geolike.ru

Теоретическое обоснование потребности в мелиорации

Факторы жизни растений, их оптимальные значения и соотношения, влияние на урожай согласно законам земледелия

Растения во время роста и развития предъявляют определенные требования к окружающим условиям, так как находятся в тесном взаимодействии и взаимосвязи с внешней средой. Несоответствие этих условий потребностям растительного организма может привести к ослаблению и даже гибели растения, и наоборот, полное удовлетворение этих потребностей обеспечивает хороший рост и развитие.

Для жизни растений необходимы свет, тепло, воздух, вода и питательные вещества. Эти факторы требуются в разных количествах и соотношениях.

Cвет.

Свет как главный экологический фактор имеет глобальное значение как источник энергии для основного блока продукционного процесса - фотосинтеза.

Тепло.

Воздействие на тепловой режим относительно ограниченно и возможно в связи с регулированием водного режима. Вода очень теплоемкое вещество и избыточно влажные почвы весной просыхают и прогреваются медленнее, чем находящиеся в оптимальном увлажнении. Сброс избытка воды ускоряет прогревание технологического горизонта почвы, ускоряет прохождение ранних фаз развития, позволяет развиться корневой системе вглубь и этим уменьшить зависимость от осадков за счет усвоения влаги глубоких горизонтов. Другие возможности регулирования теплового режима связаны с приспособлением, размещением растений относительно солнечного освещения. Оптимальная температура для роста и развития большинства культур 20 – 25 ºС. При температуре немного выше 30 ºС наблюдается торможение роста, а при повышении ее до 50-52 ºС растения погибают.

Воздух.

При высыхании воды, или впитывании ее корнями растений, место ее в порах занимает воздух. Оптимально в плодородной почве поры занимают не менее 50% объема и около половины их должно быть занято водой. Диффузия воздуха активнее идет по крупным порам аэрации и по ним же активно передвигается влага, частично исполняя роль поршня в насосе, т.е. затягивает за собой воздух. Так происходит до 30% газообмена. Остальная доля газообмена в почвах, 70 % и более, приходится на диффузию. Оптимальное содержание воздуха в пахотном слое почве для зерновых 15-20 % общей скважности, пропашных 20-30, многолетних трав 17-21 %. Благоприятное для растений содержание кислорода в почвенном воздухе 7-12 %, а диоксида углерода около 1 %. Такой воздушный режим почвы обеспечивает хороший рост корней и лучшее поглощение воды и питательных веществ.

Вода.

Вода чаще других факторов роста бывает ограничивающим (дефицитным) фактором, что связано с динамичностью ее содержания в почве и зависимостью от ритмики выпадения осадков. Влажность почвы в большей степени, чем свет способна регулироваться технологией земледелия. Многие задачи обработки почвы ориентированы на сохранение и увеличение продуктивной влаги в почве (вспашка, углубление пахотного горизонта, боронование, культивация). Приход воды определяется климатом района. Пермский край относится к континентальному климату, характеризуется большими амплитудами температуры и осадков по зимним и летним месяцам. Основное требование правильного полива - достаточная глубина промачивания. Для набухания семян и перевода запаса сухих питательных веществ семени в усвояемую для зародыша форму различным растениям необходимо следующее количество воды (% от массы семян): пшеница, ячмень - 50; рожь, овес - 55-65; кукуруза - около 40; горох, лен -100; сахарная свекла, клевер - 120-150.

Вода входит в состав самих растений, составляя значительную часть их массы: в семенах ее содержится 7-15 %, в стеблях, где имеется много одревесневших мертвых клеток - до 50, а в листьях, корнеплодах и клубнях - до 75-93 %. Испарение воды листьями называется транспирацией.

Транспирационный коэффициент – количество воды, затрачиваемое растением в процессе образования единицы сухого вещества.

Для расчета уровней получения возможных урожаев большое значение имеет коэффициент водопотребления (сумма транспирации и испарения с поверхности почвы), выражаемый в кубических метрах на 1 т урожая. В разные по увлажненности годы он изменяется для озимых зерновых культур от 375 до 550 м³/ т, для картофеля - от 170 до 660, для свеклы - от 240 до 400, для многолетних трав - от 500 до 750 м³/т.

В воде нуждаются и почвенные микроорганизмы. Бактерии, фиксирующие атмосферный азот, начинают размножаться только при 25%-й полной влагоёмкости почвы. При недостатке воды у бактерий снижается усвоение питательных веществ, а при чрезмерном увеличении влажности они испытывают кислородное голодание. Оптимальная влажность почвы для растений и бактерий одинакова и составляет 60 % полной влагоемкости почвы.

Питательные элементы. Для эффективного использования минеральных удобрений необходимо, чтобы почва была в соответствующем хорошем состоянии. Это на большинстве обрабатываемых земель не обеспечивается, - на кислых почвах, а особенно на участках с переуплотненными и экстремально кислыми подпочвами минеральные удобрения не способны обеспечить надлежащий эффект (А. С. Степановских «Общая экология», 1999).

Законы земледелия.

1. Закон незаменимости и равнозначности факторов жизни растений. В соответствии с этим законом для нормального роста и развития растений в равной степени необходимы все экологические факторы. Отсутствие любого из них приводит к гибели растений, причем один фактор не может быть заменен другим.

2. Закон минимума, оптимума и максимума. По этому закону каждый фактор жизни растения характеризуется минимальным, максимальным и оптимальным значениями показателей. Минимальное значение определяет наименьшее количество фактора, обеспечивающее рост и развитие растения, максимальное - наибольшее, выше которого растение гибнет; при оптимальной интенсивности фактора создаются наилучшие условия для жизнедеятельности. Минимум и максимум - две «пороговые» точки действия фактора, соответствующие наихудшему развитию растения, а зона между этими значениями представляет экологическую валентность живого организма.

3. Закон комплексного действия и оптимального сочетания факторов. Согласно этому закону развитие растений происходит под постоянным воздействием всех экологических факторов, а для получения высоких урожаев сельскохозяйственных культур необходимо их оптимальное сочетание. Комплексное действие факторов жизни растений отличается от суммарного действия каждого в отдельности, так как изменение одного влечет за собой изменение других и при оптимальном сочетании эффективность их действия повышается.

4. Закон возврата в почву питательных веществ. Предусматривает возмещение питательных элементов, потерянных почвой в результате выноса с урожаем, в процессе эрозии, вымывания и по другим причинам, при помощи внесения удобрений или соответствующих агротехнических приемов. Возвращение в почву питательных веществ не только позволяет поддерживать на должном уровне урожайность сельскохозяйственных культур, но и предотвращает истощение, деградацию почв. Поэтому закон возврата питательных веществ имеет исключительное значение для сельскохозяйственного производства, его нарушение может привести к утрате почвенного плодородия.

5. Закон соответствия растительного сообщества своему местообитанию и необходимости соблюдения правильного чередования сельскохозяйственных культур во времени и пространстве. Данный закон составляет научную основу «принципа плодосмена» - чередования во времени и пространстве культурных растений, различающихся между собой по физиологическим, биохимическим, агрономическим и другим показателям, то есть правильного севооборота. Сельскохозяйственные посевы – это растительные сообщества, жизнь которых характеризуется сложным разносторонним взаимовлиянием растений и местообитания. Культурные растения предъявляют различные требования к условиям внешней среды (экологическим факторам) и неодинаково воздействуют на почву, населяющих её организмов, сорную растительность. Имея разную по мощности, глубине проникновения, способности усваивать питательные вещества корневую систему, сельскохозяйственные культуры с разной интенсивностью потребляют из почвы питательные элементы и воду.

В связи с тем, что на Земле существует вертикальная и горизонтальная зональность, появляются разные типы почв, они по-разному обеспечиваются факторами жизни (свет, вода, температура и т.д.), различный минералогический состав влияет на состав элементов питания находящихся в почве и на их доступность. Из-за этого возникает потребность в регулировании факторов жизни растений и приведения их к каким-либо равнозначным параметрам на участке. Так как большинство почв в Пермском крае являются дерново-подзолистыми, то почти все они нуждаются в улучшении их агрономических показателей: кислотность, количество гумуса и элементов минерального питания и т.д. (А. И. Пупонин «Земледелие», 2004).

Мелиорация как средство регулирования факторов жизни растений. Типы и виды мелиорации

Мелиорация – это комплекс организационно-хозяйственных, технических, агротехнических и других мероприятий, направленных на коренное улучшение неблагоприятных природных условий и повышение плодородия почв. Она изучает методы и способы улучшения внешних условий среды обитания растений, путем направленного регулирования водного, воздушного и связанных с ними теплового и питательного режимов почвы. Недостаточное для удовлетворения потребности растений количество воды в почве приводит к снижению оводнённости тканей, активности биологических и биохимических процессов в клетках и, как следствие этого, снижению продуктивности возделываемых сельскохозяйственных культур. Не менее вредным для сельскохозяйственного производства является и избыточное содержание воды в почве. Оно сопровождается нарушением условий аэрации, подавлением ростовых процессов, снижением урожайности или даже полной гибелью растений из-за их вымокания.

Различают несколько видов мелиорации: сельскохозяйственные (обеспечивают повышение продуктивности угодий и их расширение за счет освоения болот, заболоченных земель, сухих степей и пустынь); лесные (для защиты почв от водной и ветровой эрозий, засух и суховеев, уменьшения испарения воды с полей и водоемов); химические (способствуют снижению содержания в почве водно-растворимых или поглощенных частицами твердой фазы солей, водно-физических свойств почвы и ее плодородия); при гидротехнических мелиорациях улучшение земель достигается изменением водного режима почвы. С целью регулирования водного режима почвы, а следовательно, и искусственного орошения строят плотины, водохранилища, крупные и мелкие оросительные и осушительные каналы, трубопроводы и лотки. Проведение гидромелиорации связано со значительными капиталовложениями. Наибольшая эффективность мелиораций достигается при комплексном их применении, а именно: когда орошение сочетается с дренированием земель, а осушение – с периодическим орошением и т.д. (В. В. Колпаков «Сельскохозяйственные мелиорации», 1981).

Для подготовки земель к сельскохозяйственному использованию применяют культуртехнические мероприятия, которые включают очистку ее от кустарника, пней и погребённой древесины, камней, кочек и мха, выравнивание поверхности.

Агротехнические мероприятия направлены на создание благоприятных условий для роста и развития растений, при которых достигается максимальная урожайность при минимальных затратах труда и материально-технических ресурсов. Они включают обработку почвы, внесение удобрений, посев сельскохозяйственных культур и уход за ними.

Гидротехнические мелиорации представляют систему мероприятий, направленных на регулирование водного и воздушного режимов почвы. В зависимости от природного увлажнения территории разделяют оросительные, обводнительные и осушительные мелиорации. Оросительные и обводнительные мелиорации применяют в основном в зоне недостаточного и неустойчивого увлажнения, осушительные – в зоне избыточного увлажнения. Комплекс технических средств, представленный водозаборными, водопроводящими, водорегулирующими и другими сооружениями, предназначенными для регулирования водного и воздушного режимов почвы, называют гидромелиоративной системой. Восполнение дефицита почвенной влаги за счет орошения или обводнения территории выполняют с помощью оросительных или оросительно-обводнительных гидромелиоративных систем. Удаление из почвы избыточного количества воды с последующим отводом ее за пределы осушаемой территории связано с необходимостью строительства осушительных систем.