Агрофак
Водно-физические свойства почвы и факторы водного режима
К водно-физическим свойствам почвы относят водопроницаемость, влагоемкость, водоподъемность и водоиспаряющую способность.
Свойство почвы быстро или медленно пропускать сквозь себя воду под влиянием силы тяжести называют водопроницаемостью. Она измеряется величиной столба жидкости, проникающей в почву в единицу времени. Почвы, обладающие низкой водопроницаемостью, теряют много воды вследствие усиления стока и испарения ее с поверхности в атмосферу. Застой воды приводит к вымоканию и выпреванию озимых, препятствует проникновению воздуха в почву, тем самым ослабляет жизнедеятельность полезных микроорганизмов и замедляет накопление для растений питательных веществ, особенно нитратов.
Водопроницаемость зависит от следующих условий: механического состава почвы, ее строения, органического вещества, структуры, характера подпахотного слоя и др.
Как известно, песчаные и супесчаные почвы пропускают значительно больше воды, чем суглинистые и глинистые. Это объясняется тем, что почвы тяжелого механического, состава содержат больше коллоидов и способны к набуханию.
На прохождение влаги в почву влияет также соотношение между капиллярной и некапиллярной скважностью. Почвы с повышенной капиллярностью обладают пониженной водопроницаемостью. При нарушении капиллярности водопроницаемость почв увеличивается. Повышенной водопроницаемостью отличаются структурные почвы.
Как влияет характер угодий на водопроницаемость, можно видеть из данных Н. А. Качинского (табл. 4).
Наименьшая водопроницаемость обнаружена на овсяном поле, где почвы были больше всего уплотнены. На ржаном поле она была повышена из-за многократной обработки почвы в пару.
В опытах В. Е. Егорова от применения органических удобрении и извести водопроницаемость в дерново-подзолистых почвах увеличивалась в несколько раз, и значительно повысился урожай сельскохозяйственных культур.
Водопроницаемость почв в основном обусловливается некапиллярной скважностью. В связи с большим диаметром некапиллярных промежутков вода не задерживается в верхнем слое, а устремляется вниз, насыщая почву вначале до полевой влагоемкости, а затем она проходит в нижележащие неувлажненные горизонты по трещинам, ходам землероев и отмерших корней растений.
Большое влияние на водопроницаемость оказывает и характер подпахотного слоя (табл. 5).
Водопроницаемость глинистых и суглинистых почв можно увеличить глубокой обработкой, введением севооборота, внесением органических удобрений и проведением других агротехнических мероприятий.
Способность почвы удерживать воду называют влагоемкостью почвы. Различают полную, капиллярную, полевую и молекулярную влагоемкости. Полной влагоемкостью называют такое состояние почвы, когда все поры ее насыщены водой.
Наибольшее количество влаги, удерживаемое менисковыми силами, называют капиллярной влагоемкостью. Эта влагоемкость характеризуется наличием влаги в капиллярных промежутках. Максимум ее, который длительно удерживается почвой после обильного увлажнения и свободного стекания воды, называют полевой влагоемкостью. Она главным образом зависит от механического состава почвы, содержания в ней органических веществ, структуры (табл. 6)..
Глинистые и суглинистые почвы более влагоемки, чем супесчаные и песчаные. Это связано в первую очередь с повышенным содержанием органических веществ и коллоидов. Суглинистые почвы, имеющие прочную структуру, более влагоемки, чем почвы бесструктурные.
Очень большой влагоемкостью отличаются торфяные почвы. Вода в них составляет 300—1500% веса абсолютно сухой торфяной массы.
Способность почвы поднимать влагу по капиллярам из нижних горизонтов, насыщенных водой, в верхние называют водоподъемной способностью. Высота поднятия и скорость передвижения влаги зависят в основном от механического состава почвы и диаметра капилляров. Чем крупнее механические элементы, тем меньше высота поднятия воды (табл. 7).
Эти данные показывают, что в первые полчаса быстрее поднималась вода у песчаной почвы, затем движение ее замедлилось, а усилилось у глинистой и перегнойной. За 21 час у глинистой почвы вода поднялась на высоту почти в 2 раза большую, чем у песчаной. У суглинистых она может подняться на 3—6 м.
На низинном среднеразложившемся торфе, указывают П. А. Турнас и Д. Г. Головко, за 40 дней вода поднялась на 15 см, а на переходном торфе (при той же степени разложения) — на 5 см. Еще меньшей водоподъемной способностью отличаются торфяники с низкой степенью разложения.
На высоту поднятия воды в почве влияет и диаметр пор. Так, при размере почвенных частиц 5—2 мм подъем воды составил 25 мм; 0,5—0,2 мм —246 мм; 0,05—0,02 мм —2000 мм.
Способность почвы отдавать влагу в атмосферу путем испарения называют водоиспаряющей способностью. Испарение влаги из почвы протекает непрерывно. Оно зависит от температуры и влажности воздуха, характера поверхности почвы, залегания грунтовых вод, рельефа местности и пр.
В условиях Белоруссии апреля по сентябрь с поверхности осушенного и освоенного болота испарение во влажные годы бывает на 30% больше, чем с той же поверхности неосушенного болота, в среднем во влажные годы разница составляет 10—15%, а в сухой год ее почти не бывает (В. Ф. Шебеко). Почвы с неровной и уплотненной поверхностью сильнее испаряют влагу по сравнению с почвами выровненными и рыхлыми.
Установлено, что почвы западных и восточных склонов испаряют влаги на 13—15%, а южных на 29% больше, чем северных. Сильное влияние оказывает также цвет почвы. Если по данным Митчерлиха испарение белой поверхности принять за 100%, то у желтой оно будет 107, коричневой—119, черной — 132%.
При отсутствии осадков и подпора грунтовых вод величина испарения ограничена количеством воды, находящейся в верхнем слое почвы. Если грунтовые воды залегают на небольшой глубине и есть условия их капиллярного поднятия, то испарение влаги из почвы усиливается.
Заметное влияние на испарение влаги из почвы оказывает рельеф местности. На повышенных местах, вследствие усиленной циркуляции воздушных масс, происходит более интенсивное испарение, чем в пониженных.
К агротехническим мероприятиям, которые уменьшают испарение влаги из почвы, относятся: рыхление уплотненного верхнего слоя почвы, прикатывание сильно рыхлых и торфяных почв, мульчирование.
Источник
Водно-физические свойства почв и их регулирование. Почвенный раствор и почвенный воздух
Особенности регулирования водно-физических свойств почв. Анализ водоудерживающей и водоподъемной способностей почвы, ее водопроницаемости. Окислительно-восстановительные процессы в почвах. Роль макрогазов в почвообразовании и развитии растений.
| Рубрика | Сельское, лесное хозяйство и землепользование |
| Вид | лекция |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 29.03.2018 |
| Размер файла | 96,3 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Водно-физические свойства почв и их регулирование. Почвенный раствор и почвенный воздух
1. Водно-физические свойства почв и их регулирование
1.1 Категории почвенной влаги
1.2 .Водные свойства почвы
1.2.1 Водоудерживающая способность почвы
1.2.2 Водоподъемная способность
1.3 Почвенно-гидрологические константы
1.4 Водный режим
1.5 Типы водного режима и его регулирование
2. Почвенный раствор
3. Окислительно-восстановительные процессы в почвах
4. Почвенный воздух
4.1 Формы почвенного воздуха
4.2 Роль макрогазов в почвообразовании и развитии растений
4.3 Воздушный режим почв
Краткий конспект лекции
1. Водно-физические свойства почв и их регулирование
почва водопроницаемость почвообразование растение
Роль воды в почве определяется ее особым двойственным положением в природе: с одной стороны, вода — это особая физико-химическая весьма активная система, обеспечивающая многие физические и химические процессы в природе, с другой это мощная транспортная геохимическая система, обеспечивающая перемещение веществ в пространстве.
Вода является одним из важнейших факторов плодородия почвы и урожайности растений, причем в почвенных процессах и в создании агрономически важных свойств почвы она имеет разностороннее значение.
С наличием воды связано большинство явлений передвижения веществ в почве.
Степень увлажнения почвы оказывает большое влияние на формирование почвенной структуры, на физико-механические свойства почвы, на качество ее обработки, на производительность и изнашиваемость сельскохозяйственных машин и орудий.
Все жизненные процессы в растениях нормально протекают только при достаточном насыщении их клеток водой.
Вода наряду с углекислым газом является для растений тем первичным строительным материалом, из которого в процессе фотосинтеза синтезируется органическое вещество. В воде растворяются питательные вещества, которые с почвенным раствором поступают в растения. Вода является и терморегулятором почвы и растений.
В процессе своей жизнедеятельности растения тратят огромное количество воды. Для создания единицы веса сухого вещества растения затрачивают 300—800 частей воды.
При этом расход воды растениями характеризуется коэффициентом транспирации и показателем относительной транспирации.
Коэффициент транспирации — это отношение количества воды, израсходованного растениями за единицу времени, к общему количеству сухого вещества, образованному ими за то же время.
Относительной транспирацией называется отношение фактической транспирации растений при данной водообеспеченности к потенциальной транспирации при свободном доступе воды. Растения на создание 1 т сухого вещества биомассы расходуют от 400 до 600 т воды при ее свободном доступе. У отдельных культур значение данного показателя может превышать 1000 т.
В ряде случаев почва является главным, а во многих случаях и единственным источником воды для произрастающих на ней растений.
1.1 Категории почвенной влаги
В зависимости от температуры вода в почве может находиться в трех состояниях: твердом, парообразном и жидком.
Твердая влага представлена льдом. В таком состоянии вода находится при отрицательной температуре. Замерзшая вода неподвижна и недоступна растениям. При температуре выше 0 °С она становится жидкой или парообразной.
Парообразная влага находится в почве в форме водяного пара. Она занимает поры аэрации и перемещается по ним или с током почвенного воздуха, или же диффузионно — от пор с более высокой абсолютной упругостью пара к порам с меньшей упругостью.
Это во многом зависит от температуры почвы. При ее увеличении возрастает давление водяного пара и пар начинает передвигаться к менее прогретым горизонтам. Именно поэтому при большой амплитуде колебания температуры воздуха в дневное и ночное время могут возникать восходящие и нисходящие потоки движения парообразной воды. По мере снижения температуры водяные пары способны конденсироваться на поверхности почвенных частиц и переходить, таким образом, в жидкое состояние.
Вода, которая находится в почве в парообразном или жидком состоянии, подвергается действию сорбционных, капиллярных, осмотических и гравитационных сил.
Эти силы могут существенно изменить свойства воды, уменьшить или увеличить ее подвижность, а соответственно и доступность растениям.
Сорбционные силы обусловлены свободной поверхностной энергией, присущей почвенным частицам и воде. Благодаря этой энергии почвенные частицы способны притягивать к себе дипольные молекулы воды.
Такой процесс называется сорбционным (сорбцией), а само явление — гидратацией. Благодаря этому явлению вокруг ионов и коллоидных частиц может образоваться водная оболочка
Капиллярные силы, их еще называют менисковыми, обусловлены поверхностным натяжением воды и явлениями смачивания.
На поверхности воды существует своеобразная пленка, обладающая поверхностным натяжением и определенным количеством свободной энергии.
Благодаря этой свободной энергии вода может смачивать поверхность большинства тел. Явление смачивания вызывает образование вогнутого мениска, т.е. искривление поверхности жидкости у стенок сосуда, в который она заключена.
Образование вогнутого мениска ведет к уменьшению поверхностного давления и соответственно к поднятию воды по капиллярам.
Существует обратная зависимость высоты капиллярного поднятия воды от радиуса каппилляра.
Менисковые, или капиллярные, силы начинают проявляться в порах диаметром менее 8 мм.
Наибольшей капиллярной силой обладают поры размером от 100 до 3 мкм. Гранулометрический состав почв и грунтов влияет на высоту капиллярного поднятия воды.
Благодаря воде, передвигающейся под действием капиллярных сил, в засушливые периоды года может происходить пополнение запасов влаги в пахотном горизонте почвы, а также перемещение водорастворимых солей, коллоидов, тонких суспензий из нижних горизонтов в верхние.
Осмотическое давление. Влага, которая находится в почве, при взаимодействии с ее твердой и газообразной фазами, корнями растений и живыми организмами обогащается различными водорастворимыми соединениями и превращается в почвенный раствор.
Этот раствор вследствие взаимного притяжения растворенного вещества и молекул воды обладает определенным осмотическим давлением.
В почве осмотическое давление возникает при взаимодействии воды и обменных ионов, а также в тех случаях, когда почвенный раствор имеет неодинаковую концентрацию в его различных частях.
Благодаря осмотическим силам вода в почвенной толще способна передвигаться от участков с низкой концентрацией к участкам с большей концентрацией. При этом способность раствора с большей концентрацией притягивать к себе молекулы воды из раствора с меньшей концентрацией иногда называют всасывающим давлением раствора.
Под действием гравитационных сил свободная влага, находящаяся в крупных порах, может передвигаться из верхних горизонтов в нижние и уходить за пределы почвенного профиля.
Для оценки совокупного действия сил, под влиянием которых вода находится в почве, введено понятие «потенциал почвенной влаги». Он характеризует энергию, с которой почва удерживает воду.
Если почва полностью насыщена водой и не содержит солей, то потенциал ее влаги равен нулю. С уменьшением влажности значение данного показателя возрастает и почва приобретает способность поглощать чистую воду. Такая способность почвы называется ее сосущей силой.
Величина этой силы у сухих почв может достигать 10 тыс. атм.
Вода в почве подвергается воздействию различных сил и характеризуется различной подвижностью и соответственно неодинаковыми свойствами и доступностью растениям, поэтому ее принято делить на категории и формы.
Выделяют следующие категории почвенной влаги.
Кристаллизационная вода. Эта вода входит в состав кристаллических решеток минералов и характеризуется полной неподвижностью и недоступностью для растений.
Связанная вода. Она удерживается в почве за счет сорбции парообразной и жидкой влаги на поверхности ее твердой фазы.
Подразделяется на две формы: прочносвязанную и рыхлосвязанную.
Прочносвязанная вода удерживается на поверхности почвенных частиц и образует вокруг них тонкую пленку, состоящую из двух-трех слоев молекул воды. Эта влага называется гигроскопической. Являясь чрезвычайно прочно связанной с твердой фазой почвы, она неподвижна, совершенно недоступна растениям, не растворяет растворимые в свободной воде вещества, обладает более высокой плотностью и более низкой, чем свободная влага, температурой замерзания.
Рыхлосвязанная вода образуется при соприкосновении почвенных частиц с водой, находящейся в жидком состоянии. Она представляет собой дополнительную водную пленку, расположенную вокруг прочносвязанной влаги.
Толщина пленки достигает нескольких десятков молекул воды, которые могут передвигаться под действием сорбционных сил от одних почвенных частиц к другим.
Свободная влага. Свободной влагой называется влага, которая находится в жидком состоянии и передвигается в почве под действием капиллярных и гравитационных сил. В зависимости от интенсивности проявления этих сил свободная влага также делится на две формы:
капиллярную и гравитационную.
Капиллярная влага находится в капиллярных порах и передвигается в них за счет капиллярных сил.
Подразделяется на капиллярно-подпертую и капиллярно-подвешенную.
Капиллярно-подпертая влага формируется при увлажнении почвы грунтовыми водами, которые снизу как бы подпирают влагу, находящуюся над ними в капиллярных порах. При этом слой почвы, заполненный капиллярной влагой и расположенный непосредственно над грунтовыми водами, называется капиллярной каймой.
Капиллярно-подвешенная влага создается из атмосферных осадков или при поливе почвы. Существует несколько ее разновидностей, среди которых наибольший интерес представляют стыковая, внутриагрегатная и сорбционно-замкнутая влага.
Стыковая капиллярно-подвешенная влага расположена в виде отдельных скоплений вокруг точек соприкосновения почвенных частиц. Она удерживается в почве с помощью капиллярных сил и характерна, как правило, для песчаных почв.
Внутриагрегатная капиллярно-подвешенная влага удерживается капиллярными силами в капиллярных порах, расположенных внутри почвенных комков.
Сорбционно-замкнутая влага расположена в некапиллярных порах, изолированных перемычками связанной воды. Эта разновидность капиллярно-подвешенной влаги удерживается в. почве с помощью сорбционных сил.
Капиллярно-подвешенная влага доступна для растений и сохраняется в почве длительное время. Ее количество во многом зависит от гранулометрического состава почвы. Чем тяжелее почва, тем больше капиллярно-подвешенной влаги может накапливаться в ней.
Источник