Tegul gamta atlieka savo darbą

Dirvožemio vanduo

Augalams prieinamo vandens kiekį dirvožemyje nulemia dirvožemio porų skersmuo. Svarbu vengti dirvos suslėgimo, užspaudžiančio poras ir sumažinančio vandens prieinamumą.  Priemolyje yra apytiksliai 20 mm augalams prieinamo vandens 10–tyje cm dirvožemio, bet, kiek jo gali pasisavinti augalai, priklauso nuo šaknų gylio ir šaknų persipynimo.

Anksti pavasarį, nutirpus sniegui arba po smarkaus lietaus, dirvožemis gali pasiekti savo maksimalią vandens talpą, tai reiškia, kad visos poros bus pripildytos vandens. Kai dirvožemis pradžiūsta, o vanduo nudrenuojamas natūraliu būdu arba per giliau paklotą drenažą, tuomet dirvožemis pasiekia savo lauko talpą.

Tuščios didelės poros

Šioje lauko talpos būklėje iš bent kiek didesnių porų išteka vanduo ir prisipildo oru, o mažesnės poros vis dar lieka pripildytos vandens. Kuo poros yra arčiau paviršiaus dirvos profilyje, tuo labiau tikėtina, kad jos bus užpildytos oru. Dirvoje, kurioje 50 proc. sausos medžiagos ir 50 proc. porų, esant lauko talpai, apie 10–20 proc. dirvožemio tūrio užpildyta oru, o 30–40 proc. – vandeniu.

Augalams prieinamas vanduo, esantis dirvožemio porose, – tai skirtumas tarp lauko talpos ir ilgalaikio vytimo taško.

Būtent vandeniu užpildytų porų skersmuo (žiūrėkite lentelėje) nulemia, kaip lengvai ar sunkiai, šaknims pavyksta išgauti vandenį iš dirvožemio. Poros dirvožemyje – jos granuliometrinės sudėties ir struktūros pasekmė.

 Šaltinis: Kerstin Berglund, Švedijos žemės ūkio universitetas

Vanduo didesnėse porose pasiekiamas lengvai, tačiau, mažėjant porų skersmeniui, palaipsniui augalas išnaudoja vis daugiau energijos, kad sugertų vandenį, kaip parodyta paveiksle "Šakniaplaukiai porose". Galutinė riba yra ilgalaikis vytimo taškas, kai šaknų siurbimo jau nebepakanka išgauti vandenį iš dirvožemio porų ir augalas vysta. Vis dėlto, praktiškai augalas negali įsisavinti viso vandens dar iki pasiekdamas ilgalaikį vytimo tašką ir pasiduoda dar gerokai anksčiau iki jo.

Vandens kiekį, kurį gali sugerti augalas, nulemia šių veiksnių derinys:

• Augalui pasiekiamo vandens kiekis (žiūr. lentelę)
• Šaknų gylis dirvos profilyje
• Šaknų persipynimas dirvožemyje

Šaltinis: Kerstin Berglund, Švedijos žemės ūkio universitetas

Šie trys veiksniai kartu nurodo biologinio vytimo taško tipą. Šiame kontekste ūkininkui svarbu žinoti, kad dirvos suslėgimas gali pakenkti vandens tiekimui pasėliams. Jei slystantys ratai suspaudžia dideles dirvožemio poras, tai kliudo įsigerti vandeniui ir silpnina dirvožemio gebėjimą tiekti augalams jiems prieinamą vandenį.

Dirvožemio vandentvarka

Agregatų dydis sėklų guoliavietėje reguliuoja vandens kiekį, kuris gali išgaruoti. Jei agregatų dydis yra maždaug  2 mm, vandens išgarinimas sumažėja iki minimumo. Šiaudai dirvos paviršiuje taip pat mažina vandens nuostolius, atspindėdami saulės radiaciją ir apsaugodami dirvos paviršių nuo įkaitimo.

Jei po sėjos nepalyja, nuo drėgmės sėklų guoliavietėje ir po ja labai priklauso pasėlių galimybė gerai įsitvirtinti dirvoje. Svarbu išsaugoti šią drėgmę ir atidžiai reguliuoti dirvožemio vandenį, jei sėkla turi sudygti.

Saulė įkaitina dirvožemį

Kai saulė pakyla ir jos spinduliai apšviečia naujai užsėtą lauką,  spindulių energija sušildo vandenį guoliavietėje ir po ja. Dalis vandens molekulių taip pat gauna pakankamai energijos, kad pereitų į dujinį būvį ir bandytų judėti iš sėklų guoliavietės į aplinkos orą, kaip vandens garai.

Antrasis išgarinimo intensyvumo maksimalus taškas pasiekiamas tuomet, kai dirvožemio agregatų dydis viršija 50 mm, dažniausiai tokio dydžio agregatai yra daug molio turinčiuose dirvožemiuose. Jei sėklų guoliavietėje agregatai tokie rupūs, oro srautai tarp jų tampa turbulentiški ir išdžiovina sėklų guoliavietę. Tarp šių dviejų pikų yra minimalaus vandens išgarinimo taškas, kuriame agregatų skersmuo – apie 2 mm. Šie agregatai nėra tokie maži, kad vanduo galėtų kilti kapiliarais, tačiau ir ne tokie rupūs, kad susidarytų turbulentiški oro srautai. Jei sėklų guoliavietėje yra apie 2 mm dydžio agregatai, uždedamas „dangtis“ ir vandens išgarinimas sumažinamas iki minimumo.

Tai galima įrodyti eksperimentiniame modelyje, naudojant būtent tokio dydžio agregatus. Kitaip sakant, agregato dydis yra tas veiksnys, kuris reguliuoja vandens išgarinimą iš atviros dirvos.

Augalų likučiai, pvz., šiaudai taip pat turi įtakos iš dirvos išgarinamo vandens kiekiui. Šiaudai dirvos paviršiuje paveikia vandens nuostolius bent dviem būdais:

• Šviesios spalvos šiaudai atmuša saulės spindulius, o dažnai tamsaus atspalvio dirvožemis absorbuoja saulės energiją
• Šiaudai gali nutraukti kapiliarinį vandens kilimą dirvožemyje

Abu šie veiksniai reiškia, kad dirvos paviršius mažiau įkaista pavasarį ir kliudoma vandens išgarinimui.

Dėl šio poveikio sumažintas dirvos dirbimas dažnai gali duoti naudos. Geriau išsaugomas vanduo, kartu su sustiprinta apsauga nuo erozijos reiškia, kad supaprastintas žemės dirbimas yra dominuojanti žemės dirbimo sistema sausringose žemės ūkio zonose, kaip JAV ir Kanados prerijose.

Sliekai

Sliekų išrausti kanalai skatina dirvožemio aeraciją ir drenavimą. Be to, augalinės maistinės medžiagos atlaisvinamos iš derliaus atliekų, perėjusių per sliekų žarnyną. Ūkininkai gali paskatinti sliekų veisimąsi, įterpdami didelius kiekius organinių medžiagų ir naudodami mažiau dirvožemį išjudinančius įdirbimo būdus.

Viename hektare įprasto dirvožemio augalininkystės ūkyje, gali būti nuo 100 000 iki 1 milijono sliekų, kurių bendra masė sudarytų nuo 100 iki 1000 kg. Šie sliekai savo gyvybine veikla vaidina labai svarbų vaidmenį dirvoje.

Veisdamiesi jie gerina dirvos drenavimąsi ir aeraciją, atverdami kanalėlius vandeniui ir orui žemyn į podirvį.

Be jų poveikio drenažui ir aeracijai, sliekai turi įtakos ir kitoms dirvožemio fizinėms savybėms. Didėja  porų skaičius ir mažėja piltinis sauso dirvožemio tankis, kai kirminai rausia sau kelią dirvožemio tamsoje. Todėl, kai sliekai atlieka savo darbą dirvožemyje, labai padidėja makroporų skaičius (skersmuo > 0,5 mm) ir  suformuojamas kanalėlių ir ertmių tinklas. Bendras šio tinklo ilgis gali sudaryti iki 4000–5000 km vienam hektarui ir šie kanalėliai gali tęstis iki 2–3 m gylio. Šie kanalėliai yra tarsi „greitkeliai“ šaknims dirvoje. Per keletą metų sliekai į dirvos paviršių perneša dešimtis tonų dirvožemio, skaičiuojant vienam hektarui sliekų išmatų.

Dirvožemio biologija taip pat gerėja, nes sliekų aktyvumas skatina mikroorganizmus ir aktyviai platina grybus ir bakterijas dirvos profilyje. Šie procesai galiausiai paveikia ir dirvožemio chemiją, nes pagerėja praktiškai visų maistinių medžiagų prieinamumas, kai organinės medžiagos pereina per sliekų žarnyną. Pavyzdžiui, sliekų išmatose nitratų koncentracija 8 kartus didesnė, nei dirvožemyje aplink jas. Sliekų išmatos yra kaip dirvožemio dalelių „klijai“, stabilizuojantys agregatus ir gerinantys dirvožemio struktūrą.

Plūgo poveikis sliekams dažnai yra diskusijų objektas. Vienas tyrimas parodė, kad arimas perkėlė 10 proc. visos dirvoje esančių sliekų masės į jos paviršių. Kai jie ten pateko, maždaug trečdalį sulesė paukščiai, o kitiems dviem trečdaliams pavyko pasislėpti ir vėl sulįsti gilyn į dirvą.

Norint skatinti sliekų veisimąsi, svarbu juos reguliariai maitinti. Geriausias būdas pamaitinti sliekus – į sėjomainą įtraukti žoles ir dobilus. Nors ir bet kuri priemonė, didinanti organinių medžiagų kiekį dirvožemyje, teigiamai veikia sliekų populiaciją. Todėl žaliosios trąšos ir tarpiniai augalai – puikus pašaras sliekams.

Vos per keletą užimtojo pūdymo metų, kuriame vietoj žieminių kviečių auginama dobilų ir kitų žolių pieva, sliekų skaičių naujai užsėtoje dirvoje galima padidinti iki 100 proc. Todėl sliekai – geras dirvožemio derlingumo rodiklis. Ten kur klesti sliekai, klesti ir pasėliai.

Šaknys

Šaknys paslaptingai gyvena dirvožemyje. Viename hektare žieminių kviečių gali būti 300 000 km šaknų, tiekiančių šiai kultūrai vandenį ir maistines medžiagas. Gerai išvystyta šaknų sistema – tinkamos dirvožemio struktūros rezultatas ir ji labai svarbi aukštam derlingumui.

Šaknys įtvirtina augalą dirvožemyje ir tiekia jam vandenį ir maistines medžiagas. Augalo šaknų sistemos forma ir išvaizda paprastai iš anksto nulemta genetiškai, kaip lapai ir stiebai dirvos paviršiuje.  Tačiau aplinkos sąlygos dirvožemyje (smėlis, molis ir kt.) riboja šaknijimąsi. Gerai nusausintame molžemyje su tinkama dirvožemio struktūra, kai kurių augalų šaknys gali siekti 2–3 metrų gylį.

Šaknys, jų sparčiausio augimo laikotarpiu, skverbiasi dirvožemio profilyje maždaug 0,5–3,0 cm/parą greičiu. Tačiau šaknų augimas priklauso ir nuo plyšių ir skylių dirvožemyje, nes jų galimybės pačioms formuoti sau kanalus gana ribotos. Drėgname dirvožemyje šaknies galiukas gali nustumti dirvožemio daleles, bet sausame dirvožemyje šaknys priverstos prisitaikyti prie porų, kurių skersmuo didesnis už jų pačių. Mechaninis pasipriešinimas dirvožemyje atsispindi šaknies galiuko sustorėjimu ir išsišakojimais. Šaknys ir sliekai padeda vieni kitiems, nes šaknys naudoja sliekų kanalėlius, o sliekai naudojasi senais šaknų kanalėliais, rausdamiesi dirvožemio profilyje.

Šaknys labai veiksmingai iš dirvožemio siurbia maistines medžiagas ir vandenį. Ant paties šaknies galiuko yra šaknies šalmelis, o už jo yra zona, kurioje ląstelės dalijasi ir pailgėja. Už galiuko yra zona su plonais šakniaplaukiais, kurių skersmuo apie 0,01 mm, ilgis apie 1–10 mm. Šakniaplaukiai labai padidina šaknų gebėjimą siurbti vandenį ir maistines medžiagas. Kviečio šaknis, kurios skersmuo apie 0,5 mm, šakniaplaukių dėka gali padidinti absorbuojantį paviršių iki 5 cm2 vienam cm šaknies ilgio. Šakniaplaukiai išskiria gleives, kad dar sustiprintų sąlytį su dirvožemiu.

Šiaudų irimas

Javų kombainas turėtų subraižyti ir sulaužyti šiaudus, kad dirvos mikroorganizmams būtų lengviau juos skaidyti, tada šiaudus reikia kuo greičiau įterpti į dirvą ir duoti pradžią puvimui. Šiaudai, jei jie tinkamai tvarkomi, yra vertinga medžiaga dirvožemiui. Šiaudai gerina dirvožemio struktūrą ir didina jo poringumą.

Jei šiaudų ražiena įmaišoma į dirvožemį rugsėjo viduryje, iki spalio vidurio jie praras vieną trečdalį savo masės. Iki ateinančio pavasario bus likusi tik pusė įmaišytų šiaudų masės, o po metų nuo pirmojo įmaišymo liks tik 10–20 proc. ankstesnės šiaudų masės. Po suirimo likusi dalis anglies taps naujomis bakterijomis ir grybais, pasklis į orą anglies dioksido pavidalu arba suformuos naujus stabilius organinius junginius dirvožemyje.

Vykstant irimo procesams, mikroorganizmams taip pat reikia azoto. Todėl irimo pradžioje šis procesas „pavagia“ šiek tiek azoto iš dirvožemio, kuris tampa neprieinamas augalams. Šiuo laikotarpiu užblokuojami apie 3 kg N, skaičiuojant vienai tonai šiaudų. Kai pūvantys šiaudai praranda pusę savo pradinės masės, procesas pakeičia kryptį į priešingą ir azotas grąžinamas į dirvožemį. Tuo metu mineralinio azoto kiekiai dirvožemyje pakankamai dideli ir retai kada pritrūksta azoto dėl šiaudų irimo. Tačiau galulaukėse arba ploteliuose, kuriuos galbūt praleido kombainas, gali pritrūkti azoto, nes tose vietose susikaupia didelis šiaudų kiekis.

Granuliometrinė sudėtis = Dirvožemio granuliometrinė sudėtis reiškia skirtingo vidutinio skersmens mineralinių dalelių proporcijas, t.y. visų pirma santykiniai smėlio, dulkių ir molio kiekiai, pagal lentelę "Dalelių dydžio pasiskirstymas", esančią Dirvožemį sudarantys blokai

Ilgalaikio vytimo taškas = kai vanduo dirvožemyje sujungtas tokiais ryšiais, kad vandens ištraukimo jėga viršija 150 metrų vandens stulpo aukščio (1500 kPa), šaknys jo jau nebegali sugerti. Ši riba vadinama ilgalaikiu vytimo tašku ir apibūdina vandens, laikomo porose sąlygas, kai porų skersmuo mažesnis nei 0,0002 mm.

Lauko talpa = esant lauko talpai, laisvas vanduo yra nudrenuotas iki maždaug 1 m gylyje pakloto drenažo. Todėl ši būklė dažnai vadinama drenažo pusiausvyros būkle, nes vanduo nebeteka į drenažo vamzdžius/griovius. Esant lauko talpai, dirvos profilyje virš drenažo, didelėse porose yra oras, nors smulkios poros vis dar užpildytos vandeniu.

Maksimali vandens talpa = esant maksimaliai vandens talpai, visos poros užpildytos vandeniu  – kaip, pvz., žemiau gruntinio vandens lygio arba nutirpus sniegui, arba po smarkaus lietaus.

Nitratai = Augalai paprastai didžiąją dalį jiems reikalingo azoto įsisavina nitratų NO3– pavidalu; dirvožemyje bei mineralinėse trąšose azotas aptinkamas nitratų pavidalu.  Dirvožemyje tam tikros bakterijos transformuoja amoniaką, NH4+, į nitritus, NO2–, galiausiai į nitratus. Šis procesas vadinamas nitrifikacija.

Podirvis = Podirvis – dirvos profilio dalis tiesiogiai po armens sluoksniu, kurios dažniausiai nepaveikia įprastas dirvos dirbimas arimo gyliu, tačiau kartais jis įdirbamas giliuoju purenimu. Riba tarp armens ir podirvio dažniausiai aiškiai pastebima ariamoje dirvoje, kaip armens padas, kur plūgo noragai ir padangos slydimas suslegia dirvožemį.

Poros = Dirvos poros, tai tarpeliai, kanalai ir įtrūkimai dirvoje, užpildyti vandeniu arba oru, priklausomai nuo esamo dirvožemio drėgnumo.

Sausasis piltinis tankis = Sausasis piltinis tankis, dar vadinamas turine mase, nurodo dirvožemio masę, priklausomai nuo jos apimties su oru užpildytomis ertmėmis, po to kai dirvožemio ėminys išdžiovinamas 105 °C temperatūroje.

Sliekų išmatos = Fekalijos ir (arba) liekanos iš žarnyno; sliekų išmatos dažnai matomos kaip mažos krūvelės apie kanalo ertmę dirvos paviršiuje.

Dviskilčiai = Augalai, dygstantys iš sėklos, išleidžiančios daigą su dviem sėklos lapeliais (skilčialapiais), pvz., aliejinių augalų sėklos, žirniai, pupos, sėmeniniai linai, cukriniai runkeliai ir kt.

Podirvis = Podirvis – dirvos profilio dalis tiesiai po armens sluoksniu, kurios dažniausiai nepaveikia įprastas dirvos dirbimas arimo gyliu, tačiau kartais jis įdirbamas giliuoju purenimu. Riba tarp armens ir podirvio dažniausiai aiškiai pastebima ariamoje dirvoje, kaip armens padas, kur plūgo noragai ir padangos slydimas suslegia dirvožemį.

Vienskilčiai = Augalai, dygstantys iš sėklos, išleidžiantys daigą tik su vienu sėklos lapu (skilčialapiu), pvz., žolės ir javai.

Anglies dioksidas = Dujinis šaknų ląstelių kvėpavimo šalutinis produktas (CO2), jis taip pat yra statybinė medžiaga cukrams, kuriuos gamina augalai vykstant fotosintezei.

Laidumas vandeniui = vandens kiekis, galintis įsigerti į dirvą per tam tikrą laiką, – gerai parodo, ar gerai funkcionuoja dirvožemis iš dirvožemio fizikos perspektyvos.