О необходимости полива растения знали еще древние земледельцы Шумера и Египта, но от этого знания до точного расчета дозы полива — достаточно большое расстояние.
Количество воды, потребляемое растениями, значительно превышает поступление таких важных для жизни питательных элементов, как азот, калий, фосфор. Например, пшеница на широте Москвы с одного гектара почвы забирает не больше двухсот килограммов азота, калия, фосфора в год, и в то же время она потребляет тысячу тонн воды. В сухих степях Заволжья потребность пшеницы в воде возрастает еще больше: она поглощает две тысячи тонн воды с гектара. Потребление воды могло здесь быть и больше, но просто в каштановых почвах две тысячи тонн — это весь запас доступной растениям воды. Если учесть, что в сухих степях на каштановые почвы поступает в год двести — четыреста миллиметров осадков, что соответствует четырем — двум тысячам тонн воды на гектар, то станет ясной вся напряженность водного режима растений в этой зоне. Дело в том, что часть этих осадков выпадает зимой и может теряться во время весеннего стока талой воды, другая часть в виде снега сдувается в овраги и тоже теряется для растений. Некоторая доля осадков, иногда весьма значительная — до четверти годовой нормы, может выпадать в виде ливня и тоже стекать по поверхности почвы в овраги и балки. А небольшие дожди в летние месяцы смачивают лишь самую верхнюю, миллиметровую корку почвы и испаряются в воздух, не используясь растениями. Поэтому зона сухих степей для получения высоких и устойчивых урожаев требует орошения, полива.
Вода в почве
Самые простые расчеты показывают, что для орошения тысячи гектаров в течение лета необходимо не меньше двух миллионов тонн воды. Если учесть, что часть поливной воды испаряется, не попадая в растения, часть фильтруется в глубокие слои почвы и тоже пропадает для растений, то эту цифру надо увеличить. Проблема полива больших площадей включает такие вопросы, как методы полива, строительство инженерных сооружений, распределяющих воду, подающих ее к полю, расчеты норм полива и т. п. Всем этим занимается наука мелиорация и составная часть ее — мелиоративное почвоведение.
Почва впитывает воду, удерживает ее. Это свойство почвы называют влагоемкостью. Глины удерживают до шестидесяти процентов воды от веса почвы, суглинки — тридцать — сорок процентов, супеси — двадцать процентов, пески — до десяти процентов. Следовательно, при поливе почва может удержать лишь строго определенное количество воды. Проектируя полив, необходимо прежде всего установить, какой мощности слой почвы надо поливать. Отсюда следуют другие задачи, стоящие перед почвоведами. Они должны знать водопроницаемость почвы, скорость впитывания воды, ее влагоемкость, плотность и т. д.
Важным свойством почвы следует признать так называемую влажность завядания. Это то количество воды в почве, которое растение не может взять и она остается «мертвым балластом». Влажность завядания определяется свойствами почвы и видом растений. Разные растения могут иссушать почву до неодинаковых остаточных запасов воды. Это определяется сосущей силой растения. Если сосущая сила растения больше, чем водоудерживающая способность почвы, то растение отберет у почвы воду, если меньше — оно погибнет от недостатка воды. То есть, чтобы взять из почвы воду, растение должно совершить работу. Если энергетические ресурсы растений позволяют, то они смогут взять необходимую воду, если нет — вода останется в почве.
Выяснилось, что большинство сельскохозяйственных растений не может брать воду из почвы, если необходимо затратить работу больше полутора килоджоулей на килограмм воды. Деревья наиболее работоспособны: они перестают потреблять воду лишь тогда, когда необходимо тратить больше двух с половиной килоджоулей на килограмм воды.
Ясно, что, чем больше тратится энергии на получение воды из почвы, тем меньше урожай фитомассы растений. Оптимальная трата энергии растениями — сто джоулей на килограмм воды — отмечается тогда, когда почва увлажнена до полевой влагоемкости, до такого количества воды в ней, которое остается после отекания избытка. Сразу после полива влажность почвы близка к этому состоянию. Если учесть, что за летние месяцы растения расходуют ежедневно в среднем до тридцати тонн воды, то на потребление этого количества воды им требуется выполнить работу от трех тысяч килоджоулей до тридцати тысяч, что равносильно работе небольшой сельской электростанции.
При поливе необходимо учитывать не только полевую влагоемкость почвы, не только ее исходную предполивную влажность, но и величину влажности завядания, скорость движения в почве, потери воды на испарение непосредственно из почвы и т. д.
Необходимость специальных знаний при орошении не только следствие сложных взаимодействий почвы и воды. Организация полива существенно зависит от размеров орошаемых участков. Чтобы полить одну-две грядки шириной семьдесят сантиметров, длиной два-три метра и общей площадью полтора — два квадратных метра, достаточно взять четыре ведра воды. При этом лейка позволяет равномерно распределять воду по поверхности. Но если поливная площадь измеряется гектарами и сотнями гектаров, то необходимы уже совершенно иные подходы.
Полив больших площадей — сложная гидротехническая, мелиоративная проблема. Воду на поле можно подавать напуском по полосам, можно предварительно нарезать борозды и пускать поливную воду по ним, можно использовать дождевальные установки. Полив напуском - теоретически самый дешевый способ. Но в конечном счете он обходится дороже, поскольку тратится больше воды и почва поливается неравномерно. В начале поля она увлажняется глубже, избыточнее, чем в конце, где воды может и не хватить. Аналогичная ситуация создается и при поливе по бороздам. Полив этими методами должен учитывать уклон местности, скорость впитывания воды, глубину грунтовых вод. Участок для полива должен быть выровнен, или, как говорят мелиораторы, спланирован, чтобы поверхность почвы увлажнялась равномерно и не оставались бугры, не политые водой. Все сказанное относится к поливу по бороздам.
Перечисленные способы полива трудоемки и требуют большой доли ручного труда. Кроме того, эти способы приводят к потере воды на отток в грунтовые воды, на испарение. Часть подаваемой воды (и иногда очень большая) при поливе по полосам расходуется зря.
Сейчас на нашей планете в той или иной степени орошается около ста миллионов гектаров. При норме одного полива в шестьсот тонн на всю эту площадь надо израсходовать шестьдесят миллиардов кубических метров воды. Для примера эту цифру можно сопоставить с запасами воды в озере Чад, которые приблизительно равны шестидесяти миллиардам кубометров. При таких больших расходах воды на полив небольшие ошибки в расчете поливной нормы, перерасход воды сразу скажутся на водном бюджете стран.
Так что экономный полив — это насущная необходимость. Следует учесть, что, пока воду гонят по магистральным и распределительным каналам, она тоже впитывается в почву и частично испаряется. На все это теряется достаточно большое количество воды, поэтому во всем мире разрабатываются другие методы орошения. Был предложен способ подземного орошения. Он основан на свойстве керамических труб пропускать воду сквозь поры своих стенок. По керамическим трубам вода подается в поле. Но, чтобы заложить эти трубы в почву, надо разрыть поле, вырыть на нем канавы, уложить туда трубы и снова закопать. Да и сами трубы стоят недешево. Они могут раскалываться и заиливаться. В первую очередь, конечно, этот вид орошения используется под дорогостоящие технические культуры, например под плантации роз.
Для орошения больших площадей нужны другие методы. Среди них хорошо себя зарекомендовал метод дождевания. Поле принимает «душ». Вода разбрызгивается над почвой. Увлажняется не только почва, но и приземный слой воздуха. Но и этот метод имеет недостатки. Главный из них — небольшая производительность одного агрегата. Норма четыреста — шестьсот кубометров воды на гектар равносильна дождю, образующему водный слой в сорок — шестьдесят миллиметров. Обычно дождевальная установка за один раз, или, как говорят мелиораторы, с одной позиции, может полить от одного ара до двадцати аров земли. Интенсивность полива дождеванием не должна превышать полутора-двух миллиметров в минуту. При большей интенсивности происходит разрушение почвенной поверхности, ее заиление, и вода не попадает в почву, а стекает с нее. При этом может даже разрушаться поверхность почвы, могут образовываться промоины. Такое явление называется ирригационной эрозией.
