Отношение растений к влагообеспеченности

Растения извлекают воду из почвы до тех пор, пока сосущая сила корешков может конкурировать с сосущей силой почвы. Поглощение воды происходит тем интенсивнее, чем больше всасывающая поверхность корневой системы и чем легче корни и почвенная влага приходят в соприкосновение друг с другом.
Корни развивают благодаря концентрации клеточного сока сосущую силу, достаточную для извлечения из почв большей части связанной воды. Затем сосущая сила почвы резко возрастает. Для дальнейшего потребления воды корням необходим приток ее из участков почвы, свободных от корней, или корни следуют за водой, увеличивая свою активную поверхность.
У влаголюбивых травянистых растений устойчивое завядание наступает при сосущей силе почвы 0,7-0,8 МПа, у большинства сельскохозяйственных растений - при 1-2 МПа, а у растений умеренно сухих местообитаний и древесных пород - при 2-3 МПа. Соответствующую влажность называют влажностью завядания. Ее определяют, фиксируя влажность почвы, при которой растения устойчиво завядают. Отношение влажности завядания к максимальной гигроскопичности называют коэффициентом завядания. Величина его значительно изменяется у различных растений (табл. 4).

Влажность завядания зависит от плотности почвы. При ее уплотнении значительно сокращается количество водо- и воздухопроводящих пор, в которые могли бы проникать корни растений. В то же время увеличивается доля мелких неактивных пор, в которых вода удерживается с давлением более 1,6 МПа. В интервале плотности 1,50-1,55 г/см3 влажность завядания увеличивается на 28-30 % по сравнению с уплотнением 1,11- 1,44 г/см3.
Оптимальная влажность корнеобитаемого слоя почвы, при которой достигается максимальная интенсивность роста растений, изменяется для различных видов в пределах 65-90 % наименьшей влагоемкости, в частности: 75-90 % - для многолетних трав, 65- 80 - для зерновых, 70-85 % - для овощных культур.
Обобщенные данные по оптимальной влажности для некоторых культур представлены в таблице 5. Эти данные носят весьма рекогносцировочный характер, поскольку диапазон оптимальной влажности зависит от структурного состояния почв, их гранулометрического состава. Например, нижний оптимальный предел влажности почвы для озимой и яровой пшениц, кукурузы, картофеля, зернобобовых культур составляет на тяжелых, средних и легких почвах соответственно 75, 70 и 65 % НВ, для овощных культур - 80, 75 и 70% НВ, для многолетних трав - 75, 70 и 60 % НВ.

При переувлажнении почв нарушается воздушный режим, накапливаются токсичные продукты анаэробиозиса. Устойчивость различных растений к переувлажнению или затоплению водой весьма неодинакова (табл. 6). Некоторые из них характеризуются весьма высокой приспособленностью к избытку влаги за счет развития воздухоносных тканей в корнях, поверхностного развития корневых систем в более аэрированных слоях почвы и др.

Длительность выживания растений в условиях затопления сильно зависит от температуры воды. Если в весенний период допустимая продолжительность затопления различных видов многолетних трав (табл. 7) колеблется в пределах 5-25 сут (для некоторых видов больше), то в летний период она не должна быть более 20-26 ч. Для зерновых культур летнее затопление не должно превышать 5-12 часов, для овощных - 5-7 ч.

Растения по-разному реагируют на глубину залегания и качество грунтовых вод. Их влияние может быть положительным, когда речь идет о "грунтовом питании" растений пресными водами, особенно проточными, при оптимальной глубине их залегания, и наоборот, растения могут угнетаться в результате заболачивания при близком расположении грунтовых вод или страдать от избытка солей при повышенной минерализации.
Уровень грунтовых вод, при котором растения начинают угнетаться и погибать, называется критическим. В полуаридных и аридных условиях это происходит в основном из-за высокой их минерализации. В гумидных условиях, где повышенная минерализация грунтовых вод встречается редко, негативное влияние их связано только с заболачиванием.
Критический уровень грунтовых вод зависит от интенсивности капиллярного поднятия, мощности капиллярной каймы и минерализации воды.
В пределах капиллярной каймы влажность почвы уменьшается к верхней ее границе. В нижней ее части водой заполнены все почвенные поры, в средней - мелкие и средние, а в верхней - только мелкие. Таким образом, в верхней зоне капиллярной каймы создаются оптимальные условия водно-воздушного режима для растений, при достаточной влажности сохраняется хорошая аэрация. Поэтому глубина залегания грунтовых вод будет оптимальной в том случае, когда верхняя часть капиллярной каймы находится в зоне массового распространения корней растений.
Данные оптимальной глубины залегания слабоминерализованных грунтовых вод для различных растений представлены в таблице 8. При застойных грунтовых водах, характерных для пониженных замкнутых элементов рельефа, происходит накопление токсичных продуктов анаэробиозиса. Особенно неблагоприятны такие воды для многолетних насаждений - садов и виноградников. Их преждевременная гибель при уровне залегания застойной воды на глубине 1,5-2,0 м неизбежна даже при невысокой степени минерализации.

При проточных грунтовых водах на склонах террас со свободным грунтовым стоком, в предгорьях плодовые деревья не испытывают угнетения при расположении корневых систем в зоне капиллярной каймы благодаря достаточной обеспеченности кислородом..
Растения по-разному переносят грунтовое переувлажнение. Наиболее устойчивы к нему многолетние травы, которые располагаются в ряд: донник белый (9-12 дней), люцерна средняя (10-14), житняк гребенчатый (10-17), костер безостый (24-28), пырей мелкоцветковый (31-35), тимофеевка луговая и канареечник тростниковидный (более 40 дней).
При повышенной минерализации грунтовых вод или при слабой, но со щелочным засолением капиллярная кайма не должна находиться в зоне основного обитания корней. Данные о предельно допустимой глубине залегания грунтовых вод для многолетних насаждений в зависимости от их проточности, минерализации и химического состава представлены в таблице 9.

В таблице 10 на основе материалов В.Ф. Валькова и обобщенных им же данных других исследователей показаны относительные уровни продуктивности многолетних насаждений в зависимости от глубины залегания фунтовых вод, засоленных нейтральными солями с минерализацией более 2 г/л и щелочными солями.

В условиях недостаточного увлажнения продуктивность сельскохозяйственных растений определяется их засухоустойчивостью, т.е. способностью переносить значительное обезвоживание клеток, тканей и органов.
Растения подвергаются водному стрессу как в результате дефицита влаги в почве (почвенная засуха), так и из-за усиления транспирации в ответ на высокую температуру и низкую влажность воздуха (атмосферная засуха). Почвенная засуха обычно нарастает постепенно, и растения отчасти успевают приспособиться к ней, атмосферная засуха наступает внезапно, ее действие приводит к запалу или захвату растений.
Под действием засухи снижается всхожесть семян, уменьшается рост зародышевых корней, задерживается формирование вторичной корневой системы, закрываются устьица, листья вянут и скручиваются, ускоряется их старение, сильно сокращается КПД фотосинтеза и т. д.
Как комплексное свойство засухоустойчивость зависит от способностей растений избегать высыхания и устойчивости к высыханию. Избегать высыхания помогают все механизмы, с помощью которых растению удается при сухости воздуха и почвы сохранять как можно дольше хорошее состояние воды в тканях. Это достигается в той или иной мере более эффективным поглощением воды из почвы путем повышения сосущей силы и развития корневой системы, уменьшением потери воды благодаря своевременному закрытию устьиц, эффективной защите от кутикулярной транспирации и уменьшению транспирирующих поверхностей, запасанием воды и повышением способности проводить воду.
Устойчивость к высыханию - это видоспецифическое и способное к адаптивному изменению свойство протоплазмы переносить сильное обезвоживание.
Засуха бывает иногда такой сильной, что растения уже не в состоянии извлекать воду из почвы. Засухоустойчивость растений при полном прекращении водоснабжения называется выносливостью. Это мера специфической способности данного вида растения сохранять запасы воды в своих побегах.
Существуют различные классификации растений по их отношению к водному режиму. Выделяют следующие основные экологические типы растений: гидрофиты, гигрофиты, мезофиты, ксерофиты. Большинство используемых в сельском хозяйстве растений - мезофиты и значительно реже - ксерофиты. Среди культурных форм типичных ксерофитов практически нет, они представлены дикорастущими видами.
В определенной мере засухоустойчивость растений может характеризоваться коэффициентом транспирации, т.е. количеством воды в граммах, которое расходуется на синтез 1 г сухого вещества. Величина его в значительной мере зависит от условий местообитания (водно-физических свойств почвы, обеспеченности питательными веществами и др.) и сомкнутости фитоценоза. Тем не менее этот коэффициент весьма специфичен для различных культур и позволяет судить, насколько продуктивно расходуется влага растениями (табл. 11).

Коэффициент водопотребления сельскохозяйственных культур - количество воды (м3), расходуемое на испарение с поверхности почвы и транспирацию для образования 1 т сухой биомассы, - менее специфичен для конкретных растений и характеризует эффективность использования влаги агроценозом. Он сильнее зависит от природных и агротехнических факторов, чем коэффициент транспирации, резко возрастая в годы с недостаточным количеством осадков. Снижение коэффициента водопотребления достигается сокращением непроизводительного расхода влаги путем совершенствования технологий возделывания сельскохозяйственных культур.
Коэффициент водопотребления имеет важное значение при расчете уровня возможной урожайности. В таблице 12 представлены наиболее характерные коэффициенты водопотребления основных полевых культур. Эти данные необходимо уточнять на ближайших опытных станциях и в научно-исследовательских учреждениях.
Для деревьев важным условием засухоустойчивости является способность подавать воду в верхние части кроны. Засухоустойчивость плодовых деревьев увеличивается в ряду: груша, яблоня, слива, персик.