В многокомпонентной системе избыток одного компонента вызывает недостаток другого. Почва, как известно, состоит из трех фаз – твердой (минеральной), жидкой и газообразной. Воздух и вода в почве занимают пространство между частицами твердой фазы. Поэтому влага осадков вытесняет из почвы воздух. Часть кислорода почвенного воздуха растворяется в воде, но это – очень небольшая часть кислорода, необходимого для дыхания корневой системы растений. К тому же, чем выше температура почвы (и воды), тем меньше в воде растворенного кислорода, и тем выше в нем потребность растений. Поэтому переувлажнение почвы приводит к угнетению роста и развития растений, а в некоторых случаях – к гибели от удушья.

«Уход» воды с поверхности поля и подсыхание верхнего слоя почвы не гарантируют избавления от проблемы дефицита кислорода в почве. Высохшая поверхность затопленного поля часто покрывается плотной воздухонепроницаемой почвенной коркой, которая «не пускает» воздух в почву. Поэтому, кстати, подсохшую корку рекомендуется своевременно «разбивать».

Ущерб от переувлажнения не ограничивается только дефицитом кислорода для растений. Существует еще одна «статья расходов». Вода растворяет минеральные удобрения. И уносит их с собой. Нитратный азот покидает корне­обитаемый слой как по вертикали (промывается при инфильтрации почвы), так и по горизонтали (смыв с поверхности почвы). Кроме того, в анаэробных условиях переувлажненной почвы нитратный азот подвергается денитрификации. То есть превращается в молекулярный азот и возвращается «в воздух».
Как оценить вероятные потери? И что делать потом с этим знанием?

Первой жертвой переувлажнения становится наиболее мобильная форма азота – нитратная. В экстремальных условиях возможна потеря практически 100% нитратного азота, находящегося в корнеобитаемом слое почвы.
Основным путем потерь нитратного азота на легких (песчаных и супесчаных почвах) является выщелачивание (промывание). Растворенные в воде нитраты мигрируют с потоком воды, опускаясь все ниже и ниже по мере инфильтрации почвы водой. Если на пути влаги не оказывается препятствий типа «плужной подошвы», то нитраты покидают пределы корнеобитаемого слоя и двигаются дальше. Чем выше водопроницаемость почвы и чем хуже ее водоудерживающие свойства, тем больше потери нитратного азота от промывания. На плотных почвах тяжелого механического состава, хорошо удерживающих и плохо пропускающих влагу, потери нитратов от промывания возможны только при длительном периоде избыточного увлажнения. Потери нитратов в результате инфильтрации с влагой в нижние горизонты тяжелой суглинистой почвы примерно в 4-5 раз меньше, чем на легкой песчаной при сопоставимом количестве выпавших осадков.
Плотные тяжелые почвы хорошо удерживают влагу, поэтому вода, залившая «с верхом» глинистое поле, долго не покидает такую «гостеприимную» почву. Из-за этого почву начинает покидать азот. Не через «дно» пахотного слоя, а через его «верх». И не с водой, а с воздухом. В результате процесса денитрификации.

Соединения азота трансформируются и «переформатируются» обитающими в почве микроорганизмами. В анаэробных условиях при достаточно высокой температуре и щелочной реакции почвы создаются условия для денитрификации – преобразования микрофлорой почвы нитратов в газообразные оксиды и молекулярный азот. В природе денитрификация имеет широкие масштабы. В результате в атмосферу ежегодно поступает 270-330 млн т N2, т.е. этот процесс сравним с азотфиксацией. Большая часть этого азота – потери из почвы.

Первый этап денитрификации – переход нитратов в нитриты – способны осуществлять не только бактерии, но водоросли, грибы и дрожжи. На заключительном этапе денитрификации (до молекулярного азота) участвуют только прокариоты. Большинство из них – факультативные анаэробы, которые заменяют отсутствующий в анаэробных условиях кислород нитратами.
Процесс денитрификации вполне корректно называют анаэробным нитратным дыханием. Нитраты в анаэробных условиях выполняют функцию акцепторов электронов, поступающих с окисляемого субстрата. Соответственно, субстрат окисляется, а нитраты восстанавливаются в последовательности: NO- –>NO- –>NO –> N2O –>N2. Энергетический выход при переносе электронов к NO- и N2O приблизительно одинаков и в сумме составляет около 70% энергетического выхода при дыхании с участием свободного кислорода. То есть нитратное дыхание на треть менее эффективно, чем «традиционное», с использованием кислорода. Поэтому микрофлора почвы использует нитраты только при дефиците азота. Соответственно, восстановление доступа кислорода в почву (аэрация) прекращает процесс денитрификации. Рыхление почвы (разрушение почвенной корки), например, не только улучшает снабжение корневой системы растений кислородом, но прекращает «вредительскую» деятельность нитрифицирующих бактерий.
О том, что бактерия участвует в денитрификации, красноречиво свидетельствует ее «фамилия» с аристократической приставкой «де»: Thiobacillus denitriflcans, Thiomicrospira denitri­ficans, Paracoccus denitrificans Paracoccus denitri­ficans. Но есть бактерии (Pseudomonas studzeri, Pseudomonas fluorescens), «ФИО» которых не указывает на их потенциальные денитрифицирующие свойства.

Более того, известный азотфиксатор Azo­spiril­lum lipoferum при наличии нитратов в анаэробных условиях проводит денитрификацию, а в аэробных – ассимилирует нитрат. Это вполне объяснимо. Ферменты азотного цикла (нитрогеназа азотфиксаторов, нитритоксидоредуктаза нитрификаторов, ассимиляторная и диссимиляторная нитратредуктазы) имеют общий «структурный элемент» — низкомолекулярный молибденсодержащий кофактор. Он может «переустанавливаться» микроорганизмом с одного фермента на другой, в зависимости от ситуации. Таким образом, процессы нитратредукции, азотфиксации и денитрификации взаимно связаны и могут осуществляться одними и теми же бактериями, но в разных условиях.

На интенсивность денитрификации влияет:
1. Продолжительность «безвоздушного» периода в переувлажненных, переуплотненных или заиленных почвах. Содержание кислорода в основном зависит от влажности почвы, которая, в свою очередь, определяется механическим составом и плоностью.
2. Температурный режим. Скорость денитрификации увеличивается экспоненциально в интервале от 15°C до 30°C, максимальные потери нитратного азота отмечаются при температуре почвы от 23°C до 27°C.
3. Содержание нитратов и органических веществ. Бактерии нуждаются в источнике легкодоступных органических веществ. Поэтому денитрификация интенсивно происходит на богатых органикой почвах. Запаханные растительные остатки и органические удобрения стимулируют процесс. И, конечно же, должно быть необходимое количество нитратов.
4. рН почвы. Процесс денитрификации интенсивно происходит в щелочных почвах, в кислых почвах денитрификация очень медленная.
Для того, чтобы начался интенсивный процесс денитрификации на затопленных почвах, требуется от двух до трех дней. За день теряется в среднем от 3% до 4% азота. При высокой температуре почвы (более 23°С) ежедневные потери от денитрификации могут «умножать на ноль» до 5-6% нитратного азота. Потери от 25% до 50% нитратного азота – вполне обычная «дань», которую аграрии платят почвенной микрофлоре. В США, например, средние ежегодные потери нитратного азота при выращивании кукурузы составляют 40-75 кг д.в/га за год.
Можно сделать простой, и в какой-то мере правильный вывод: «Долой нитратные удобрения!». Но, как и любые громкие лозунги и скоропалительные выводы, он содержит только часть правды. И не содержит приемлемой альтернативы.

Нитратная форма азота – это «быстрый» азот, поэтому ее целесообразно использовать при «быстром» получении всходов и высоких темпах роста культуры. То есть для внесения под предпосевную культивацию/посев при относительно поздних сроках посева, при минимальной вероятности проливных дождей. Либо для подкормок вегетирующей кукурузы или подсолнечника с заделкой в почву междурядий.
Заранее вносить большое количество нитратных форм азота под пропашные культуры – неоправданный риск «потерять» (более точное определение – сами знаете какое) большую часть нитратов еще до того, как культура будет готова их усвоить.
До фазы 6 листка ни кукуруза, ни подсолнечник не потребляют сколь-нибудь значимых (около 5%) количеств азотных удобрений. При раннем посеве (в первой декаде апреля) всходы появляются не ранее, чем через 15-18 дней. Темпы развития в условиях холодной весны замедлены (как в этом году), поэтому интервал от появления всходов до 6-8 листка составляет около 3 недель. Итого – 1,5 месяца удобрения «легли и просят», пока до них доберутся корни культуры. А за это время шансы азота «промыться» и «испариться» становятся настолько велики, что практически гарантированы. Посевы в период интенсивного роста останутся «голодными», а карманы агрария по итогам сезона – пустыми.

При высоком риске затопления лучше использовать аммонийную или амидную формы азота. В тех регионах, где существует риск наводнений и затопления посевов, предпочитают использовать КАС, карбамид, сульфат аммония. Например, в северо-восточной части «болотного» штата Луизиана традиционно используют гранулированную мочевину (46-0-0) или КАС (32-0-0) в качестве основного источника азота. А при выращивании риса основными источниками азота являются сульфат аммония и карбамид.
Это позволяет существенно сократить потери, но не избежать их полностью. Нитратная форма в КАСе, например, промывается и денитрифицируется так же легко, как и любой другой нитрат. Поэтому 25% азота из КАСа при затоплении поля исчезают в течение считанных дней.
Аммиачная и амидная формы азота прочно удерживаются в почве, но в результате трансформаций со временем превращаются в нитратный азот. Выпадение обильных осадков через день-два после внесения КАСа или карбамида приводит к минимальным потерям азота.
Но после нитрификации (перехода азота из аммиачной формы в нитратную) в течение 1-2 месяцев, затопление поля приведет к потере более 50% внесенного минерального азота. Чем больше интервал между внесением аммонийного азота и затоплением поля, тем больше аммония превратится в нитрат.
Превращение аммония в нитрат являются результатом деятельности обитающих в почве нитрифицирующих бактерий. Для нитрификации очень важна температура почвы (быстрее проходит в «теплых» почвах, медленнее – в холодных) и наличие воздуха (аэробные условия). Гранулированная мочевина преобразовывается в аммонийную форму в процессе гидролиза. Поэтому карбамид превращается в нитрат медленнее, чем КАС.
Средняя скорость нитрификации при температуре почвы 14-18°С составляет около 2,5%
в день, а при более высокой температуре почвы превышает 4,5-5 % в день.
Например, при внесении 200 кг д.в азота/га в форме КАС (32%) за три недели до «потопа», при температуре почвы около 15°С, в нитратную форму перейдет около 120 кг д.в азота (200 x 0,6). А при внесении того же количества азота в той же форме за неделю до затопления поля, в нитратную форму перейдет только 50 кг азота в д.в. (200 x 0,25).

Сотрудниками университета штата Айова Р. Дж. Килдорном и С. Е. Тейлором была разработана компьютерная программа, прогнозирующая поведение внесенного в почву безводного аммиака. Эта программа позволяет рассчитать процент нитрификации внесенного азота в аммиачной/аммонийной форме при различных условиях. Например, при внесении аммонийного азота в почву в период с 1 октяб­ря до 1 ноября, по данным предварительных расчетов, к 1 мая весь азот преобразуется в нитратную форму.
Использование ингибитора N-Serve сущес­твенно замедляет процесс нитрификации.
Например, при внесении аммиака с ингибитором нитрификации 1 октября, в почве к 1 мая сохранится около 35% азота в аммонийной форме, а при внесении удобрений 1 ноября – 50%.
Из этих предварительных расчетов можно сделать вывод: чем ближе к посеву вносятся азотные удобрения, тем больше шансов их «целевого использования» культурными растениями и меньше вероятность потерь. Это правило касается и КАСа, и карбамида, и сульфата магния.

На потери от промывания и нитрификации существенно влияет содержание в удобрении нитратного, аммонийного и амидного азота. При этом необходимо предусмотреть трансформацию аммонийных/амидных форм в нитратную на протяжении периода от внесения удобрения до затопления поля.
Процесс нитрификации зависит от внешних условий. Температура и влажность почвы важны для прогноза степени преобразования аммо­нийного или амидного азота в мобильную нит­ратную форму.
Количество выпавших осадков и продолжительность затопления позволяют определить количество промытого нитратного азота и потери от денитрификации.
Алгоритм расчетов можно продемонстрировать на примерах.
Пример №1. Под предпосевную культивацию внесли 350 л КАС, то есть 100 кг азота д.в /га. Через 10 дней после посева выпали обильные осадки, затопившие поле на 2 дня. Температура почвы в этот период была около 17°С. Сколько было потеряно?
Решение: При затоплении теряется азот в нитратной форме. Поэтому 25% азота КАС, то есть та часть, которая находится в нитратной форме, гарантированно теряется. Кроме того, теряется часть азота, который образовался в результате нитрификации аммонийного и амидного азота. Процесс нитрификации продолжался 10 дней, за день нитрификации подвергалось примерно 2,5% аммонийного азота.
Таким образом, потери азота составят:
(0,25 * 100 кг N д.в / га) + (10 дней * 0,025 * 75 кг N д.в / га) = 25 + 18,75 = 43,75 кг д.в N /га.
То есть при заданных условиях ожидаются потери более 40% от внесенного с удобрением азота.
Пример № 2. Под предпосевную культивацию внесли 175 кг д.в N / га в форме карбамида. Почва плохо дренированная. Через три недели после внесения удобрения поле было затоплено на протяжении семи дней. Сколько азота было потеряно?
Решение: Определяем количество азота в форме нитрата. Согласно таблице, 50% мочевины будут в форме NO3-N. Через три недели после внесения карбамида 50% азота перешло в нитратную форму. То есть 175 кг д.в N x 50% = 88 кг д.в N.
Чтобы бактерии начали процесс денитрификации, необходимо минимум два дня. Поэтому денитрификация происходила в течение пяти дней, каждый день терялось 4% нитратного азота. То есть за 5 дней потеряно 20% от общего количества азота в нитратной форме. Это составило 88 x 20% = 18 кг д.в N потеряно. При этом в почве осталось 157 кг азота в д.в. Кукуруза после такого продолжительного пребывания в затопленном состоянии, скорее всего, погибла бы.

Подобная методика оценки потерь азота не претендует на точность, но дает хотя бы приблизительное представление о ущербе.
Для получения точных данных о наличии азота необходимо провести анализ почвы.
В почве достаточно доступного для растений азота, если почва содержит более 25 ppm нитратного азота. В такой ситуации проведение подкормок не является жизненно необходимым.
Если содержание нитратного азота составляет от 11 до 25 ppm (частей на миллион), то целесообразно проведение подкормки азотными удобрениями в норме 30-100 кг д.в/азота /га.
Если уровень нитратного азота в почве находится в интервале 18- 11 ppm, то необходимо вносить как минимум 50-70 кг д.в азота/га. При более высоком содержании нитратов можно обойтись внесением 30-40 кг д.в азота/га.
Если содержание нитратов составляет менее 11 частей на миллион, целесообразно внести в виде подкормки от 100 до 150 кг д.в азота/ га.

Способы компенсации потерянного при «потопе» азота можно рассмотреть на примере кукурузы.
Кукуруза до стадии V6 потребляет примерно 5% азота от общей сезонной потребности. Но от стадии V6 до VT (появление метелки) у кукурузы «появляется аппетит», и она за месяц поглощает примерно 60% от сезонной нормы азота. То есть примерно 100-120 кг д.в азота/га. Период быстрого роста культуры продолжается около месяца, и если на протяжении этого периода кукуруза останется «недокормленной», то к уборке она «отомстит» существенным недобором урожая.
Обильные осадки активно сокращают запасы азота, «промывая» нитратный азот из удобрений, внесенных до посева. Потери могут составлять 30-50%, то есть кукуруза остается на урезанном, «половинном пайке» азота. С вполне ожидаемыми последствиями в виде резкого уменьшения урожайности.
Может ли подкормка компенсировать «потерянный» азот? По данным американских исследователей, дефицит азота в фазу V6 удавалось компенсировать подкормкой до фазы R1. Дефицит азота удается успешно «догнать» без уменьшения урожайности при внесении азотных удобрений до стадии роста V11. Применение азотных удобрений в фазу от V12 до V16 сопровождалось снижением урожайности на 3% -по сравнению с вариантом, где весь азот вносился при посеве и не был потерян. Лучшие результаты обеспечивало внесение разбрасывателем карбамида, обработанного ингибитором уреазы. При быстром подсыхании поверхности поля на легких, хорошо дренированых почвах целесообразно внесение аммиачной селитры в междурядья при высоте растений около 30 см.
Тяжелые почвы после выпадения осадков остаются влажными на протяжении длительного времени. Поэтому внесение минеральных удобрений с заделкой в междурядья в таких условиях нецелесообразно: вовремя – невозможно, а поздно – напрасные траты. Поэтому для оперативного возмещения потерянного азота приходится полагаться на поверхностное внесение гранулированных минеральных удобрений: сульфата аммония (21-0-0-24) и мочевины (46-0-0).
В пересчете на стоимость 1 кг д.в азота мочевина дешевле, чем сульфат аммония. Но газо­образные потери азота (в виде аммиака) из карбамида могут достигать 20-30%, а сульфат аммония более стабилен.
Мочевина, внесенная на сухую почву, начинает постепенно улетучиваться. Скорость испарения достигает максимума примерно через три дня после внесения и зависит от типа почвы и ее влажности. Как правило, на щелочных почвах газо­образные потери азота выше, чем в кислых. А при внесении мочевины на поверхность влажной почвы потери азота существенно выше, чем при разбрасывании по сухой почве.
Потери азота при поверхностном внесении мочевины можно сократить за счет обработки гранулированной мочевины ингибитором уреазы (NBPT или NPPT). Ингибитор уреазы временно замедляет превращение мочевины микроорганизмами в аммонийную форму (гидролиз мочевины) и поэтому сокращает потери от улетучивания аммиака (конверсия амидной формы азота в газообразный аммиак). Ингибиторы уреазы уменьшают потери аммиака в течение 10 дней при нанесении на сухую почву. При внесении на влажную почву время защитного действия сокращается вдвое (максимум до 5 дней), а при попадании карбамида в воду ингибиторы уреазы теряют свои свойства.
Ингибиторы нитрификации (действующие вещества нитрапирин или DCD) временно препятствуют процессу нитрификации. Исследования на северо-востоке Луизианы показали, что ингибиторы нитрификации могут приостановить этот процесс в течение 10-30 дней, в зависимости от факторов окружающей среды и почвы.
Если почва слишком влажная для внесения минеральных удобрений в междурядья, а кукуруза остро нуждается в азоте, то придется делать выбор между поверхностным внесением гранулированного сульфата аммония или карбамида. При внесении карбамида лучше подождать, пока поверхность почвы подсохнет. Карбамид, обработанный ингибитором уреазы, можно внести на влажную поверхность поч­вы без значительных потерь азота в течение нескольких дней.

Влажность корневой зоны
На практике почвенно-водные отношения внутри корневой зоны урожая сложны и постоянно меняются. Корневая система может простираться значительно ниже поверхности почвы через несколько горизонтов почвы. Каждый горизонт может иметь различный тип или структуру почвы, поэтому способность удерживать воду и соотношение между VWC и натяжением может варьироваться в пределах корневой зоны. Кроме того, поскольку корневая система растет в течение всего сезона, множество почвенных условий постоянно подвергается изменениям. Это создает проблемы при использовании информации о влажности почвы в корневой зоне для принятия решений. Чтобы сделать выводы, необходимо надежное измерительное оборудование, а также обрабатывать большие объемы данных.

Измерение влажности почвы всегда играло важную роль в успешном управлении фермой. На протяжении многих лет фермеры полагались на «внешний вид» почвы для оценки содержания влаги. Фактически, исследования показали, что опытные фермеры могут идентифицировать определенные уровни влажности, такие как полевая емкость, с очень высокой степенью точности, просто ощущая почву и визуально наблюдая ее характеристики. Тем не менее, мониторинг влажности почвы на постоянной основе на нескольких позициях в корневой зоне и систематическое использование этой информации для принятия решений по орошению требует измерительных приборов, компьютеров и сетевого оборудования связи.

Типы датчиков влажности почвы

Коммерческие датчики влажности почвы подразделяются на две категории: те, которые измеряют VWC, и те, которые непосредственно измеряют натяжение. Каждый из них имеет свои преимущества и недостатки, изложенные ниже.

Датчики натяжения:

• Непосредственное измерение натяжения, испытываемое растениями в результате водных условий.
• Не указывает, сколько воды в объеме грунта, не указывает запас, доступный доследующего орошения
• Позволяет легко определить, относительно независимо от типа почвы, насыщенность емкости поля и натяжения.
• Опираются на простую технологию и, как правило, дешевле, чем датчики VWC
• Часто не являются «готовыми к автоматизации» из-за их простой конструкции

Датчики VWC:

• Непосредственно измеряют содержание воды (или количество, связанное ссодержанием воды), с указанием запасов воды, доступных для растений.
• Могут использоваться для прогнозирования следующего орошения.
• Должен быть откалиброван, в зависимости от типа почвы, чтобы определить VWC , соответствующий влагоемкости и стрессу.
• Как правило, цена на датчик выше, чем устройства натяжения.
• Обычно микропроцессор контролируется и, следовательно, легко интегрируется ссетевыми системами.
• Может иметь высокую воспроизводимость показаний через широкий диапазон уровней влажности.

Из-за низких требований к обслуживанию, легкого интерфейса к цифровым сетям и, в некоторых случаях, способности пробы на нескольких глубинах, датчики VWC чаще всего используются для автоматического мониторинга влажности почвы. В результате в оставшейся части этой публикации основное внимание уделяется датчикам VWC. Ниже приводится сводка общих методов и устройств, используемых для измерения VWC почвы.

Гравиметрические методы
Гравиметрическое измерение является прямым, точным и является «золотым стандартом» для всех других методов измерения. Чтобы измерить VWC гравиметрически, образец берется из поля и доставляется в лабораторию в герметичном контейнере. В лаборатории образец взвешивают, выпекают в печи достаточно долго, чтобы удалить всю воду через испарение, а затем снова взвесили. Это непосредственно измеряет долю воды, которая находилась в исходном образце.

Нейтронные зонды
В нейтронном зонде используется радиоактивный изотоп, который испускает нейтроны с высокой энергией в почву. Нейтронная энергия поглощается при столкновениях с молекулами воды, а показатель доли нейтронов с более низкой энергией, возвращающихся в датчик, может быть откалиброван, чтобы дать очень точное и независимое от солености измерение VWC. Нейтронные зонды, как правило, очень дороги и требуют лицензирования в США Комиссией по ядерному регулированию. В результате этих факторов их использование стало менее распространенным в последние годы, так как улучшилась надежность емкостных (диэлектрических) датчиков.

Емкостные датчики
Емкостные датчики представляют собой устройства, которые измеряют диэлектрическую постоянную объема почвы, либо расположенный между двумя или тремя проводящими шипами зонда (волноводы). Поскольку диэлектрические свойства почвы непосредственно влияют на содержание воды, диэлектрические измерения могут быть откалиброваны, чтобы дать точную индикацию объемного содержания воды (VWC).

Ключевые моменты:

• Каждый датчик должен располагаться в точке орошаемой области.
• Для большинства культур влажность должна измеряться в нескольких местах по всей глубине корневой зоны и усредняться вместе в единую «сводку зоны корня».
• Решения о ирригации могут производиться с использованием необработанныхданных непосредственно из датчиков влажности. Это позволяет избежатьошибок, которые могут быть введены с помощью калибровочных кривых,которые зависят от типа почвы.
• Планирование орошения путем отслеживания влажности почвы относительно заданных «Линей управления», которые определяют пять областей влажности корневой зоны: «Очень полный», «Полный», «Оптимальный», «Нужен полив» и «Стресс». Цель состоит в том, чтобы запланировать орошение, чтобы сохранить влагу в Оптимальном районе.
• Уровень влажности почвы и скорость ее изменения могут быть использованы для прогнозирования времени и продолжительности следующего цикла орошения.

Использование измерений влажности почвы для определения ирригации включает в себя определение наименьшей и самой высокой влажности корневой зоны, которую вы хотите разрешить, а затем планирование событий орошения для поддержания уровня влажности между этими значениями.
В этом разделе мы обсудим, как реализовать эту концепцию на практике, выбрав правильные местоположения датчиков, используя измерения профиля для оценки влажности средней корневой зоны, правильно устанавливая высокие и низкие точки влажности («Линии управления») и поддерживая оптимальную влажность почвы в течение всего время года.

Глубина датчиков
Построение четкого изображения влажности и в корневой зоне требует, чтобы измерения проводились на нескольких глубинах в каждом месте располагать датчики. Множественные показания глубины обеспечивают хорошую индикацию средней влажности во всей корневой зоне и могут также предоставлять важную информацию о влажности на определенной глубине. Например, группа датчиков внутри корневой зоны может использоваться для оценки влажности, доступной для растения, в то время как более глубокий датчик ниже корневой зоны может измерять глубину просачивания воды (ниже ее доступности для растения).
Множественные показания глубины могут быть взяты либо с помощью многоуровневого зонда влажности почвы («датчик профиля влаги»), либо нескольких точечных измерительных датчиков. Неглубокий датчик должен находиться на расстоянии около 4 “(10 см) от поверхности; самое глубокое расположение должно быть, как минимум на 20% глубже, чем основание корневой зоны зрелого растения. Дополнительные датчики должны располагаться с шагом 4-6 “(10-15 см) в этом диапазоне.

Линии управления
В сущности, цель орошения, основанная на влажности почвы, заключается в том, чтобы сохранить измеренную величину влаги корневой зоны между предопределенными высокими и низкими уровнями. Уровни полной и перенасыщения влаги могут быть нанесены на график влажности почвы в зависимости от времени как две горизонтальные «линии управления», иногда называемые «Бюджетные линии». Область между (Избыток влаги) и (Недостаток влаги) определяет зону «оптимальной» влажности (рис. 5). Цель состоит в том,ч тобы сохранить итоговые измерения влажности почвы в пределах этой зоны.

Корректировка роста растений
Резюме корневой зоны показывает среднее содержание влаги в объеме корневой зоны. По мере роста растений и роста корней объем корневой зоны увеличивается. Весовые коэффициенты, используемые для расчета сводки зоны корня, необходимо изменить, чтобы отразить это. Кроме того, свойства почвы могут меняться в течение всего вегетационного периода, а увеличение размеров корней может привести к появлению новых типов почв в объеме корневой зоны.
Сводные веса корневой зоны и линии управления должны корректироваться несколько раз в течение вегетационного периода с использованием ранеео писанных процедур. По мере того, как вы продолжаете корректировать линии управления, вы заметите закономерности изменения скорости влажности корневой зоны, поскольку почва переходит из насыщения в полевую емкость, а затем в стресс. В конце концов, вы сможете овладеть этими настройками без подтверждения с помощью метода внешнего вида. На рисунке 7 показаны примеры точек перехода. Обратите внимание, что появление точек перехода зависит от типа и структуры почвы, поэтому кривые влажности в вашем поле могут отличаться от показанных здесь. Опыт имеет значение.

Запланируйте каждое событие орошения, установив его время начала и продолжительность. Время начала должно быть, когда заголовок зоны корневой зоны приближается к линии управления запасами. Продолжительность должна быть достаточно длинной, чтобы сводная информация о корневой зоне была близка к полной точке без ее превышения.

Время начала
Установка времени начала проста. Включите оросительную систему, когда запас влаги в почве приближается к стрессовому пределу. В зависимости от имеющихся у вас инструментов вы можете найти это.

• Часто просматривайте сводное значение корневой зоны
• Настройте вашу систему для автоматического оповещения о том, когда влажность приближается к точке стресса, или
• Прогнозируйте время инициации по наблюдениям за скоростью изменения кривой Корневой зоны.

Какой бы метод ни использовался, орошение должно быть начато до того, как график корневой зоны опустится ниже стрессовой точки.

Продолжительность полива
Продолжительность полива требует, чтобы вы знали, сколько времени должно пройти, чтобы влажность почвы поднялась с минимального допустимого уровня до максимально допустимого уровня (количество времени, чтобы «заполнить» профиль корневой зоны). Продолжительность зависит от скорости подачи ирригационной системы, объема корневой зоны, типа почвы и близости оросительного устройства или капельной трубки от растений. Определите время, необходимое для заполнения профиля, внимательно наблюдая первые несколько циклов орошения. Запускайте каждый цикл до тех пор, пока профиль не будет полностью заполнен, а затем продолжите наблюдение за пояснением корневой зоны, так как вода продолжает просачиваться в корневую зону. Как только вы сделали это несколько раз, и у вас есть хорошее чувство времени, необходимо годля заполнения профиля, вы сможете установить длительность с помощью таймера или использовать автоматические системы запуска ирригации на основе данных с датчиков.

Изменения
Любой график орошения необходимо периодически корректировать по мере роста урожая. Эта реальность находит свое отражение в требовании периодически корректировать весовые коэффициенты корневой зоны и линии управления, поскольку корневая зона изменяет размеры (предыдущий раздел).При внесении корректировок в весовые коэффициенты суммарной корневой зоны, чтобы отразить более большой объем корневой зоны, необходимо также переоценить продолжительность, используемую для заполнения корневой зоны.

Дефицит орошения
Процедуры, описанные в этом разделе, могут использоваться для орошения с дефицитом. Тем не менее, при дефицитном орошении полная линия управления установлена значительно ниже полевой емкости, а линия полива устанавливается на уровне мягкого стресса. Детали дефицитного орошения выходят за рамки этой публикации.

График на рисунке 8 показывает типичный профиль почвенной влаги, иллюстрирующий несколько концепций, рассмотренных в этом разделе.

Ключевые моменты:

• Управление ирригацией с использованием измерения влажности почвы очень эффективно, если зоны управления правильно выбраны.
• Микроклиматы внутри фермы или большой зоны управления могут затруднить представление одной точки для большой площади.
• Данные метеорологической станции ET могут дополнять измерения влажности почвы, чтобы сформировать полную картину.

Климат, тип почвы и методы орошения взаимодействуют сложными способами для определения распределения воды. Если единицы управления невелики, а тип почвы очень однородный, точечное измерение с помощью датчиков определения влаги является очень точным представлением. Однако тип почвы редко бывает однородным, и выбор произвольно малых единиц управления увеличивает стоимость. Эффективное управление влажностью требует тщательных проектных решений. Наблюдение в течение вегетационного периода необходимо для проверки процедур орошения и быстрых изменений, когда это необходимо.

Тип почвы
Консистенция почв в зоне управления оказывает значительное влияние на надежность измерений датчиков влаги. На рисунке 9 показана карта почвенного обследования одной оросительной зоны (центр круговой окружности), содержащей несколько типов почв.

Размещение одного датчика влажности в согласованной области, показанного на рисунке 9, и интерпретация его показаний для представления всей зоны может привести к стрессовым условиям в других зонах.
В то время как различные типы почв могут ограничить эффективные данные о влажности, если их правильно интерпретировать, наличие такой информации по-прежнему является преимуществом. Например, если известно, что почва в «Согласованной зоне» на рисунке 9 имеет большую удерживающую способность, чем остальная часть то зона полива может быть установлена выше, чем обычно, избегая стресса «Слабой зоны» между оросительные события.
Мониторинг датчиков в двух местах с наибольшей разницей в типе почвы может предоставить информацию, необходимую для корректировки линий управления таким образом, чтобы поддерживать оба участка между полевой пропускной способностью и максимальным устойчивым истощением – даже при управлении одной оросительной зоной.
Хотя различные типы почв могут представлять собой серьезную проблему для управления влажностью, стратегическое расположение датчиков могут преодолевать такие препятствия.

В этой статье изложены основы анализа влажности почвы, поскольку они применяются для управления содержанием воды в корневой зоне. Главное:

1. Регулирование влажности почвы в корневой зоне имеет решающее значение для оптимального роста сельскохозяйственных культур.
2. Точный контроль влажности почвы позволяет точно контролировать питательные вещества.
3. Современные сенсорные и сетевые технологии позволяют автоматизировать отслеживание влажности почвы.
4. Влажность почвы можно регулировать путем орошения поддерживая содержания воды между полевой емкостью и определенным допустимым истощением.

Приведение этих концепций в работу может повысить урожайность и эффективность вашей фермерской деятельности, экономя воду и управляя стоком. Конечным результатом может быть увеличение прибыли фермерских хозяйств с уменьшением воздействия на окружающую среду.