CC BY
63
——— ОТРАСЛЕВЫЕ ПРОБЛЕМЫ ОСВОЕНИЯ ЗАСУШЛИВЫХ ЗЕМЕЛЬ ———
УДК 551.573 + 631.432
МЕТОДИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ ОЦЕНКИ ИСПАРЕНИЯ ВОДЫ ПОЧВОЙ ПРИ МУЛЬЧИРОВАНИИ РАСТИТЕЛЬНЫМИ ОСТАТКАМИ В ЗАСУШЛИВЫХ РЕГИОНАХ
© 2018 г. Н.А. Шумова
Институт водных проблем РАН Россия, 119333, г. Москва, ул. Губкина, д. 3. Е-mail: [email protected]
Поступила 19.10.2017
Излагается методика и приводится схема расчета испарения воды почвой при мульчировании в засушливых регионах. Даётся подробное описание параметров информационного обеспечения. Предлагается упрощенная схема расчета испарения воды почвой при мульчировании, в основе которой лежит параметризация осадков. Параметризация осадков намного упрощает расчет испарения воды почвой при мульчировании, сохраняя при этом приемлемую точность. Ключевые слова: агроценоз, мульчирование, испарение воды почвой, методика, схема расчета.
В условиях антропогенной нагрузки на окружающую среду в сельскохозяйственном производстве растет интерес к природоохранной агротехнике, связанной с более рациональным использованием природных ресурсов. Наиболее привлекательными становятся технологии, приближающие сельскохозяйственные экосистемы к более естественному для биосферы виду (Аллен, 1985; Сельскохозяйственные экосистемы, 1987). Естественные экосистемы имеют на поверхности почвы слой войлока и подстилку из отмершей растительной массы, что позволяет им оптимально использовать ресурсы биосферы. Аналогом растительного войлока, образующегося в целинной степи, можно считать растительные остатки, используемые при мульчировании почвы. Главным образом благодаря растительному войлоку в целинной степи практически отсутствует эрозия почвы. Использование мульчи способствует не только снижению эрозии на пахотных землях, но и приводит к значительному снижению испарения воды почвой - снижению непродуктивного испарения. При мульчировании почвы за счет уменьшения непродуктивной составляющей суммарного испарения увеличивается транспирация сельскохозяйственных культур (то есть повышается их водообеспеченность), что особенно важно в засушливых регионах, испытывающих дефицит водных ресурсов.
По оценкам, приведенным ранее (Шумова, 2010б), непродуктивное испарение на полях яровой пшеницы в лесостепной и степной зонах составляет 60-70% от величины суммарного испарения за безморозный период, что говорит о крайне нерациональном использовании ресурсов почвенных вод. В то время как в заповедной степи величина непродуктивного испарения составляет лишь 5-15% от суммарного испарения (Ананьева, Самарина, 1986). По данным В. Лархера (1978), в естественных ценозах, образующих многоярусные поликультурные сообщества, доля непродуктивного испарения составляет 5-10%.
В качестве примера оценки агрогидрологической эффективности применения мульчирования почвы растительными остатками приведем результаты численного эксперимента по расчету суммарного испарения и его составляющих (непродуктивного испарения и транспирации) полей яровой пшеницы за многолетний период в Саратовской области при применении традиционной агротехники и в условиях мульчирования почвы (Шумова, 2010б). При применении традиционной агротехники общий расход почвенной влаги на испарение за безморозный период (суммарное испарение) составляет 380 мм, непродуктивное испарение (испарение воды почвой) и транспирация равны 244 мм и 136 мм соответственно. При применении мульчирования почвы значение суммарного испарения остается неизменным, то есть равным 380 мм, непродуктивное испарение снижается до 128 мм, а транспирация возрастает до 252 мм. Из сказанного следует, что при мульчировании почвы величина суммарного испарения не изменяется, изменяется только его структура - уменьшается непродуктивная составляющая испарения и увеличивается транспирация, что ведет к повышению
водообеспеченности посева.
Мульчирующими материалами могут быть как природные вещества (растительные остатки, торф, разложившийся навоз, камни), так и промышленные материалы (битумная бумага, алюминиевая фольга, полиэтиленовая пленка, битумные эмульсии; Мульчирование почвы, 1935). Влияние разного рода пленок существенно отличается от влияния слоя мульчи преимущественно из органического материала, обладающего гидрофобными свойствами и не образующего капиллярной каймы.
В огородничестве и плодоводстве мульчирование используют довольно давно. Опыты ставились на небольших делянках и в небольших масштабах на сельскохозяйственных полях, где в качестве мульчи применялась солома. По оценкам, приведенным F.S. Harris и H.H. Yao (1923), наиболее технологичным и экономичным является применение мульчи из соломы, которая гораздо более эффективно сохраняет запасы воды в почве; далее по эффективности следуют сено, трава и опилки; менее эффективным признано использование разложившегося навоза.
В литературе были предприняты попытки систематизировать накопленные материалы (Джекс и др., 1958; Роу-Даттон, 1960). Проведенные обобщения показали, что применение мульчи из растительных остатков радикально снижает водную эрозию почв, повышает их микробиологическую активность и улучшает структуру, подавляет прорастание семян сорняков, попадающих на поверхность почвы.
Оценка результатов довольно многочисленных и описанных в литературе полевых опытов по эффективности применения мульчирования проводилась на основе сравнения урожаев или влажности почвы на участках, покрытых мульчей, и на контрольных. Имеющиеся материалы крайне пестры и практически не поддаются систематизации. Возможности перенесения полученных результатов за пределы условий, в которых ставились опыты, а тем более их более широкое обобщение оказались крайне ограниченными.
Изучение закономерностей формирования испарения воды почвой (физического испарения) является одним из ведущих направлений гидрологии почв. Одни из первых экспериментальных исследований передвижения водяного пара в почве принадлежат А.Ф.Лебедеву (1930), который показал, что интенсивный водообмен поверхностного слоя почвы осуществляется исключительно за счет воды, передвигающейся в парообразном состоянии. Вода в парообразной форме движется в верхние слои почвы и в атмосферу. На основе анализа экспериментальных данных им был сделан вывод, что снижение интенсивности испарения воды почвой может быть достигнуто как применением «всякого рода мертвого покрова», так и «в агрикультур-технике» путем поверхностного разрыхления почвы.
Основные закономерности передвижения жидкой и парообразной влаги в почве и доступность почвенной влаги для растений приведены А.А.Роде (1965) в фундаментальном труде «Основы учения о почвенной влаге», в основе которого лежит концепция форм воды в почве и почвенно-гидрологические константы. С теоретических и экспериментальных позиций автором рассматривается механизм передвижения влаги в почве при испарении.
Н.Ф.Кулик (1979), исследовавший водный режим песков аридной зоны, отмечает, что характерной чертой физического испарения в летний период является его высокая интенсивность в первые сутки после выпадения осадков и резкое снижение в последующие дни, и что скорость физического испарения зависит, прежде всего, от влажности верхнего (в пределах 3 см) слоя почвы. Данные соображения были положены автором в основу эмпирических зависимостей для определения сезонной и месячной величин физического испарения, включающих испарение с почвы и осадки, расходуемые на смачивание растительного покрова и подстилки; при построении эмпирических зависимостей использовались данные о разовых количествах осадков, числе дождливых и бездождных дней и средней дневной интенсивности физического испарения с влажной и сухой поверхности.
В настоящей работе для количественной оценки испарения воды почвой при мульчировании используется метод расчета, предложенный А.И.Будаговским. Задачей настоящего исследования является разработка упрощенного метода расчета испарения воды почвой при мульчировании почвы растительными остатками в засушливых регионах.
Метод исследований
В основе метода оценки испарения воды почвой при мульчировании лежат результаты фундаментальных исследований процессов формирования почвенных вод (Будаговский, 1964, 1986а, 1986б). Разработанные модели включают комплекс гидрометеорологических характеристик и биометрические и биофизические параметры растительного покрова. Ниже приводятся основные зависимости, вытекающие из модели формирования почвенных вод, позволяющие оценить величины испарения воды почвой при мульчировании почвы растительными остатками (Будаговский, Григорьева, 1991).
При оценке испарения воды почвой при наличии мульчи рассматриваются две стадии испарения (Будаговский, Григорьева, 1991): испарение осадков, задержанных мульчей, и испарение воды почвой через слой мульчи.
Первая стадия - испарение осадков, задержанных мульчей - описывается формулой:
( I-;- Л
(1),
' 1 N-'-
| Еш Л = - 1 + 2«| £п0 Л -1
о а ^ о ,
где Ем - испарение осадков, задержанных мульчей; а - параметр, зависящий от водоудерживающей способности мульчи; Еп0 - потенциальное испарение воды почвой (испарение со смоченной поверхности почвы); I — время, отсчитываемое с момента прекращения дождя.
Потенциальное испарение воды почвой в общем виде определяется по зависимости (Будаговский, Шумова, 1976; Шумова, 2003):
Епо=Ь1ФпВпа+Ь2(Ке-'ш-В) (2),
Фп=е1Лт (3),
°п = (4),
0.7 , 0.026®
Ь1 =-, Ь2 =-— (5),
1 +1.56® 1 +1.56®
24513 17,1Т
®= , Ч2 е235+Т (6),
(235 + Т )2
где Ь1 и Ь2 — функции температуры воздуха; ФП — функция относительной площади листьев; БП -функция скорости ветра; ё - дефицит влажности воздуха; Я - радиационный баланс; 5 -коэффициент, зависящий от географической широты и времени года; ш - относительная площадь листьев; В - поток тепла в почву; и - скорость ветра на высоте 2 м; ф - производная насыщающей упругости водяного пара от температуры воздуха; Т - температура воздуха.
Потенциальное испарение воды почвой при отсутствии растительного покрова рассматривается как частный случай, когда зависимость (2) приобретает вид:
Епо=Ь^п ё+Ь 2 (Я-В) (7),
Когда мульча испарит всю задержанную воду, начинается вторая стадия - испарение воды собственно почвой через слой мульчи, которое определяется по зависимости:
Е = Еп0 (8),
пм 1 г>
1 + Ам
где ЕПМ - испарение воды почвой через слой мульчи; рМ - параметр, главным образом зависящий от величины коэффициента диффузии водяного пара в слое мульчи и от теплопроводности мульчи; zМ -толщина слоя мульчи.
Общая сумма испарения складывается из величины испарения осадков, задержанных слоем мульчи, и испарения воды почвой через слой мульчи. Отсчет времени начинается с момента прекращения дождя, а величина отрезка времени, для которого проводится расчет, находится путем деления общей продолжительности расчетного интервала времени на число дождей в нем.
Формула (1) описывает испарение воды, задержанной слоем мульчи после выпадения каждого дождя. Если количество выпавших осадков очень мало и не смачивает весь слой или перерыв между
выпадением дождей слишком велик, то после того, как вся вода, удерживаемая мульчей, испарится, дальнейший ход испарения будет описываться уравнением (8). Можно заметить, что в конечном счете испарение будет существенным образом зависеть не столько от общего количества осадков, сколько от числа дней с осадками. Поэтому корректное использование приведенных зависимостей для конкретных лет связано с учетом выпадения каждого индивидуального дождя и перерывами между ними. При соответствующих оценках испарения по средним многолетним данным необходимо дополнительно привлечь данные, описывающие распределение числа выпадающих дождей от их количества. Конечный эффект снижения непродуктивного испарения при мульчировании почвы сильно зависит от характера выпадения дождей. При одной и той же сумме осадков за декаду, месяц или весь теплый период эффект снижения непродуктивного испарения в общем случае будет возрастать с уменьшением числа дождей.
Для расчетов по приведенным выше зависимостям используется информация метеорологических станций о средних месячных значениях температуры воздуха (Т), дефицита влажности воздуха скорости ветра (и), суммах осадков за месяц (Р) и числе дней с осадками по градациям (Р>0.1, 0.5, 1.0, 5.0, 10.0, 20.0 и 30.0 мм); источниками получения приведенных метеорологических величин могут служить Метеорологические ежемесячники и Справочники по климату.
Скорость ветра на метеорологических станциях измеряется флюгером, который устанавливается на высотах от 9 до 18 м. Поэтому его показания необходимо привести к принятой при построении расчетных формул высоте 2 м. Для приведения величин скорости ветра к высоте 2 м используется соотношение:
где и2 и иф - скорости ветра на высоте z2 и на высоте флюгера hф соответственно; z2 - высота стандартных метеорологических наблюдений 2 м; zO - коэффициент шероховатости, зависящий от характера подстилающей поверхности. При приведении скорости ветра к высоте 2 м принимается, что коэффициент шероховатости для месяцев с апреля по октябрь (теплый период, естественный растительный покров) равен 0.05 м, коэффициент шероховатости для месяцев с ноября по март (холодный период, оголенная почва) равен 0.01 м (Константинов и др., 1971).
Радиационный баланс (К) измеряется на актинометрических станциях над поверхностью типичного для данного региона травяного растительного покрова. Результаты этих измерений близки к величинам радиационного баланса посевов зерновых культур. Различия в альбедо между наблюдательными участками и посевами зерновых культур (в частности яровой пшеницы), которые могут привести к ошибкам величин радиационного баланса, незначительны. Учитывая сравнительно малую изменчивость в пространстве и во времени месячных значений радиационного баланса, при расчетах допустимо использование сведений о радиационном балансе близлежащих актинометрических станций (Пивоварова, Стадник, 1969). Возможен расчет радиационного баланса на основе материалов стандартных метеорологических наблюдений по определенным зависимостям (Будыко, 1971; Берлянд, 1960; Берлянд, Берлянд, 1952).
Величина параметра s, входящая в соотношение (2), зависит от высоты Солнца и определяется по широте места в зависимости от времени года по таблице 1.
В расчетные зависимости входит величина потока тепла в почву (В), которая значительно меньше величины радиационного баланса. Наблюдения за температурой почвы по глубине, необходимые для расчета потока тепла в почву, нестандартные, поэтому рассчитать В не всегда представляется возможным. В данном случае в расчетах испарения можно ограничиться оценкой величин потока тепла в почву в зависимости от времени года и годовой амплитуды средней месячной температуры воздуха по таблице 2 (Будаговский, 1964), составленной на основе данных, приведенных М.И. Будыко (1956).
Следует отметить, что величина потока тепла в почву отличается большой пространственной изменчивостью, зависящей от соответствующей изменчивости теплофизических свойств и влажности почвы. Поэтому даже на сравнительно небольшой территории значения потока тепла в почву в
Информационное обеспечение
(9),
разных точках могут быть различными, и приведенные в таблице данные могут характеризовать лишь средние условия. Однако для вегетационного периода ошибка определения потока тепла в почву мала по сравнению с величиной радиационного баланса. В связи с этим при расчетах испарения можно ограничиться приближенными значениями потока тепла в почву.
Таблица 1. Значения параметра 5 в уравнении 2 (Будаговский, 1964).
Широта, градусы Месяцы
апрель май июнь июль август сентябрь
65 0.41 0.35 0.33 0.34 0.38 0.50
60 0.38 0.33 0.32 0.33 0.35 0.44
55 0.36 0.32 0.31 0.32 0.34 0.40
50 0.34 0.32 0.31 0.32 0.33 0.38
45 0.33 0.31 0.31 0.31 0.32 0.36
40 0.32 0.31 0.31 0.31 0.32 0.34
35 0.32 0.31 0.30 0.31 0.31 0.33
Таблица 2. Значения потока тепла в почву В, кал/(см2 сут).
Месяц Годовая амплитуда температуры воздуха, °С
10 15 20 25 30 35 40 45 50
Январь -7 -11 -14 -18 -21 -24 -28 -32 -35
Февраль -4 -7 -9 -12 -14 -16 -18 -21 -23
Март 2 4 5 6 7 8 10 11 12
Апрель 4 7 9 12 14 16 18 21 23
Май 7 11 14 18 21 24 28 32 35
Июнь 7 11 14 18 21 24 28 32 35
Июль 6 9 11 14 18 20 23 27 29
Август 4 6 7 9 11 13 14 17 18
Сентябрь -2 -4 -5 -6 -7 -8 -10 -11 -12
Октябрь -4 -6 -7 -9 -11 -13 -15 -17 -18
Ноябрь -6 -9 -11 -14 -18 -20 -23 -27 -29
Декабрь -7 -11 -14 -18 -21 -24 -28 -32 -35
Относительная площадь листьев (ш), входящая в формулу (2), является биометрической характеристикой растительного покрова и представляет собой величину эффективной поверхности растительного покрова на единицу площади. Величина относительной площади листьев не постоянна и изменяется по мере роста и развития растений. В основе оценки относительной площади листьев агроценозов лежат как материалы наблюдений агрометеорологических станций за высотой и густотой посева, так и обобщенные нормированные зависимости относительной площади листьев сельскохозяйственных посевов от времени. В случае полного отсутствия информации о динамике развития агроценоза, оценить относительную площадь листьев можно используя данные о температуре воздуха исследуемой территории (Шумова, 2017).
Параметр а в формуле (1), характеризующий водоудерживающую способность мульчи, оценивается эмпирическим путем. Слой мульчи подвергается искусственному дождеванию, определяется начальная и конечная (после дождевания) массы мульчи. На основе полученных результатов вычисляется а. Согласно опытам на малых лизиметрах (Гусев, Бусарова, 1996), для мульчи из неразложившейся соломы с толщиной слоя в 5 см а составляет 2.0 см-1. Параметр а, оцененный на основе экспериментальных данных (Будаговский, 1962, 1964; Целищева, 1965), также
имеет значение 2.0 см-1. Согласно данным (Будаговский, Григорьева, 1991), приведенным для мульчи из неразложившейся соломы значения параметра а лежат в пределах от 2.8 до 4.0 см-1 .
Параметр рМ, входящий в формулу (8), в основном зависит от величины коэффициента диффузии водяного пара в слое мульчи и от теплопроводности мульчи. Методика определения параметра рМ, сводится к следующему. Используются два лизиметра с постоянным достаточным увлажнением. Поверхность одного из них остается открытой, его показания принимают равными ЕП0. Поверхность другого лизиметра покрывается слоем испытуемой мульчи и его показания равны ЕПМ. Значение вМ находится из уравнения (8). По оценкам тех же авторов (Будаговский, Григорьева, 1991) для мульчи из неразложившейся соломы значения параметра вМ изменяются в пределах 1.4-1.8 см-1.
Согласно численным экспериментам (Гусев, Джоган, 2000), заметное влияние на испарение воды почвой толщина слоя соломенной мульчи zМ оказывает в пределах первых 4-5 см. Таким образом, выбранный для расчетов в данной работе слой соломенной мульчи в 5 см является оптимальным, приводящим практически к максимально возможному снижению испарения воды почвой.
Схема расчета
Схема расчета испарения воды почвой при наличии мульчи следующая. Отсчет потенциального испарения воды почвой £ЕП0 для всех дождей начинается с нуля и заканчивается испарением самого
Р>0,1
большого количества осадков. По уравнению (1) вычисляется величина ^Еп0 - потенциальное
0
испарение, необходимое для испарения осадков слоем в 0.1 мм. Эта величина умножается на число дней с осадками Р>0.1 мм. Затем для числа дней с осадками равными или больше .Р>0.5 мм находится
Р>0,5
приращение величины потенциального испарения 8 ^ Еп0 , которое также умножается на число
Р>0,1
дней с осадками P>0.5 мм. Эта операция продолжается и для других интервалов до тех пор, пока общая сумма потенциального испарения не достигнет его значения для заданного расчетного отрезка времени. Применение зависимости (1) ограничено периодом, когда испаряются осадки, задержанные мульчей. Далее суммируется ЕП0(М), израсходованное на испарение всех задержанных мульчей осадков. Эта величина вычитается из ЕП0 для расчетного интервала времени (в данном случае месяц). Разность ЗЕП0=ЕП0-ЕП0(М) расходуется на испарение воды почвой через слой мульчи, величина которого определяется по уравнению (8). Общая сумма испарения воды почвой складывается из величины испарения осадков, задержанных слоем мульчи, и испарения воды почвой через нее.
Приведенная схема расчета была использована для оценки испарения воды почвой при наличии мульчи полей яровой пшеницы по средним многолетним материалам 26 метеорологических станций лесостепной и степной зон в общей сложности за 197 месяцев (Шумова, 2010а). При расчетах приняты значения параметров а=2.0 см-1, /3М=8.0 см-1, что при мульчировании соломой соответствует слою 5 см и массе 10 т/га. В условиях лесостепной и степной зон при выбранных параметрах мульчи среднее многолетнее максимально возможное испарение воды из мульчи после выпадения каждого дождя составляет 4 мм, а рассчитанное по фактическим дождям испарение воды мульчей в основном не достигает 4 мм (Шумова, 2010б). Исключение составляют лишь 8 месяцев из рассмотренных 197 (в 4% случаев), когда испарение превышает 4 мм для каждого дождя. Отсюда следует, что в средних многолетних условиях практически испаряются только осадки, задержанные мульчей, то есть имеет место первая стадия испарения, описываемая формулой (1).
Упрощенная схема расчета
Описанная выше схема расчета испарения воды почвой при наличии мульчи довольно громоздкая и требует подробных данных о числе дней с осадками различной величины. Проведенный анализ месячных данных о количестве осадков и числе дней с осадками различной величины показал, что в зависимости от времени года наблюдается определенная закономерность в их распределении. Результатом обобщений данных по осадкам для территории лесостепной и степной зон стал график, показанный на рисунке 1. На оси абсцисс представлены градации осадков Р ^, а на оси ординат -нормированные значения числа дней с осадками различной величины п^п0, где п0 - число дней с осадками P>0.1 мм, ni - число дней с осадками P>0.5, 1.0, 5.0, 10.0, 20.0 и 30.0 мм. У графика четыре
ветви, каждая из которых соответствует определенному типу распределения числа дней с осадками различной величины, характерной для разных месяцев.
На основе выполненных расчетов месячных величин испарения при мульчировании почвы получен график, представленный на рисунке 2.
1 ,
• I
о [I
А Ш
1 I □ IV
О'-1-1-'—0 — '-—0
О 5 10 15 20 25 30
Рис. 1. Распределение нормированных значений числа дней с осадками различной величины п^п0 по градациям осадков Р^. Условные обозначения: I - июнь, июль, август; II - май, сентябрь, октябрь; III - апрель, ноябрь; IV - март.
8
s 6
с Н
2 0
0 20 40 60 80 100 120 Eira /по•м"
Рис. 2. График связи между нормированными потенциальным испарением воды почвой ЕП0/п0 и испарением воды почвой при мульчировании Епм/п0 при средних значениях осадков P/n0, равных: I -6.5 мм, II - 4.6 мм, III - 3.2 мм, IV - 2.4 мм.
На его оси абсцисс отложены величины ЕП0/п0, где ЕП0 - месячные значения потенциального испарения воды почвой, рассчитанные по формуле (2); п0 - число дней с осадками >0.1 мм. На оси ординат - значения ЕПМ/п0, где ЕПМ - месячные величины испарения при мульчировании почвы. Величины ЕПМ рассчитывались по зависимостям (1) и (8) с использованием подробных данных о числе дней с осадками различной величины. Данный график позволяет по рассчитанной величине ЕП0/п0 определить значение ЕПМ/п0, а затем ЕПМ за месяц. Распределение ЕПМ по декадам происходит пропорционально ЕП0. При расчете испарения воды почвой при наличии соломенной мульчи выбор ветви на графике осуществляется по отношению Р/п0, где P - сумма осадков за месяц.
На рисунке 3 показана зависимость между месячными значениями испарения воды почвой при мульчировании, полученными по зависимостям (1) и (8) с использованием подробных данных о числе дней с осадками различной величины и по графику на рисунке 2. Коэффициент корреляции между значениями испарения воды почвой, которые были получены этими способами, равен 0.94. Из
этого можно сделать вывод, что использование графика намного упрощает расчет испарения воды почвой при мульчировании, сохраняя при этом приемлемую точность.
40 -
30
V 20
¿и
с
ы
10
о
0 10 20 30 40
Епм(гр), мм
Рис. 3. Зависимость между месячными величинами испарения воды почвой при мульчировании, полученными по зависимостям (1) и (8) - ЕПМ(Ф) и по графику на рисунке 2 - ЕПМ(гр). Условные обозначения: черные круги - испарение оценено по материалам наблюдений метеорологических станций: Ершов, Гигант и Одесса за средний многолетний период, светлые - по материалам наблюдений метеорологической станции Одесса за 1955 и 1958 гг.
Заключение
Мульчирование почвы растительными остатками как агротехнический прием, направленный на повышение водообеспеченности агроценозов, получило широкое распространение в основных зернопроизводящих регионах мира, которые характеризуются засушливым климатом.
Необходимо отметить, что высокая агрогидрологическая эффективность агротехнических мероприятий по мульчированию почвы на сельскохозяйственных полях возможна главным образом для культур, имеющих относительно короткий вегетационный период по сравнению с общей продолжительностью безморозного периода, а также для культур, которые в течение всего вегетационного периода или его значительной части не образуют сомкнутого растительного покрова (например, некоторые бахчевые культуры, виноградники, посевы хлопчатника). Для других культур, вегетирующих в течение большей части теплого периода и образующих густой сомкнутый покров (люцерна, клевер и т.п.), снижение непродуктивного испарения путем мульчирования почвы может дать мало ощутимый эффект.
При мульчировании почвы повышение водообеспеченности агроценоза происходит за счет изменения структуры суммарного испарения. Покрытие поверхности почвы слоем мульчи приводит к снижению испарения воды почвой (непродуктивной составляющей суммарного испарения) и увеличению транспирации сельскохозяйственных культур. Например, как показали расчеты (Шумова, 2010а), доля непродуктивной составляющей (испарение воды почвой) в суммарном испарении посевов яровой пшеницы в лесостепной и степной зонах европейской части России может снизиться с 60-70% при использовании традиционной агротехники до 30-40% при мульчировании.
Сама величина суммарного испарения за безморозный период при мульчировании почвы может или сохранять свое первоначальное значение (что наблюдается в степной зоне), или же уменьшаться по сравнению с суммарным испарением в условиях традиционной агротехники (что происходит в более увлажненной лесостепной зоне). В среднем многолетнем разрезе в лесостепной зоне при мульчировании почвы уменьшение суммарного испарения за безморозный период может доходить до 23-25%. В зоне неустойчивого увлажнения возможное снижение суммарного испарения при мульчировании может привести к изменению структуры гидрологического цикла - к накоплению запасов воды в почве, что весьма нежелательно в условиях современного гидроморфизма.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
Аллен Х.П. 1985. Прямой посев и минимальная обработка почвы. М.: Агропромиздат. 208 с.
Ананьева Л.М., Самарина Н.Н. 1986. Структура радиационно-теплового баланса естественных и природно-антропогенных геосистем лесостепи // Геосистемный мониторинг. М.: Институт географии АН СССР. С. 35-45.
Берлянд Т.Г. 1960. Методика климатологических расчетов суммарной радиации // Метеорология и гидрология. № 6. С. 9-12.
Берлянд М.Е., Берлянд Т.Г. 1952. Определение эффективного излучения Земли с учетом влияния облачности // Серия «Географическая». Известия АН СССР. № 1. С. 10-30.
Будаговский А.И. 1964. Испарение почвенной влаги. М.: Наука. 242 с.
Будаговский А.И. 1962. Испарение воды почвой // Тепловой баланс леса и поля. М.: Издательство АН СССР. С. 25-77.
Будаговский А.И., Григорьева Н.И. 1991. Пути повышения эффективности использования ресурсов почвенных вод // Водные ресурсы. № 1. С. 131-142.
Будаговский А.И. 1986а. Методы оценки параметров моделей испарения почвенных вод // Водные ресурсы. № 6. С. 3-15.
Будаговский А.И. 1986б. Уточнение моделей испарения почвенных вод // Водные ресурсы. № 5. С. 58-69.
Будаговский А.И., Шумова Н.А. 1976. Методы анализа структуры суммарного испарения и оценки эффективности его регулирования // Водные ресурсы. № 6. С. 83-98.
Будыко М.И. 1971. Климат и жизнь. Л.: Гидрометеоиздат. 472 с.
Будыко М.И. 1956. Тепловой баланс земной поверхности. Л.: Гидрометеоиздат. 254 с.
Гусев Е.М., Бусарова О.Е. 1996. Определение коэффициента эффективной диффузии водяного пара в соломенной мульче // Почвоведение. № 6. С. 789-792.
Гусев Е.М., Джоган Л.Я. 2000. Методика оценки влияния мульчирования почвы растительными остатками на формирование водного режима агроэкосистем // Почвоведение. № 11. С. 1403-1414.
Джекс Д., Бринд У., Смит Р. 1958. Мульчирование. М.: ИЛ. 218 с.
Константинов А.Р., Астахова Н.И., Левенко А.А. 1971. Методы расчета испарения с сельскохозяйственных полей. Л.: Гидрометеоиздат. 127 с.
Кулик Н.Ф. 1979. Водный режим песков аридной зоны. Л.: Гидрометеоиздат. 280 с.
Лархер В. 1978. Экология растений. М.: Мир. 384 с.
Лебедев А.Ф. 1930. Почвенные и грунтовые воды. М.-Л.; Сельхозгиз. 280 с.
Мульчирование почвы. 1935. М.: Сельхозгиз. 120 с.
Пивоварова З.И., Стадник В.В. 1969. О точности данных наблюдений актинометрической сети и оптимальном расстоянии между станциями // Труды ГГО. Вып. 249. С. 3-29.
Роде А.А. 1965. Основы учения о почвенной влаге. Т.1. Водные свойства почв и передвижение почвенной влаги. Л.: Гидрометеоиздат. 664 с.
Роу-Даттон П. 1960. Мульчирование овощных культур. М.: Сельхозгиз. 246 с.
Сельскохозяйственные экосистемы. 1987. М.: ВО Агропромиздат. 224 с.
Целищева Л.К. 1965. Влияние толщины и свободной пористости просохшего слоя на испарение // Почвоведение. № 3. С. 52-56.
Шумова Н.А. 2010а. Влияние мульчирования на суммарное испарение полей яровой пшеницы на юге Русской равнины // Метеорология и гидрология. № 2. С. 82-91.
Шумова Н.А. 2010б. Закономерности формирования водопотребления и водообеспеченности агроценозов в условиях юга Русской равнины. М.: Наука. 239 с.
Шумова Н.А. 2003. Оценка точности модели для расчета динамики запасов воды в почве. Метеорология и гидрология. № 10. С. 124-133.
Шумова Н.А. 2017. Методические подходы к оценке относительной площади листьев растений агроценозов // Экосистемы: экология и динамика. Т. 1. № 1. С. 74-92 [Электронный ресурс http://www.ecosystemsdynamic.ru (дата обращения 28.10.17)].
HarrisF.S., Yao H.H. 1923. Effectiveness of mulches in preserving soil moisture // Journal of Agricultural Research. V. 23. P. 727-742.
