Водний режим ґрунту на посівах пшениці озимої в умовах Південного Степу
Іван НЕТІС, доктор с.-г. наук
Інститут зрошуваного землеробства НААН
На півдні України вирощування пшениці озимої ведеться в досить складних умовах недостатнього зволоження. Волога тут є головним фактором, від якого залежить рівень її врожаю. Достатнє водозабезпечення рослин дає можливість повніше використовувати потенціал культури. Тому водний режим ґрунту є визначальним при формуванні високопродуктивних посівів.
Проте в останні роки відбуваються суттєві зміни клімату, змінюється кількість атмосферних опадів і температурний режим. Аналіз даних Херсонської метеостанції показав, що за останні 44 роки (1972–2015) у цій зоні річна кількість опадів збільшилась з 347,3 мм до 449,3 мм, що на 102 мм або, на 29,4% більше, ніж їх випадало раніше — в період 1882–1971 років, а температура повітря в останні п’ять років підвищилась на 1,3 °C. Звичайно, це впливає на водний режим ґрунту, водозабезпеченість рослин та їх продуктивність. Будь-які їх зміни необхідно враховувати, бо забезпечення рослин вологою є першочерговим для одержання високого врожаю культури. Але для цього потрібно знати закономірності надходження і витрачання вологи та ефективного її використання.
Дослідження, проведені на темно-каштановому ґрунті дослідного поля Інституту зрошуваного землеробства НААН, та дані МС Херсон показали, що в цій зоні загальна динаміка вологості ґрунту на посівах пшениці озимої в усі роки має однакову закономірність. В осінньо-зимовий період іде накопичення вологи в ґрунті, і до весни її запаси досягають максимуму, після чого витрачаються посівами та знижуються до кінця вегетації (рис. 1).
Рис. 1. Динаміка доступної вологи в шарі ґрунту 0–100 см на посівах
Разом із тим, кожен рік водний режим ґрунту має свої особливості. Щорічно запаси вологи в ґрунті та інтенсивність їх витрачання на посівах пшениці різні, що зумовлюється кількістю опадів, температурою і вологістю повітря, станом посівів тощо. Варіювання вологозапасів за роками і періодами вегетації досить велике — від 16–20 до 80–89%, особливо на посівах після непарових попередників.
Водозабезпеченість пшениці значною мірою залежить від попередника. Після збирання різних попередників у ґрунті залишається неоднакова кількість вологи. Найбільше її залишається після культур на зелений корм і гороху, а найменша — після соняшнику, ріпаку, стерньових тощо.
Найважливішою умовою отримання високого врожаю зерна пшениці озимої є своєчасна поява дружніх сходів і добрий розвиток рослин в осінній період. Проте на півдні України водний режим саме в осінній період є одним із найбільш несприятливих для пшениці.
Після збирання попередника з серпня по жовтень включно випадає в середньому 100–110 мм опадів, але через високі температури ґрунтом їх вбирається лише 20–30%. Тому до сівби пшениці на обробленому полі суттєвого поповнення запасів вологи зазвичай не відбувається. Більше того, часто спостерігається навіть їх зменшення. Такі умови призводять до того, що на час сівби запаси доступної вологи в ґрунті після непарових попередників часто бувають недостатні для одержання сходів та нормального росту рослин восени.
Розрахунки показують, що в післязбиральний період від випаровування втрачається приблизно 60–70 мм опадів. Тому зменшення втрат вологи від фізичного випаровування в цей період є значним резервом водозабезпечення пшениці озимої, передусім для одержання сходів.
На чорних парах запаси вологи в ґрунті значно вищі, ніж після непарових попередників. Так, після кукурудзи на силос у період сівби пшениці запаси доступної вологи в шарі ґрунту 0–100 см становлять у середньому лише 47 мм, на чорному пару їх у 2,5 разу більше — 109, а на зрошені ще більше — 134 мм. У шарі ґрунту 0–10 см, від якого залежать сходи пшениці, вони сягають у середньому 5, 11 і 16 мм відповідно (табл. 1).
Таблиця 1. Запаси доступної вологи в ґрунті після різних попередників
перед сівбою пшениці озимої (середнє за 30 років), мм
Добрі сходи пшениці з’являються лише тоді, коли в шарі ґрунту 0–10 см доступної вологи міститься 10 мм і більше. Отже, у цій зоні для одержання своєчасних сходів пшениці вологи в ґрунті достатньо лише на чорних парах і зрошенні. У той же час, після непарових попередників шар ґрунту 0–10 см часто містить її лише 2–6 мм, або буває повністю сухим.
В таких випадках одержання сходів пшениці залежить від опадів у післяпосівний період. Але вони випадають зазвичай у середині жовтня й пізніше, а тому сходи з’являються пізно, рослини до зими не встигають розкущитись і формують слабко розвинені посіви.
Багаторічні дані свідчать, що восени рослини добре кущаться й укорінюються та мають добрий стан розвитку тоді, коли в період сівби запаси доступної вологи в шарі ґрунту 0–20 см становлять 20–30 мм, а в 0–100 см — 100–115 мм і більше.
Рівень забезпеченості рослин вологою восени має велике значення не тільки для сходів пшениці озимої, але й для доброго розвитку рослин та отримання високого врожаю. Між запасами вологи в метровому шарі ґрунту в період сівби та врожайністю пшениці існує тісний зв’язок (r = 0,69–0,79).
До припинення осінньої вегетації відбувається поповнення вологи за рахунок опадів, але незначне — у середньому 28 мм. В цей період запаси вологи в метровому шарі ґрунту на парах становлять у середньому 100–115 мм, після непарових попередників — 60–80 мм. При цьому після непарових попередників часто ґрунт зволожується лише на глибину 40–50 см, а глибші шари до 1 м залишаються майже сухими.
Основна кількість вологи на посівах пшениці накопичується в осінньо-зимовий період. Тому найбільші запаси вологи в ґрунті на її посівах щорічно спостерігаються рано весною (рис. 2). У цей період у шарі ґрунту 1 м запаси доступної вологи в середньому станоловлять: на зрошенні 165 мм, по пару — 150 мм, після непарових попередників — 130 мм,
Рис. 2. Динаміка запасів доступної вологи в шарі ґрунту 0–100 см
протягом вегетації пшениці озимої у роки з високими
і низькими запасами вологи весною, мм
До весни ґрунт зволожується на глибину 1–1,5 м, але бувають роки, коли він зволожується лише на 50–60 см, а нижчі шари напівсухі.
Кількість опадів, які випадають в осінньо-зимовий період, цілком достатня для накопичення в ґрунті до 170 мм доступної вологи. Проте фактично в цей період ґрунтом поглинається дуже мала кількість атмосферних опадів. Так, із 196 мм опадів, які випали за осінньо-зимовий період, у середньому за 42 роки спостережень, у посівах пшениці після кукурудзи на силос у шарі ґрунту 0–100 см води вбиралось 83 мм, на пару — 40, а в умовах зрошення — 31 мм. Отже, ґрунтом поглинулось лише відповідно 42, 20 і 16% від тих опадів, що випали. Решта води опадів — 58–84% збігла в низини, частина випарувалася або вимерзла і втрачалася, не приносячи ніякої користі. Особливо мало вологи опадів вбирається на посівах пшениці по парах і на зрошенні, де ґрунт вологіший.
Дослідження показують, що втрати вологи опадів за осінньо-зимовий період становлять 100–160 мм, що було б достатньо для створення 1–2 т зерна пшениці. Для посушливої зони такі великі втрати недопустимі, бо це по суті втрачений урожай зерна.
Зменшення кількості вологи, поглинутої ґрунтом, рівнозначне зменшенню кількості опадів, бо для рослин важливо не та кількість вологи, яка випадає із дощами чи снігом, а тільки та, яка накопичилась у ґрунті, і може ними використатись. Тому необхідно звести до мінімуму втрати води на полях. Повніше вбирання осінньо-зимових опадів є одним із найбільших резервів покращення забезпечення посівів пшениці водою.
Тієї кількості атмосферних опадів, які випадають зараз, було б цілком достатньо для забезпечення всіх потреб пшениці. Але за сучасної системи землеробства, як показано вище, допускаються надто великі втрати вологи. Масштаби втрат вологи опадів настільки великі, що стають загрозливими для ведення землеробства, особливо враховуючи потепління клімату.
Досліджуючи причини цього явища, ми встановили дуже важливий факт. Як було зазначено вище, у цій зоні кількість опадів за рік збільшилася в середньому на 102 мм, і цілком логічно було очікувати бодай невелике покращення водозабезпеченості посівів пшениці. Натомість виявилося, що збільшення запасів вологи в ґрунті до весни і протягом всієї вегетації на посівах пшениці, майже не відбулося. Так, з 1964 по 1971 роки на посівах пшениці після кукурудзи на силос рано весною запаси доступної вологи в метровому шарі становили в середньому 131 мм, а з 1972 по 2006 роки, коли випадало більше опадів, — 129 мм. Тобто запаси вологи на посівах пшениці при виході із зими не збільшились. В період колосіння і наливу зерна вони навіть були меншими в середньому на 12–14 мм, ніж у роки з меншою кількістю опадів (табл. 2).
Таблиця 2. Зміни кількості опадів і запасів вологи в ґрунті на
посівах пшениці озимої з 1950 по 2006 роки
Те саме спостерігається і на посівах пшениці по чорному пару. Так, у середньому за 1950–1971 роки запаси вологи весною становили 154 мм, а за 1972–1991 роки, коли за рік випало в середньому на 84 мм опадів більше, її запаси були навіть меншими — 146 мм. Не збільшувались запаси вологи і в інші періоди вегетації.
Аналогічна закономірність простежується і в полі чорного пару протягом усього періоду його парування. Так, не дивлячись на те, що з 1972 по 1993 роки опадів за період парування випало в середньому на 56 мм більше, ніж за попередні роки, але запаси доступної вологи в метровому шарі ґрунту на момент сівби пшениці озимої не збільшились (табл. 3).
Таблиця 3. Зміни кількості опадів і запасів вологи в ґрунті в
паровому полі за 1952–1971 та 1972–1993 роки, мм
Встановлено, що за час парування поля з березня до вересня відбуваються надзвичайно великі втрати вологи. Втрачаються всі опади, які випали в період парування — у середньому 232 мм і, крім того, 18 мм, або 14,4% ґрунтової вологи накопиченої раніше в осінньо-зимовий період. Загальні втрати вологи за період парування становили в середньому 250 мм, або більше половини річної норми опадів.
Це обумовлено тим, що інтенсивні літні опади на парах не встигають поглинутись, і більша їх частина іде на стік і випаровується. Значно втрачається волога на парах також при літніх глибоких культиваціях пару, які досить поширені.
Отже, за більшої кількості опадів на посівах пшениці і в полі чорного пару водний режим ґрунту не покращився. Спостерігається навіть деякий негативний водний баланс, але це не є проявом аридизації території, бо вказані відхилення незначні. Разом з тим, чітко видно, що в останні роки значно зросла кількість опадів, які втрачались. Це свідчить про те, що ефективність використання опадів знизилась. Тому в землеробстві збільшення кількості опадів останніх років було мало помітним.
Виникає два запитання: чому так мало вбирається вологи опадів, і де поділись додаткові опади? Пояснити це випаровуванням їх внаслідок потепління клімату не можна, бо помітне потепління відбулося у холодний період року, коли випаровування мінімальне, а з травня по листопад, навпаки, температура повітря була дещо нижчою, ніж у минулі роки. На наш погляд, це зумовлено погіршенням агрофізичних властивостей ґрунту, збільшенням його щільності, що призвело до зниження можливостей вбирати воду. Основною причиною погіршення властивостей ґрунту є наявна система землеробства, спосіб його обробітку, зменшення вмісту органічної речовини та її основної складової — гумусу, ущільнення ґрунту важкими колісними тракторами тощо.
Разом із тим, в останні роки погіршення водного режиму ґрунту та забезпечення посівів пшениці водою не відбулося, і це тільки тому, що в цей період значно збільшилася річна кількість опадів, що й стабілізувало водний баланс території приблизно на тому ж рівні, який був раніше. Тобто додаткова кількість опадів, яка випадає в останні роки на півдні України, компенсує випаровування вологи, зв’язане з потеплінням клімату, і стримує аридизацію території. Без збільшення кількості опадів, під впливом росту температури, почалася б аридизація Південного Степу.
Через погане вбирання опадів у більшості років ґрунт під посівами пшениці виходить із зими далеко не повністю насиченим вологою, навіть на парах. Так, при відновлені вегетації насиченість вологою метрового шару ґрунту на її посівах після непарових попередників сягає в середньому 70–75% НВ, на парах — 83%, на зрошенні — 92% НВ.
На посівах пшениці після непарових попередників запаси вологи в ґрунті весною часто бувають вкрай низькими — недостатніми для нормального росту рослин у літні місяці. Дуже низькі її запаси весною (66–90 мм) тут кожен четвертий рік.
У більшості з них весною ґрунт був зволожений на глибину близько 50 см, а нижче до 90 см він був майже сухий, що перешкоджало росту коренів у глибину та використанню вологи з глибоких шарів ґрунту. В такі роки, за малої кількості опадів у подальшому, розвивалася ґрунтова посуха. Верхні шари ґрунту, де розміщувались корені пшениці, пересихали, внаслідок чого рослини страждали від нестачі вологи і навіть всихали, як це спостерігалось у 2007 році. Відтак, сухий прошарок є згубним для посівів пшениці, передусім тих, які пізно зійшли, і коренева система яких розміщена у верхніх шарах ґрунту.
В роки, коли весною на посівах пшениці запаси доступної вологи в метровому шарі ґрунту низькі (до 100 мм), то вони залишаються низькими протягом усього весняно-літнього періоду її вегетації (рис. 3). Опади весняно-літнього періоду у цьому разі зазвичай не виправляють положення. А коли запаси весною високі (170–180 мм), то забезпеченість посівів вологою, як правило, достатня для нормального росту й розвитку рослин до кінця вегетації.
Рис. 3. Запаси доступної вологи в ґрунті на посівах пшениці
озимої рано весною та її врожайність у різні роки
Опади літнього періоду мають велике значення для рослин, але їх зазвичай недостатньо для нормального водозабезпечення посівів, і під впливом високих температур вони швидко випаровуються. Спостерігається лише короткочасне збільшення вологозапасів в окремі періоди вегетації.
Дослідження показують, що в роки, коли на початку весни запаси вологи на її посівах низькі, то зазвичай формується низький урожай зерна. Високі запаси вологи в цей період здебільшого забезпечують високі врожаї навіть за малої кількості опадів у весняно-літній період вегетації. Так, у дослідах Інституту зрошуваного землеробства (ІЗЗ) в роки, коли весною запаси доступної вологи в шарі ґрунту 1 м становили 160–170 мм, урожайність пшениці після кукурудзи на силос була в межах 2,60–4,02 т/га, а при низьких її запасах (90 мм і менше) — 0,77–2,25 т/га.
Між запасами вологи в ґрунті весною і врожайністю пшениці існує тісний кореляційний зв’язок r = 0,77–0,83. З рисунка 3 видно, що крива лінія врожаю пшениці добре копіює криву запасів доступної вологи в метровому шарі ґрунту весною.
Багаторічні дані свідчать, що високий урожай зерна пшениця озима формує у роки, коли на початку весни запаси доступної вологи в шарі ґрунту 0–100 см становлять 150 мм і більше, задовільний — при 130, низький — при 100 мм і менше.
Проте врожай пшениці залежить не тільки від запасів вологи весною, а й від стану розвитку посівів восени, кількості опадів у весняно-літній період тощо. За слабо розвинених з осені посівів низькі запаси вологи в ґрунті весною зазвичай призводять до низького врожаю зерна, бо маючи слабо розвинену кореневу систему, рослини не можуть повною мірою використати наявні вологозапаси. За таких же низьких запасів вологи весною, але за добре розвинених посівів, пшениця формує значно вищий урожай зерна, бо маючи потужнішу кореневу систему, краще, ніж слабка використовує осінньо-зимові запаси вологи.
Так, у Херсонській області в роки з низькими запасами доступної вологи весною слабо розвинені з осені посіви забезпечували врожайність пшениці в середньому 2,14 т/га, а добре розвинені — на 0,87 т/га, або на 28,9% вищу. Усе це свідчить про те, що для нормального розвитку посівів пшениці озимої у літні місяці важливо мати високі запаси вологи в ґрунті на початку весни та добре розвинені посіви з осені.
За низьких запасів вологи весною урожай пшениці майже повністю залежить від кількості опадів у весняно-літній період вегетації. Проте опадів весняно-літнього періоду (139 мм) зазвичай недостатньо для забезпечення потреб пшениці у воді. Літні опади в степовій зоні випадають вкрай нерівномірно, і в основному мають ливневий характер, витрачаються переважно на стік і випаровування. У такі роки велика кількість опадів у травні й червні хоча й покращує стан посівів, але не гарантує формування високого врожаю.
На відміну від непарових попередників, посіви пшениці по чорному пару весною містять, як правило, достатню кількість вологи в ґрунті (150–160 мм), яка, в поєднанні з опадами, створює сприятливий водний режим посівів, що забезпечує добрий ріст рослин і високу врожайність зерна — 5–6 до 7 т/га, тоді як по інших попередниках урожайність часто не досягає і 3 т/га (рис. 4).
Отже, весняні запаси вологи в ґрунті великою мірою визначають забезпечення пшениці вологою у весняно-літній період. Вони є основним водним ресурсом формування майбутнього врожаю пшениці озимої. З огляду на це виключно велике значення має накопичення вологи в ґрунті за рахунок опадів осінньо-зимового періоду.
Дослідження показують, що за осінньо-зимовий період до весни на посівах пшениці можна додатково накопичувати 60–70 мм вологи, що цілком достатньо, щоб після непарових попередників рослини витримували навіть сильну посуху. Цієї кількості вологи достатньо, щоб підвищити врожай зерна пшениці на 0,8–1,0 т/га. Тому накопичення великої кількості вологи в ґрунті за осінь і зиму є важливою умовою для одержання високих і сталих урожаїв пшениці озимої на півдні України. Для більшого накопичення вологи в ґрунті необхідно покращити його агрофізичні властивості шляхом внесення гною, подрібненої соломи, стебел кукурудзи та інших органічних решток, освоєння відповідних сівозмін, відновлення мережі лісосмуг, проведення щілювання ґрунту, удосконалення способів його обробітку тощо. Багато вчених вважають, що приорювання подрібненої соломи рівноцінне внесенню 20 т/га гною. Рештки соломи покращують вбирання вологи ґрунтом, зменшують поверхневий стік і випаровування вологи. Тому на всій площі зернових під час збирання врожаю солому слід подрібнювати і рівномірно розкидати по полю з наступним її дискуванням.
Важливо не тільки накопичити якомога більше вологи в ґрунті, але й не менш важливо ефективно її використовувати. Наші дослідження свідчать, що за допомогою агротехнічних заходів можна значно зменшити витрати води на формування одиниці врожаю. Одним із заходів, які сприяють економному витрачанню води рослинами, є створення для них оптимальних умов живлення. Так, без добрив на формування 1 т зерна пшениці в середньому за 8 років витрачалося 910 м³ води, а при внесенні добрив — 804 м³. На кожній тонні зерна заощаджувалось 106 м³ води, що становить 11,6%.
Значно ефективніше вода використовується також при розміщенні пшениці після кращих попередників. Так, при розміщенні пшениці після кукурудзи на силос на формування 1 т зерна витрачалося у середньому 1010 м³ води, а по чорному пару — 764 м³. У цьому випадку на кожній тонні зерна економилось 246 м³ води, або 24,4%. Ефективніше витрачають воду на створення одиниці врожаю також високопродуктивні сорти. Є багато й інших способів ефективного витрачання води, які необхідно застосовувати.
Основні витрати вологи ґрунту відбуваються в період весняно-літньої вегетації пшениці в міру підвищення температури повітря і росту рослин. Вивчення динаміки запасів вологи в ґрунті на її посівах у цей період показує, що з весни волога поступово витрачається на випаровування з ґрунту і транспірацію рослин, але до виходу в трубку зазвичай її буває ще достатньо для нормального росту й розвитку рослин. Так, на посівах пшениці після кукурудзи на силос у цей період запаси вологи в метровому шарі ґрунту сягають у середньому за 42 роки 113 мм, а по пару — 126 мм.
Після виходу рослин у трубку, коли починається їх інтенсивний ріст, витрати вологи з ґрунту значно збільшуються, і в період колосіння її кількість в посівах пшениці є достатньою лише на зрошенні й чорних парах, де вологи міститься у середньому відповідно 93 і 73 мм. На посівах після непарових попередників запаси вологи в цей час зазвичай знижуються до 50–60 мм і нижче, внаслідок чого за відсутності дощів рослини страждають від браку вологи. Вважається, що запаси вологи в цей період менше 80 мм є недостатніми для доброго розвитку рослин. Спостереження показують, якщо в травні випадає велика кількість опадів, то на добре розвинених посівах це створює сприятливі умови для одержання високого врожаю.
Значний дефіцит вологи в ґрунті на посівах пшениці і найбільша нестабільність водозабезпечення рослин спостерігаються у період наливу зерна. У цей період запаси доступної вологи на непарових попередниках сильно знижуються і в середньому становлять 38 мм. Але часто вони бувають критичними — 4–10 мм, що призводить до формування щуплого зерна, маса 1000 зерен якого становить 25–30 г. Якщо в період формування та наливу зерна випадають дощі, то формується виповнене зерно, що позитивно впливає на врожай пшениці. При запасах вологи в цей період 50 мм і більше формується добре виповнене зерно з масою 1000 зерен 42–45 г. Цей період є критичним для пшениці по відношенню до вологи. Залежність урожаю від запасів вологи в ґрунті в цей період досить висока — r = 0,95.
Ці дані свідчать, що налив зерна пшениці нормально проходить тоді, коли запаси доступної вологи в шарі ґрунту 0–100 см становлять 50 мм і більше. Коли ж запаси вологи знижуються до 25–30 мм і нижче, налив зерна сильно гальмується, і формується щупле зерно та низький урожай.
Одержані дані свідчать, що найкращі умови водозабезпечення посівів пшениці на півдні України створюються на чорних і зайнятих парах, які забезпечують гарантовано високі врожаї зерна, навіть у посушливі роки. Непарові попередники зазвичай містять низькі її запаси, тому розміщення пшениці після непарових попередників і, особливо після соняшнику та стерньових, є однією з причин нестійких і часто низьких її урожаїв.
За даними Інституту зрошуваного землеробства, посіви пшениці озимої по чорних і зайнятих парах повинні становити 55–60% її площі. Не більше 25–30% посівів пшениці необхідно розміщувати після ріпаку, кукурудзи на силос і пшениці після пару, а решта посівів — після гороху та інших кращих попередників.
Але найбільш стале й гарантоване забезпечення посівів пшениці озимої водою створюється в умовах зрошення. Поливи дають можливість підтримувати на посівах оптимальну вологість ґрунту в критичні періоди вегетації, навіть у найбільш посушливі роки, що створює сприятливі умови для формування високого врожаю зерна — 6–7 т/га. Прибавка врожаю пшениці від зрошення сягає 2,5–3,0 т/га і більше. Таким чином, на півдні України є можливість покращити водозабезпеченість посівів пшениці озимої та значно підвищити рівень її врожаю. Для цього необхідно повніше використовувати атмосферні опади, більше накопичувати вологи в ґрунті, передусім в осінньо-зимовий період та в період парування ґрунту, зменшити втрати вологи та ефективніше її використовувати. Своєю чергою, для кращого вбирання вологи опадів слід покращити агрофізичні властивості ґрунту шляхом внесення гною, подрібненої соломи, стебел кукурудзи та інших органічних решток, освоєння відповідних сівозмін, удосконалення способів обробітку ґрунту тощо. Необхідно більше розміщувати пшениці після краще забезпечених вологою попередників — чорних і занятих парів та на зрошенні, де вона формує високі й сталі врожаї зерна.
Монітор 
