Годовое испарение с поверхности почвы должно быть годовому количеству осадков или немного его

Годовое испарение с поверхности почвы должно быть годовому количеству осадков или немного его

В почвоведении используют следующие показатели климата: годовое количество осадков, коэффициент увлажнения почв, среднегодовую температуру воздуха, сумму среднесуточных температур воздуха за период с температурой выше 10 °С, продолжительность периода вегетации растений.

Например, по сумме среднесуточных температур выше 10 °С за период вегетации растений климат принято делить на следующие группы (табл. 3).

Климаты термических групп формируются по широтным поясам земного шара. Эти пояса характерны не только температурными условиями, но и определенными растительными формациями и почвами. Пояса называют почвенно-биоклиматическими или почвенно-биотермическими. От климата зависит тепловой режим, скорость химических и биохимических процессов, биологическая активность почвы.

Отношение годового количества осадков к испаряемости с открытой водной поверхности в миллиметрах (мм) Г. Н. Высоцкий предложил называть коэффициентом увлажнения (КУ). По коэффициенту увлажнения различают следующие группы климатов (табл. 4).

Источник

4. Почвенная влага. Испарение

Лекция 4. Почвенная влага. Испарение

Вода необходима для растений и получают они ее в основном из почвы. Поэтому агрометеорология изучает влажность почвы, закономерности ее формирования и изменения во времени и пространстве в различных зонах.

Вода связывается почвой с разной степенью прочности, поэтому запасы влаги в разных почвах могут различаться при одинаковой их влажности. При снижении количества воды в почве до определенного предела, растение начинает завядать. Влажность почвы, при которой тургор растений не восстанавливается, называется влажностью устойчивого завядания. Эта величина практически не зависит от особенностей растений и определяется свойствами почв. Чем мельче частицы почвы, чем больше капиллярных пор и органического вещества, тем больше в почве прочносвязанной воды, недоступной для растений и выше значения влажности завядания. Например, устойчивое завядание наступает при влажности: песка — до 1,5%, суглинка — до 12%, глины — до 20%, торфа — до 50%.

Используемая растениями влага называется продуктивной (W_прод) – это количество воды, содержащееся в почве сверх влажности устойчивого завядания (W_завяд) Запасы продуктивной влаги выражаются высотой слоя воды в миллиметрах. Для расчета запасов ее используют формулу:

где: 0,1 — коэффициент для перевода количества воды в мм слоя; d — объемная масса почвы, г/см 3 ; Н — толщина слоя почвы, для которого производится расчет, см, W_факт – влажность почвы во время определения, % от массы почвы; W_завяд — влажность устойчивого завядания, %.

В агрометеорологии запасы воды на полях дают в мм слоя продуктивной влаги и определяют на постах для каждых 10 см профиля почв до глубины 1 м. Кроме влажности завядания определяют различную влагоемкость почв: полную, капиллярную и наименьшую.

Полная влагоемкость определяется при заполнении водой всех пор в почве.

Рекомендуемые файлы

Капиллярная — при заполнении только пор-капилляров, размером менее 1 мм, при подъеме грунтовых вод от уровня их залегания.

Наименьшая влагоемкость — это такое количество воды, которое может удержать почва, исключая гравитационную воду (ранее называлась как предельная полевая влагоемкость). До этого состояния увлажняется почва при орошении.

Основные методы определения влажности почв термостатно-весовой и различные дистанционные. Весовой наиболее точный, но и трудоемкий. Заключается он в следующем: отбирают образцы почв через каждые 10 см до нужной глубины почвенным буром, образец помещают в алюминиевые стаканы с крышками и взвешивают с точностью до 0,1 г, высушивают в стаканах в термостате при 105 о С до постоянного веса (до 8 часов), рассчитывают влажность в % по разности веса:

где: Р₁ -вес до высушивания, г; Р₂ -вес после высушивания, г. Дистанционные методы измерения влажности почв менее точные, используются на оросительных системах для автоматического включения их для полива.

Водный баланс поля.

Количество воды, получаемое растениями, определяется многими факторами, которые обусловливают ее расход, приход и перераспределение. Динамика запасов влаги в почве является элементом водного баланса суши в годовом кругообороте. Упрощенно — это разность между приходом и расходом воды на конкретной территории. Основным элементом прихода ( Wприх.), при отсутствии орошения или осушения, являются: осадки ( А ), приток в почву от грун-товых вод ( Мг ), приток поверхностных вод ( Мп ), внутри-почвенный приток ( Мвп ), конденсация водяного пара в почве из воздуха атмосферы ( Мк ). Расходуется вода (Wрасх.) на: испарение растениями (транспирацию) и — с поверхности почвы, которые часто учитываются как суммарное водопотребление ( Е ), отток за пределы корнеобитаемого слоя ( Ф ), поверхностный сток ( С ), внутрипочвенный сток ( Сп ). Эти элементы составляют водный баланс, который можно представить в виде уравнения:

где: Wнач. — начальный запас влаги; Wкон. — запас в конце периода наблюдений.

Чаще всего для упрощения расчетов используют основные элементы, преобладающие по величинам:

Водяной пар постоянно поступает в атмосферу в результате испарения с поверхностей воды, почвы и растений. Испарение воды растениями называется транспирацией, а испарение с почвы и растений — суммарным испарением.

При испарении отдельные молекулы воды отрываются от водного зеркала или влажной почвы и переходят в воздух как молекулы водяного пара. В воздухе они распространяются во все стороны от источника испарения вследствие собственного движения молекул, осуществляя молекулярную диффузию, а также вместе с общим переносом воздуха. В горизонтальном направлении воздух переносится ветром, в вертикальном — турбулентными вихрями, возникающими из-за разности температур воздуха.

Одновременно с испарением происходит обратный процесс перехода молекул водяного пара из воздуха в воду или в почву. Испарение прекращается при достижении подвижного равновесия, при котором количество отрывающихся молекул становится равным возвращающемуся из воздуха. Такое состояние называется насыщением, а воздух, содержащий такое количество водяного пара, — насыщенным. Чем выше температура воздуха, тем больше он может содержать водяного пара. На каждые 10 о С повышения температуры воздуха, содержание пара в состоянии насыщения удваивается. Например, при t = 30 о воздух может содержать водяного пара в 7 раз больше, чем при t = 0 о .

Капли жидкой воды в облаках и туманах часто находятся в переохлажденном состоянии (до –10 о ), поэтому в атмосфере вода и лед могут находиться одновременно (в смешанных облаках).

Испарение зависит главным образом от температуры испаряющей поверхности, влажности воздуха, скорости ветра и атмосферного давления. Годовая сумма испарения с поверхности Мирового океана 450 тыс.м 3 , суши — 70 тыс.м 3 .

Количественно испарение характеризуется скоростью: это масса воды, которая испаряется в единицу времени с единицы площади. Скорость испарения с водной поверхности увеличивается с увеличением ее температуры, дефицита водяного пара над ней и скорости ветра. Меньше влияет атмосферное давление, прозрачность воды (обратно пропорционально), прямая солнечная радиация (прямо пропорционально). Скорость испарения с поверхности почвы прежде всего зависит от температуры почвы, влажности воздуха, скорости ветра, количества воды в почве, физических свойств почвы, состояния поверхности, растительности. Наибольшее испарение при прочих равных условиях будет с поверхности темных (сильнее нагреваемых, чем светлые) влажных почв с плохой структурой, лишенных растительности при низкой влажности воздуха и сильном ветре.

Скорость испарения воды растениями (транспирация) определяется теми же факторами, что и с поверхности почв, но она меньше. Растения, благодаря собственным регулирующим системам, могут экономить воду, уменьшая транспирацию. Однако в целом общий расход воды может составлять более 800 кг на образование 1 кг зеленой массы.

Испарение воды с поверхности почвы и растений, называемое суммарным испарением, обусловлено мощностью растительного покрова, биологическими особенностями растений, глубиной корневой системы и др.

Вам также может быть полезна лекция «14. Рецензия».

Рассматривая количество воды, которое испаряется в конкретном месте, различают фактическое испарение и возможное или испаряемость. Фактическое испарение может быть значительно меньше возможного по метеорологическим условиям (например, в пустыне испаряется очень мало влаги из-за ее отсутствия). Чтобы иметь представление о предельно возможном испарении в конкретных условиях, определяют испаряемость. Особенно это важно, например, для расчета оросительных мероприятий. Испаряемость это максимально возможное испарение, не ограниченное запасами влаги. Эта величина может быть достигнута в естественных условиях при испарении с поверхности водоема или избыточно увлажненной почвы.

Измеряют испарение испарителями или рассчитывают по уравнениям теплового или водного баланса. В качестве испарителей используют бассейны площадью 20 и 100 м 2 , 3000 см 2 , для почв — 500 см 2 . Почвенный испаритель состоит из двух металлических цилиндров, внешний установлен до глубины 53 см, внутренний, с почвенным монолитом с ненарушенной структурой и растительностью, — до 50 см. Дно внутреннего цилиндра имеет отверстия для слива избытка влаги. Каждые 5 суток внутренний цилиндр с почвой вынимают и взвешивают. Испарение (Е, мм) рассчитывают по формуле:

где: 0,02 — коэффициент для перевода граммов в мм слоя воды; q₁ — вес испарителя предыдущий, г; q₂ — вес испарителя в настоящий момент, г; W — количество воды под цилиндром, мм; А — количество выпавших осадков, мм (за период между определениями).

Наибольшие колебания испарения в течение суток наблюдаются летом с максимумом в 14 часов и минимумом — перед восходом Солнца. В полярных областях, при низких температурах, испаряемость составляет менее 100 мм в год, в Центральной Европе — около 400 мм, в Москве — 420 мм. В Средней Азии, на фоне высоких летних температур и боль-шого дефицита влажности, испаряемость доходит до 1800 мм в год, а в Сахаре, в 500 км от атлантического побережья, — 3000 мм.

Одна из важных задач агротехники – сокращение непроизводительного испарения воды из почв. Для этого применяют различные приемы, которые позволяют нарушить почвенную капиллярность, через которую идет испарение: раннюю вспашку и боронование (закрытие влаги), рыхление междурядий пропашных культур. Применение ранней вспашки предотвращает также поверхностный сток в 2 — 5 раз (чем южнее, тем больше). Эффективна осенняя безотвальная вспашка, после которой растительные остатки на поверхности действуют как мульчирующий слой. Лесные полосы защищают поля, снижая скорость ветра, что увеличивает влажность воздуха и снижает испарение.

Источник

Сельское хозяйство | UniversityAgro.ru

Агрономия, земледелие, сельское хозяйство

Популярные статьи

Водный режим почв

Водный режим — совокупность почвенных процессов поступления, перемещения, сохранения и расходы воды. Каждый из этих процессов в отдельности является элементом водного режима.

Водный режим почв складывается под влиянием ряда факторов: климата, рельефа, водно-физических свойств почвогрунтов, условий водного питания, а также хозяйственной деятельности человека. Специфика водных режимов конкретных зональных типов почв определяется прежде всего количеством атмосферных осадков и температурными режимами.

Вода относится к земным факторам жизни растений, в почве находится в жидкой фазе в виде почвенного раствора. В почве она находится в межфазном равновесии с почвой, обмениваясь с ней минеральными веществами. Часть почвенной влаги теряется, просачиваясь в более глубокие слои, либо за счет испарения или стока с поверхности. Оставшаяся влага удерживается почвой и представляет собой почвенный раствор. Характеризуется рядом важных агрохимических показателей.

Навигация

Значение воды в жизни растений

Почвовед Г.Н. Высоцкий подчеркивал исключительную важность воды в почве, сравнивая ее с кровью в живых организмах.

Роль влаги в жизни растений:

• участвует в инициировании ростовых процессов семян;
• является средой для протекания биохимических процессов в растениях;
• переносит минеральные и органические вещества по различным частям растений;
• участвует в терморегуляции и тепловом балансе почвы;
• поддерживает жизнедеятельность почвенной биоты;
• влияет на агрофизические показатели почвы: плотность, липкость, сопротивление при обработке, спелость — образование агрегатов и способность к крошению;
• определяет агрохимические показатели плодородия почвы: кислотность почвенного раствора, доступность питательных веществ.

Потребность семян для набухания и перевода запаса питательных веществ в усвояемую форму составляет для разных растений (в % от массы семян): ячмень, пшеница — 50, овес, рожь — 55-65, кукуруза — около 40, лен, горох — 100, клевер, сахарная свекла — 120-150. Как правило, этот показатель для большинства растений составляет от 40 до 100% от массы семян.

Вода составляет значительную часть массы растений: в семенах ее количество составляет 7-15%, в стеблях, включающих много одревесневших мертвых клеток, — до 50, в корнеплодах, клубнях и листьях — до 75-93%.

На образование 1 г сухого органического вещества растения потребляет от 200 до 1000 г воды.

Таблица. Коэффициенты водопотребления сельскохозяйственных культур для Нечерноземной зоны, м 3 /т сухой биомассы 1

Нормальная деятельность почвенных микроорганизмов возможна при достаточной влагообеспеченности. Например, азотфиксирующим бактериям (Azotobacter, клубеньковые бактерии) для размножения требуется 25%-ная влажность почвы. Недостаток воды снижает усвоение питательных веществ бактериями, а чрезмерный избыток приводит к кислородному голоданию. Оптимальная влажность почвы для бактерий и растений совпадает — 60% полной влагоемкости почвы.

Избыток влаги в почве, складывающийся при превышении наименьшей полевой влагоемкости (НВ), угнетающе действует на рост и развитие растений. Хотя некоторые из них по-разному реагируют на переувлажнение.

В исследованиях и практике по земледелию и растениеводству для учета расхода воды на создание урожая используют коэффициент водопотребления. Коэффициент водопотребления — расход воды в м 3 на одну тонну урожая, включающий производительные, то есть потребление воды культурными растениями, и непроизводительные расходы на испарение с поверхности почвы.

Транспирация

Транспирация — испарение воды листьями.

Транспирационный коэффициент — количество воды, необходимое растению для образования единицы сухого вещества.

Растения используют почвенный раствор минеральных веществ в очень небольших концентрациях. Большая часть, поступающей в растения влаги, используется не полностью. Так, из 1 000 частей прошедшей через растение воды, только 1,5-2 части используются на питание, остальная вода испаряется через листья.

Транспирационный коэффициент зависит от освещенности, температуры, влажности почвы и воздуха, обеспеченности питательными веществами.

В опытах Гельригеля, при прямом солнечном свете транспирационный коэффициент составлял 349, при сильном рассеянном свете — 483, среднем — 519 и слабом — 676.

Коэффициент транспирации сильно зависит от влажности воздуха. В засушливые периоды у таких культур, как просо, пшеница, овес, кукуруза, он увеличивается в 2 и более раз по сравнению с влажными. В южных и восточных районах России испарение воды растениями значительно выше, чем в северных и западных.

Удобрения могут заметно снижать транспирационный коэффициент. Например, овес при недостатке питательных элементов имеет коэффициент транспирации 483, при достаточном их обеспечении — 372. Поэтому применение удобрений для засушливых районов земледелия имеет важное значение, так как растения более экономно расходуют ограниченные запас влаги.

Коэффициент водопотребления — сумма транспирационной воды и воды, испаряющейся с поверхности почвы. Выражается в м 3 на 1 т урожая. Варьирует в зависимости от увлажненности для озимых зерновых от 375 до 550, для свеклы — от 240 до 400, для картофеля — от 170 до 660, для многолетних трав — от 500 до 750 м 3 /т.

Потребность растений во влаге характеризуется транспирационным коэффициентом, который приближенно отражает способность растения расходовать определенное количество воды для создание в виде урожая единицы сухого вещества.

Транспирационный коэффициент изменяется от погодных условий, плодородия почвы, удобрения. При низкой влажности воздуха, сильном нагреве листьев и ветре он возрастает. Последний фактор особенно увеличивает испарение воды. К.А. Тимирязев писал, что даже при слабом ветре транспирация увеличивается в 2 раза, а при сильном ветре испарение в 20 раз больше, чем в сухую погоду.

Меньшее влияние на транспирационный коэффициент оказывают почвенные условия: обеспеченность питательными веществами, степень увлажнения, величина осмотического давления почвенного раствора.

Потребность в воде одного и того же растения зависит от фаз роста.

Источник