Что такое полевая влагоемкость почвы

Влагоёмкость почвы

Влага необходима для прорастания семян, без нее невозможны последующий рост и развитие растения. С водой в растение из почвы поступают питательные вещества, испарение воды листьями обеспечивает нормальные температурные условия жизнедеятельности растения.

ВЛАГОЕМКОСТЬ ПОЧВЫ, величина, количественно характеризующая водо-удерживающую способность почвы; способность почвы поглощать и удерживать в себе от стекания определенное количество влаги действием капиллярных и сорбционных сил. В зависимости от условий, удерживающих влагу в почве, различают несколько видов В. п.: максимальную адсорбционную, капиллярную, наименьшую и полную.

Максимальная адсорбционная ВЛАГОЕМКОСТЬ ПОЧВЫ, связанная влага, сорбированная влага,ориентировочная влага — наибольшее количество прочно связанной воды,удерживаемое сорбционными силами. Чем тяжелее гранулометрический состав почвы и выше содержание в ней гумуса, тем больше доля связанной, почти недоступной винограду и др. культурам влаги в почве.

Вода — обязательное условие почвообразования и формирования почвенного плодородия. Без нее невозможно развитие почвенной фауны и микрофлоры.

Процессы превращения, трансформации и миграции веществ в почве также требуют большого количества воды.

Для определения потребности растений в воде применяют показатель —транспирационный коэффициент — количество весовых частей воды, затраченной на одну весовую часть урожая.

Степень доступности почвенной влаги растениям и состояние водного режима,выражают почвенно-гидролитические константами. Различают следующие почвенно-гидрологические константы:

• 1. Максимальная адсорбционная влагоемкость (МАВ) — влажность почвы,соответствующая наибольшему содержанию недоступной растениям прочносвязанной влаги.
• 2. Максимальная гигроскопичность (МГ) — влажность почвы, соответствующая количеству воды, которое почва может сорбировать из воздуха, полностью насыщенного водяным паром. Влага, соответствующая МГ, полностью недоступна растениям.
• 3. Влажность устойчивого завядания растений (ВЗ), соответствующая содержанию в почве воды, при котором растения обнаруживают признаки завядания, не проходящие при помещении растений в насыщенную водяным паром атмосферу. Влажность завядания соответствует влажности почвы, когда влага из недоступного для растений состояния переходит в доступное (нижний предел доступности почвенной влаги).
• 4. Наименьшая (полевая) влагоемкость почвы (НВ) — соответствует капиллярно-подвешенному насыщению почвы водой, когда последняя максимально доступна растениям.
• 5. Полная влагоемкость (ПВ) — соответствует такому содержанию влаги в почве, когда все ее поры насыщены водой.

Способность почвы к устойчивому обеспечению растений водой зависит от агрофизических факторов плодородия.

Влагоемкость почвы — называют способность ее удерживать воду. Различают капиллярную, наименьшую (полевую) и полную влагоемкость. Капиллярная влагоемкость определяется количеством воды, содержащимся в капиллярах почвы, подпертых водоносным горизонтом. Наименьшая влагоемкость аналогична капиллярной, но при условии отрыва капиллярной воды от воды водоносного горизонта. Полная влагоемкость — состояние влажности, когда все поры (капиллярные и не капиллярные) полностью заполнены водой.

Водопроницаемостью почвы называют способность впитывать и пропускать через себя воду. Водопроницаемость зависит от гранулометрического состава,структуры почвы и степени увлажнения. Определяют водопроницаемость,пропуская через слой почвы воду.

Водоподъемная способность почвы — способность к капиллярному подъему воды.

Обусловлено это свойство действием менисковых сил смоченных водой стенок почвенных капилляров.

Условия водного режима в пахотной почве постоянно изменяются. Радикальный метод регулирования водного режима почв — мелиорация. Современные приемы гидротехнической мелиорации обеспечивают возможность двухстороннего регулирования водного режима: орошение со сбросом лишней воды и осушение в комплексе с дозированным орошением.

Поступление влаги в почву складывается из впитывания при частичном заполнении пор водой и фильтрации воды. Совокупность этих явлений объединяется понятием «водопроницаемость почвы». По скорости впитывания во,ды различают почвы хорошо-, средне и слабо водопроницаемые. Фильтрация почвы, т. е. нисходящее передвижение влаги в почве или грунте при заполнении всех порводой, зависит от многих факторов: механического состава, водопрочности агрегатов, плотности,сложения.

Количество воды, характеризующее водоудерживающую способность почвы, называют влагоемкостью.В зависимости от сил, удерживающих влагу в почве,различают максимальную адсорбционную влагоемкость (влага, которая удерживается па поверхности частиц под действием сорбционных сил), капиллярную (запас воды, удерживаемый капиллярными силами), наименьшую (полевую) и полную влагоемкость или водо-вместимость (содержание воды в почве при заполнении всех пор водой).

С капиллярной влагоемкостью связано важное в агрономической науке понятие капиллярной каймы. Капиллярной каймой называется весь слой влаги между уровнем грунтовых вод и верхней границей фронта смачивания почвы.

Наименьшая (полевая) влагоемкость — это количество влаги, которое сохраняется в почве(или грунте) при отсутствии капиллярного подтока после стенания избыточной гравитационной воды.Это максимальное количество воды, удерживаемое почвой в естественных условиях при отсутствии испарения и притока воды извне. Влагоемкость почвы зависит от механического, химического,минералогического состава почвы, ее плотности,пористости и т. д.

Аэрация, водопроницаемость, влагоемкость и другие водно-физические свойства почвы являются важными почвенными характеристиками, влияющими на плодородие почвы, ее хозяйственную ценность.

Корневые выделения. Растения не остаются в долгу перед микроорганизмами — живые растения кормят почвенные микроорганизмы своими корневыми выделениями, а не только отмирающими послеуборочными остатками, хотя корни тоже составляют около трети массы растения. Татьяна Угарова приводит цифру — до 20% всей массы растений составляют корневые выделения. В состав корневых выделений входят органические кислоты, сахара, аминокислоты и многое другое. По Т. Угаровой сильное растение обильно кормит почвенные микроорганизмы, при этом происходит массовое размножение ризосферной (корневой) полезной микрофлоры. Причем растения стимулируют развитие преимущественно такой микрофлоры, которая питает растения, вырабатывает стимуляторы роста растений, подавляет вредную растениям микрофлору.

Источник

Полевая влагоемкость почвы

Под полевой влагоемкостью почвы (ПВ) обычно понимают количество влаги, удерживаемой в почве адсорбционными и капиллярными силами после увлажнения ее подачей воды сверху при свободном оттоке гравитационной влаги. А.А.Роде называет эту влагоемкость наименьшей, Н.А.Качинский — общей, А.П.Розов – предельной, С.М.Долгов-полевой.

Величина водоудерживающей силы зависит от гранулометрического, химического и минералогического состава, а также от порозности и сложения почвы. Выражается влагоемкость в массовых или объемных процентах, в миллиметрах водного столба. ПВ является важной гидрологической константой и используется для расчетов относительной влажности почвы, запасов продуктивной влаги, норм полива, объема пор аэрации.

Для насыщения почвы до полевой влагоемкости заливают обвалованные площади, приблизительно рассчитав количество воды, необходимое для промачивания почвы на требуемую глубину. В экспедиционных условиях влагоемкость определяют после определения водопроницаемости почвы методом заливаемых площадей (метод рам ). В нашем опыте после определения водопроницаемости почвы методом рам, мы защитили смоченные площадки от испарения, а также от промачивания в случае дождя: закрыв ее клеенкой. Мы ждали установления капиллярного равновесия в промоченной толще. Чем тяжелее почва по гранулометрическому составу, тем больший срок требуется для этого. В практике приняты следующие интервалы: для почв песчаных и супесных — 12 ч, суглинистых – 24 ч, тяжелосуглинистых и глинистых – 48 ч.

Пробы для определения ПВ брали с помощью бура с площадки из под рам. Они берутся из средней части каждой малой рамы по слоям 0-5 см, 5-10 см, глубже – каждые 10 см до глубины ниже границы промачивания на 30 см. Мы брали до 100 см.

Взятие проб из скважины. После выдерживания срока поочередно на каждой контрольной площадке в середине малой рамы берут пробы почвы: сначала ножом на глубину 0-4 см и 5-10 см, затем буром каждые 10 см ниже границы промачивания на 30 см. Бур следует использовать такой конструкции заборной ложки, которая не деформировала бы почву. Это может быть трубчатый бур Качинского или бур Измаильского. Погружение бура должно быть без сильного нажима, чтобы не происходило отжатие воды из почвы. При взятии проб почвы определить визуально влажность и гранулометрический состав. Полевая запись аналогична записи при определении полевой влажности.

Взятие в поле пробы сырой почвы в лаборатории взвешиваются, высушиваются в сушильном шкафу при температуре 105 градусов Цельсия в течение не менее 10-12 ч с повторной сушкой 2 ч, рассчитывается влажность, которая соответствует полевой влагоемкости. Данные представляются в отдельной таблице.

По данным массовой влажности и полевой влагоемкости рассчитывается влажность относительная, диапазон активной влаги (разность между ПВ и влагой завядания растений).

Полевая влагоемкость используется для расчета норм полива, промывных норм.

Величина водоудерживающей силы зависит от гранулометрического, химического и минералогического состава, а также от порозности и сложения почвы. По результатам данных строится таблица.

Наибольшие значения полевой влагоемкости сосредоточены в пределах пахотного горизонта (0-30 см). В этом слое она составляет 15-25%.Далее по профилю наблюдается постепенное уменьшение ПВ до значения в 5-6%,что возможно объясняется появлением песчаных линз и поэтом почва хорошо промывается не задерживая в себе влагу. Это в свою очередь не сильно хорошо может сказываться на растениях, так как даже при очень сильном увлажнении почвенная влага проходит вниз по профилю и не используется растениями.

Почвенный воздух

Почвенный воздух – смесь газов, заполняющих поры почв, свободные от воды.

Выделяется три состояния почвенного воздуха: свободный, адсорбированный и растворенный. Свободный почвенный воздух занимает поровый объем, обладает подвижностью, а в связи с этим именно эта часть почвенного воздуха частично обменивается на атмосферный. Содержание именно этой его фракции зависит от порозности и влажности почвы. Прежде всего состав и состояние почвенного воздуха отражается на жизнедеятельности растений и населяющих почву микроорганизмов. Почвенный воздух отличается от атмосферного по количественному составу: в нем больше и меньше кислорода, однако сумма этих газов остается фактически постоянной и составляет 21%. Важным фактом является то, что количественное соотношение компонентов почвенного воздуха изменяется во времени (суточная, сезонная динамика). При увлажнении почвы количество свободного почвенного воздуха уменьшается пропорционально насыщению влагой. Для оптимальных условий роста большинства растений необходимо содержание пор аэрации не менее 20-25% от объема общей порозности. Почвенный воздух отличается от атмосферного по количественному и качественному составу – в нем больше углекислоты и меньше кислорода. Общий состав и количественное соотношение различных компонентов изменяется как во времени (суточные, сезонные изменения), так и в профиле почвы. Кислород поглощается микроорганизмами и корнями растений при дыхании, а также расходуется на окисление соединений, образующихся в почве вследствие изменения гидротермических условий.

Диоксид углерода СО2 – газ без цвета и запаха, тяжелее воздуха, хорошо растворим в воде. Является постоянным компонентом атмосферы Земли (содержание 0,04% по объему). СО2 атмосферы – это необходимое звено биологического круговорота углерода, поскольку именно в атмосферу углекислый газ выделяется при окислении органических веществ и именно из атмосферы СО2 поглощают фотосинтезирующие организмы, преобразующие диоксид углерода в органическое вещество в процессе фотосинтеза.

Дыхание, брожение, горение – это основные химические процессы, обуславливающие поступление СО2 в атмосферу. Вследствие усиления антропогенной деятельности поступление СО2, обусловленное сжиганием ископаемого топлива, достигло 10%, по некоторым оценкам, от природной эмиссии СО2. Антропогенная эмиссия углекислого газа могла бы компенсироваться усилением фотосинтеза, однако вследствие вырубки лесов и уменьшения запасов фитомассы Мирового океана вследствие его загрязнения этого не происходит. Следует отметить, что диоксид углерода обладает способностью поглощать энергию в инфракрасном диапазоне, то есть при повышении его концентрации в атмосфере происходит её разогревание (согласно теории парникового эффекта), что может существенно изменять климат. Поэтому весьма важными являются исследования эмиссии углекислого газа различными экосистемами.

Процессы, преимущественно определяющие эмиссию СО2 из биогеоценоза, — это группа биохимических и химических процессов, в общем называемых дыханием почвы, дыхание растительности и фотосинтез. Поэтому для получения представления о современном состоянии потоков углекислого газа в атмосфере (без учёта антропогенной составляющей) необходимо измерить количественные показатели этих процессов.

Регуляция газового режима осуществляется посредством следующих процессов:

· накопление и разложение органических веществ;

· синтез и поглощение газов живыми организмами;

· транспорт газов и паров через толщу почвы;

· взаимодействия между почвенными фазами;

· взаимодействие газов с грунтовыми водами.

Определение эмиссии СО₂

Измерения потока СО₂ были осуществлены нашей бригадой 23 и 24 июня 2013 г. в период с 18.00 до 19.00 ч. на площадке с травой в естественных условиях, со срезанной травой, а также на глубинах 27 см, 50 см. Также проводились измерения с площадки, залитой водой.

Измерения проводились при помощи портативного газоанализатора IGM, который был присоединен к пластиковой газовой камере с известными геометрическими характеристиками. Камера высотой 0,2 м устанавливалась так, чтобы минимизировать ее сообщение с атмосферой. Показания снимались в течение 5 минут с каждой площадки (первую минуту в течение каждых 10 сек, вторую- в течение 20, третью – 30, далее поминутно).

Для расчета потока полученные нами в ppm (1 ppm=10 -4 %) концентрации СО₂ необходимо перевести в мг/м 3 по следующей формуле:

По полученным значениям были построены графики зависимости концентрации СО₂ от времени. Тогда тангенс угла наклона касательной к прямолинейному участку графика будет равен

.

Поток [Q] = мг/(м 2 *ч) рассчитываем по формуле

где h – высота камеры в метрах.

Анализ полученных данных.

Ниже приведены графики зависимости концентраций СО₂ от времени на разных глубинах, на поверхности почвы под травой, а также с площадки, залитой водой (рис. 4.4.1).

Рис. 4.4.1. Графики зависимости концентрации СО₂ от времени

Чтобы проследить изменение потока СО₂ от глубины, был составлен график зависимости потока СО2 от глубины площадки (рис. 4.4.2).

Рис. 4.4.2. График зависимости потока СО₂ от глубины площадки

В целом анализ полученных данных показывает, что наблюдается увеличение содержания с глубиной (увеличивается изоляция почвенного воздуха от атмосферного). Происходит смена органогенного горизонта элювиально-иллювиальным, что обуславливает снижение микробиологической активности и, соответственно, уменьшение продуцирования СО₂.

Нами была проанализирована зависимость потока от фотосинтетической активности растительных организмов (рис. 4.4.2). Поток с площадки со срезанной травой превышает поток с площадки при естественных условиях. Это связано с поглощением СО₂ растениями.

Рис. 4.4.3. Зависимость потока от активности растительных организмов

Также был проведены анализ площадки на глубине 27 см, залитой водой, и сравнение результатов с площадкой незатопленной на глубине 27 см.

Рис. 4.4.4. Зависимость потока СО₂ от увлажнения площадки

Таким образом, мы провели и проанализировали измерения по эмиссии СО₂ на разных глубинах и в различных условиях.

Источник