Почва как многофазная, полидисперсная система способна поглощать и удерживать воду. В ней всегда находится определенное количество влаги. Содержание влаги в процентах к массе сухой почвы (высушенной при 105 °С) характеризует влажность почвы. Последнюю можно выражать также в процентах от объема почвы, в м3/га, в мм.
Вода поступает в почву в виде атмосферных осадков, грунтовых вод, при конденсации водяных паров из атмосферы, при орошении. Главным источником воды в неорошаемом земледелии являются атмосферные осадки.
Почвенная вода — жизненная основа растений, почвенной фауны и микрофлоры, получающих воду главным образом из почвы. Растения расходуют воду в огромном количестве. Для создания 1 г сухого вещества потребляется от 200 до 1000 г воды. С водой в растения поступают питательные вещества.
От содержания воды в почве зависят интенсивность протекающих в ней биологических, химических и физико-химических процессов, передвижение веществ в почве, водно-воздушный, питательный и тепловой режимы, ее физико-механические свойства, то есть важнейшие показатели почвенного плодородия. Следовательно, почвенная вода оказывает прямое и косвенное влияние на развитие растений.
Важно отметить, что растения нормально развиваются только при постоянном и достаточном количестве влаги в почве. Недостаток, как и избыток, влаги в почве ограничивает продуктивность растений. В этом случае неэффективными становятся различные агроприемы, направленные на повышение урожаев сельскохозяйственных культур (внесение удобрений, известкование п др.). Водообеспеченность растений определяется не только количеством поступающей воды в почву, но и ее водными свойствами, способностью почвы впитывать, фильтровать, удерживать, сохранять воду и отдавать ее растению по мере потребления.
Поэтому в одинаковых климатических условиях, на полях, одинаково обработанных и имеющих ровную поверхность, содержание влаги в почве может быть различно. При равной влажности почвы могут содержать разное количество доступной воды, что зависит от гранулометрического состава почв, структурного состояния, содержания гумуса и других показателей, предопределяющих их водные свойства.
Вода в почве может находиться во всех трех состояниях: твердом (лед), жидком и парообразном.
Парообразная вода содержится в почвенном воздухе, в порах, свободных от воды. Пары воды поступают в почву из атмосферы и постоянно образуются в почве при испарении жидкой воды и льда. Они перемещаются по профилю почвы и в атмосферу с током почвенного воздуха и диффузионно в соответствии с градиентом давления пара.
Почвенный воздух обычно насыщен парами воды. Относительная влажность почвенного воздуха близка к 100 %. На перемещение паров воды в почве большое влияние оказывает температура почвы. С повышением температуры увеличивается давление водяного пара и он передвигается от теплых слоев почвы к более холодным. В связи с этим отмечаются в почве восходящие и нисходящие сезонные и суточные потоки водяного пара. Конденсируясь, пар переходит в жидкую воду. За счет восходящего передвижения водяного пара в зимнее время в метровом слое почвы засушливых районов аккумулируется до 10—14 мм влаги.
Твердая вода — лед — потенциальный источник жидкой и парообразной воды. Эту воду непосредственно не используют растения, хотя она и может служить резервом доступной влаги. Лед переходит в жидкое и парообразное состояние при температуре выше 0 "С.
КАТЕГОРИИ ПОЧВЕННОЙ ВЛАГИ И ЕЕ СВОЙСТВА
Жидкая и парообразная вода в почве подвергается воздействию различных природных сил: сорбционных, капиллярных, осмотических, гравитационных. Под их влиянием изменяются свойства почвенной воды, ее подвижность и доступность растениям. На поверхности раздела твердой фазы почвы с жидкой проявляются сорбционные и капиллярные
силы, природа которых обусловлена поверхностной энергией твердых частиц и воды.
Почвенные частицы, обладая поверхностной энергией, способны притягивать дипольные молекулы воды. Поглощение твердыми частицами почвы молекул парообразной и жидкой воды называется процессом сорбции воды. Капиллярные силы возникают на границе раздела твердая фаза почвы — вода и воздух в капиллярных порах и обусловлены поверхностным натяжением воды и явлением смачивания. Поверхностное натяжение воды — мера некомпенсированности молекулярных сил в поверхностном слое. Вода, смачивая твердые частицы, вызывает образование вогнутых менисков в капиллярах, что приводит к созданию отрицательного капиллярного давления за счет сил поверхностного натяжения, действующих по касательной к поверхности раздела твердая фаза почвы и вода. При отрицательном капиллярном давлении вода поднимается и удерживается в капиллярных порах и может оказать стягивающее действие на стенки капилляров и вызвать объемные деформации в почве. Движение воды в капиллярах обусловливается разностью капиллярных давлений, возникающих в результате различной кривизны менисков.
Сорбционные и капиллярные водоудерживающие силы в почве противостоят гравитационным, под влиянием которых создается нисходящее передвижение влаги.
Осмотические силы в почве обусловливаются взаимодействием ионов растворенных веществ (включая и обменные катионы) с молекулами воды. Конкретным выражением осмотических сил является осмотическое давление почвенного раствора . При различном содержании воды в почве водоудерживающие силы неодинаковы. Поэтому, чтобы оценить подвижность и доступность растениям влаги, необходимо иметь представление о ее энергетическом состоянии, или потенциале почвенной влаги.
Потенциал почвенной влаги характеризует энергию удержания воды. В почве, насыщенной водой, потенциал почвенной влаги практически равен нулю. С уменьшением влажности потенциал падает, а отрицательное его значение возрастает. Вода всегда движется из зоны с высоким потенциалом в зону с более низким. Поэтому по мере иссушения почвы одновременно растет способность почвы поглощать, всасывать воду. Такая способность получила название сосущей силы, или всасывающего давления, эквивалентной потенциалу почвенной влаги.
В системе СИ давление почвенной влаги выражают в паскалях (Па). Его измерение с помощью тензиометров широко практикуют в орошаемом земледелии для характеристики степени увлажнения почвы и водообеспеченности растений.
основные категории и формы почвенной воды, различаются между собой прочностью связи с твердой фазой почвы и степенью подвижности.
Связанная вода образуется путем сорбции парообразной и жидкой воды на поверхности твердых частиц почвы. Различают прочносвязанную и рыхлосвязанную воду. Прочносвязанная (гигроскопическая) вода образуется в результате адсорбции паров воды на поверхности твердых частиц почвы, непосредственно примыкает к ним в виде пленки из 2—3 ориентированных слоев молекул воды.
Гигроскопическая вода удерживается очень прочно, совершенно недоступна растениям, отличается по свойствам от свободной воды. Обладает повышенной плотностью, низкой электропроводностью, не растворяет вещества, растворимые в свободной воде, замерзает при низкой температуре (от —4 до —78 °С).
Рыхлосвязанная (пленочная) вода. Сорбционные силы поверхности почвенных частиц не насыщаются полностью за счет парообразной воды. При соприкосновении твердых частиц почвы с жидкой водой образуется дополнительная пленка из слабоориентированных молекул воды. Толщина
этой пленки может достигать нескольких десятков молекул воды. Дополнительно сорбированная вода называется рыхлосвязанной, удерживается менее прочно, может передвигаться от почвенной частицы с большей пленкой к тем частицам, где пленка тоньше. Для растений доступна лишь частично. От свойств свободной воды отличается менее резко, чем прочносвязанная.
Свободная вода не связана силами притяжения с почвенными частицами, доступна растениям. Различают две формы свободной воды в почве - капиллярную и гравитационную. Капиллярная вода заполняет капиллярные поры, передвигается в них под влиянием капиллярных сил.
В зависимости от характера увлажнения различают капиллярно-подвешенную и капиллярно-подпертую воду. При увлажнении почвы сверху (атмосферные осадки, оросительные воды) формируется капиллярно-подвешенная вода, среди которой выделяется несколько видов влаги: пленочно-подвешенная — часть капиллярной воды, разобщенная «пробками» пленочной воды. Характерна для почв суглинистого и глинистого механического состава; внутриагрегатная подвешенная — вода, заполняющая капилляры комочков структурной почвы; стыковая подвешенная влага представлена отдельными разобщенными водными скоплениями на стыке между твердыми частицами почвы. Характерна для песчаных почв (рис. 23).
При увлажнении почвы снизу (от грунтовых вод) в почве образуется капиллярно-подпертая вода. Зона капиллярного насыщения над грунтовой водой называется капиллярной каймой.
Гравитационная вода размещается в крупных некапиллярных порах, легко передвигается по профилю почвы под действием гравитационных сил. Различают гравитационную воду просачивающуюся и влагу водоносных горизонтов. Последняя образует почвенно-грунтовые воды над водоупорным слоем.
ВОДНЫЕ СВОЙСТВА ПОЧВ
Основными водными свойствами почв являются водоудерживающая способность, водопроницаемость и водоподъемная способность.
Водоудерживающая способность — свойство почвы удерживать воду, обусловленное действием сорбционных и капиллярных сил. Наибольшее количество воды, которое способна удерживать почва теми или иными силами, называется влагоемкостью.
В воздушно-сухом состоянии в почве содержится некоторое количество гигроскопической (прочносвязанной) воды, адсорбированной из водяных паров почвенного или атмосферного воздуха. Адсорбция паров воды происходит с выделением тепла (теплота смачивания).
Способность почвы сорбировать парообразную воду называется гигроскопичностью. Содержание гигроскопической воды (Г) в почве зависит от относительной влажности воздуха и свойств самой почвы. Чем тяжелее ее гранулометрический состав, чем больше в ней содержится органических и минеральных коллоидов, тем выше гигроскопическая влажность (табл. 33).
Для одной и той же почвы содержание гигроскопической воды изменяется в зависимости от насыщенности воздуха парами воды. При относительной влажности менее 20 % образуется мономолекулярный слой адсорбированной воды. Дальнейшее насыщение воздуха парами воды увеличивает количество сорбируемой воды.
Когда относительная влажность воздуха приближается к 100 %, почва насыщается водой до максимальной гигроскопичности (МГ). Однако МГ условная величина и не может характеризовать наибольшее количество гигроскопической (прочносвязанной воды), так как адсорбция паров воды при высокой относительной влажности воздуха сопровождается капиллярной конденсацией, образованием капельно-жидкой воды на стыках почвенных частиц, в их углублениях (рис. 24).
Наибольшее количество прочносвязанной, строго ориентированной воды, удерживаемой адсорбционными силами, характеризует максимальная адсорбционная влагоемкость (МАВ). Ее можно определить по теплоте смачивания и другими методами. Она составляет около 60—70 % МГ.
По сравнению с гигроскопической влажностью максимальная гигроскопическая влажность для данной почвы довольно стабильная величина. Ее используют для вычисления влажности завядания. Кроме того, она дает информацию о степени дисперсности почвы. Значения МГ в песчаных почвах колеблются в пределах 0,1—1 %, в глинистых, гумусированных почвах достигают 10—15 %, а в органогенных почвах — 20—40 %.
Почва, насыщенная влагой до состояния МГ, при соприкосновении с водой проявляет способность сорбировать жидкую воду. Дополнительно поглощенная вода удерживается почвенными частицами с меньшей силой, чем гигроскопическая, и называется поэтому рыхлосвязанной. В песчаных почвах, имеющих большой размер пор, образуется пленка рыхлосвязанной воды в десятки молекулярных диаметров. В суглинистых и глинистых почвах многослойная сорбция ограничивается меньшим диаметром пор, а очень тонкие поры могут быть целиком заполнены связанной водой.
Наибольшее возможное содержание рыхлосвязанной воды, удерживаемой сорбционными силами или силами молекулярного притяжения, характеризует максимальная молекулярная влагоемкость (ММВ).
Рыхлосвязанная вода, постепенно наращивая толщину пленок с притоком влаги, переходит в свободную, не связанную с почвенными частицами воду, которая со временем целиком заполняет капиллярные поры (капиллярная вода) и некапиллярные поры (гравитационная вода). Когда в почве все поры заполнены водой, наступает состояние увлажнения, называемое полной влагоемкостью или водовместимостью.
Полная влагоемкость (ПВ) — наибольшее количество воды, которое может вместить почва при полном заполнении всех пор водой. Если гравитационная вода не подпирается грунтовыми водами, то она стекает в более глубокие горизонты. Наибольшее количество воды, которое остается в почве после обильного увлажнения и стекания всей гравитационной воды при отсутствии слоистости почвы и подпирающего
действия грунтовых вод, называется наименьшей или предельно-полевой влагоемкостью (НВ или ППВ).
Наименьшая влагоемкость — важнейшая характеристика водных свойств почвы. Она дает представление о наибольшем количестве воды, которое почва способна накопить и длительное время удерживать. При влажности НВ вся система капиллярных пор заполнена водой, поэтому создаются оптимальные условия влагообеспеченности растений. По мере испарения и потребления воды растениями теряется сплошность заполнения водой капилляров, уменьшается подвижность воды и доступность ее растениям. Влажность, соответствующая разрыву сплошности капилляров, называется влажностью разрыва капилляров (ВРК). Это важная гидрологическая константа почвы, характеризующая нижний предел оптимальной влажности. Для суглинистых и глинистых почв ВРК составляет 65—70 % НВ. Наименьшая влагоемкость зависит от механического и минералогического состава, содержания гумуса, структурного состояния, пористости и плотности почвы. Для песчаных и супесчаных почв она составляет от 5 до 20 %, для суглинистых и глинистых — от 20 до 45 %. Наибольшие значения НВ характерны для гумусированных почв тяжелого механического состава, обладающих хорошо выраженной макро- и микроструктурой. Максимальное количество капиллярно-подпертой влаги, которое может содержаться в почве над уровнем грунтовых вод, называется капиллярной влагоемкостью (КВ). Она зависит, помимо свойств самой почвы, от того, на какой высоте от уровня грунтовых вод ее определяют. Чем ближе к зеркалу грунтовых вод, тем выше капиллярная влагоемкость для данной почвы. При подпирании грунтовых вод в нижних участках капиллярной каймы почти все поры заполнены водой. На верхней границе капиллярной каймы капиллярная влагоемкость равна наименьшей влагоемкости.
Водопроницаемость — способность почвы впитывать и пропускать воду. Первую стадию водопроницаемости характеризует впитывание, когда свободные поры почвы последовательно заполняются водой. Передвижение воды в почве под влиянием силы, тяжести и градиента напора при полном насыщении почвы водой называют фильтрацией.
Водопроницаемость измеряется объемом воды, протекающей через единицу площади поверхности почвы в единицу времени, выражается в мм водного столба в единицу времени. Водопроницаемость зависит от общего объема пор в почве, их размера. В легких по механическому составу почвах поры крупные и водопроницаемость всегда высокая.
В суглинистых и глинистых почвах количество и размер пор зависят от структурного состояния. Суглинистые и глинистые почвы, обладающие водопрочной комковатозернистой структурой, также отличаются высокой водопроницаемостью. В почвах тяжелого механического состава с глыбисто-пылеватой структурой водопроницаемость низкая. Н.А. Качинским предложена градация почв по водопроницаемости. Если почва пропускает за 1 ч более 1000 мм воды при напоре 5 см и температуре 10 °С, водопроницаемость считается провальной, от 1000 до 500 мм - излишне высокой, от 500 до 100 — н а и л у чш е й, от 100 до 70 — хорошей, от 70 до 30 — удовлетворительной, менее 30 мм — неудовлетворительной.
При низкой водопроницаемости в районах достаточного увлажнения может происходить вымочка культур, застаивание воды на поверхности, стекание ее по уклону и развитие эрозии.
При очень высокой водопроницаемости не создается хороший запас воды в корнеобитаемом слое почвы, а в орошаемом земледелии наблюдается большая потеря поливной воды, что приводит к подъему уровня грунтовых вод. Повышенная минерализация грунтовых вод может
вызвать при их капиллярном подъеме засоление почв.
Водоподъемная способность — свойство почвы вызывать восходящее передвижение содержащейся в ней влаги за счет капиллярных сил.
Капиллярные силы начинают проявляться в порах диаметром 8 мм, но особенно ярко выражены в порах диаметром 0,1—0,003 мм. Более тонкие поры заполнены связанной водой. Поэтому водоподъемная способность растет от песчаных почв к суглинистым и снижается в глинистых. Максимальная высота подъема воды над уровнем грунтовых вод для песчаных почв 0,5—0,7 м, для суглинистых 3—6 м. Благодаря капиллярным явлениям и водоподъемной способности почв грунтовые воды участвуют в дополнительном снабжении растений водой, развитии восстановительных процессов и засоления в почвенном профиле. К восходящему подъему влаги способна не только капиллярно-подпертая вода, связанная с грунтовой водой, но и капиллярно-подвешенная. Передвижение последней к испаряющейся поверхности прекращается только при потере сплошности заполнения капилляров водой. За счет восходящего подъема капиллярно-подвижной влаги бесструктурные почвы, в которых преобладают капиллярные поры, теряют много воды на испарение, В структурных почвах капиллярная вода менее подвижна благодаря разобщенности крупными межагрегатными порами и поэтому
лучше сохраняется.
ДОСТУПНОСТЬ ПОЧВЕННОЙ ВЛАГИ РАСТЕНИЯМ
Для растений доступна та часть почвенной влаги, которая может быть усвоена в процессе их жизнедеятельности. Доступную воду называют продуктивной, так как она используется на формирование урожая. Корневая система растений, поглощая воду из почвы, развивает сосущую силу, превышающую всасывающее давление почвы. Поэтому вся влага, которая удерживается силами большими, чем сосущая сила корневых волосков, недоступна растениям. Сосущая сила корней многих сельскохозяйственных культур составляет не более 1,5 х 103кПа (15 атм). Если доступная влага использована, растения завядают. Влажность почвы, при которой проявляется устойчивое завядание растений, называют влажностью завядания (ВЗ). Первые признаки завядания растений - потеря тургора. При устойчивом завядании тургор не восстанавливается, происходят необратимые изменения в клетках. Итак, за счет какой же влаги формируется урожай? Из общего количества влаги, содержащейся в почве при полном насыщении, можно выделить такие граничные значения влажности и всасывающего давления, при которых меняются поведение воды, ее свойства и доступность растениям (табл. 34).
Границы значений влажности, характеризующие пределы появления различных категорий почвенной влаги, называют почвенно-гидрологическими константами: В агрономической практике наиболее широко используют следующие почвенно-гидрологические константы:
максимальную гигроскопичность (МГ), влажность завядания (ВЗ), влажность разрыва капилляров (ВРК), наименьшую влагоемкость (НВ) и полную влагоемкость (ПВ).
Как видно из таблицы 34, в диапазоне влажности (сухая почва ) доминирующей является — максимальная адсорбционная влагоемкость (МАВ) , т.е. содержится прочносвязанная вода, удерживаемая адсорбционными силами, значительно превосходящими сосущую силу корней растений. Вода передвигается диффузионно, недоступна растениям.
В диапазоне влажности МАВ—ВРК (ММВ) содержится пленочная (рыхлосвязанная) вода. Она удерживается сорбционными силами менее прочно, обладает слабой подвижностью, труднодоступна. Рыхлосвязанная вода неоднородна. Часть ее, находящаяся в интервале МАВ — ВЗ, недоступна, характеризуется высоким давлением ( 1,5-103 кПа). Растения не воспринимают эту воду, постепенно теряют тургор, завядают. Влага в пределах ВЗ — ВРК труднодоступна, малопродуктивна, вызывает замедление роста растений.
В диапазоне влажности ВРК — НВ (ППВ) содержится капиллярная вода, водоудерживающие силы которой невелики. Эта вода легкодоступна, высокопродуктивна. В диапазоне влажности НВ — ПВ содержится гравитационная вода. Она также легкодоступна, но избыточна, поэтому непродуктивна. Малое количество пор аэрации или их отсутствие при полной влагоемкости нарушает газообмен в почве, ухудшает развитие растений. Полное насыщение порового пространства почвы водой возможно после таяния снега или длительных дождей. Однако это явление кратковременно. Почва способна отдавать гравитационную воду путем стенания. Разница между полной и наименьшей влагоемкостью характеризует максимальную водоотдачу (МВО). В структурных почвах МВО составляет не менее 15 %, что обеспечивает хорошие условия газообмена почвенного воздуха с атмосферным.
Таким образом, продуктивная влага в почве находится в интервале влажности ВЗ — НВ, а наиболее благоприятная, высокопродуктивная влага — ВРК—НВ. Нижним пределом содержания продуктивной влаги в почве является влажность завядания. Ее определяют вегетационными методами, наблюдая, при какой влажности растение завядает, или расчетным способом, умножая значение максимальной гигроскопичности на коэффициент 1,5. В гидрометеослужбе используют коэффициент 1,34. Показатели ВЗ необходимы для вычисления запасов продуктивной влаги.
Влажность завядания зависит от вида растений и свойств почвы. Чем тяжелее механический состав почвы или чем больше в ней органического вещества, тем выше ВЗ. В среднем она составляет: в песках— 1—3 %, в супесях — 3—6, в суглинках — 6—15, в торфяных почвах — 50—60 %.
Нижний предел высокопродуктивной влаги в почве - ВРК. Разница между НВ и содержанием влаги в почве на данный момент (полевая влажность) характеризует дефицит влаги перед очередным поливом в условиях орошения.
Содержание влаги перед поливом не должно быть ниже уровня ВРК, то есть 65—70 % НВ для суглинистых и глинистых почв. В условиях орошения в качестве индикатора полива широко используют тензиометры. Давление почвенной влаги, при котором необходимо начинать полив на суглинистых почвах, составляет 40—60 кПа.
ВОДНЫЙ РЕЖИМ ПОЧВ
Водным режимом называют всю совокупность явлений поступления влаги в почву, ее передвижения, удержания в почвенных горизонтах и расхода из почвы. Количественно его выражают через водный баланс. Водный баланс характеризует приход влаги в почву и расход из нее.
Общее уравнение водного баланса выражают формулой
Во + Вос + Вг + Вк + Впр + Вд = Еисп + Ет+Ви+Вп +Вс+Вг (1)
где В0 — запас влаги в почве в начале наблюдения; Вос — сумма осадков за весь период наблюдения; Вг — количество влаги, поступающей из грунтовых вод; Вк — количество влаги, конденсирующейся из паров воды; Впр — количество влаги, поступающей в результате поверхностного притока воды; Bg - количество влаги, поступающей от бокового притока почвенных и грунтовых вод; Еисп — количество влаги, испарившейся с поверхности почвы за весь период наблюдения, физическое испарение; Ет - количество влаги, расходуемой на транспирацию (десукция); Ви - влага, инфильтрующаяся в почвенно-грунтовую толщу; Вп — количество воды, теряющейся в результате поверхностного стока; Вс — влага, теряющаяся при боковом внутрипочвенноч стоке; Вг — запас влаги в почве в конце периода наблюдения.
Левая часть уравнения включает приходные статьи баланса, правая — расходные.
В большинстве случаев прогрессирующего увлажнения или иссушения территории не происходит. В таких случаях уравнение водного баланса равно нулю: приход и расход воды в почве равны между собой. Водный баланс характеризуется годовыми циклами, когда через годичный период процессы поступления и расхода влаги повторяются.
Если в климате нет существенных изменений, запасы воды в начальный и конечный периоды цикла можно принять равными: Во = Вг. Для склоновых элементов рельефа количество влаги, поступающей от бокового притока почвенных и грунтовых вод, равно количеству влаги, теряющейся при боковом стоке: В g = Вс. Содержание конденсирующейся в почве влаги по сравнению с другими статьями баланса очень мало, и в практических расчетах его не принимают во внимание.
С учетом сделанных допущений уравнение водного баланса приобретает следующий вид:
Вос + Вг + Впр = Еисп+Ет+Ви+Вп. (2)
Водный баланс может быть составлен применительно к разным почвенным слоям, всей толще почвы или до определенной глубины. Чаще всего запасы влаги, статьи прихода и расхода ее в почве вычисляют в миллиметрах водного слоя или в м3/га. Содержание влаги вычисляют отдельно для каждого генетического горизонта, так как влажность и плотность сильно изменяются по различным слоям почвенного профиля. Запасы воды в отдельном генетическом горизонте
определяют по формуле B = a ▪ dv▪ H,
где В — запас воды (м3/га) для слоя Н, а— полевая влажность, %; dv — плотность, г/см3; Н — мощность горизонта, см. Для пересчета запасов воды, вычисленных в м3/га, в миллиметры водного слоя необходимо ввести коэффициент 0,1, так как запас воды в 1 мм водного слоя равен запасу в 10 м3 воды на 1 га.
Запасы воды в почве, которые учитывают в течение вегетационного периода, позволяют судить об обеспеченности влагой сельскохозяйственных растений. В агрономической практике важно учитывать общий и полезный запасы воды в почве. Общий запас воды (ОЗВ) — суммарное ее количество на заданную мощность почвы, выраженное в м3/га (или миллиметрах водяного столба),— можно рассчитать по формуле
Чтобы рассчитать полезный запас влаги в почве, нужно
вычислить общий запас влаги (ОЗВ) и запас труднодоступной влаги (ЗТВ). Последний в почве вычисляют аналогично общему запасу, но вместо полевой влажности по тем же горизонтам берут влажность (м3/га) устойчивого завядания растений (ВЗ):
Разность между ОЗВ и ЗТВ<дает количество полезной воды в почве:
Типы водного режима почв.
Водный баланс складывается неодинаково для различных почвенно-климатических зон и отдельных участков местности. В зависимости от соотношения основных статей годового водного баланса может быть несколько типов водного режима почв. Практически характер водного режима определяют по соотношению между количеством осадков по средним многолетним данным и испаряемостью за год. Испаряемость это наибольшее количество влаги, которое может испариться с открытой водной поверхности или с поверхности постоянно переувлажненной почвы в данных климатических условиях за определенный промежуток времени, выражается в мм. Отношение годовой суммы осадков к годовой испаряемости называют коэффициентом увлажнения (КУ). В различных природных зонах КУ колеблется от 3 до 0,1. Применительно к различным природным условиям Г. Н. Высоцкий установил 3 типа водного режима — промывной, периодически промывной и выпотной. А. А. Роде, развивая учение Г. Н. Высоцкого, выделил 6 типов водного
режима, разделив их на ряд подтипов. 1.Мерзлотный тип. Имеет место в районах распространения многолетней мерзлоты. Мерзлый слой почвогрунта, являясь водоупором, обусловливает наличие надмерзлотнои верховодки. Поэтому верхняя часть оттаявшей почвы в течение вегетационного периода насыщена водой. 2. Промывной тип (КУ>1). Характерен для местностей, где сумма годовых осадков больше величины испаряемости (рис. 25, а).
В годовом цикле влагооборота нисходящие токи преобладают над восходящими. Почвенная толща ежегодно весной и осенью подвергается сквозному промачиванию до грунтовых вод, что приводит к интенсивному выщелачиванию продуктов почвообразования. В таких условиях формируются почвы подзолистого типа, красноземы и желтоземы. Болотный подтип водного режима развивается при близком к поверхности залегании грунтовых вод, слабой водопроницаемости почв и почвообразующих пород. Характерен для подзолисто-болотных и болотных почв. 3.Периодически промывной тип (КУ=1), при колебаниях 1,2—0,8 характеризуется средней многолетней сбалансированностью осадков и испаряемости. Для водного режима характерно чередование ограниченного промачивания почвенно-грунтовой толщи (непромывные условия) в сухие годы и сквозное промачивание (промывной тип водного режима) во влажные. Промывание почв избытком осадков создается 1—2 раза в несколько лет. Такой водный режим присущ серым лесным почвам, черноземам оподзоленным и выщелоченным.
Водообеспеченность почв неустойчивая. 4.Непромывной тип (КУ<1) свойствен местностям, где влага осадков распределяется только в верхних горизонтах и не достигает грунтовых вод (рис. 25, б). Связь между атмосферной и грунтовой водой в почве осуществляется через слой с очень низкой влажностью, близкой к ВЗ. Обмен влагой происходит путем передвижения воды в форме пара. Такой водный режим характерен для степных почв — черноземов и каштановых, бурых полупустынных и серо-бурых пустынных почв. В указанном ряду почв уменьшается количество осадков, увеличивается испаряемость. Коэффициент увлажнения снижается от 0,6 до 0,1. Годовым влагооборотом захватывается толща почвогрунта от 4 м (степные черноземы) до 1 м (пустынно-степные, пустынные почвы). Запасы влаги, накопленные в степных почвах к весне за счет позднеосенних осадков и талой воды, интенсивно расходуются на транспирацию и физическое испарение и к осени становятся ничтожно малыми. В полупустынной и пустынной зонах без орошения земледелие невозможно.
Расход влаги при непромывном водном режиме идет преимущественно на транспирацию, поэтому в верхних горизонтах почв нисходящие токи влаги преобладают над восходящими.
5. Выпотной тип (КУ <1) проявляется в степной, особенно в полупустынной и пустынной зонах при близком залегании грунтовых вод (рис. 25, в). Характерно преобладание восходящих потоков влаги в почве за счет подтока ее по капиллярам от грунтовых вод. При высокой минерализации грунтовых вод в почву поступают легкорастворимые соли и почва засоляется.
6. Ирригационный тип. Создается при дополнительном увлажнении почвы оросительными водами. При орошении в разные периоды проявляются разные типы водного режима. В период полива формируется промывной тип, сменяющийся затем непромывным и даже выпотным, вследствие чего в почве периодически создаются нисходящие и восходящие токи воды.
РЕГУЛИРОВАНИЕ ВОДНОГО РЕЖИМА
Регулирование водного режима почвы — обязательное мероприятие в условиях интенсивного земледелия.
Регулирование водного режима основывается на учете климатических и почвенных условий, а также потребностей выращиваемых культур в воде. Для создания оптимальных условий роста и развития культурных растений необходимо стремиться к уравниванию количества влаги, поступающей в почву, с ее расходом на транспирацию и физическое испарение, то есть созданию коэффициента увлажнения, близкого к единице. Вообще вопросами регулирования водного режима занимаются мел Контрольные вопросы
1. Какие категории воды выделяют в почве; какова их прочность
связи с твердой фазой почвы и доступность растениям?
2. Что такое почвенно-гидрологические константы (ПГК)? Дайте понятие основных ПГК.
3. Охарактеризуйте водные свойства почв. Каково их значение?
4. Какое влияние на водные свойства оказывают механический состав, структурное и гумусовое состояние, состав поглощенных - катионов почв?
5. Что называется влажностью завядания и как ее вычисляют?
6. Какая влага называется продуктивной? Укажите диапазон продуктивной влаги в почве. В каком интервале влажности находится наиболее благоприятная, высокопродуктивная влага?
7. Что понимают под водным режимом, какие выделяются типы водного режима?
8. Какие применяют мероприятия по регулированию водного режима в различных природных зонах?
Дата: 2019-05-28, просмотров: 340.
