2.2. Вплив зрошення на ґрунтові процеси і мікроклімат

Зрошення створює сприятливі передумови для регулювання зовнішніх умов життя рослин. Під його впливом відбуваються глибокі зміни в ґрунті та приземних шарах повітря. Вони можуть бути сприятливими і несприятливими для рослин. Завдання землеробів полягає в тому, щоб відповідними прийомами посилити одні й послабити інші й досягнути високого ефекту зрошення.

Вплив зрошення на ґрунт. Вода – один з найважливіших факторів ґрунтоутворення. Систематичне зрошення може змінити напрям ґрунтоутворювального процесу. Освоюючи під зрошення нову територію, ми неначе переміщуємо її в зону більш вологого клімату.

Вплив зрошувальної води на ґрунт відзначається великою різноманітністю: вона змінює фізичний стан ґрунту, інтенсивність і хід хімічних, мікробіологічних процесів, хід руйнування і нагромадження органічної речовини тощо. Ці зміни в кінцевому підсумку визначають повітряний і тепловий режими ґрунту та режим живлення рослин.

Зміна фізичних умов виражається насамперед у руйнуванні структурних агрегатів великими масами крапельно-рідкої води. Це призводить до запливання ґрунту, утворення кірки, зменшення його водопроникності й повітроємності.

Негативні сторони властиві, в основному, надмірному зрошенню. При правильному виборі способів поливу, суворому регулюванні води, яка подається на поле, і відповідній агротехніці негативний вплив зрошувальної води на ґрунт може бути несуттєвим. Так, руйнування структурних агрегатів, що спостерігається при затопленні ґрунту, майже повністю усувається при капілярному його зволоженні.

Цей висновок, який має велике значення для зрошуваного землеробства, встановлений дослідженнями Г.І. Павлова. Він показав, що суха грудка ґрунту, занурена у воду, «вибухає» і розламується на частинки бульбочками повітря, які бурхливо вириваються з неї під тиском води. Якщо ж грудка попередньо піддається повільному капілярному зволоженню, то при наступному зануренні у воду вона не руйнується.

Область зіткнення великих мас крапельно-рідкої води і ґрунту можна обмежити при поливі по глибоких вузьких борознах малим струменем, при поливі по борознах-щілинах та ін. Щілювання корисне і при поливах дощуванням – воно запобігає утворенню калюж на поверхні поля, змиванню родючого шару ґрунту.

Треба відзначити, що загальну оцінку способу поливу за одним, хоч і важливим, показником давати не можна. Біологія рису, наприклад, така, що для цієї культури затоплення – найкращий спосіб поливу, незважаючи на окремі його негативні сторони.

Вода, що фільтрується вглиб, вимиває мулисті частки з орного періодично розпушеного шару і виносить їх до підорного. При цьому на деякій глибині утворюється шар підвищеного ущільнення, нерідко важко проникний для води, повітря і коренів рослин. Ущільнений шар доводиться руйнувати, періодично поглиблюючи обробіток ґрунту. При частих і рясних поливах орний шар швидко ущільнюється, що погіршує його аерацію.

Надлишок зрошувальної води розмиває і змиває найбільш родючі поверхневі шари ґрунту. Особливо значний цей процес при поливі збільшеним струменем на полях з великим нахилом (іригаційна ерозія).

Для запобігання іригаційної ерозії важливо дотримуватися правила: подача поливної води повинна відповідати швидкості вбирання її ґрунтом. Корисно також підвищувати водопроникність ґрунтів важкого механічного складу всіма відомими в агрономії засобами, в тому числі відповідним обробітком.

Частина надлишку поливної води проникає глибоко в ґрунт і сприяє підняттю рівня підгрунтових вод. При помірному піднятті їх (не ближче 1,5‑2 м до поверхні) розвивається лучний процес ґрунтоутворення. Водоспоживання культурних рослин різко зростає, урожай при правильній агротехніці підвищується» Якщо ж підгрунтові води піднімаються надто високо, може настати заболочування кореневмісного шару ґрунту і різке погіршення його родючості. У заболоченому ґрунті утруднюється дихання коріння внаслідок нестачі кисню, і рослини зазнають токсичної дії продуктів анаеробного процесу – сірководню, метану. Щоб уникнути заболочування, необхідно застосовувати ряд заходів, у тому числі боротьбу з фільтрацією з каналів, і при відповідних умовах будівництво колекторно-дренажної мережі.

Зрошення позитивно впливає на фізичні властивості ґрунту. Ґрунт, що знаходиться в стані орної спілості, відрізняється малим питомим опором, легко обробляється, добре кришиться, набуваючи дрібногрудочкуватої структури. Зрошувальна вода несе деяку кількість скаламучених мулистих частинок, які осідають на полях у вигляді намулу. Шар іригаційних намулів постійно зростає і може досягнути за рік товщини 0,4‑0,5 см.

Впливаючи на біологічні фактори (рослина, мікроорганізми), зрошувальна вода поліпшує фізичні властивості ґрунту. При правильному веденні зрошуваного землеробства, насамперед при правильних сівозмінах, системах обробітку ґрунту, удобрення, зрошення, поліпшуються ґрунтова структура і водопроникність ґрунту.

Зрошення без необхідної кількості і складу добрив призводить до руйнування гумусу, і його вміст у ґрунті зменшується. Частково гумус вимивається з орного шару поливами.

Вимивання особливо помітне при поливі мінералізованими водами, які сприяють зміні фракційного складу гумусу, збільшенню часткифульвокислот, водорозчинності гумусу. При цьому цінність останнього як структуроутворювача знижується. Тому використання мінералізованих вод для поливу обмежується певними умовами (див. розділ 5).

Зрошення багатосторонньо впливає на хімічні властивості ґрунту. Зрошувальна вода діє насамперед як розчинник і як середовище, в якому легко відбуваються хімічні процеси. Із збільшенням у ґрунті кількості води зменшується концентрація ґрунтового розчину і підвищується її розчинна дія. Цьому сприяє і наявність СО₂ у зрошувальній воді.

При зрошенні відбувається прискорене вивітрювання первинних мінералів, якщо вони містяться в ґрунті. При хімічному вивітрюванні частина вивільненого кальцію і магнію разом з вивільненим натрієм може вимиватися в підгрунтові води, підвищуючи їх мінералізацію.

Зволоження кореневмісного шару пов'язано з вимиванням углиб розчинних поживних речовин, що найбільш чітко спостерігається на нітратах. Через деякий час після поливу, коли починається випаровування і підйом води, розчинні поживні речовини знову піднімаються у верхні шари ґрунту. Але якщо помірні поливи змінюють їх розподіл по шарах ґрунту, то при рясних поливах вони можуть вимиватися з кореневмісного шару. Рослини при цьому позбавляються частини поживних речовин.

При вимиванні з кореневмісного шару шкідливих солей (NaCl, Na₂SO₄ та ін.) відбувається опріснення ґрунту. Опріснення ґрунтів і порід під впливом зрошення спостерігається на дренованих і малодренованих водороздільних територіях. При підвищеному засоленні ґрунту застосовують спеціальні промивні або опріснювальні поливи.

Зрошення впливає на хімічні властивості ґрунту ще й тому, що в зрошувальній воді і в намулах завжди міститься та чи інша кількість солей. У поливних водах можуть бути як корисні, так і шкідливі для рослин солі, що засолюють ґрунт і викликають його осолонцювання.

Повторне засолення пов'язане з господарською діяльністю людини. Воно швидше відбувається на зрошуваних землях з поганим природним відтоком підгрунтових вод. Піднімання солей до кореневмісного шару та його засолення можуть викликати надмірні поливи, які є причиною підняття рівня мінералізованих підгрунтових вод, якщо вони проходять через товщу засолених порід: солі переходять у підгрунтові води, а разом з ними – у кореневмісний шар ґрунту.

За даними Б.І. Лактіонова, О.П. Сафонове і П.Н. Лазера (1987), повторне засолення зрошуваних земель півдня України відбувається при використанні для поливів мінералізованих вод (1,5‑3 г/л), при неглибокому (менше 2 м) заляганні підгрунтових вод з мінералізацією понад 3 г/л, а також у місцях розвантаження іригаційно-ґрунтових вод.

Під впливом тривалого зрошення в ґрунтовому вбирному комплексі помітно підвищується абсолютний вміст обмінних іонів натрію і магнію і знижується кількість обмінного кальцію (Лактіонов Б.І., 1987).

Перші ознаки засолення з'являються на ґрунтах поблизу нових каналів. У наступні роки воно поширюється по всій зрошуваній площі. Через десятиліття спостерігається розсолення старої зрошуваної території і витіснення солей на периферійні ділянки, в тому числі на суходільні землі. Сучасні технічні засоби дають можливість успішно боротися з повторним засоленням (див. розділ 7).

Дуже важливий в агрономічному відношенні вплив зрошення на мікробіологічні процеси в ґрунті. Для життєдіяльності мікроорганізмів, як і рослин, необхідна певна вологість ґрунту, яка нерідко близька до оптимальної вологості для рослин. При вологості в'янення діяльність мікроорганізмів послаблюється.

Найменша вологість, при якій ще слабо розвиваються гриби і актиноміцети, відповідає приблизно 80‑95% максимальної гігроскопічності ґрунту. При поливі діяльність мікроорганізмів поновлюється, в результаті чого посилюються процеси перетворення речовин у ґрунті.

Бактерії ‑ нітрифікатори при вологості, що відповідає подвійній максимальній гігроскопічності, недіяльні. Оптимальна вологість ґрунту для цих мікроорганізмів близько 60% ПВ. При подальшому збільшенні вологості ґрунту діяльність їх знижується. Надто рідкі поливи і часті перезволоженняуповільнюють процес нітрифікації.

Ще більше поливи впливають на діяльність бульбочкових бактерій. У посушливих районах бульбочки на корінні бобових рослин майже не утворюються. При зрошенні цей процес відбувається нормально і азотне живлення росли поліпшується

За трирічними даними Ю.Ф. Насонова (1977), кількість бульбочок на одну рослину гороху збільшилася при зрошенні від 8,6 (на неполивному контролі) до 16,6, а чини відповідно від 15,1 до 25,6.

При рясних і надмірних поливах частина повітря з ґрунтових пор витісняється водою, посилюється діяльність анаеробних мікроорганізмів, послаблюється або припиняється активність аеробів. Чим триваліші міжполивні періоди, тим більше відмінностей у ході і спрямованості мікробіологічних процесів до і після поливів.

Поливи докорінно змінюють протікання біологічних процесів у ґрунті. Підвищення вологості ґрунту в межах оптимуму звичайно збільшує кількість мікроорганізмів, посилює їх діяльність. З діяльністю мікроорганізмів пов'язують рівень біологічної активності ґрунту. Вона виражається кількістю вуглекислого газу, що виділяється з площі 1 м² поверхні ґрунту за певний час. Це сумарний показник, що враховує дихання мікроорганізмів, біохімічні перетворення в ґрунті, дихання коренів рослин і т. д., але мікроорганізмам у цьому процесі належить провідна роль.

У таблиці 3 наведено результати спостережень, проведених на каштановому ґрунті Інгулецької зрошувальної системи, які свідчать про вплив зрошення на кількість мікроорганізмів і біологічну активність ґрунту.

3. Вплив зрошення прісними і стічними водами на вологість, кількість
бактерій і біологічну активність ґрунту на посіві кукурудзи.

Вуглекислий газ, що виділяється ґрунтом, використовується рослинами для повітряного живлення.

На біологічні процеси в ґрунті значно впливає режим зрошення: норми і способи поливів, частота їх, глибина шару, що зволожується.

З мікробіологічною діяльністю тісно пов'язані перетворення органічної речовини в ґрунті. Посилюючи активність аеробних мікроорганізмів, помірне зрошення сприяє прискореному руйнуванню органічної речовини, в тому числі гумусу. При цьому посилюється розклад активного перегною, що призводить до руйнування ґрунтової структури. Це спостерігається і на чорноземних ґрунтах з їх сприятливою для рослин природною структурою.

Проте руйнуванню органічної речовини запобігає процес її нагромадження. Підвищення врожаю сільськогосподарських культур супроводжується збільшенням маси їх коріння, яке, розкладаючись, частково перетворюється в перегнійні речовини, що беруть участь в утворенні міцної ґрунтової структури.

При правильному веденні зрошуваного землеробства нагромадження органічної речовини випереджає її руйнування і ґрунт збагачується органічною речовиною. Структуроутворювальний процес у сприятливих умовах також переважає над руйнуванням ґрунтової структури і родючість ґрунту підвищується.

Зрошення змінює склад організмів, які мешкають у ґрунті: зникають землериї, розмножуються черв'яки. Осінні поливи сприяють виморожуваннюшкідників, що зимують у ґрунті. Змінюється склад шкідників і хвороб сільськогосподарських культур, тому необхідна спеціальна розробка заходів по захисту рослин на зрошуваних землях.

Вплив зрошення на мікроклімат. Зрошення значно змінює мікроклімат приземного повітря і верхніх шарів ґрунту – середовища, в якому розвиваються сільськогосподарські культури.

Іноді зрошення застосовують для утеплення ґрунту, частіше – для його охолодження. Температура ґрунту знижується через більш низьку температуру води і внаслідок витрати тепла на посилене випаровування в результаті підвищеного зволоження.

Одна із суттєвих причин зниження температури ґрунту в умовах зрошення – розвиток могутнього травостою культурних рослин. Такі рослини притінюють ґрунт і затримують проникнення до нього сонячної радіації. Зниження температури ґрунту може за одних умов затримувати розвиток теплолюбних культур, за інших – усувати шкідливе перегрівання і сприяти росту й розвитку рослин.

Зволожений ґрунт має більш високу теплоємність, ніж сухий. Ось чому після зрошення він повільно нагрівається вдень, але не так швидко охолоджується вночі, як без поливу.

При зрошенні утворюється більш повільний добовий хід температури, на чому і ґрунтується застосування поливів для послаблення впливу заморозків. Іноді при ранньому поливі рису воду для зрошення обігрівають природним шляхом у відкритих водоймах.

Зміна температури ґрунту значною мірою впливає на коливання температури приземних шарів ґрунту. Цей вплив поширюється на 1,5 м і вище.

Серія спостережень, проведених Херсонською агрометстанцією на посівах кукурудзи, дала такі результати: температура повітря о 14 год. на висоті 20 см від поверхні ґрунту без зрошення становила 33,6°С, а при зрошенні – 29°С; на висоті стеблостою відповідно З0 і 28,4°С.

Максимальне зниження температури на зрошуваних посівах у жаркі сухі дні, за даними, одержаними на півдні України, може досягати 3‑5°С. Найбільші відмінності спостерігаються у після-полуденні години. До вечора відмінності в температурі зрошуваних і незрошуваних посівів вирівнюються (Салтиков І.І., 1987).

Багато дослідників відмічають також зниження температури листків зрошуваних рослин порівняно з незрошуваними. Це пояснюється посиленням транспірації на добре зволожених полях. Внаслідок цього в умовах жаркого клімату рослини уникають перегрівання тканин, яке затримує фотосинтез.

Зниження температури повітря і ґрунту може мати позитивне значення в районах з жарким кліматом. Це потрібно враховувати також при вирощуванні теплолюбних рослин на зрошуваних землях при обмеженому надходженні тепла.

Добовий рух і співвідношення температури повітря та інших показників мікроклімату на зрошуваній і незрошуваній ділянках значною мірою визначаються місцевими умовами та особливостями вирощуваних культур.

Підвищення вологості повітря при зрошенні безпосередньо впливає на зволоження приземних шарів повітря, причому воно виявляється більшим у шарах повітря, розміщених ближче до ґрунту. Так, при поливі дощуванням відносна вологість повітря в приземних шарах (10‑20 см) підвищується на 16‑17,2%, на висоті 50 см – на 14,1 і на висоті 1 м – на 10,3%.

Найбільші зміни показників мікроклімату спостерігаються в перші дні після поливу. У ці дні відносна вологість повітря на зрошуваних ділянках порівняно із незрошуваними може підвищуватися на 15‑20% і більше. Відмінності поступово зменшуються і через 8‑10 днів зникають.

Зрошення значно знижує дефіцит вологості повітря. Підвищення вологості усуває або послаблює повітряну посуху, знижує надмірну транспірацію, запобігає втраті рослинами тургору. Підвищення вологості повітря залежить від частоти поливів та їх способу. Найбільше підвищує вологість повітря дощування, менше – підземне зрошення.

Над зрошуваною ділянкою швидкість руху повітря, як правило, зменшується. На швидкість руху повітря та інші показники мікроклімату в приземних шарах впливають і рослини Вони притінюють ґрунт, зменшують його нагрівання в денні години, зменшують випромінювання тепла вночі, перешкоджають перемішуванню вітром вологого повітря приземних шарів з більш сухим, який знаходиться вище.

Ще більше впливає зрошення на мікроклімат через лісові насадження (полезахисні смуги і насадження вздовж постійних зрошувальних каналів). При зрошенні лісові насадження ростуть у декілька разів швидше, ніж на незрошуваних ділянках і дія їх на клімат тим сильніша, чим вища рослина.