Неблагоприятные для сельского хозяйства метеорологические явления

НЕБЛАГОПРИЯТНЫЕ

ДЛЯ СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА

МЕТЕОРОЛОГИЧЕСКИЕ ЯВЛЕНИЯ

Одна из задач сельскохозяйственной оценки климата, как от­мечалось в главе 11, — учет всех неблагоприятных метеорологи­ческих явлений, возможных в данном районе.

Неблагоприятные для сельского хозяйства явления погоды — это понятия биоклиматические, так как их рассматривают по ре­акции растений на погоду и характеризуют сопряженными агро­метеорологическими и биологическими показателями.

Метеорологическое явление считается опасным, если при его образовании необходимо принимать специальные меры для предотвращения ущерба в определенной отрасли народного хо­зяйства. К агрометеорологическим явлениям, опасным для сельского хозяйства, относятся: засуха, суховей, пыльные бури, заморозок, градобитие, комплекс явлений зимнего периода (сильные морозы, гололед, вымокание и выпревание озимых и т. д.).

Особо опасными считают такие явления, которые по своей интенсивности, времени возникновения, продолжительности или площади распространения могут нанести или наносят зна­чительный ущерб народному хозяйству.

При общем увеличении урожайности сельскохозяйственных культур колебания ее по годам во многих странах мира, в том числе и в России, остаются значительными, со временем не уменьшаются или уменьшаются мало. Это означает, что влияние неблагоприятных погодных условий на урожайность культурных растений еще велико.

Последний вывод очень существен, он заставляет более серь­езно относиться к неблагоприятным явлениям погоды и мерам борьбы с ними в условиях нерегулируемого климата.

196

I

ОПАСНЫЕ ЯВЛЕНИЯ ТЕПЛОГО ПЕРИОДА 12.1. ЗАСУХИ И СУХОВЕИ

Около 70 % посевных площадей зерновых культур в России расположено в районах недостаточного и неустойчивого увлаж­нения, в которых засухи, суховеи и пыльные бури различной ин­тенсивности и продолжительности наблюдаются почти ежегод­но, охватывая значительные территории.

Засуха — это агрометеорологическое явление, вызывающее резкое несоответствие между потребностью растений во влаге и ее поступлением из почвы в результате недостаточного количе­ства осадков и повышенной испаряемости, что нарушает нор­мальное водоснабжение растений.

Суховей — ветер при высокой температуре и низкой влажнос­ти воздуха. Температура при суховеях всегда выше 25 °С и часто повышается до 35...40 "С, относительная влажность ниже 30 %, очень велик дефицит влажности воздуха (20...22 гПа ). Ско­рость ветра не менее 5 м/с, преобладающее направление ветра — восточное или юго-восточное, иногда южное. Эти факторы вы­зывают сильное испарение, что приводит к нарушению водного баланса растений.

Под воздействием засухи и суховея ткани растений обезвожи­ваются, в результате чего нарушаются физиологические процес­сы: фотосинтез, дыхание, углеводный и белковый обмен. Резкое снижение фотосинтетической деятельности подавляет ростовые функции, нарушает процессы органогенеза, уменьшает, напри­мер, число колосков, увеличивает число бесплодных цветков. В итоге эти явления снижают продуктивность растений.

Многочисленные исследования происхождения засух и сухо­веев показали, что их образование на территории России связа­но с циркуляцией атмосферы, приводящей к установлению дли­тельной антициклональной погоды. Обычно это обширный ма­лоподвижный антициклон, приходящий на европейскую часть России и в Западную Сибирь из Арктики (примерно 70 % всех случаев).

Воздушные массы таких антициклонов характеризуются большой прозрачностью и малой влажностью воздуха. Устанав­ливаясь над центральной частью, югом или юго-востоком евро­пейской части России, над югом Западной Сибири, эти анти­циклоны приводят к формированию ясной или малооблачной погоды (см. разд. 10.4). Вследствие этого происходит быстрая трансформация арктического воздуха: он прогревается, стано­вится еще суше. Транспирация усиливается, осадки не выпада­ют, и наступает обезвоживание тканей растений.

Различают атмосферную засуху, обусловливающую сильную транспирацию растений и испарение с поверхности почвы, и по-

197

чвенную засуху, характеризующуюся недостатком физиологичес­ки доступной растениям влаги в почве. Атмосферная засуха обычно предшествует почвенной.

По времени наступления засуху подразделяют на весеннюю, летнюю и осеннюю.

Весенняя засуха характеризуется невысокой температурой и низкой относительной влажностью воздуха, малыми запасами продуктивной влаги в почве и сухими ветрами. Весенняя засуха замедляет прорастание семян и появление всходов, вызывая при этом их изреженность, ослабляет укоренение рассады. Яровые культуры повреждаются этой засухой больше, чем озимые, име­ющие уже хорошо развитую корневую систему. Продолжитель­ная засуха весной существенно снижает конечный урожай куль­тур даже при условии благоприятного по увлажнению лета.

При летней засухе наблюдаются высокая температура воздуха, низкая относительная влажность его и, как следствие, сильное испарение. Резкое нарушение водного питания снижает прирост вегетативной массы, вызывает засыхание листьев, снижает фо­тосинтетическую деятельность растений, обусловливает щуп­лость зерна, приостанавливает прирост клубней и корнеплодов, способствует опадению завязи и плодов в садах. Последствия летней засухи обычно более тяжелые, чем весенней, так как по­мимо резкого снижения урожая культур ухудшается качество выращенной продукции.

Осенняя засуха возникает на фоне пониженных температур и влажности воздуха. Она наступает после уборки зерновых и в период окончания вегетации пропашных и некоторых других культур. Отрицательное действие осенней засухи испытывают главным образом озимые культуры посева текущего года. Из-за сухости верхних слоев почвы семена долго не прорастают и всходы появляются с запозданием. Растения не успевают укоре­ниться, пройти фазу кущения и нередко погибают в зимний пе­риод. В отдельные засушливые осенние периоды, когда пахот­ный горизонт не имеет необходимых запасов продуктивной вла­ги, посев озимых зерновых вообще нецелесообразен.

По данным , на европейской части России повторяемость весенних засух составляет 42 %, летних — 33, осенних — 25 %.

Наибольший ущерб зерновому хозяйству нашей страны нано­сят весенне-летние засухи, охватывающие многие основные зер­новые районы. По данным , к наиболее сильным засухам, которые охватывали огромную территорию (от 7 до 10 основных зерновых районов европейской части России и Сиби­ри), относятся засухи следующих лет: 1946, 1954, 1955, 1963, 1965, 1972, 1975, 1979, 1981, 1984. Нередки засухи, которые охва­тывают 5...6 основных зерновых районов и значительно снижа­ют валовой сбор зерновых культур в целом по стране. К таким

198

1854

Рис. 12.1. Границы распространения засухи в 1972 г.:

1 - на 18.05; 2- на 18.06; 3 - на 18.07

засухам можно отнести засухи 1948, 1949, 1957, 1967, 1982, 1985 гг.

Далее следуют локальные засухи, которые снижают урожай зерновых культур в отдельных районах, существенно не влияя на общий валовой сбор зерна по территории, например сильная засуха 1969 г. на Северном Кавказе или засуха 1974 г. в Западной Сибири.

На европейской части России продолжительная, очень ин­тенсивная засуха была в 1972 г. — одна из жесточайших засух за последние 100 лет (рис. 12.1). Она характеризовалась необычно длительным периодом высоких температур (30...35 °С), продол­жительными периодами без дождей, большой сухостью воздуха, сильными перегревами почвы и необычайно широким распрост­ранением по территории. Засуха 1972 г. обусловила возникнове­ние массовых лесных пожаров и возгорание торфяников в Ар­хангельской области, Центральном районе, Ленинградской, Псковской, Новгородской областях, в Среднем Поволжье.

Экспериментальные наблюдения, проведенные в плодовом

199

9030О

200

1200 Сумма температур >10 °С

Рис. 12.2. Зависимость объема плодов Анто­новки обыкновенной от суммы эффективных температур выше 10 °С (по ):

/- 1969...1971 гг.;г.

саду Мичуринска, показа­ли, что в засушливый и жаркий летний период 1972 г. нарушился обыч­ный рост плодов яблони. Объем плодов оказался значительно меньше, чем в предшествующие три года (рис. 12.2).

Агрометеорологические показатели засух и сухове­ев. Для сравнения интен­сивности засух и суховеев в различных районах и в разные годы в целях раз­работки мер борьбы с этими явлениями необхо­димы количественные критерии.

Еще для характеристики засушливости района сопоставлял осадки с испаряемостью. В дальнейшем эту идею, нашедшую широкое признание, развивали многие ученые.

предложил определять засушливость по особо­му гидротермическому показателю

Кн = l(td), (12.1)

где / — температура воздуха в 13 ч, °С; d - дефицит влажности воздуха в 13 ч, гПа.

Показатель Кц вычисляют по данным в день последнего дож­дя. Засуха начинается, когда гидротермический показатель дос­тигает 4000 °С ■ гПа.

Для определения начала засухи разработал показа­тель засушливости

Къ= lO{Wnp + r)/lt, (12.2)

где lVnp — запасы продуктивной влаги в слое почвы 0...100 см весной, мм; г— ко­личество осадков, выпавших с весны до момента расчета (до наступления засухи), мм; 2/ - сумма температур от даты перехода температуры воздуха через 0 °С вес­ной до наступления засухи, °С.

Началом засухи принято считать период, когда К^ уменьша­ется до 1,5 мм/°С. При этом значении Къ начинается поврежде­ние засухой яровой пшеницы на юго-востоке европейской части России.

При пользовании формулой необходимо учиты­вать, что корневая система растений в первую половину вегета­ции развита недостаточно, поэтому в указанный период следует брать не весь запас влаги в почве, а лишь 65...70 % общего. К не-

200

достаткам этой формулы следует отнести то, что она не учиты­вает степени увлажнения пахотного горизонта.

Характеристикой засух для юго-восточных районов европей­ской части России (ЕЧР) может служить гидротермический ко­эффициент (табл. 12.1).

12.1. Оценка засушливости по ГТК дм юго-восточных районов ЕЧР

Засуха

ГТК

Засуха

ГТК

Слабая Средняя

0,9 ... 0,6 0,6 ... 0,5

Сильная Очень сильная

0,5 ... 0,4 < 0,4

Однако ГТК не всегда может служить надежным критерием степени засушливости, так как он не учитывает запасы влаги в почве.

Для оценки общих засух (атмосферных и почвенных) ­нова предложила использовать коэффициент увлажнения

(12.3)

...06

где Wnv — запасы продуктивной влаги в слое почвы 0...100 см во время устойчиво­го перехода средней суточной температуры воздуха через 5° С весной, мм; гО5...об — сумма осадков за май—июнь, мм; Ё? о5...об — сумма средних суточных температур воздуха за май—июнь, °С.

Коэффициенты увлажнения, соответствующие различной степени засухи: Ку< 15 — очень сильная засуха, 15 < Ау < 20 — сильная засуха, 20 < Ку < 25 — средняя засуха.

Интенсивность атмосферной засухи можно определить по со­четанию максимальной температуры и дефицита влажности воз­духа (табл. 12.2).

12.2. Агрометеорологические показатели атмосферных засух (по )

Некоторые авторы считают, что надежным показателем ин­тенсивности засухи является снижение урожая по сравнению со средним многолетним значением. предложил следующие показатели засухи: очень сильная - снижение уро­жая более 50 %, сильная — снижение урожая от 20 до 50 %, сла­бая — снижение урожая на 20 %.

201

ю о to

12.3. Лгрометсоролоппеские показатели суховеев и степень повреждения ими зерновых культур (по , 1966)

Суховеи

Испаря­емость, мм/сут

Дефицит насыщения водяного

пара (гПа) в 13 ч при скорости

ветра, м/с

Запасы продуктивной влаги (мм) в различных слоях (см)

0...20

0...50

0...100

Эвапоромет-

рический коэффициент

Характеристика степени повреждения растений

Слабые

Средней интенсивности

Интенсивные

3...5

5...6

20..

13...27 <20 <50

28...32 <Ю <30

6...8

Очень интен - >8 сивные

40...52

>53

33...45

>46

<80 0,5...0,4 Легкое снижение тургора

<50 0,3 Значительное снижение

тургора листьев, их скру­чивание, пожелтение, подсыхание. Захват зерна ; через 3...5 сут

<30 0,2...0,1 Сильное увядание и усы-

хание вегетативной мас­сы, захват зерна через 2...3 сут.

<30 0,2...0,1 Быстрое и сильное по-

вреждение вегетативной массы, захват зерна через 1...2 сут

висимости от имеющихся в его распоряжении агрометеорологи­ческих данных оценить интенсивность суховеев.

Повторяемость засух и суховеев на территории России. Засухи в основных земледельческих районах России наиболее часто по­вторяются: 50...60 % лет в Центрально-Черноземных областях и 60...85 % лет на Северном Кавказе и в Поволжье. Это значит, что в этих районах явления засухи в той или иной степени повторя­ются каждые 5...9 лет из 10, что ограничивает получение здесь высоких урожаев без орошения. Для большей части Нечерно­земной зоны засухи наблюдаются в среднем 1 год из 10 и реже (рис. 12.3).

На юго-востоке европейской части России суховеи можно наблюдать с апреля по сентябрь. Повторяемость их особенно ве­лика на Прикаспийской низменности. В районе Саратов—Астра­хань за этот период бывает 40...80 сут с суховеями.

Очень интенсивные суховеи с дефицитом насыщения водя­ным паром в 13 ч более 50 гПа в степной зоне наблюдаются в 15...40 % лет, т. е. 1,5...4 раза в 10 лет. Северная граница возмож­ного распространения таких суховеев (по ) проходит по линии Воронеж—Саратов-Омск и далее по Кулун-динской степи.

Число суховейных дней, когда недостаток насыщения водя­ного пара превышает 40 гПа, в степной зоне составляет в сред­нем 1...3 в году, увеличиваясь в отдельные годы до 15...25 сут, в лесной зоне —1...2 сут в 10 лет.

Слабые суховеи с дефицитом насыщения водяного пара в днев­ные часы 20...30 гПа наблюдаются в лесной зоне в среднем 2...3 сут в году на северо-западе европейской части России и 10сут на юге сибирской тайги. В лесостепной зоне среднее многолетнее число дней со слабыми суховеями колеблется от 14 на западе до 30 на востоке, а в степной зоне — соответственно от 30 до 60.

Вероятность возможного числа дней с суховеем в данном районе можно определить по номограмме, зная среднее много­летнее число дней с суховеем (рис. 12.4).

Меры борьбы с засухами и суховеями. Необходимо отметить, что растения в какой-то степени сами борются с неблагоприят­ными явлениями, в частности, регулируя свой водный баланс. Одни растения уменьшают скорость транспирации, что является приспособлением к атмосферной засухе, другие — регулируют процесс поглощения воды из почвы, т. е. приспосабливаются к почвенной засухе.

Установлено, что засухоустойчивость растений является свойством, которое можно изменить. Подсушивание предвари­тельно намоченных перед посевом семян вызывает значитель­ные изменения в коллоидно-химическом состоянии клеток. В дальнейшем оно проявляется в виде повышенной засухоустой­чивости растений.

204

205

95 90

С"

20

40

Возможное число дней с суховеями

120

Рис. 12.4. Номограмма суммарной вероятности возможного числа дней с суховеями в зави­симости от средних многолетних значений за период апрель - октябрь (по

и )

В практике сельскохозяйственного производства применяют разные способы борьбы с засухами и суховеями. Все они на­правлены на устранение или снижение несоответствия между потребностью растения во влаге и фактической влагообеспечен-ностью посевов с помощью обработки почвы, орошения, снего­задержания, накопления талых вод, полезащитного лесоразведе­ния, варьирования сроками сева сельскохозяйственных культур, мульчирования почвы и т. д. К эффективным мерам относят со­здание засухоустойчивых сортов сельскохозяйственных культур, размещение их посевов с учетом агроклиматических и микро­климатических особенностей.

Далее приведена урожайность зерна овса в зависимости от различных влагонакопительных приемов (по , 1966)

Агротехнические влагонакопительные приемы

Зяблевая вспашка поперек склона

Зяблевая вспашка плюс снегозадержание ' ■■''•'

Зяблевая вспашка плюс снегозадержание

плюс задержание талых вод

Зяблевая вспашка плюс снегозадержание

плюс задержание талых вод

плюс минеральные удобрения

Таким образом, повышение общей культуры земледелия, включающее успехи селекционно-генетической работы, приме-

206

Урожайность зерна, т/га

1,65 1,98

2,45

2,67

нение агротехнических приемов по задержанию, накоплению, сохранению и рациональному использованию запасов почвен­ной влаги, является эффективным средством борьбы с засухами и суховеями. Накопленный отечественной агрономической и аг­рометеорологической науками опыт борьбы с засухами показал, что современная культура земледелия существенно ослабила влияние жестких и длительных засух 1972, 1975 и 1981 гг. и по­зволила собрать достаточное количество зерна.

12.2. ВЕТРОВАЯ ЭРОЗИЯ ПОЧВ

К числу неблагоприятных гидрометеорологических явлений относится и ветровая эрозия, или дефляция почвы, — процесс раз­рушения и перемещения частиц почвы ветром. Она возникает под влиянием как природных, так и антропогенных факторов и нередко связана с формами земледелия, не соответствующими данной климатической зоне. Интенсивность дефляции зависит от скорости ветра, размера частиц и их связности.

Ветер является основным фактором развития дефляции. Как отмечалось ранее (см. гл. 4), в приземном слое движение воздуха всегда имеет турбулентный (вихревой) характер. Это приводит к пульсации скорости: за секунды она может меняться в пределах 20...25 % среднего значения, что существенно влияет на разви­тие эрозии. Критическими скоростями ветра на высоте 15 см считают: для песчаных и супесчаных почв - 3...4, суглинистых — 4...7, торфяных — 4...5 м/с.

Наиболее сильному выдуванию подвержены легкие по грану­лометрическому составу, менее связанные почвы: песчаные, су­песчаные, легкосуглинистые.

На степень эрозионных процессов оказывает влияние рельеф территории. Выдуванию больше подвержены верхние и навет­ренные части склонов, при этом чем круче склон, тем сильнее разрушение почвы.

Немаловажное значение имеет и микрорельеф местности: над выровненной поверхностью поля скорость ветра на 30...40 % выше, чем над невыровненной, грубо взрыхленной.

В степной, полупустынной и пустынной зонах дефляция по­чвы нередко принимает катастрофические размеры. Сильные ветры поднимают (иногда до 1,5...2 км) с поверхности огромное количество почвенных частиц и переносят эту массу на большие расстояния. Это явление называют пыльными бурями. Так, в 1960 г. из районов Северного Кавказа и Украины почвенная пыль была занесена в Румынию, Болгарию и Югославию, види­мость ухудшалась в Белоруссии и Прибалтике.

При переносе пыли происходит ее сортировка, так как круп­ные частицы оседают быстрее. Они откладываются в понижени-

207

Рис. 12.5. Земляные заносы после пыльной бури

ях рельефа или у различных препятствий — строений, лесных полос или других насаждений (рис. 12.5). Например, в 1960 г. в Ростовской области во время пыльных бурь лесными полосами было задержано от 5 до 30 м3 мелкозема на 1 м полосы. Высота этих отложений варьировала от 0,5 до 3 м в зависимости от ажурности лесополосы. При этом с потерей каждого сантиметра слоя почвы с 1 га терялось около 30 кг азота, 20 кг фосфора, 300 кг калия и 2...3 т гумуса (, 1986).

По подсчетам специалистов, в 1969 г. на открытых полях зяби снос почвы в отдельные сутки составлял 100...400 т/га, т. е. в 20...40 раз превышал годовые потери почвы. Гибель озимых мес­тами достигала 62 %.

Если вспомнить, что для восстановления 1 см почвы в есте­ственных условиях требуется 250...300 лет, то следует признать, что ветровая эрозия наносит почвенному покрову невосполни­мые потери.

Наряду с выдуванием в период ветровой эрозии происходит засекание растений. В результате на поле остаются остатки стеб­лей с поврежденными листьями или совсем без них, часть расте­ний просто вырывается с корнем.

Зимой пыльные бури возникают реже, чем в теплое время года, но отличаются продолжительностью и охватывают значи-

208

тельные территории России. Среднее многолетнее число дней с пыльными бурями увеличивается в направлении с северо-запада на юго-восток (рис. 12.6). Так, в южных областях сильные пыль­ные бури наблюдались зимой 1950—1951 гг., в январе 1963, 1964, 1965 гг., в январе—феврале 1969 г.

Противоэрозионной устойчивости почвы достигают, приме­няя рациональные приемы обработки, внося минеральные и главным образом органические удобрения, сея травы, опрыски­вая поверхность почвы различными структурообразователями.

Одна из главных задач защиты почвы от ветровой эрозии — создание к периоду наступления пыльных бурь возможно более мощного растительного покрова. Поэтому посев озимых культур в оптимальные сроки обеспечивает хорошее развитие и укорене­ние растений к моменту возможного возникновения пыльных бурь, что обусловливает сохранение посевов и предохранение почвы от действия ветровой эрозии. В тех случаях, когда наносы небольшие, а растения хорошо развиты, они пробиваются нару­жу, образуя в наносах новые узлы кущения. Состояние постра­давших растений можно улучшить боронованием. Если же тол­щина земляного покрова превышает 5 см, то слаборазвитые рас­тения гибнут и культуру пересевают.

В районах распространения пыльных бурь, а в засушливые годы повсеместно хороший эффект дает бороздковый посев, при котором семена заделывают в бороздки на глубину до 11...14 см. При таком посеве даже в засушливые годы семена попадают в

Рис. 12.6. Среднее многолетнее число дней с пыльными бурями (по ,

1986):

1 — 1...5; 2— 6... 10; 3 — 11...20; 4— 20...40; 5— > 40; 6 — граница устойчивого снежного

покрова

209

более влажные слои почвы, что способствует более быстрому и дружному появлению всходов. Снег, задерживаемый в борозд­ках, предохраняет растения от выдувания и вымерзания, а глав­ное — благодаря мелковолнистой поверхности почвы снижается скорость ветра в приземном слое воздуха и уменьшается перека­тывание комочков почвы. Урожайность зерновых культур при таком методе посева повышается в среднем на 15...20 %.

Широкое распространение получили кулисные пары, где вы­сокостебельные растения (кукуруза, подсолнечник и др.) распо­лагают перпендикулярно к эрозионно опасным ветрам.

Для защиты почвы от ветровой эрозии также высаживают по­лосами поперек господствующего направления ветра древесно-кустарниковые формы. Полезащитные лесные полосы уменьша­ют скорость ветра, способствуют накоплению снега в зимний период, значительно улучшая влагообеспеченность посевов. Даже стерня, оставленная на поле, уменьшает скорость ветра у поверхности почвы. На этом эффекте основана предложенная система безотвальной обработки почвы, полу­чившая широкое распространение в южных районах Сибири и позволившая сократить потери плодородного слоя от ветровой эрозии.

Все эти меры способствуют сохранению ценнейшего нацио­нального богатства - земельного фонда, предупреждают воз­можность проявления процессов эрозии и способствуют локали­зации уже протекающей эрозии.

12.3. ГРАД И ПРИЧИНЫ ЕГО ВОЗНИКНОВЕНИЯ

Град образуется в теплое время года, когда при сильной теп­ловой конвекции (восходящие движения воздуха со скоростью 15...20 м/с в средней части облака) развиваются мощные внутри-массовые или фронтальные кучево-дождевые облака (до 12 км и более в высоту). В таких облаках возникает зона повышенной водности (20...30 г/м3).

Крупные капли, поднятые восходящими потоками воздуха в верхнюю часть облака, замерзают и образуют зародыши градин, которые быстро растут, так как сливаются с другими переохлаж­денными каплями, поступающими с восходящими потоками воздуха. Ту часть облака, где происходит основной рост града, называют градовым очагом.

Градины растут до тех пор, пока скорость их падения не пре­высит максимальную скорость восходящего потока, после чего они падают. Процесс выпадения града развивается лавино­образно.

Обычно градины имеют сферическую или эллипсоидальную форму и размер до 6...8 мм, иногда и больше. В очень редких

1

случаях градины выпадают в виде кусков льда массой 500 г и бо­лее.

Град выпадает полосами. Часто ширина градовой полосы со­ставляет 3...5 км, а длина - 15...20 км. В отдельных случаях гра­добитием бывают охвачены площади шириной до 20 км и дли­ной до 100...200 км. Продолжительность выпадения града в от­дельном пункте колеблется от нескольких секунд до одного часа, составляет в основном 5мин. Выпадение града иногда мо­жет дать на земной поверхности покров высотой до 20...30 см. Град всегда наблюдается при грозе, обычно вместе с ливневым дождем.

Зоны наиболее опасных и частых градобитий находятся в предгорных и горных районах, где в летние жаркие дни возника­ют особенно мощные восходящие потоки за счет большой не­равномерности в нагревании различных форм рельефа, а также за счет горно-долинной циркуляции воздуха. Это предгорные и горные районы Северного Кавказа и Закавказья, Средней Азии и Юго-Восточного Казахстана. Сильные градобития местами от­мечают также в Крыму, Молдавии, Прикарпатье и Закарпатье. Вообще, наиболее часто град выпадает в умеренных широтах, а наиболее интенсивен он в тропиках.

Град наносит повреждения посевам и насаждениям, иногда полностью уничтожая их.

Защита посевов от градобитий. Ежегодно в мире ущерб от гра­добитий составляет около 2 млрд долл. Большая часть этого ущерба приходится на сельское хозяйство. Поэтому во многих странах разрабатывают и применяют различные способы воз­действия на градовые процессы с целью уменьшения ущерба от градобитий.

В южных районах нашей страны посевы и насаждения защи­щают, активно воздействуя на градовые облака.

Основа метода активного воздействия — предотвращение процесса образования крупных градин путем засева градовых облаков льдообразующими реагентами (твердая углекислота, йо­дистое серебро, йодистый свинец). Внесенный реагент способ­ствует созданию огромного числа дополнительных ядер кристал­лизации (из 1 г реагента получается около 1012 ядер), на которых происходит сублимация водяного пара. Перераспределение вла­ги между всеми зародышами градин препятствует образованию крупных градин, а мелкие тают в нижних слоях воздуха, и осад­ки выпадают в виде дождя. Реагент, помещенный в снаряды и ракеты, доставляют в ту часть облака, где образовался градовый очаг. Положение очага определяют с помощью радиолокатора.

Для защиты сельскохозяйственных культур от градобитий применяют зенитные пушки или противоградовые комплексы «Облако-М», ПГИ-М, «Алазань-2М». При этом убытки от града на защищаемой территории уменьшаются на 50...70 %.

210

211

12.4. СИЛЬНЫЕ ЛИВНЕВЫЕ ДОЖДИ

' Ливневые дожди, так же как и град, выпадают из кучево-дож-девых облаков, поэтому они охватывают сравнительно неболь­шие площади. Тем не менее эти дожди за сутки могут дать 80мм осадков и более и нанести существенный ущерб сельскохозяйственному производству.

Интенсивные ливневые дожди, сопровождаемые сильным ветром, на европейской части России часто вызывают полегание зерновых культур на 20...30 % посевных площадей, а в отдельные годы — на 80 %. Полегание посевов приводит к нарушению рас­пределения биомассы по вертикальному профилю и измене­нию фитометеорологических условий. Согласно наблюдениям (1970), в полегших посевах максимум биомассы смещается к поверхности почвы, а колосья располагаются во всех слоях посева. Объемная плотность зеленой биомассы по­легших посевов в несколько раз превышает плотность нормаль­ных, что снижает турбулентный обмен, ухудшает равномерность распределения солнечной радиации в травостое и в конечном счете уменьшает продуктивность фотосинтеза. Проникающая в нижние слои полегших посевов радиация в 2...4 раза меньше, чем в неполегающих.

При полегании ухудшается налив зерна, затрудняется уборка и увеличиваются потери урожая.

Ливневые дожди или длительные осадки могут вызывать сте-кание и прорастание зерна, способствуют развитию болезней сельскохозяйственных культур. Из-за переувлажнения почвы могут сложиться тяжелые условия для уборки зерновых и техни­ческих культур. Сильные ливни вымывают питательные веще­ства из верхних горизонтов в нижележащие слои почвы. Напри­мер, вымывание калия приводит к ослаблению процесса крахма-лообразования в клубнях картофеля. Отсюда снижение лежко-способности картофеля, клубни часто темнеют.

Сильные ливневые осадки обычно не успевают впитаться в почву и большая часть их стекает, смывая верхние плодородные слои почвы, вызывая водную эрозию. В горных районах водная эрозия сильнее, чем на равнинах. На интенсивность эрозион­ных процессов влияют не только природные факторы, но и вы­рубка лесов на склонах, распашка крутых склонов, пахота вдоль склонов, нерациональное использование пастбищ. Водной эро­зии подвержены территории Среднерусской и Ставропольской возвышенностей, Центрально-Черноземного района (Воронеж­ская, Белгородская, Липецкая области).

К профилактическим мерам борьбы с водной эрозией отно­сят сохранение лесов и травяного покрова на эрозионно опас­ных участках. Активные меры борьбы с водной эрозией следую­щие:

212

размещение сельскохозяйственных культур с учетом их поч­возащитной способности (на малоопасных участках — пропаш­ные культуры, на более эрозионно опасных полях — многолет­ние травы, зернобобовые культуры, пожнивные культуры, пло­довые культуры);

обработка почвы и посев культур поперек склонов, т. е. пер­пендикулярно к стоку воды;

лесонасаждение и оврагоукрепление;

преобразование эрозионно опасных форм рельефа — терра­сирование, т. е. создание ступенчатых террас, что давно приме­няют в горном земледелии.

Кроме указанных (основных) приемов существуют и другие мелиоративные способы уменьшения действия водной эрозии.

12.5. ЗАМОРОЗКИ

Заморозком называют понижение температуры воздуха или де­ятельной поверхности до 0° С и ниже на фоне положительных среднесуточных температур в период вегетации растений. Различ­ные по интенсивности заморозки ежегодно наблюдаются во всех районах сельскохозяйственной зоны России, часто ограничивая использование климатических ресурсов вегетационного периода в сельскохозяйственном производстве. Необходимо отметить, что заморозки возможны и в субтропических районах, где зимние мо­розы носят характер заморозков умеренного пояса.

Заморозки в зависимости от времени наступления и интен­сивности могут частично или существенно повредить сельскохо­зяйственные культуры, уменьшить или полностью уничтожить урожай. Наиболее опасны поздние весенние и ранние осенние заморозки, когда их сроки совпадают с вегетационным перио­дом сельскохозяйственных культур. Поэтому информацию об интенсивности заморозков, о сроках прекращения их весной и возникновения осенью широко используют для оценки замороз-коопасности территорий при размещении теплолюбивых куль­тур, а также при выборе способов защиты от этого стихийного явления.

По интенсивности заморозки делят на слабые, средние и сильные. Слабыми принято считать заморозки, при которых тем­пература деятельной поверхности не опускается ниже —2 °С (при этом в воздухе часто температура выше 0 °С). При средних заморозках температура снижается до —3...—4 °С и заморозок

охватывает нижние слои воздуха; сильные заморозки-----5 °С и

ниже.

По длительности действия заморозки делят на продолжитель­ные (более 12 ч), средней продолжительности (5ч) и кратко­временные (до 5 ч).

213

Внешним проявлением заморозка является образование инея на почве или растениях.

Типы заморозков и условия их возникновения. По характеру процессов, способствующих возникновению заморозков и со­провождающих их погодных условий, различают три типа замо­розков.

Адвективные заморозки возникают вследствие вторжения хо­лодной массы воздуха температурой ниже О °С. При этом типе заморозков отрицательные температуры наблюдаются не только в приземном слое воздуха, они могут распространяться по всей массе притекающего воздуха до больших высот. Адвективные за­морозки могут продолжаться несколько суток подряд, охваты­вать большие территории и сопровождаться облачной и ветре­ной погодой. При таких заморозках амплитуда суточного хода температуры воздуха невелика, прогревание холодной массы воздуха часто продолжается 3...4 сут, и к концу этого периода температура постепенно повышается. Они возникают обычно ранней весной и поздней осенью, когда большинство сельскохо­зяйственных культур еще или уже не вегетируют, и поэтому эти заморозки наименее опасны.

Радиационные заморозки образуются в ясные тихие ночи в ре­зультате интенсивного ночного излучения подстилающей повер­хности. Такая погода обычно наблюдается во внутренних частях областей высокого атмосферного давления — антициклонах. Их можно наблюдать в течение нескольких ночей подряд. При этом в приземном слое воздуха образуется инверсия температуры. Разность температур в метеорологической будке на высоте 2 м и на поверхности почвы или сомкнутого травостоя составляет в среднем 2,5...3 °С, а в континентальных районах Сибири — 4... 4,5 "С. На осушенных торфяных болотах и в замкнутых котлови­нах в отдельных случаях эта разность может достигать 9°С.

Радиационные заморозки более опасны для сельскохозяй­ственных растений, так как в западных районах России весной они прекращаются при средних суточных температурах воздуха около 5...6 "С, а в континентальных районах Сибири — при сред­ней суточной температуре 10"С, т. е. когда некоторые куль­туры уже начали активно вегетировать.

Адвективно-радиационные (смешанные) заморозки образуются при вторжении относительно холодной воздушной массы и последующего ее выхолаживания за счет ночного излучения. Этот тип заморозков наблюдается в конце весны и в начале лета, а также ранней осенью и является наиболее опасным для сельс­кохозяйственных культур. Интенсивность адвективно-радиаци-онных заморозков обычно невелика (—2..'.—3 °С). Эти заморозки возможны обычно в ночные часы, главным образом перед вос­ходом Солнца, их продолжительность чаще всего 3...4 ч в тече­ние нескольких ночей.

1

Заморозки на поверхности почвы весной заканчиваются поз­же, а осенью начинаются раньше, чем в воздухе (на высоте 2 м). Вследствие этого беззаморозковый период на почве на 20...30 сут короче, чем в воздухе.

Географическое распространение заморозков на территории России. На обширной территории нашей страны время прекра­щения заморозков весной и наступления их осенью от года к году очень изменчиво.

Период между средней многолетней датой самых поздних ве­сенних и средней многолетней датой самых ранних осенних за­морозков называют беззаморозковым периодом.

Средние даты окончания весенних, начала осенних замороз­ков и продолжительность беззаморозкового периода в воздухе на открытом ровном месте приведены на рисунках 12.7На­правление изолиний, как можно видеть из рисунков, в основном широтное.

В северных районах территории России нет четко выражен­ного беззаморозкового периода. Заморозки здесь возможны во все месяцы теплого периода.

В основной земледельческой зоне страны продолжительность беззаморозкового периода колеблется от 90 сут на севере до 270 сут на юге. На европейской части России средняя дата пре­кращения заморозков равномерно перемещается с юга на север от начала апреля до середины июня. Раньше всего заканчивают­ся заморозки на Черноморском побережье Кавказа, а беззамо­розковый период здесь составляет около 300 сут. В Восточной Сибири заморозки весной прекращаются во второй половина мая — начале июня, а беззаморозковый период сравнительно короткий — 90сут.

Осенние заморозки на юге страны начинаются в середине октяб­ря — начале ноября, а в северных районах земледельческой зоны ев­ропейской части России и в Восточной Сибири — в конце августа.

Заморозки заканчиваются и начинаются в различных районах земледельческой зоны России при разных среднесуточных тем­пературах воздуха. Так, весной в западных районах страны замо­розки обычно прекращаются до перехода среднесуточной темпе­ратуры воздуха через 10 °С, и поэтому их опасность для плодо­вых и теплолюбивых культур незначительна. В континентальных районах заморозки отмечаются после установления среднесу­точной температуры воздуха выше 10 "С, в период активной ве­гетации, поэтому здесь они опасны для теплолюбивых культур.

В справочниках по агроклиматическим ресурсам характерис­тика средних дат заморозков дополнена сведениями о самом по­зднем заморозке весной и самом раннем осенью, наименьшей длительности беззаморозкового периода, а также данными о ве­роятности окончания или начала заморозка ранее или позднее заданной даты. Используя эти данные, в каждом районе можно

214

215

60

60

50

60

100

120

Рис. 12.7. Средние многолетние даты беззаморозкового периода в воздухе (по ):

а — начало; б — конец

100

120

60

50

40

Рис. 12.8. Средняя многолетняя продолжительность (сут) беззаморозкового периода в воздухе на открытом ровном месте (по )

определить оптимальные сроки сева теплолюбивых культур, вы­садки рассады овощных, а также сроки уборки сельскохозяй­ственных культур.

Влияние местоположения на интенсивность, сроки прекращения и наступления заморозков. На интенсивность, сроки прекраще­ния заморозков весной и наступления их осенью существенно влияют рельеф местности, состояние почвы, наличие расти­тельности, близость водоемов и т. д.

При адвективных заморозках влияние местоположения про­является меньше, чем при других типах заморозков, но все же наветренные склоны и участки, открытые холодным ветрам, оказываются более заморозкоопасными. При радиационных и адвективно-радиационных заморозках влияние местоположения значительнее.

Неровный рельеф местности обусловливает сток и приток хо­лодного воздуха. Ночью на склонах в результате радиационного охлаждения прилегающих к деятельной поверхности слоев воз­духа последний становится более тяжелым и «стекает» вниз. По­этому в нижних частях склонов и в долинах, где сосредоточива­ется охлажденный воздух, значительно холоднее, чем в верхних частях склонов и на вершинах холмов. Особенно холодно в зам­кнутых котловинах. Здесь разность температур воздуха у поверх­ности почвы и на высоте 2 м может достигать 10 °С.

217

На больших ровных участках площадью в несколько квадрат­ных километров создаются средние условия заморозкоопаснос-ти, поскольку здесь нет ни притока, ни стока охлажденного воз­духа. Поэтому заморозкоопасность различных форм рельефа со­поставляют с открытыми ровными участками.

Разности температур на ровном открытом участке и в разных формах рельефа, а также изменение длительности беззаморозко­вого периода приведены в таблице 12.4.

12.4. Заморозкоопасность различных форм рельефа (по , 1961)

Примечание. Положительные значения означают повышение минималь­ной температуры и увеличение продолжительности беззаморозкового периода по сравнению с открытым ровным местом, а отрицательные — усиление заморозка и уменьшение беззаморозкового периода.

Как видно из таблицы, в вогнутых формах рельефа (замкну­тые долины, котловины) продолжительность беззаморозкового периода уменьшается, интенсивность заморозков увеличивает­ся, а на выпуклых формах рельефа (вершины холмов, верхние части склонов), наоборот, продолжительность периода больше, заморозки слабее по сравнению с открытым ровным местом. Менее заморозкоопасны по сравнению с ровным открытым пространством и побережья крупных водоемов.

На лесных опушках и полянах беззаморозковый период на 15...20 сут меньше по сравнению с открытым ровным местом.

В то же время необходимо отметить, что при одинаковом ме­стоположении на участках с рыхлой почвой, осушенных торфя-

218

никах интенсивность заморозков больше, а беззаморозковый период меньше из-за плохой теплопроводности и малой тепло­емкости этих почв.

Косвенно на заморозкоопасность оказывает влияние также ориентация склонов. На восточных и юго-восточных склонах рас­тения сильнее повреждаются заморозками потому, что после вос­хода Солнца они сразу попадают под действие прямых солнечных лучей. Вышедшая из клеток в межклетники вода быстро испаряет­ся, поврежденные клетки не успевают восстановить дефицит влаги и высыхают.

Влияние заморозков на сельскохозяйственные культуры. Устой­чивость растений к заморозкам и степень их повреждения зави­сят от многих факторов: времени наступления, интенсивности и продолжительности заморозка, скорости и условий оттаивания растений, а также от состояния самих растений, их вида и сорта, фазы развития, условий выращивания и т. д.

Температуру, ниже которой растения повреждаются или гиб­нут, называют критической. Разным растениям свойственны свои критические температуры, морозостойкость различных органов одного и того же растения неодинакова. ­вым выделено пять групп полевых культур по их устойчивости к заморозкам в различные фазы развития растений при средней продолжительности заморозков 5...6 ч (табл. 12.5).

12.5. Классификация сельскохозяйственных культур по их устойчивости к заморозкам в разные фазы развития (по , 1948)

Культура

Критическая температура начала повреждения и частичной гибели, °С

Всходы

Цветение

Созревание (молочная спелость)

Наиболее устойчивые

Яровая пшеница

Овес

Ячмень

Чечевица

Горох

Люпин многолетний Вика яровая Люпин узколистный Бобы, подсолнечник Лен, конопля Сахарная свекла Морковь, брюква, турнепс

Люпин желтый

Соя

Редис

Могар

219

Культура

Продолжение

Критическая температура начала повреждения и частичной гибели, °С

Всходы

Цветение

Созревание (молочная спелость)

Из данных таблицы 12.5 видно, что в начальный период роста растения наиболее устойчивы к заморозкам, за исключением двух последних групп. Слабые и даже сильные заморозки в этот период мало сказываются на урожае. Заморозки в период цвете­ния наиболее опасны, так как заморозкоустойчивость генера­тивных органов растений меньше, чем вегетативных. В этот пе­риод гибель урожая у большинства растений наступает при тем­пературе —1...—3 "С, т. е. при слабых заморозках.

Для плодовых и ягодных культур заморозки также наиболее опасны в период цветения и образования завязей (табл. 12.6).

12.6. Критические температуры для генеративных органов плодовых и ягодных культур

Культура

Генеративные органы

Критическая температура, °С

Степень заморозкоустойчивости цветков зависит еще и от погод­ных условий во время их раскрытия. Установлено, что если цветки растений раскрываются в прохладную погоду, то их критическая температура ниже, чем у распустившихся при высокой температуре. Например, цветки яблони, распустившиеся в прохладную погоду, гибнут при температуре воздуха —4 °С, а цветки плодовых и ягодных кустарников и косточковых культур — при —5...—6 °С.

220

Снижение урожая вследствие повреждения заморозками при прочих равных условиях (интенсивность, продолжительность и т. д.) бывает различным в зависимости от температуры воздуха до заморозка. Если температура была относительно высокой (для холодостойких культур, например, это более 10 °С), то от­рицательные последствия будут больше, если низкой — меньше. Дело в том, что в данном случае сказывается закаливающее адаптационное действие пониженных температур. Закаливаю­щее действие оказывает и амплитуда суточных колебаний темпе­ратуры до заморозков: чем больше амплитуда, тем сильнее зака­ливание и меньше ущерб от заморозка.

В то же время, если до заморозка растение развивалось при избытке влаги, то повреждение и снижение урожая в любом слу­чае будут больше.

Степень повреждения растений заморозками зависит и от вида вносимых удобрений. Азотные удобрения у большинства культур снижают устойчивость к заморозкам, а у бобовых —по­вышают. Обильное калийное питание повышает устойчивость гречихи и картофеля, но снижает ее у кукурузы и сои и т. д.

Прогноз заморозков. Для своевременной и успешной борьбы с заморозками необходимо их прогнозирование. Для прогноза ожидаемого заморозка используют различные методы.

Вторжение холодных волн воздуха, обусловливающее адвек­тивные и адвективно-радиационные заморозки на большой территории, в настоящее время хорошо прогнозируется синоп­тиками с заблаговременностью от 1 до 3 сут. Однако в зависи­мости от местных условий, как отмечалось ранее, интенсив­ность заморозков по территории может быть различной и раз­ница может достигать 3...5 °С и более. Поэтому синоптический прогноз можно уточнить по данным наблюдений в конкретном районе. Для этого разработан ряд методов, например метод Михалевского.

Для определения ожидаемой минимальной температуры воз­духа и почвы Михалевский предложил формулы:

f-(t-t')C±A;

. . ,, (12.4) : (12.5)

где f— температура по смоченному термометру в 13 ч, °С; t — температура по сухо­му термометру в 13 ч, °С; С - коэффициент, зависящий от относительной влажно­сти воздуха/

100 5,0

90 4,0

80 3,0

70 2,0

60 1,5

50 1,2

40 0,9

30 0,7

20 0,4

А — поправка на облачность, которую вводят после наблюдений в 19 ч: если небо ясное (0...3 балла), то А = — 2 °С, при средней облачности (4...7 баллов) А = 0, при облачности 8баллов А = 2 °С.

221

Если рассчитанная /min окажется ниже —2 °С, то заморозок будет; при /min от —2 до +2 "С заморозок вероятен; при /min выше 2 °С заморозок маловероятен.

На осушенных торфяно-болотных почвах северо-западных и западных областей России ожидаемые минимальные температу­ры воздуха /mjn B и почвы /min п можно рассчитывать по формулам, полученным :

U, = 0,8/ +0,09/- 14,1;

'mmn = 0,78/+ 0,11/- 18,3,

(12.6)

(12.7)

где /и/— температура и относительная влажность воздуха в 13 ч или в любой срок между полуднем и заходом Солнца.

Наиболее просто ожидаемую ночную температуру воздуха на высоте 2 м можно рассчитать по графику (рис. 12.9). При этом используют наблюдения за температурой воздуха в 13 и 21 ч. На горизонтальной оси откладывают раз­ность температур днем и вечером, а на вертикальной — вечер­нюю температуру. Точка пересечения укажет вероятность замо­розка.

20 40 60

Разность температур воздуха, измеренных в 13 и 21ч,'С

Рис. 12.9. График прогноза вероятности заморозков методом Броунова

222

Имеются и другие способы предсказания заморозков, напри­мер методы , , которые осно­ваны на более полном учете физических причин возникновения заморозков. Они дают более точные результаты, но значительно сложнее в расчетах и предусматривают учет большего числа ис­ходных данных.

Так как современные методы предсказания заморозков не обеспечивают 100%-ю оправдываемость, в практике их до­полняют методом непрерывного наблюдения за погодой. В пе­риод возможного наступления заморозков организуют еже­часные наблюдения за состоянием атмосферы и метеороло­гическими условиями. В первую очередь наблюдают за об­лачностью, параметрами ветра, температурой и влажностью воздуха.

Методы защиты сельскохозяйственных культур от заморозков. При защите растений от заморозков необходимо воздействовать на тепловой режим приземного слоя воздуха путем снижения излучения тепла почвой и растениями, повышения теплопро­водности почвы, перемешивания и подогрева приземного слоя воздуха и т. д. Обычно повышение температуры на 1...2 °С выше критической значительно снижает действие заморозков, а повы­шение на 3...4°С почти полностью защищает растения от их действия.

Наиболее старый и распространенный метод защиты сельс­кохозяйственных культур от заморозков — дымление. Повышение температуры подстилающей поверхности и приземного слоя воздуха под дымовой завесой обусловлено комплексом факто­ров: обогревом воздуха при горении дымообразующих веществ, конденсацией водяного пара в воздухе с выделением тепла, уменьшением эффективного излучения. В то же время дымовая завеса в утренние часы, закрывая растения от прямых солнеч­ных лучей, способствует более медленному и равномерному от­таиванию тканей растений, если они подмерзли, и уменьшению степени повреждения.

Дымовая завеса образуется вследствие температурной инвер­сии в приземном слое атмосферы. При безветрии в ясную ночь нижний слой воздуха сильно выхолаживается и разность темпе­ратур у поверхности почвы и на высоте 8м может достигать 8...11 °С. Дым, охлаждаясь в нижнем слое воздуха, быстро теряет подъемную силу, и внутри слоя инверсии начинает растекаться в горизонтальном направлении.

Одним из способов дымления является окуривание растений при помощи дымовых куч (рис. 12.10), сжигая которые, защища­ют от заморозков огородные культуры, плодовые растения во время их цветения, виноградники и т. д. В производственных условиях в большинстве случаев удается повысить температуру под пеленой дыма примерно на 1...2 °С.

223

Рис. 12.10. Дымовая куча:

1 — земля; 2— бурьян и ботва; 3 — навоз, со­лома, листва; 4 - щепки и дрова; 5 - солома и стружки

Следует отметить, что спо­собы дымления могут давать эффект только на ровном мес­те, при отсутствии подтока хо­лодного воздуха со стороны, при слабом ветре (1...2 м/с).

Для образования дымоту-манной завесы иногда исполь­зуют красный фосфор, кото­рый при сжигании дает густую пелену дыма, а также приме­няют хлористый аммоний, ма­зут и другие вещества. В пос­ледние годы для создания та­ких завес стали широко при­менять специальные дымовые шашки.

Зажигание дымовых смесей можно начинать при температу­ре воздуха на 1...1,5°С выше критической температуры за­щищаемой культуры. Дымление необходимо продолжать еще 1...1,5ч после восхода Солнца.

Открытый обогрев предполагает использование различного типа грелок для нагревания слоя воздуха среди растений при за­морозках радиационного типа в безветренную погоду.

В качестве топлива чаще используют нефть, но есть и пара­финовые грелки, и грелки на твердом топливе.

При использовании такого метода возможно повышение тем­пературы воздуха в приземном слое на 1...4 °С.

Определенный интерес представляет комбинированное ис­пользование открытого обогрева с ветровыми машинами, спо­собствующими более равномерному распределению тепла, излу­чаемого грелками.

Существенный недостаток этого метода — загрязнение атмос­ферного воздуха. Кроме того, продукты неполного сгорания оседа­ют на растениях и ухудшают их фотосинтетическую деятельность. Для укрытия растений применяют различные светопрозрач-ные материалы (пленку, стеклянные колпаки), тканые и нетка­ные материалы, специальные пены. По своим теплозащитным свойствам жидкая пена аналогична свежевыпавшему снегу. В отдельных случаях низкорослые растения просто присыпают землей или торфом.

Продувание посевов и насаждений с помощью снятых с самоле­тов двигателей, отработавших свой полетный ресурс, или с по­мощью вертолета, зависающего на небольшой высоте над пло­довым садом, способствует перемешиванию более холодного

224

приземного воздуха с верхним, более теплым, что разрушает температурную инверсию. Проведенные эксперименты показа­ли эффективность этого способа.

Орошение при заморозках повышает температуру точки росы, способствует увеличению теплопроводности почвы и притоку тепла из более глубоких слоев к поверхности, что может повы­сить температуру в холодные ночи на 2 "С.

Дождевание с помощью установок различных конструкций — наиболее эффективный способ защиты растений от заморозков. Различают два типа дождевания: предзаморозковое (за несколь­ко часов до заморозка) и противозаморозковое (непосредствен­но в период отрицательных температур).

Предзаморозковое дождевание защищает в основном низко­рослые культуры при заморозках до —2 °С и ветре 1,5...2 м/с, а при штиле — до —4 °С. Эффективность этого способа основана, так же как и при орошении, на увеличении теплопроводности почвы и повышении температуры точки росы.

Противозаморозковое дождевание дает возможность защи­щать растение даже от сильных заморозков (до —8 °С). Действие его основано на том, что при дождевании в период отрицатель­ных температур сравнительно теплая вода, охлаждаясь, выделяет много тепла. Еще больше тепла выделяется при превращении воды в лед. И кроме того, ледяная корочка, образующаяся на растении, уменьшает его радиационное охлаждение — излучаю­щей поверхностью будет ледяной «панцирь».

Перспективно использование регуляторов роста и развития, тормозящих развитие плодовых почек, задерживая тем самым цветение (это особенно ценно для раноцветущих культур). При этом было установлено, что некоторые регуляторы вообще спо­собствуют существенному повышению устойчивости цветков к заморозкам.

Положительные результаты дают опыты , и др. (1991) по использованию гидрореагирующих веществ (из класса гидридов кальция). Вещества наносят на по­верхность почвы, при взаимодействии их с водяным паром вы­деляется тепло. Скорость реакции гидролиза невелика, а время выделения тепла составляет несколько часов, что соизмеримо с продолжительностью радиационных и адвективно-радиацион-ных заморозков. При расходе вещества 200 г/м2 температура по­вышалась на 3 "С.

ОПАСНЫЕ ЯВЛЕНИЯ ХОЛОДНОГО ПЕРИОДА

Успешность возделывания сельскохозяйственных культур оп­ределяется агрометеорологическими и агроклиматическими ус­ловиями не только вегетационного периода, но и условиями, складывающимися в период перезимовки.

225

В зимний период на территории России наблюдаются различ­ные опасные явления для озимых, многолетних трав и древес­ных культур. Достигая в том или ином районе значительной ин­тенсивности, они повреждают или даже губят растения.

Агроклиматическое изучение зимнего периода дает представ­ление о том, какие опасные явления наблюдаются в данном рай­оне, каковы их частота и интенсивность. Эти сведения исполь­зуют при решении вопросов рационального размещения культур по территории, при разработке способов защиты растений от этих явлений, а также для животноводства как при стойловом, так и (особенно) отгонном содержании.

Степень повреждения зимующих культур опасными явления­ми, и прежде всего низкими температурами, бывает различной в разные годы и в разные периоды зимы одного года. Это объяс­няется состоянием растений и их зимостойкостью, сильно изме­няющейся в течение зимы и от года к году. Поэтому, прежде чем разбирать сами опасные явления, необходимо рассмотреть фи­зические и биологические основы зимостойкости растений.

12.6. ЗИМОСТОЙКОСТЬ РАСТЕНИЙ

Зимостойкость растений — биологическое свойство зимую­щих растений противостоять комплексу неблагоприятных усло­вий погоды в холодное время. (1940) подчеркива­ет, что зимостойкость — мобильное, непостоянное и не всегда характерное даже для одного и того же растения свойство. Оно обусловлено направленностью физиологических и биохимичес­ких процессов, возникающих у растений в холодный период года. Зимостойкость как качество развивается у растений в ре­зультате процесса закаливания в конце осени.

Согласно теории , закаливание растений про­ходит в две фазы. Наилучшие условия для первой фазы закали­вания создаются в солнечные ясные дни, при среднесуточной температуре воздуха 6...0 °С и большой суточной амплитуде тем­пературы (днем 10...15 "С, ночью 1...2 °С). Первая фаза длится 12сут. При таких условиях растения растут слабо (не хватает тепла), а фотосинтез протекает нормально. Накапливаются саха­ра в тканях, и особенно в точках роста, узлах кущения, выполня­ющие функцию защитных веществ. Хорошо развитые раскус­тившиеся растения озимых способны накопить 20...30 % Сахаров (от сухой массы растений) в узлах кущения и до 17 % в листьях. После окончания первой фазы закаливания растения озимых безболезненно выдерживают понижение температуры почвы на глубине узла кущения до —12 "С (в период активного роста им опасна температура ниже —8 °С).

Вторая фаза закаливания растений успешно проходит при

226

I

среднесуточной температуре воздуха —2...—5 "С, сухой погоде и при некотором иссушении почвы. Она возможна и при отсут­ствии света, когда на полях установится снежный покров.

В течение второй фазы закаливания зимостойкость растений повышается за счет обезвоживания тканей, перехода свободной воды в связанную и увеличения концентрации клеточного сока. Крахмал в клетках растений частично превращается в сахара, за­пасы которых увеличиваются. Продолжительность второй фазы, по мнению Туманова, может быть небольшой — 3...5 сут. (1957) считает, что вторая фаза закаливания рас­тений при температуре —3 °С длится 8сут. Наибольшее ко­личество Сахаров в растениях отмечают в период второй фазы закаливания.

После прохождения полного закаливания значительно повы­шается зимостойкость культур и, в частности, морозостойкость. Под морозостойкостью понимают способность растений проти­востоять низким отрицательным температурам в зимний период. Так, критическая температура озимой пшеницы среднезимо-стойких сортов понижается до —18 "С, а высокозимостойких — до —20 "С и ниже. Критическая температура вымерзания ржи составляет —22...—24 °С и ниже, озимого ячменя и двуукосного клевера —13...—16 "С, люцерны —17...—19 "С. Кроны многих древесных культур могут переносить морозы до —45...—50 "С, за исключением лимона, который не переносит температуры воз­духа ниже —8 °С.

Устойчивость растений к морозам изменяется под влиянием различных условий погоды, при этом в начале зимы морозо­стойкость сельскохозяйственных культур бывает сравнительно невысокой, к середине зимы увеличивается до максимальных значений, а к весне уменьшается.

Зимостойкость озимых культур зависит также от влажности почвы в осенний период вегетации. Так, озимые культуры при­обретают большую морозостойкость, если влажность почвы в период закаливания составляет 50...70 % полной влагоемкости. Избыточное же увлажнение (более 80 % полной влагоемкости) отрицательно влияет на закаливание озимых.

Таким образом, осенние условия имеют большое значение для формирования зимостойкости. А так как погодные условия осе­нью из года в год обычно меняются, то из года в год довольно су­щественно меняется и зимостойкость одних и тех же сортов сель­скохозяйственных культур (табл. 12.7). Зимостойкость плодовых деревьев зависит еще и от таких факторов, как количество уро­жая, время созревания плодов, время опадения листьев, осенние заморозки. Например, поврежденные ранними осенними замо­розками листья не могут в полной мере накопить защитные пита­тельные вещества, поэтому растения не могут развить достаточ­ную зимостойкость и повреждаются даже слабыми морозами.

227

12.7. Температуры почвы (на глубине 3 см), повреждающие озимую пшеницу при различных условиях закаливания, °С

Территория

Условия закаливания

хорошие

средние

Северный Кавказ, северо-запад европейской части России Центрально-Черноземная зона, центральные и северные области Нечерноземной зоны Поволжье, юг Урала, Западная Сибирь

12.7. ОПАСНЫЕ ЯВЛЕНИЯ И МЕРЫ БОРЬБЫ С НИМИ

Вымерзание — наиболее распространенная причина поврежде­ния и гибели зимующих культур на больших площадях. Оно про­исходит в результате понижения температуры воздуха или почвы ниже критической для растений в течение 2...3 сут. Клетки рас­тений гибнут в результате обезвоживания протоплазмы и дефор­мации протопластов клеток от механического давления льда, об­разовавшегося вне клеток. Вымерзание растений внешне харак­теризуется побурением и отмиранием тканей.

Агрометеорологические условия, при которых вымерзают сельскохозяйственные культуры, чаще всего (40...60 % лет) со­здаются в первой половине зимы, до образования снежного по­крова, достаточного для защиты растений от мороза на большей части лесостепной и степной зон. Во второй половине зимы вы­мерзание растений возможно в районах с неустойчивым снеж­ным покровом или частыми глубокими оттепелями.

Вымерзают озимые культуры наиболее часто на возвышен­ных участках полей, а также на западных и южных склонах, где высота снежного покрова меньше, а почва промерзает глубже.

Для плодовых культур особенно опасно повреждение низки­ми температурами корневой системы, так как это может привес­ти к гибели всего дерева. Морозоустойчивость корней плодовых культур значительно меньше, чем кроны. Корневая система пе­реносит понижение температуры до —8...—15 "С. При поврежде­нии корневой системы у плодовых деревьев ослабляется рост, формируются мелкие листья, частично засыхают и опадают за­вязи, урожай в течение нескольких лет может быть низким.

В суровую бесснежную зиму 1968/69 г., когда температура на глубине залегания корней понижалась до —16...—17 °С и дли­тельное время держалась в этих пределах, на европейской части России, по данным , погибло более 30 % садов.

Степень повреждения корней плодовых деревьев в период зимовки зависит также от типа почв и их гранулометрического

228

состава. На легких супесчаных почвах корни плодовых деревьев промерзают сильнее, чем на более тяжелых и богатых органи­ческими веществами.

Основной способ защиты озимых и многолетних трав — сне­гозадержание, которое позволяет не только увеличить высоту снежного покрова, но и достичь более равномерного распреде­ления его на полях. Большое значение имеет и агротехника: бо­лее глубокая заделка семян, сев по чистым парам и лучшим предшественникам (лучше влагообеспеченность осенью), а так­же сроки сева озимых и последнего укоса трав. Так, озимые, ушедшие в зиму в фазе кущения и имеющие 4...5 побегов, обла­дают большей зимостойкостью, чем растения в фазе всходов или 3-го листа, или переросшие.

Для защиты плодовых деревьев от вымерзания необходимо закладывать сады в наименее морозоопасных местах, а для за­щиты корневой системы проводить снегозадержание или муль­чирование приствольных кругов торфом, перепревшей соломой, навозом.

Например, в садах Мичуринской аграрной академии в тече­ние ряда лет для снегозадержания и утепления почвы в зоне корней слаборослых деревьев в междурядьях сада высевают гор­чицу. Наблюдения за температурой верхнего слоя почвы, содер­жащейся в разных агротехнических условиях, показали, что тем­пература почвы, покрытой горчицей, в среднем на 3 °С выше, чем в почве, содержащейся под черным паром. В зиму 1968/69 г. разница в температуре достигала 3,5...4 °С, а в мороз­ные дни января она доходила до 10°С.

Выпревание растений происходит в результате длительного (более 30 сут) пребывания растений под высоким (более 30 см) снежным покровом при слабом промерзании почвы и ее темпе­ратуре на глубине узла кущения растений, близкой к 0 °С. При таких условиях растения быстро расходуют запасы питательных веществ на дыхание, истощаются и подвергаются грибным забо­леваниям, от которых погибают.

(1940) выделяет три качественно различные фазы в ходе выпревания растений: углеводное истощение, голо­дание и распад органических веществ, гибель растений при раз­витии грибных заболеваний.

Для первой фазы выпревания характерно углеводное истоще­ние зимующих растений. При температуре под снегом, близкой к 0 °С, растения сохраняют заметную энергию дыхания и слабый рост. Ежедневные, даже слабые (при небольшой отрицательной температуре), расходы Сахаров на дыхание в течение продолжи­тельного периода пребывания растений под мощным снежным покровом суммируются и приводят к истощению растений. По­полнение запасов Сахаров в темноте под снежным покровом не­возможно из-за отсутствия фотосинтеза.

229

Гибель растений наступает не сразу по израсходовании осен­них запасов Сахаров, а значительно позднее, так как растения способны в некоторой степени пополнять эти запасы за счет превращения крахмала в сахара. Но при этом растение голодает (происходит расход белков и распад тканей растений), т. е. на­ступает вторая фаза выпревания озимых. Растения начинают расходовать белки, когда у них остается всего 2...4 % Сахаров. Это бывает обычно в конце зимы и в период снеготаяния. Рас­ход белков опасен для жизни растений еще и потому, что выде­ляющееся при этом тепло создает благоприятные условия для развития микроорганизмов и роста мицелия различных грибов. Последние, быстро и мощно развиваясь на голодающих расте­ниях, резко ускоряют расход белков и приводят к гибели сначала листьев, касающихся почвы, затем оснований побегов, а в даль­нейшем узлов кущения озимых и корневой шейки многолет­них трав.

Период развития снежной плесени на растениях, поврежде­ния и гибель от нее растений - завершающая, третья фаза вып­ревания озимых. При благоприятных условиях для развития ми­целия грибов (температура под снегом около О °С и выше и влажность воздуха около 90 %) гибель растений наступает в те­чение нескольких дней.

Выпревание растений наблюдается в основном в Нечерно­земной зоне европейской части России (до 30...50 % лет).

Для защиты растений от выпревания снежный покров уплот­няют прикатыванием, что способствует снижению температуры почвы под снегом. Зачернение поверхности снежного покрова весной ускоряет начало снеготаяния, приводит к уплотнению и более раннему сходу снежного покрова, что также уменьшает гибель посевов от выпревания.

Ледяная корка — слой льда, образовавшийся при оттепелях от таяния снега или при выпадении жидких осадков и их последую­щем замерзании. Она бывает притертой (смерзшейся с землей) и подвешенной (в снежном покрове).

Наиболее опасна для растений притертая ледяная корка. Сте­пень повреждения растений зависит от ее толщины, составляю­щей в среднем около 20 мм (может достигать 100 мм и более), и продолжительности залегания.

Озимые и травы гибнут под притертой к почве коркой вслед­ствие нарушения газообмена (недостатка кислорода и избытка углекислого газа). За одни сутки в тканях растений под ледяной коркой содержание углекислого газа возрастает от 2 до 20 %, а кислорода уменьшается с 20 до 8 %.

Иногда притертая ледяная корка наносит и чисто механичес­кое повреждение растениям: происходит разрыв корешков, вмерзших в лед.

Ледяная корка в виде прослойки в снежном покрове для ози-

230 .,

мых и трав, как правило, не опасна. Лишь в отдельных случаях солнечные лучи проникают сквозь такую ледяную корку и под ней, как под линзой, вызывают ожоги листьев.

Ледяная корка на территории нашей страны образуется час­то, особенно она распространена на северо-западе и в централь­ных районах европейской части России — 5 лет и более из 10.

Наиболее эффективными мерами защиты посевов от притер­той ледяной корки являются осушение полей, снегозадержание, отвод талых вод, зачернение поверхности корки для ускорения ее таяния.

Выпирание растений озимых культур и многолетних трав про­исходит вследствие неоднократного оттаивания и замерзания верхнего слоя почвы. При замерзании воды в порах почвы ледя­ные кристаллы распирают почву, в результате чего она выпучи­вается и поднимает вместе с собой растения. Когда почва оттаи­вает, она постепенно оседает, а часть растений остается в вытя­нутом состоянии над почвой. При неоднократном повторении процессов замерзания и оттаивания обнажаются узлы кущения озимых и корневые шейки многолетних трав. Наблюдались слу­чаи выпирания растений на высоту до 12 см. В дальнейшем та­кие растения чаще вымерзают, а весной высушиваются и поги­бают. Выпиранию растений способствует также образование притертой ледяной корки.

В результате выпирания сильнее повреждаются растения на переувлажненных, поздно вспаханных тяжелых, бесструктурных почвах, особенно в тех случаях, когда между обработкой почвы и севом озимых проходит не более 10...20 сут. Выпиранию на та­ких почвах подвержены растения со слаборазвитой корневой си­стемой. Хорошо раскустившиеся озимые, имеющие большое число горизонтально расположенных в почве корней, подверга­ются выпиранию значительно реже. Корневая система их под­нимается и опускается одновременно с выпучиванием и оседа­нием верхнего слоя почвы.

Наиболее часто выпирание растений наблюдается в районах избыточного увлажнения на тяжелых суглинистых почвах при неустойчивой зиме, т. е. на северо-западе и западе Нечернозем­ной зоны.

Основные мероприятия по борьбе с выпиранием: своевре­менная обработка почвы под посев озимых; посев в уже уплот­нившуюся почву; более глубокая заделка семян; осушение по­лей; иногда снегозадержание на полях с растениями, у которых узлы кущения обнажились.

Вымокание растений вызывается застоем воды на полях. Ос­новная причина гибели растений при затоплении — нарушение процессов дыхания и фотосинтеза.

Степень повреждения растений зависит от высоты их затоп­ления, продолжительности периода затопления и температуры

231

воды. Так, прорастающие семена погибают на 18...20-е сутки, а развитые всходы могут выдерживать частичное затопление до двух месяцев. При повышении температуры воды, например, от 0 до 7 °С число погибших растений увеличивается в 2 раза. При этом весеннее затопление растений при прочих равных условиях более опасно, чем осеннее, так как они ослабляются и истоща­ются в течение зимы.

Основные территории, где отмечается это явление (в 20...30 % лет), — северо-западные, западные и центральные районы евро­пейской части России.

Хорошо развитые и зимостойкие посевы (с большими запаса­ми Сахаров) вымокают меньше. Поэтому высокий уровень агро­техники и отвод с полей талых вод являются основными мероп­риятиями по борьбе с вымоканием посевов.

Выдувание озимых культур происходит при пыльных бурях в степных районах страны, когда снежный покров невысокий или отсутствует, а почва сухая и поэтому слабо сцементирована. Силь­ные ветры (более 10 м/с) уносят частицы верхнего слоя почвы, ого­ляя узлы кущения и корневую систему. При скорости ветра 15...25 м/с переносимые частицы почвы наносят растениям и меха­нические повреждения: разрывают листья, ломают побеги, разру­шают оголенные узлы кущения. Слабораскустившиеся растения вообще полностью выдуваются из почвы и быстро засыхают.

Для предотвращения выдувания растений необходимо при­менять все приемы агротехники, направленные на увеличение влажности почвы, снежного покрова и снижение скорости вет­ра: лесополосы, кулисы, безотвальная вспашка и т. д. Кроме того, необходимы более глубокая заделка семян, сев в уже уп­лотнившуюся почву, послепосевное прикатывние почвы.

Зимняя засуха (высыхание растений) бывает во второй полови­не зимы или ранней весной при отсутствии снежного покро­ва. В солнечную погоду температура воздуха днем поднимается до 0 °С и выше. При этом надземные части растений прогрева­ются, что приводит к усилению транспирации, а вода из мерзлой почвы не поступает. В результате обезвоживания листьев повы­шается концентрация клеточного сока, сильное пересыхание тканей приводит к коагуляции белков в клетках, происходит сначала высыхание надземных органов, а затем узлов кущения и корневых шеек, и растение погибает. Особенно страдают от не­достатка влаги при таких условиях слаборазвитые озимые. Это явление чаще наблюдается в районах с неустойчивым снежным покровом, т. е. на юге степной зоны.

От зимней засухи могут пострадать также плодовые и ягод­ные культуры. Причем обводненность растений снижается не­равномерно: наибольшие потери влаги наблюдаются у однолет­них веток, отсюда и большая повреждаемость их зимней засухой по сравнению с двух-трехлетними.

232

Зимнему высушиванию также способствуют сильные ветры и низкая относительная влажность воздуха.

Меры борьбы с этим явлением — снегозадержание, побелка стволов и скелетных ветвей.

Во второй половине зимы при ясной погоде в течение суток наблюдаются значительные колебания температуры тканей коры и древесины. Кора на южной стороне деревьев нагревается солнечными лучами до положительных температур, а ночью при низких температурах замерзает, вследствие чего отмирают от­дельные участки коры. Такие повреждения называют солнечными ожогами, или морозобоинами. Весной на поврежденных местах коры образуются трещины. От солнечных ожогов страдают практически все породы плодовых деревьев во всех районах их возделывания.

Для предохранения плодовых культур от солнечных ожогов стволы обвязывают различными материалами или белят известко­выми, меловыми составами или водоэмульсионными красками.

Гололед — слой гладкого прозрачного или мутного льда, обра­зующегося на земной поверхности, деревьях и других наземных предметах вследствие намерзания переохлажденных капель дож­дя или тумана при их соприкосновении с земной поверхностью или наземными предметами, охлажденными ниже 0 °С (рис. 12.11). Чаще всего гололед наблюдается осенью или ранней вес­ной при температуре воздуха от 0 до —5 "С.

При интенсивном и длительном гололедообразовании на предметах накапливается много льда, под тяжестью которого ло­маются ветви плодовых деревьев и кустарников. Под слоем го­лоледа гибнут озимые и плодово-ягодные культуры. На отгон­ных пастбищах, например, он пре­граждает доступ животных к траве.

Необходимо отметить, что по­вреждения и гибель растений зимой обусловлены, как правило, одновре­менным действием нескольких опас­ных явлений, например выпревани-ем и последующим вымоканием, вы­пиранием и затем выдуванием или высушиванием и т. д. Большое зна­чение для поддержания ослабленных неблагоприятной перезимовкой рас­тений имеют весенняя подкормка их минеральными удобрениями и боро­нование посевов.

Рис. 12.11. Отложение гололеда на ветвях

233