывать только в вегетационный период. Для Нечерноземной зоны этот период можно принимать с 20 апреля по 1 ноября.

В течение вегетационного периода уровень грунтовых вод не должен подниматься близко к поверхности земли, так как это ухудшает условия роста и развития плодовых деревьев, осложняет обработку почвы и уборку урожая.

Для вегетационного периода характерны три горизонта воды: весенний, летний и осенний.

В весенний период грунтовые воды поднимаются высоко. Глубина их зависит от климатических факторов (снежный покров, температура воздуха, дожди), почвенных, гидрогеологических условий, уклона поверхности и эффективности действия дренажа. Такой горизонт воды на опытном участке наблюдался в конце марта и в первой половине апреля (табл. 17).

Таблица 17. Весенний горизонт грунтовых вод

На II опытном участке с 1964 по 1972 г. уровень грунтовых вод поднимался до 5-80 см, или в среднем 44 см от поверхности земли.

На I опытном участке уклон поверхности меньше по сравнению со II опытным участком, поэтому глубина максимальных грунтовых вод меньше и составляет в среднем 9 см. Сравнение весенних горизонтов грунтовых вод по отдельным годам дает основание утверждать, что самые высокие горизонты воды в междреньях, начиная от поверхности земли до 33 см, образуются в марте или апреле (с 3/III до 24/IV). Таким образом, почти каждый год грунтовые воды в течение весеннего периода поднимаются до пахотного слоя. Однако они не влияют на рост и развитие деревьев и ягодников, так как вегетационный период начинается примерно в конце апреля, когда температура почвы превышает 5-7°С.

Осенью или в начале зимнего периода испарение с поверхности земли уменьшается и при наличии большого количества дождей уровень грунтовых вод поднимается. Как правило, это происходит в ноябре - декабре (табл.18).

Таблица 18. Осенний горизонт грунтовых вод

Из таблицы 18 видно, что во время осеннего периода глубина грунтовых вод в зависимости от различных метеорологических условий достигает 21-92 см и в среднем на I опытном участке составляет 43 см от поверхности земли, а на II опытном участке - 92 см. В 1963 г. на II опытном участке уровень грунтовых вод поднимался до 21 см, а в 1967 и 1971 гг. горизонт воды совсем не поднимался и находился ниже 1,5 м от поверхности земли.

Таким образом, осенние максимальные уровни грунтовых вод характерны тем, что они поднимаются в конце осеннего или в начале зимнего периода, когда многолетние растения находятся в состоянии покоя, и поэтому они не влияют на рост плодовых деревьев. К этому сроку, как правило, заканчивают все полевые работы и сбор урожая.

Самый интенсивный рост и развитие плодов деревьев происходят в летний период.

На осушенных почвах уровень грунтовых вод в течение летнего периода понижается до 1,5 м и глубже. Например, в 1968 г. на II опытном участке с 28 апреля по 2 ноября уровень воды в междреньях держался ниже 1,2 м. На I опытном участке в течение вегетационного периода уровень воды также долгое время находился ниже 1,2 м (табл. 19).

Таблица 19. Продолжительность периодов, при которых уровень грунтовых вод в междреньях находился ниже 1,2 м

Колебания уровней грунтовой воды имеют общий характер для всех вариантов осушения как на I, так и на II опытных участках (рис. 35).

На осушенных дренажем садовых участках уровень грунтовой воды в течение вегетационного периода находится ниже 1,2 м, то есть ниже основной массы корневой системы. Это значит, что основным фактором, влияющим на влажность почвы, являются осадки. Достаточное количество их обеспечивает оптимальные условия для развития деревьев. Если осадки выпадают редко и быстро испаряются, тогда плодовые сады необходимо дополнительно орошать. При помощи орошения можно создать полное регулирование влажности почвы.

Таким образом, в весенний, летний и осенне-зимний периоды уровень грунтовых вод на осушенных почвах колеблется в широких пределах, от поверхности земли до 1,5-2,0 м. Поэтому горизонты грунтовых вод следует определять отдельно для каждого периода времени. В начале вегетационного периода на осушенном участке уровень грунтовых вод держится на глубине 0,3 м от поверхности земли. Следовательно, основная масса корневой системы является переувлажненной и поэтому развивается неглубоко. В летнее время происходит интенсивное испарение и уровень воды в междреньях понижается до 1,5 м и глубже. В результате многолетние растения страдают от недостатка влаги.

Рис. 35. Графики уровней грунтовых вод при разной интенсивности осушения на II опытном участке: 1, 2, 3 - глубина заложения дрен соответственно 0,7; 1,0; 1,5 м

Исследования показали, что средний уровень грунтовых вод для всего вегетационного периода может быть принят около 0,9 м, а в начале вегетационного периода - около 0,7 м. Однако без орошения он не может обеспечить оптимальных условий для развития плодовых деревьев.

Температура почвогрунтов оказывает большое влияние на различные процессы, протекающие в почве, и имеет очень важное значение в жизни плодовых растений.

Повышение температуры на любом участке приводит к резкому увеличению скорости роста корней, которое меняется последующим затуханием, депрессией роста.

Недостаток тепла в период вегетации ослабляет синтез органических веществ, угнетает вегетационный рост, сдерживает созревание плодов и ухудшает подготовку растений.

Рис. 36. Распределение температуры почвы до глубины 3,2 м

Избыток тепла в период вегетации не всегда полезен. Он может вызвать вторичный рост побегов, на образование которых будут израсходованы запасные питательные вещества.

Определенная доза холода является обязательным условием прохождения фазы естественного покоя. Избыток холода вызывает различные повреждения у растений.

На рисунке 36 показано передвижение максимальной и минимальной температур от верхних горизонтов почвы в более глубокие слои.

Самая высокая температура почвы зимой бывает в нижних слоях на глубине 3,2 м, а летом, начиная с мая, в верхних слоях почвы. Во второй половине августа температура верхних почвенных горизонтов начинает понижаться. Таким образом, самая высокая температура поверхности почвы переходит в более глубокие грунтовые слои.

Осушенные почвы по сравнению с неосушенными почвами зимой имеют более низкую температуру:

На осушенных участках уровень грунтовых вод понижается быстрее, и тем самым создаются лучшие условия для распространения основной массы корневой системы в более глубокие слои. Такая корневая система меньше подвергается воздействию низких температур.