4.1 Особенности влажности почвы на пойменных лугах

Изучению водного режима луговых почв придавалось особое значение, так как характер водного режима является одним из первоосновных показателей ее конечной продуктивности. Водный режим пойменных лугов определяется, прежде всего, уровнем почвенно-грунтовых вод (УП-ГВ). Луговые почвы – это почвы, УП-ГВ которых достаточно близок к поверхности, чтобы обеспечить капиллярное подпитывание поверхностных горизонтов. Поэтому режим почвенно-грунтовых вод вследствие их близости к поверхности тесно связан с метеорологическими условиями. В целом по нашим многолетним наблюдениям по смотровым скважинам повышенный УП-ГВ отмечался непосредственно в годы хорошего разлива Иртыша, а также атмосферного увлажнения, засухи, как правило, сопровождались его резким опусканием. За 12 летнее (1994-2005 гг) наблюдение зеркало УП-ГВ оставалось в основном постоянно в пределах верхней трехметровой толщи. Лишь в конце вегетационного периода исключительно сухих 1999 и 2004 гг оно опустилось на глубину более трех метров.

Пополнение грунтовых вод на луговых угодьях происходит, как правило, во время разлива Иртыша весной, проходя через все элементы почвенного комплекса. Наличие частичного сквозного промачивания подтверждается тем (1995, 2002 и 2005 гг), что подъем УП-ГВ соответствует обильным осадкам летнего и осеннего периодов.

Для установления динамики почвенной влаги нами на различных участках центральной поймы высокого уровня реки Иртыша проведен эксперимент. Ежемесячно замерялся уровень почвенно-грунтовой воды при ее залегании в начальный период на глубинах 1,5 и 2,0 м с отбором почвенных проб на полевую влажность с глубин 0-60 и 60-100 см. Результаты многолетних исследований показали, что с мая по октябрь в засушливый год по сравнению с более влажными годами, особенно на глубинах 0-60 меняется значительно при залегании УП-ГВ на глубине 1,5 м, что свидетельствует о ее подпитывании снизу (таблица 17). При более глубоком залегании (2,0 м) такая же тенденция сохраняется, но в меньших объемах. Следовательно, в засушливые периоды разрыв капиллярных связей в аллювиально-луговых почвах пойменных лугов Иртыша высоких ее уровней происходит при УП-ГВ – 2,0 м.

По разнице между УП-ГВ весной и осенью предыдущего года определяли размер ее ежегодного пополнения. Вместе с тем следует подчеркнуть, что результаты наших расчетов, характеризующие баланс УП-ГВ, весьма приблизительны. В частности, весеннее пополнение УП-ГВ, по-видимому, более значительно, чем это следует из расчетов, так как часть воды до времени первого размера УП-ГВ могла быть израсходована на испарение и боковой отток.

В разные годы в результате половодья и инфильтрации талых вод почвенно-грунтовые воды получают различное количество воды. Вместе с тем практически общая тенденция после весеннего подъема УП-ГВ наступает период летней депрессии. Как отмечалось выше, лишь исключительно обильные осадки вызывают летний подъем УП-ГВ.

Таблица 17 - Динамика почвенной влаги при различных уровнях залегания почвенно-грунтовых вод, мм.

Почва	Слой, см	Периоды измерения
		Май	Июнь	Июль	Август	Сентябрь	Октябрь
	Засушливый год
	При УП-ГВ 1,5 м
Аллювиально-луговая	0-60 см 60-100 см	127,7 201,7	116,9 200,8	121,2 191,4	131,3 192,3	122,5 207,5	139,9 202,9
При УП-ГВ 2,0 м
Аллювиально-луговая	0-60 см 60-100 см	116,6 191,7	103,8 190,8	88,6 181,4	92,2 182,3	97,5 107,9	121,4 192,9
Влажный год
При УП-ГВ 1,5 м
Аллювиально-луговая	0-60 см 60-100 см	145,8 200,9	127,7 199,9	124,2 196,4	127,7 193,4	135,9 205,8	146,6 206,9
При УП-ГВ 2,0 м
Аллювиально-луговая	0-60 см 0-100 см	119,9 202,2	108,7 200,1	100,4 184,5	96,6 177,9	98,1 200,7	120,8 198,8

В сухие годы понижения УП-ГВ происходит вплоть до ноября. В средневлажные годы зеркало почвенно-грунтовых вод осенью несколько приближается к поверхности, хотя, судя по влажности почвы, ее сквозного промачивания не происходит.

Расход почвенно-грунтовых вод обусловлен эвапотранспирацией и оттоком. В луговых почвах основной причиной расхода является транспирация. Капиллярная кайма почвенно-грунтовых вод постоянно находится в корнеобитаемой толще всех членов лугового комплекса, поэтому расход почвенно-грунтовых вод на транспирацию велик. По определению Т.А. Работнова общая масса подземных органов на лугах варьирует от одного типа луга к другому до 20 т с 1 га, в связи с этим густой покров луговой растительности затеняет почву, препятствует физическому испарению.

Интенсивное понижение УП-ГВ на пойменных лугах реки Иртыш в первую половину лета происходит в результате расхода влаги из зоны капиллярного насыщения. Мощность капиллярной каймы вследствие этого очень мала.

Когда летом почвенная толща иссушается, грунтовые воды расходуются также в результате пленочно-капиллярного тока влаги к иссушаемым слоям. Однако как показали исследования, это подтягивание совершается очень медленно.

Еще одно обстоятельство необходимо подчеркнуть. В многолетнем режиме почвенно-грунтовых вод годам с влажным прохладным летом принадлежит особая роль. Именно тогда устанавливается наиболее высокий УП-ГВ. В годы с засушливым летом даже в тех случаях, когда весеннее пополнение почвенно-грунтовых велико, к концу периода вегетации их уровень существенно понижается. Повторение одного-двух лет без половодья с малоснежной зимой и засушливым летом в условиях поймы Иртыша вызывает резкое опускание УП-ГВ на глубину более чем 3 м.

Важное значение в условиях пойменных лугов, а тем более на ее засушливых (краткопоемных) и остепненных участках имеет режим влажности почв.

Как отмечено выше, на пойменных лугах сквозное промачивание осуществляется весной, реже летом. Смыкание просачивающей половодной воды с капиллярно-подпертой приводит к увлажнению всего почвенного покрова профиля до величины, превышающей наименьшую влагоемкость. Эта влажность сохраняется практически во всем профиле в течение 1-1,5 месяцев. За счет эвапотранспирации во второй половине лета верхняя метровая толща почвы иссушается до влажности, меньшей, чем величина НВ. В засушливые годы зона иссушения охватывает и большие глубины – до 150-180 см. Вследствие транспирации высота капиллярной каймы в разгар вегетации сокращается до 30-50 см, к осени она возрастает до 70-100 см, если почвенно-грунтовые воды стоят на глубине 2 м и до 130-160 см при трехметровой глубине.

Во второй половине лета в верхней метровой толще образуются зоны, иссушенные до величины меньшей, чем влажность завядания (ВЗ). В 1996 и 1998 годах это были небольшие участки, существовавшие в течение одного месяца, 1999-2000, 2002, 2004 годах вся верхняя полуметровая толща была иссушена до влажности завядания с июля по сентябрь. Таким образом, на протяжении большей части вегетационного периода скорость расхода воды путем эвапотранспирации превышает скорость капиллярного подпитывания, и верхняя часть почвенной толщи иссушается до влажности в интервале НВ-ВЗ и ВЗ-МГ.

По нашим наблюдениям, осенние осадки, выпадающие до ноября, ни разу не обеспечили сквозного промачивания луговых почв. Они лишь повысили влажность верхних горизонтов.

Из полученных результатов следует, что луговые растение весьма активно используют влагу капиллярной каймы в том случае, когда она проникает в первый метр почвенной толщи, т.е. когда зеркало УП-ГВ находятся на глубине около двух метров.

Большой интерес для агрономов-луговодов представляет решение вопроса о том, в какой мере луговые растения используют влагу капиллярной каймы, расположенной глубже, во втором метре. Сведения, имеющиеся на этот счет в литературе, противоречивы.

Так, по данным Н.В. Орловского, полученным на луговых почвах западно-сибирской лесостепи России (Новосибирская область), расход почвенно-грунтовых вод на капиллярное подпитывание в течение вегетационного периода резко падает при опускании вод на глубину 125-150 см и практически прекращается на глубине 175-200 см. В тех же условиях А.П. Трубецкая установила, что расход почвенно-грунтовых вод луговой почвой при уровне 190-270 см составил 10 мм в год, при уровне 180-220 см – 31 мм.

Из многолетних наблюдений С.П. Соколовского и Г.С. Солопова следует, что на пойменных землях Предкавказья при УП-ГВ 0,5 м расход их интенсивный, при уровне 0,5-1,5 м – умеренный, при уровне 1,5-3,0 м – слабый, при уровне более 3,0 м расхода практически нет.

К сожалению, в нашем случае с помощью балансового метода не удалось определить расход влаги из глубоких слоев луговой почвы за счет эвапотранспирации. Для более точной ее установке необходимо лизиметрические исследования, учитывающие приходную часть (осадки, подпитывание из грунтовых вод, влага почвы зоны аэраций), расходную часть (инфильтрация, влага почвы и зоны аэрации, испарение), дистилляцию в зимнее время, питание из грунтовых вод.

Таким образом, режим влажности луговых почв поймы Иртыша в течении теплого времени года складывается из периода повышенного весеннее-ранне-летнего увлажнения всего профиля (выше величины НВ) после разлива реки и периода иссушения верхней части почвы, когда расход воды на транспирацию и физическое испарение в верхней части профиля превышает скорость капиллярного потока воды. Начиная с середины лета до ноября, верхняя метровая толща луговых почв даже при УП-ГВ 150-200 см имеет влажность более низкую, чем величина наименьшей влагоемкости.

Из данных метеоусловий региона видно, что атмосфер­ные осадки выпадают неравномерно, а по своей величине не соответствуют оптимальной потребности лугопастбищных трав в виде злаковых и бобовых растений в процессе филогенеза выработали определенную ритмику в побе­гообразовании в периодически повторяющиеся засушливые месяцы (июнь, июль), травы прекращают кущение. В настоящее время известно, что пауза кущении является вынужденной, а если дать луговым растениям достаточное количе­ство элементов питания и влагу, то можно добиться непрерывного процесса образования побегов от весны к осени.

Особенно важно обеспечить растения влагой и питанием вовремя летне-осеннего кущения, когда, идет про­цесс формирования побегов, определяющих величину урожая не только те­кущего сезона, но и следующего года. В процессе кущения резко возрастает потребность во влаге, и поскольку атмосферных осадков недостаточно для её удовлетворения, необходимо орошение. Причем, когда речь идет о ежегодно высоких и стабильных урожаях луговых трав (6000 к.ед. с гектара и более), ороше­ние становится обязательным приемом повышения продуктивности кормовых угодий даже в годы, считающиеся по среднемноголетним данным нормальными по осадам. Кроме того, необходимо отметить, что в сухостепной зоне Восточного региона Казахстана орошение без внесения достаточного количества удобрений не только дело расточительное, но и отрицательно сказывающееся на пло­дородии почв водном балансе территории, на вкусовых качествах и питательности травы на пастбищах.

Составленная за многолетний период сухих и влажных годов климаграмма поймы реки Иртыш с учетом температуры воздуха, осадков показывает, что пойменные луга начиная с июля месяца, постоянно испытывают дефицит влаги в корнеобитаемом слое почвы. Если обильные по осадкам годы недостаток влаги приходится на конец июля по первую декаду сентября, а в засушливые годы с конца июля до конца вегетаций луговых трав (рисунки 12 - 14.).

среднемесячная те мпература воздуха	П е р и о д з а с у х и	осадки
Рисунок 12 – Климаграмма р. Иртыш (по Госсен). Год нормальный (1960-2000)

среднемесячная те мпература воздуха	П е р и о д з а с у х и	осадки
Рисунок 13 – Климаграмма р. Иртыш (по Госсен). Год сухой (1999)

среднемесячная те мпература воздуха	П е р и о д з а с у х и	осадки
Рисунок 14 – Климаграмма р. Иртыш (по Госсен). Год влажный (1995)

В целом следует отметить, что климатические условия Павлодарской области, в частности, количество тепла и интенсивность света вполне доста­точны для создания и использования культурных пастбищ. Вместе с там, не­которые особенности климата, такие как засушливость (особенно летом), не­большое количество осадков за вегетационный период и сильные ветры, а также значительное колебание отдельных климатических показателей по годам требуют при получении устойчивых урожаев пастбищного травостоя проведения оросительных мероприятий.

Подтверждением необходимости орошения в зоне с континентальным климатом служит вывод Э.Клаппа о том, что даже при среднем годовом количестве осадков 650-700 мм для нормального роста трав необходимы дополнительные источники, включая и поливную воду. По данным Ротамстедской опытной станции (Англия) для получения максимального урожая трав при удовлетворении всех других факторов роста за весь вегетационный пе­риод требуется от 400 до 500 мм осадков.

В Нидерландах установлено, что орошение лугов целесооб­разно при дефиците влаги 150 мм и более в год. Также известно, что макси­мальное испарение с открытой водной поверхности в средний год для сухостепной зоны, по данным бывшего Сибирского отделения АН СССР, колеблется в пределах 770-800 мм в год. Поскольку период максимально­го (летнего) выпадения атмосферных осадков совпадает с максимальной испа­ряемостью, то они не пополняют запасов влаги в почве и за короткий период полностью испаряются. Недостаток увлажнения достигает здесь 400-500 в су­хое и 250-300 мм во влажное лето, поэтому единственный путь повышения рентабельности луговодства - орошение.

Кроме того, специальными лизиметрическими исследованиями установлено, что на аллюви­альной почве за вегетационный период атмосферные осадки используются все­го на 85% в засушливые и на 73% во влажные годы.

Таким образом, создание и использование орошаемых культурных па­стбищ на пойменных лугах высокого уровня р. Иртыш связано с тремя усло­виями. Первое - климатические условия. Если за вегетационный период выпада­ет 120-125 мм осадков (по области), то из них используется луговыми травами всего 75 мм, что составляет 60%, при суммарном водопотреблении за сезон 500 мм, дефицит составляет в среднем 327-446 мм (таблица 18).

Таблица 18 - Баланс продуктивной влаги поймы Иртыш в корнеобитаемом слое (0-40 см), мм

Показатели	Влажный год	Сухой год
Запасы влаги к началу вегетации трав	152	122
Из них используются травостоем (65%)	98	79
Осадки вегетационного периода	125	125
Из них используется травами (60%)	75	75
Всего продуктивной влаги	173	154
Суммарное водопотребление за сезон	500	500
Дефицит	327	446

Второе – гидрологические условия. В связи с тем, что участок находится на пойменном лугу высокого уровня, травостой нерегулярно заливается (если затопление происходит, то на несколько суток). Уровень почвенно-грунтовой воды в конце лета находится на глубине 2 и более метров, что безопасно при поливе. Кроме того, во время разлива реки протоки, озера, старицы заполняются весенним половодьем, которых в летний период можно использовать для орошения без каких-либо дополнительных затрат.

И, наконец, третье – хозяйственные условия. При сенокосно-пастбищном использовании первое скошенное сено идет на зимнее хранение, летом скот пасется только по отаве. Из-за раннего срока скашивания (в фазе колошения основных злаков) сено получается лучшего качества. Кроме того, скот не надо гнать на несколько десятков километров в степь, пастбище находится рядом - (2-3 км) с населенным пунктом, что экономически выгодно.