Поиск

Доступность почвенной влаги для растений
28.03.2015

Почвенная влага является практически единственным источником влаги для подавляющего большинства растений как дикорастущих, так и культурных.
Большая потребность растений в почвенной влаге заставляет поставить вопрос о том, вся ли влага, содержащаяся в почве, является одинаково доступной для растений.
Ответ на этот вопрос должен быть дан безусловно отрицательный. Различные категории и формы воды обладают различной доступностью для растений.
Если мы посадим растение в какую-либо почву, дадим ему возможность развиться, снабжая водой, а затем прекратим полив, то растение через некоторое время начнет завядать и в конце концов погибнет. При проведении таких опытов нужно учитывать, что начало завядания зависит не только от недостатка влаги в почве, но и от низкой влажности воздуха. Чтобы проверить, не является ли завядание следствием низкой влажности воздуха, завядающее растение помещают в атмосферу, насыщенную водяным паром. Если и после этого тургор растений не восстанавливается, т. е. признаки завядания не исчезают, то такое завядание называется устойчивым. Определив в момент начала устойчивого завядания влажность почвы, увидим, что в ней содержится еще некоторое количество влаги, которая, очевидно, настолько трудно доступна для растений, что ее поступление недостаточно для нормального их роста. Содержание этой весьма трудно доступной для растений влаги в момент начала их завядания количественно характеризует величину влажности устойчивого завядания, которая ранее называлась также коэффициентом завядания и которую мы будем обозначать ВЗ. Она выражается в процентах от веса сухой почвы. Эта величина зависит главным образом от механического состава почвы будучи почти прямо пропорциональной содержанию в почве илистой фракции (частицы мельче 0,001 мм). В песках величина влажности устойчивого завядания измеряется несколькими десятыми процента, в супесях достигает 1—3%, в суглинках 3—10%, а в глинах 10—15% и даже более.
Раньше считали, что величина влажности устойчивого завядания не зависит от вида растения, выращиваемого на данной почве, полагая, что эта величина зависит только от свойств почвы. Ho в последнее время Д. В. Федоровский показал, что это утверждение неверно и что влажность устойчивого завядания для разных растений на одной и той же почве различна. Так, например, на черноземе она оказалась равной: для льна 18,0%, для огурцов 17,8%, для солероса 16,4%, для пшеницы 15,5%, для курая 13,8%.
Необходимо подчеркнуть, что влажность устойчивого завядания характеризует собой влажность почвы, при которой устойчивое завядание растений лишь начинается. В этот момент в почве еще имеется доступная для растений влага, хотя доступность ее настолько мала, что растение начинает завядать. Однако даже сильно под-вядшее растение, если его полить, оживает. Полная гибель растения наступает лишь при влажности более низкой, чем влажность устойчивого завядания. Эта влажность соответствует «мертвому запасу» влаги в почве. Она, по данным различных исследователей, равна максимальной гигроскопичности или даже несколько ниже ее.
Поэтому следует говорить не только о влажности завядания, но и об интервале завядания, верхней границей которого является влажность устойчивого завядания, а нижней — МГ или даже более низкая величина.
В общем можно считать, что совершенно недоступной для растений является прочносвязанная влага, образующая в почве мертвый запас влаги. Весьма трудно доступной является и часть влаги рыхлосвязанной.
Теперь обратимся к другому вопросу: какова доступность для растений той влаги, которая содержится в почве сверх влажности устойчивого завядания? Одинакова ли доступность влаги во всем интервале влажностей от влажности устойчивого завядания до полной или до наименьшей влагоемкости, или нет?
Этот вопрос долгое время был неясным, и только в результате исследований последних 10—15 лет полечены данные, позволяющие ответить на него. Установлено, что существует такая влажность почвы, переход через которую в сторону влажностей более низких ухудшает снабжение растений водой, в силу чего их рост замедляется. Эта величина оказалась равной примерно 65—70% от наименьшей влагоемкости. Ее существование доказано разными исследователями, на разных почвах и с разными растениями, в силу чего оно может считаться вполне достоверным. Эту величину следует считать нижней границей оптимальной влажности для растений. Мы назовем ее влажностью замедления роста (ВЗР). Отметим, что она часто близка по величине к влажности разрыва капиллярной связи (BPK), которая также, по немногочисленным пока данным, равна примерно 70% от наименьшей влагоемкости.
Такая близость этих величин не случайна и легко объяснима. Мы видели выше, что при влажности разрыва капиллярной связи (BPK) подвижность влаги более или менее резко уменьшается. Следовательно, при влажности почвы ниже этой величины, содержащаяся в почве влага уже не может подтекать к корням или подтекает весьма медленно, в то время как при влажности, превышающей величину ВРК, передвижение влаги к корням совершается достаточно быстро. В силу этого влажность разрыва капиллярной связи является той переломной величиной, при которой степень доступности влаги для растений испытывает существенное уменьшение, что и сказывается на замедлении роста растений. Поэтому можно думать, что величины BPK и ВЗР тождественны, но для окончательного решения этого вопроса требуются все же дополнительные исследования.
He следует, однако, думать, что влага, содержащаяся в почве сверх влажности замедления роста, обладает совершенно одинаковой доступностью. При переходе от влажностей более низких, чем ВЗР, к более высоким степень доступности влаги резко возрастает. Ho она продолжает постепенно увеличиваться и при дальнейшем нарастании влажности почвы, в интервале влажностей от ВЗР до HB. Наименьшая влагоемкость, выше которой в почве появляется свободная гравитационная влага, является новой переломной точкой в доступности влаги для растений. Верхняя граница оптимальной влажности проходит несколько выше наименьшей влагоемкости. При еще более высоких влажностях доступность влаги хотя и продолжает увеличиваться, но условия жизни растений начинают ухудшаться в силу падения воздухопроницаемости и ухудшения снабжения корней кислородом.
Таким образом, мы можем выделить следующие категории почвенной влаги по ее доступности для растений:

Доступность почвенной влаги для растений

Перейдем к вопросу о причинах различной для растений доступности почвенной влаги при различной влажности почвы.
Полная недоступность влаги при влажности ниже максимальной адсорбционной влагоемкости, влаги прочносвязанной, объясняется тем, что эта влага так прочно удерживается сорбционными силами, что осмотические силы, при помощи которых влага всасывается корнями растений, оказываются недостаточными для того, чтобы отнять, оторвать молекулы прочносвязанной воды от поверхности почвенных частиц.
Иначе дело обстоит с доступностью влаги, содержащейся в почве сверх максимальной адсорбционной влагоемкости. Ее доступность почти всецело определяется ее подвижностью. Дело в том, что корневые волоски растений, впитывающие влагу, имеют диаметр около 0,01 мм. Непосредственно всасывать влагу волоски могут только из тех микроскоплений воды в почве, с которыми они соприкасаются. Учитывая это, можно сказать, что только в почвах песчаных, где диаметр большинства пор превышает одну сотую миллиметра, вся вода сверх прочносвязанной более или менее одинаково доступна для растений, так как корневые волоски могут проникнуть в эти поры. В почвах же суглинистых и глинистых значительная часть воды находится в порах такого размера, что корневые волоски в них проникнуть не могут. Вода, содержащаяся в таких порах, может быть использована растениями лишь при условии ее передвижения, подтекания к ближайшим волоскам. Следовательно, чем более подвижна влага, тем она доступнее для растений, и наоборот.
Подвижность различных категорий почвенной влаги, по современным представлениям, может быть охарактеризована следующим образом.
Вся прочносвязанная и, вероятно, некоторая часть рыхлосвязанной влаги, в пределах влажности до максимальной гигроскопичности, в жидкой форме неподвижна. Она может передвигаться в почве только при переходе в парообразное состояние.
Рыхлосвязанная влага в интервале влажности от максимальной гигроскопичности до влажности разрыва капиллярной связи обладает подвижностью в жидкой форме, но это передвижение совершается под влиянием сорбционных сил, от одной почвенной частицы к соседней, и происходит очень медленно. Эта влага является трудноподвижной.
В интервале от BPK до HB в почве появляется, кроме рыхлосвязанной влаги, также и свободная — сорбционно замкнутая влага. Она обладает уже более значительной подвижностью, и мы считаем ее среднеподвижной.
И, наконец, при влажности свыше наименьшей влагоемкости в почве появляется свободная гравитационная влага, которая передвигается под влиянием силы тяжести и капиллярных сил и является легкоподвижной.
Сопоставляя эти категории почвенной влаги, выделенные по признаку подвижности, с категориями по доступности, установленными путем наблюдений над влиянием влажности на жизнь растений, мы видим, что эти две группировки в полной мере соответствуют друг другу. Это является лишним доказательством, что доступность влаги для растений зависит от ее подвижности.
Какими же величинами может быть охарактеризована способность почвы содержать в себе влагу, достаточно доступную для растений? Очевидно, что эта способность равна разности между водоудерживающей способностью почвы и влажностью завядания. Поэтому поставленный только что вопрос будет решаться по-разному для почв с близким уровнем почвенных или почвенно-грунтовых вод и для почв с глубоко залегающими грунтовыми водами. При близком залегании грунтовых или почвенных вод, когда капиллярная кайма находится в пределах почвенного профиля, водоудерживающая способность почвы равна ее капиллярной влагоемкости, определяемой по капиллярной кривой. Напомним, что капиллярная влагоемкость для любого слоя почвы является величиной переменной, зависящей от мощности и высоты залегания слоя над уровнем почвенно-грунтовой воды. Способность почвы содержать доступную влагу будет определяться разностью между капиллярной влагоемкостью и влажностью завядания. Так как обе только что упомянутые величины выражаются в процентах от веса сухой почвы, то и полученная разность будет выражена в процентах. Эта разность называется, по предложению Н. А. Качинского, диапазоном активной влажности (ДАВ). В тех же случаях, когда грунтовые воды залегают глубоко и когда водоудерживающая способность их зависит от наименьшей влагоемкости, диапазон активной влажности будет равен разности между наименьшей влагоемкостью. и влажностью устойчивого завядания. В обоих случаях диапазон активной влажности должен вычисляться для каждого слоя почвы в отдельности. Чаще всего его, как и другие величины, определяют для каждого 10-сантиметрового слоя.
Диапазон активной влажности как почвенная характеристика имеет особенно большое значение во втором случае, так как он обычно соответствует засушливым условиям, и им мы характеризуем максимальный запас доступной для растений влаги в почве. От каких же свойств почвы и каким образом зависит величина этого диапазона?
Известно, что влажность устойчивого завядания практически зависит исключительно от механического состава почвы. А наименьшая влагоемкость зависит, кроме того, и от сложения почвы. С утяжелением механического состава, с увеличением содержания в почве мелких частиц влажность устойчивого завядания растет пропорционально содержанию этих частиц. Наименьшая же влагоемкость растет сначала более быстро, а затем медленнее. Поэтому диапазон активной влажности с утяжелением механического состава сначала быстро увеличивается, затем делается постоянным или даже несколько уменьшается. Так, например, для основных групп грунтов по механическому составу величина указанного диапазона равна (в % от веса сухой почвы):
Доступность почвенной влаги для растений

Таким образом, грубо говоря, диапазон активной влажности от супесей до глин остается почти неизменным. Вместе с тем подвижность влаги в супесях, конечно, гораздо выше, в силу чего и доступность этой влаги для растений тоже выше. Необходимо, однако, указать, что приведенные цифры для суглинистых и глинистых почв относятся только к грунтам и глубоким почвенным горизонтам. В верхних же гумусовых и других почвенных горизонтах наименьшая влагоемкость гораздо выше, в то время как влажность завядания почти такая же. Поэтому диапазон активной влажности в этих горизонтах значительно выше, чем указанные величины.
В этом можно убедиться из следующих цифр:
Доступность почвенной влаги для растений