Регулирование климата почвы является проблемой большого народнохозяйственного значения. Пространственные и временные изменения режимов влажности и температуры почвы зачастую определяют продуктивность сельского хозяйства территории.
А. И. Воейков первый указал на широкие возможности регулирования климата приземного слоя воздуха и почвы.
В работах П. И. Колоскова, Селянинова [107], Ф. Ф. Давитая [37], С. А. Сапожниковой [103], И. А. Гольдберг [30], А. М. Шульгина [194] и других идеи А. И. Воейкова получили дальнейшее развитие.
Термический режим почвы можно регулировать путем изменения:
а) степени покрытости почвы растительным покровом, который меняет характер теплообмена между почвой и приземным воздухом:
б) водного режима почвы (орошения или осушения), который меняет соотношение между составляющими теплового баланса поверхности почвы;
в) мульчирования почвы, которое в зависимости от физических характеристик мульчи повышает или понижает температуру поверхности почвы и ее верхних слоев, и др.
Таблица 60
Распределение минимальных температур воздуха по вертикали на винограднике в суровую зиму 1972 г. Дигоми
Таблица 61
Суточный ход температуры почвы (°C) на открытом участке и на шпалерном винограднике (средние данные за 1970—1972 гг.)
Перед регулированием термического режима почвы стоят в основном две задачи:
а) повысить температуру корнеобитаемого слоя почвы в северных и высокогорных районах, где недостаток тепла лимитирует урожай;
б) понизить температуру почвы в южных низменных районах, где лимитирующим фактором является влага и перегрев деятельной поверхности.
В наших работах [41, м3, 144, 151, 153, 154] ставилась задача изучить эффект регулирования термического режима почвы путем изменения геометрической структуры растительного покрова.
Наблюдения проводились на виноградниках шпалерной и беседочной систем. В качестве эталона, характеризующего естественный режим температуры почвы, были взяты данные метеостанции Вашладжвара, находящейся в аналогичных условиях на расстоянии 2,5 км от экспериментального участка.
Проведенные исследования показали существенную разницу в термическом режиме почвы между метеоплощадкой и шпалерным виноградником (табл. 61). На глубине 5 см почва на метеоплощадке теплее на 3,1—7,6°С в дневные часы и холоднее на 1,1 — 1,9°С в ночные, чем на винограднике. На глубине 20 см эта разность несколько уменьшается. Характерной особенностью является вдвое меньшая суточная амплитуда температуры почвы на винограднике по сравнению с метеостанцией, что, конечно, обусловлено термоизоляционными свойствами растительного покрова. Более наглядно это наблюдается в случае беседочной системы, где сомкнутый листовой полог поглощает основную часть поступающей коротковолновой радиации. Здесь средние суточные разности температур открытый участок — виноградник на глубине 5 см составляют более 5°С.
Поверхность почвы на открытом участке нагревается днем (13 ч) в среднем до 43,3°С, а ночью охлаждается до 18°С. При шпалерной системе поверхность почвы прогревается днем до 38 °С, а ночью охлаждается до 18°С (с той разницей, что на открытом участке минимум наступает в 4 ч, а на шпалере — в 7ч). Беседочная система обусловливает более равномерный суточный ход температуры поверхности почвы: максимум температуры наступает в 16 ч и не превышает 27—28°С. Ночью же температура не опускается ниже 19 °С. Суточная амплитуда при беседочной системе в три раза меньше, чем на метеоплощадке, и в 2,5 раза меньше, чем на шпалере. Разность температур между метеоплощадкой и шпалерой в среднем за сутки составляет 2,3 °С, между метеоплощадкой и беседкой 4,8 °С. Такие разности в температуре поверхности почвы создают значительные различия в условиях формирования термического режима верхних слоев почвы и припочвенного слоя воздуха (рис. 41), что обусловливает неодинаковую интенсивность протекания ряда биологических процессов в фитосфере и в конечном итоге — различный уровень продуктивности растений.
По термическому режиму поверхности почвы шпалерная система культуры винограда благодаря несомкнутости РП занимает промежуточное положение между открытым участком и сомкнутым РП (беседка).
Сравним данные о температурном режиме почвы на шпалерном и беседочном виноградниках, расположенных рядом и различающихся только геометрической структурой (табл. 62).
Рис. 41. Суточный ход температуры почвы и воздуха на открытом участке (а), шпалерном (б) и беседочном виноградниках (в).
Данные, приведенные в табл. 62, свидетельствуют о том, что переход от шпалерной системы к беседочной обусловил снижение температуры почвы на глубине 5 см в пределах 1,7—4,8°С, на глубине 20 см — в пределах 1,7—2,7°С, а на глубине 40 см — в пределах 1,8—2,2°С. Средние суточные разности по глубинам составляют соответственно 3,1, 2,3 и 2,0 °С.
Существенно меняется и суточное колебание температуры почвы в верхних слоях: на глубине 5 см суточная амплитуда па шпалере 4,4 °С, а под беседкой 1,3 °С. На глубине 20 см она уменьшается до 1,1 и 0,6 °С, а на глубине 40 см затухает.
Таблица 62
Суточный ход температуры почвы (°С) на беседочном и шпалерном виноградниках
Глубина, см | Вид опоры | Часы | Средняя за сутки | Суточная амплитуда | |||||||
10 | 13 | 16 | 19 | 22 | 1 | 4 | 7 | ||||
5 | Шпалера | 23,0 | 24,7 | 27,2 | 27,2 | 25,7 | 24,9 | 23,6 | 22,8 | 24,9 | 4,4 |
Беседка | 21,2 | 21,4 | 22,4 | 22,4 | 22,2 | 21,8 | 21,5 | 21,1 | 21,8 | 1,3 | |
Разность | 1,8 | 3,3 | 4,8 | 4,8 | 3,5 | 3,1 | 2,1 | 1,7 | 3,1 | 3,1 | |
20 | Шпалера | 23,2 | 22,9 | 23,4 | 23,7 | 24,0 | 23,9 | 23,7 | 23,2 | 23,5 | 1,1 |
Беседка | 21,5 | 20,9 | 21,0 | 21,2 | 21,3 | 21,3 | 21,2 | 21,1 | 21,2 | 0,6 | |
Разность | 1,7 | 2,0 | 2,4 | 2,5 | 2,7 | 2,6 | 2,5 | 2,1 | 2,3 | 0,5 | |
40 | Шпалера | 22,6 | 22,2 | 22,2 | 22,1 | 22,1 | 22,4 | 22,3 | 22,3 | 22,3 | 0,5 |
Беседка | 20,6 | 20,3 | 20,1 | 20,3 | 20,2 | 20,2 | 20,3 | 20,3 | 20,3 | 0,5 | |
Разность | 2,0 | 1,9 | 2,1 | 1,8 | 1,9 | 2,2 | 2,0 | 2,0 | 2,0 | 0,0 | |
Различия в температурах почвы под шпалерным и беседочным виноградниками сохраняются и в пасмурную погоду. Они близки к средним данным, представленным в табл. 62. Что касается ясной погоды, то тут разности возрастают и достигают в полуденные часы 6,3 °С, а минимум наступает около 10 ч и составляет 1,9 °С. Таким образом, можно заключить, что различия в температурах почвы между шпалерным и беседочным виноградниками носят стабильный характер и сохраняются при любых погодных условиях.
В орошаемых районах представляет определенный интерес характер суточного хода температуры почвы на виноградниках при поливах. Как известно, полив понижает температуру почвы на 1—5°С и более в зависимости от почвенных и климатических условий (наибольший термический эффект полив дает в пустыне). Полив снижает температуру почвы в течение суток на шпалерном винограднике на 3,3—5,3°С на глубине 5 см, на 2,9—4,1 °С на глубине 20 см и на 1,5—2,5°С на глубине 40 см. Среднесуточный эффект полива выражается на этих глубинах соответственно величинами 4,3, 3,6 и 2,2 °С. Разности между суточными амплитудами температуры почвы на участках до полива и после на указанных глубинах соответственно равны 2,0, 0,2 и 0,7 °С.
Под беседкой указанные выше разности несколько меньше и составляют 2,8—3,5°С на глубине 5 см и 0,3—1,5°С на глубине 40 см.
