Требования растений к водно-воздушному режиму почв

Известно, что растения на 70-85 % состоят из воды. Степень насыщенности водой тканей растений имеет важное значение для их жизнедеятельности. Почти все физиологические процессы в растениях протекают при наличии воды, поэтому обеспеченность растений водой является обязательным условием для нормального обмена веществ. Вода входит в состав протоплазмы, участвует в фотосинтезе, служит растворителем для минеральных солей газов, поступающих в растения и перемещающихся в них. Проникающая через корни путем десукции вода в основном испаряется в процессе транспирации, небольшое ее количество используется при обмене веществ, обеспечивая развитие и рост растений. Важность воды очевидна, однако нормальная жизнедеятельность растений возможна только при соблюдении правильного соотношения между подачей воды корнями в процессе десукции и расходованием ее надземными частями в процессе транспирации. Это условие выполнимо при оптимальной увлажненности почвы. Исследования показывают, что нормальная увлажненность наблюдается тогда, когда примерно 2/3 почвенных пор занято водой, а 1/3 заполнена воздухом. Такое состояние возникает при увлажненности на уровне полевой влагоемкости.

Содержание воздуха в почве можно определить по формуле:

, (82)

где V - количество воздуха, % от объема почвы; Р - порозность почвы, % от ее объема; - объемная масса почвы; - весовая влажность, % к массе сухой почвы.

При малом содержании воздуха ухудшается аэрация, в почве возрастает концентрация СО₂ и уменьшается содержание О₂, что приводит к нарушению аэробного дыхания и появлению гликолиза. Продукты гликолиза ингибируют рост корней.

Аэрация почвы оценивается диффузией газов, являющейся основным фактором аэрации. Иногда ошибочно аэрацией называют содержание воздуха в почве. Диффузия зависит от объема пор, свободных от воды. Поэтому содержание воздуха в почве является показателем аэрации, но не ее синонимом. Для обеспечения нормальной аэрации необходимо устранить избыток влаги в целях освобождения необходимого количества пор от воды. По исследованиям Н.П.Поясова [22], диффузия в темно-каштановых почвах по мере уменьшения порозности почвы уменьшалась и практически прекращалась, когда содержание воздуха в почве снижалось до 12% общей порозности. В условиях переувлажнения почв значительную часть времени летом и постоянно весной и осенью почва почти полностью лишена воздуха. Высоким концентрациям СО₂ способствует и интенсивная минерализация органического вещества в верхних слоях почвы выше уровней грунтовых вод.

Отрицательное влияние избытка влаги на растения проявляется не только в уменьшении содержания воздуха в почве и ухудшении аэрации, но и непосредственно в виде подтопления корневых систем. Наши исследования показали, что грунтовые воды торфяных почв почти постоянно полностью лишены кислорода.

Содержание кислорода в грунтовых водах болот, мг/л

Роль кислорода, растворенного в воде, показана в работах А.Я. Орлова [19], которыми доказано, что при подтоплении водами с содержанием кислорода менее 1-2 мг/л на протяжении более 4-5 дней происходит отмирание корней. В переувлажненных почвах ухудшается режим питания. Поданным А.В. Хотяновича/34/, ассимиляция азота корнями при недостаточной аэрации резко снижается. В условиях избытка влаги и плохой аэрации отмечалось замедленное поступление фосфора. При недостаточной аэрации происходят изменения и в самой почве - накапливаются соединения закисного железа и сульфидов, токсичных для растений, активизируются процессы глееобразования. При больших концентрациях закисного железа образуются фосфатные соли железа, фосфор которых практически недоступен для растений.

При подъемах уровней воды в реках в периоды весенних половодий или летне-осенних паводков может наблюдаться затопление участков леса. Жизнедеятельность растений, подвергнувшихся затоплению, зависит от его длительности и физиологического состояния деревьев в период затопления. Менее отрицательны последствия при затоплении леса до периода вегетации. Наблюдения при подъеме воды в р. Тосно и затоплении участков леса в период с 15 апреля по 10 мая не выявили отрицательной реакции сосны, березы и осины. В.И. Рубцов, проведя исследования устойчивости к затоплению лиственных пород в парке Петродворца, установил, что при весеннем затоплении, длившемся до конца мая, деревья не гибнут. При продолжении затопления до половины июня отмечено отмирание дуба, ясеня, клена, липы, ильмовых. Поданным Союзгипролесхоза, древесные растения от наименее устойчивых к более устойчивым располагаются в следующий ряд: ель сибирская, пихта сибирская, сосна обыкновенная, ива остролистная, осина, береза пушистая, ольха серая, ива двуцветная, ива русская, ива трехтычинковая.

Осушение земель, достигаемое понижением почвенно-грунтовых вод, ликвидирует затопление, увеличивает аэрационную порозность почвы и запасы воздуха в ней. Однако осушение лесных земель предполагает освобождение от гравитационной воды только корнеобитаемой зоны почвы. Подтопление различных горизонтов почвы возможно и после осушения. Длительность подтопления корнеобитаемой зоны болот, осушенных каналами, проведенными через 130 м при глубине их около 1 м, приведена в табл. 10.

Известно, что наиболее высоко грунтовые воды располагаются весной, поэтому тюдтопление верхних горизонтов почвы отмечается прежде всего в мае. На верховом болоте подтопление верхнего 5сантиметрового слоя частично отмечалось и в сентябре. В остальные месяцы (июнь-август) грунтовые воды на верховом болоте располагались ниже глубины 10 см, на переходном - ниже 15-20 см.

Таблица 10 - Продолжительность подтопления зоны аэрации за май-сентябрь, сут.

Слой почвы выше уровня грунтовых вод содержит почвенный воздух, состав которого (табл. 11) по сравнению с атмосферным воздухом характеризуется повышенным содержанием СО₂ при уменьшении концентрации кислорода.

Таблица 11 - Содержание СО₂ и О₂ в воздухе осушенного переходного торфяника

Известно, что для нормального роста растений нежелательно повышение концентрации СО₂ в ризосфере корней свыше 2 %. Поскольку концентрация СО₂ в почве возрастает по мере ее прогревания и усиления микробиологических процессов, в мае его количество увеличивается при уменьшении О₂ (рис. 25).

При снижении уровней грунтовых вод летом происходит уменьшение влагозапасов почвы, ведущих к увеличению запасов воздуха и улучшению аэрации, поэтому концентрация С07 снижается. Приведенные данные показывают, что состав почвенного воздуха после осушения в слое почвы 0-10 см, где располагается основная масса корней, вполне благоприятен для роста растений.

Рис. 25. Изменение концентрации СО₂ и О₂ в воздухе осушенной торфяной почвы