Осушение, прежде всего, должно создавать благоприятные условия водно-воздушного режима почвы для возделываемых сельскохозяйственных культур; воздействовать на тепловой и питательный режимы почвы в желательном для сельскохозяйственной культуры направлении; осушаемые площади должны наилучшим образом отвечать эксплуатационным требованиям.
Общее водопотребление различных культур на торфяных почвах очень высокое, причем пропашные и зерновые в этом отношении не только не уступают многолетним травам, но и превосходят их.
Основные источники влагообеспечения торфяных почв — атмосферные осадки безморозного периода, аккумулированный почвой запас воды из осадков зимнего периода и капиллярное подпитывание корнеобитаемого слоя за счет грунтовых вод. В разных зонах и на различных типах и разностях осваиваемых болот роль и соотношение указанных источников водного питания растений различны.
В настоящее время считают, что для полной характеристики водно-воздушного режима торфяных почв необходимо иметь три показателя: уровень залегания грунтовых вод, влажность корнеобитаемого слоя почвы в процентах от полной влагоемкости (для установления запаса полезной влаги) и аэрация почвы (процент почвенных пор, занятых воздухом).
Уровень грунтовых вод на одном и том же осушенном участке или поле резко колеблется в разные годы и
на протяжении одного вегетационного периода в зависимости от метеорологических условий. На колебание уровня грунтовых вод влияют также свойства почвы и состав возделываемых культур.
При правильном снижении уровня грунтовых вод растения, не страдают от избытка или недостатка влаги и в то же время в достаточной мере обеспечены кислородом воздуха. Благоприятные условия влажности и аэрации торфяной почвы, в свою очередь, положительно влияют на тепловой и питательный режимы почвы.
Условно положение уровня грунтовых вод, благоприятное для роста и развития сельскохозяйственных культур, принято считать «нормой осушения». А. Н. Костяков (1951) считает норму осушения величиной нестабильной, изменяющейся во времени. Однако при всех условиях она должна обеспечить влажность и аэрацию почвы, необходимые для успешного развития растений как в дождливые, так и в сухие периоды.
Практически нормой осушения называют среднюю глубину залегания грунтовых вод (в см) от поверхности почвы за вегетационный период или часть его (между осушителями).
В основном нормы осушения болот определяются составом возделываемых культур и требованиями, которые предъявляют растения к водно-воздушному режиму почвы в отдельные периоды своего роста и развития.
Некоторое влияние на нормы осушения оказывает химизм почвенно-грунтовых и грунтовых вод: при большей насыщенности их минеральными элементами (особенно кальцием и магнием) и обогащении кислородом (движущаяся вода) норма осушения может быть несколько уменьшена.
Отдельные данные указывают на то, что нормы осушения северных болот (северная часть нечерноземной полосы) должны быть ниже норм осушения тех же типов болот в более южных районах. Это связывают с меньшей степенью разложения торфа на болотах севера, с медленным прогреванием почв, меньшим испарением влаги и более поверхностным расположением корневых систем культурных растений.
Нормы осушения верховых и близких к ним переходных болот должны быть несколько меньшими, чем на низинных болотах.
На условия развития растений влияет не определенный уровень грунтовых вод, а определенная влажность почвы, которая, в свою очередь, находится в зависимости от ряда других условий (величины испарения, питательного режима, фазы и состояния развития растений). Одному и тому же уровню грунтовых вод на разных почвах, для различных культур, при разных погодный условиях соответствует различная влажность. Этим и объясняется зависимость нормы осушения от почвенных, климатических и других условий.
Учитывая сказанное, значение «нормы осушения» для проектирования осушительных систем пересматривается. Основное внимание три этом натравлено на обоснование способов осушения (установление системы гидромелиоративных и агромелиоративных мероприятий), обеспечивающих нужное регулирование водно-воздушного режима почвы.
Однако, пока научная разработка этого вопроса еще не закончена, норма осушения сохраняет свое значение при расчетах осушительных систем и характеристике условий водного режима почвы.
По данным Северного научно-исследовательского института гидротехники и мелиорации, в северной и северо-западной природно-хозяйственных зонах нечерноземной полосы оправдывают себя следующие средние за вегетационный период нормы осушения низинных и переходных болот (в см от поверхности):
многолетние злаковые травы на сено, лен — 50—60
искусственное пастбище — 65—75
бобово-злаковые кормовые смеси, яровые зерновые (овес, ячмень), озимая рожь — 60—75
овощные культуры, кормовые корнеплоды, конопля — 75—95
При этом большие величины принимают для хорошо разложившихся торфяных почв.
На основании обобщения имеющихся опытных и производственных данных Всесоюзный научно-исследовательский институт гидротехники и мелиорации рекомендует для низинных болот центральной зоны нормы осушения.
Н. Ф. Лебедевич и А. И. Ивицкий считают, что на вновь осваиваемых низинных болотах Белоруссии для получения хороших урожаев необходимо к моменту сева ранних яровых зерновых культур и на сеяных лугах понизить уровень грунтовых вод на 40—50 см, а в среднем за вегетацию — на 60—70 см; яровых зерновых (овес, ячмень, пшеница) — к началу сева на 45—50 см и в среднем за вегетацию — на 70—90 см; конопли, корне-клубнеплодов, овощных культур, картофеля и кукурузы — к началу сева на 60—80 см и в среднем за вегетационный период — на 85—105 см. На окультуренных торфяных почвах при устойчивом водном режиме указанные нормы осушения, по мнению А. И. Ивицкого, могут быть значительно увеличены (в зависимости от местных условий).
Работами А. Т. Кирсанова (Минская болотная опытная станция) еще в 1916—1918 гг. было установлено, что на плодородие почвы влияет и тот водный режим, который предшествует вегетации (осенью, зимой и ранней весной). Этот вывод был подтвержден и развит в более поздних исследованиях. По этой причине часто в приканавных частях осушенных полос урожай культур бывает значительно выше, чем в серединных. Объясняется это тем, что в приканавной зоне уровень грунтовых вод не подвергается такому резкому колебанию, как в середине осушенных полос. Высокий подъем грунтовых вод неблагоприятно влияет на биологические процессы почвы и способствует вымыванию растворимых форм питательных веществ.
Между резкими колебаниями уровней грунтовых вод (в течение года или только вегетационного периода) и урожайностью существует обратная зависимость: чем больше колебания, тем ниже плодородие почвы и меньше урожай.
Доказано, что высокий подъем грунтовых вод в предпосевной период (свыше 50—60 см) отрицательно сказывается на урожае картофеля, корнеплодов, конопли и некоторых других культур.
В настоящее время считают, что зимой уровень грунтовых вод на освоенных болотах должен быть как можно ниже (до 70—80 см).
По данным Н. Ф. Лебедевича, на хорошо окультуренных низинных болотах БССР наилучшие результаты получены при следующих показателях относительной влажности (в % от полной влагоемкости) и аэрации (содержание воздуха в объемных процентах) торфяной почвы за вегетационный период.
При указанных нормах осушения для вновь осваиваемых низинных болот БССР Н. Ф. Лебедевич приводит данные о влиянии на влажность торфяных почв интенсивности осушения, зависящей от глубины залегания грунтовых вод за вегетационный период.
В Эстонской ССР (И. А. Эйзен) на болоте того же типа, но характеризующемся иными свойствами, получены другие данные.
Таким образом, влажность пахотного слоя находится в зависимости от уровня залегания грунтовых вод на протяжении вегетационного периода. Отсюда можно сделать вывод, что при принятой интенсивности осушения низинных болот среднюю глубину грунтовых вод не следует понижать в одном случае (Белорусская ССР) ниже 100—110 см, в другом (Эстонская ССР) — 80— 100 см. Влажность почвы изменяется в зависимости от сочетания и степени участия других факторов роста и развития растений (температуры, аэрации, величины некапиллярной скважности и др.).
Торфяные почвы, как было указано выше, обладают большой влагоемкостью: они удерживают в единице объема от 50 до 96% воды. Большие запасы воды, накапливаемые в торфяных почвах при весеннем снеготаянии, расходуются на протяжении вегетационного периода на транспирацию растениями и испарение с поверхности почвы; этот расход воды достигает особенно большой величины при высоких урожаях возделываемых культур. Вследствие этого влажность торфяной почвы во второй половине лета и в начале осени может значительно понижаться, но запасы полезной влаги в окультуренных почвах чаще остаются вполне достаточными для получения высокого урожая.
Благодаря высокой влагоемкости торфа почва насыщается водой осенью постепенно и уровень грунтовых вод поднимается сравнительно медленно. При сухой же осени торфяные почвы часто неполностью насыщаются водой.