О влажности, требуемой растениям и влагоемкости почвы
Для нормального роста растениям нужна вода. Основное количество воды растения берут из почвы. За тысячелетия выращивания различных культур накопилось понимание, какой культуре какая влажность нужна. Однако, только с возникновением научной агрономии этот накопленный опыт был систематизирован и выражен в цифрах и методах, которые может каждый повторить и получить такой же результат, вне зависимости от субъективных ощущений.
Итак, растениям нужна вода. Определить количество воды в почве довольно просто, если вы располагаете временем. Этот метод называет выпариванием. Для этого надо взять порцию грунта, точно его взвесить, после чего хорошо прогреть на умеренной температуре, например, 60-80 градусов, и снова взвесить. Разность веса и будет испарившаяся вода. Например, было 130 грамм, стало 100 грамм, значит 30 грамм была вода и абсолютная влажность грунта составляла 30г/100г = 30%.
Это старый и надежный способ, однако он не очень удобный, так как занимает много времени и требует энергии на выпаривание.
Есть надежные и точные профессиональные механизмы (тензиометры) для быстрого определения влажности, но их стоимость слишком высока для обычного огородника.
Как альтернатива дорогим устройствам повсеместно доступны дешевые измерители влажности почвы, которые надо втыкать в грунт, и они показывают какое-то абстрактное число. О таком устройстве пойдет речь ниже, а пока продолжим с теоретической частью.
Знание абсолютной влажности (далее АВ) грунта малополезно, так как никакое растение не сможет забрать всю влагу из грунта вплоть до 0% АВ. А до какого уровня АВ растения могут забирать воду из грунта зависит от его состава, структуры и других факторов. Поэтому, чтобы свести это все общим понятиям было введено понятие влагоемкости. Причем не одной влагоемкости, но несколько разных ее видов. Мы не будем рассматривать все. Рассмотрим две основные и это будет достаточно хорошим приближением, чтобы можно было принимать решение о поливе.
Полная влагоемкость — количество воды в почве, которую залили так, что воздуха в ней не осталось, а дальнейшую воду она удерживать более не может (вода стекает). Здесь информация о ней только для справки, практической ценности для нас не имеет, хотя, в некоторой литературе по выращиванию культур указана влажность почвы в процентах от полной влагоемкости. Наименьшая влагоемкость (НВ, она же общая влагоемкость — ОВ) – это то количество воды, которое почва удерживает, условно, не превращаясь в болото. Научное определение более точное, но для практики огородника лучшее понимание дает такое просто объяснение.
В советской литературе часто можно встретить влажность в % ППВ (полной полевой влажности). В ППВ учитываются некоторые эффекты почвы, но полученное значение мало отличается от НВ, поэтому простому огороднику вполне можно использоваться значение НВ.
Теперь, если подумать, то понятно, что разные виды почв при одной и той же абсолютной влажности будут иметь разную НВ (сравните суглинок и супесью). Для растений же максимальной точкой увлажненности почвы как раз и является наименьшая влагоемкость, так как большая влажность уже не дает возможность дышать корневой системе, т.е. продолжительная жизнь растения невозможна, кроме каких-то особенный культур.
По этой причине, когда в литературе или в справочниках указывают влажность почвы для какого-то растения, то имеют ввиду влажность в процентах от общей влагоемкости.
Поясню на примере.
Предположим абсолютная влажность 10%. Полученная наименьшая влагоемкость составила, например, 260 грамм на 1 кг почвы. Рассчитаем влажность почвы в процентах от НВ.
10% абсолютной влажности означают отношение воды к сухой почве составляет 0.1.
В/СП=0.1
Но, для 1 кг (берем 1 кг, так как для него рассчитаны данные по НВ, это удобно для сравнения)
В+СП=1 кг
Получаем
(1-СП)/СП=0.1
1-СП=0.1СП
1.1СП=1
СП=1/1.1
СП=0,91
В=0,091
Итак, воды в этом грунте содержится 91г на 1000г.
91г/260г=0,35=35% НВ
Влажность грунта по наименьшей влагоемкости составляет всего 35%. Это очень низкое значение и редкое растение сможет нормально развиваться в таких условиях. Например, для картофеля требуется влажность в диапазоне 60-80%
Как же определить наименьшую влагоемкость? Это можно сделать довольно легко с вполне приемлемой точностью, но это займет пару дней.
Наберите 2-3 кг почвы в емкость и хорошо просушите ее в духовке при температуре 60-100 градусов в течение дня, перемешивая каждые пару часов. И оставьте в духовке остывать до следующего утра. Вы получите почву почти с нулевой абсолютной влажностью.
Найдите емкость объемом минимум 1-2л, в которой вы сможете сделать снизу отверстие. Сделайте в нем отверстие около 5мм. Засыпьте туда сухую почву (лучше целое число килограммов). Почва не должна высыпаться через отверстие. Если это происходит, то надо положить на него мелкую сетку. Уплотните почву в этой емкости, но без фанатизма. Равномерно заливайте воду, пока она не начнет литься из отверстия снизу. Дайте почве постоять минут 30, чтобы она вся пропиталась равномерно. Еще пролейте и дайте всей лишней воде уйти через отверстие. После того, как вода прекратит капать из отверстия, пересыпьте и взвесьте мокрую почву, чтобы определить сколько воды смогла удержать почва.
Например, у вас было 500 г почвы в начале, стало 630. Значит почва удержала 130 грамм и общая влагоемкость составила 260г на 1 кг почвы.
Влагоемкость почвы меняется очень медленно и если вы не вносили значительных количеств органики, то в течение сезона она будет стабильной. Поэтому достаточно один раз измерить ее в начале сезона и у вас будет точка отчета для всех измерений до следующего года.
Теперь, о том, как ускорить измерения влажности почвы.
Я купил дешевый прибор 3 в 1 на али экспрессе: https://aliexpress.ru/item/32900387780.html
По заявлению производителя он умеет измерять влажность, освещенность и PH.
На самом деле он измеряет только освещенность и проводимость почвы. Освещенность он измеряет в «попугаях», но их можно откалибровать по люксметру.
Измерение PH насколько сложная задача, что он в принципе не способен это сделать. Для этого покупайте обычные лакмусовые бумажки – лучше способа в домашних условиях нет.
А вот влажность его можно заставить измерять в адекватных единицах, есть провести калибровку для конкретной почвы.
Я снял видео, о том, как провести калибровку этого измерителя и подобных ему:
После проведения калибровки, вы сможете быстро получать примерное значение абсолютной влажности для почвы, по которой проводилась калибровка.
Если у вас есть датчик влажности для ARDUINO, то вы можете откалибровать его подобным же образом и тогда полив станет очень точным под требования растения.
Примеры измерений откалиброванным прибором показаны в этом видео
Проанализируем результаты замеров.
Рекомендуемая влажность почвы для картофеля 60-80%. Если мы знаем, что НВ это 260г на 1 кг почвы, 80% от 260 это 208г воды на 1кг и это 208/1000=20% абсолютной влажности. 60% НВ это 16% АВ. Таким образом, для картофеля на этих конкретных почвах требуется АВ от 16% до 20%, что эквивалентно показаниям на приборе от 5 до 9.
Для картофеля при НВ 20% рост останавливается, а при более 80% начинается гниение.
В показанном примере в наиболее сухих местах прибор показал значение 2, что соответствует примерно 10% АВ. 20% НВ это 5% АВ, так что рост еще не остановился, но воды уже критически мало и ожидать большой урожай без полива не приходится. Урожай особенно сильно пострадает, если полив не будет произведен в момент интенсивного роста клубней.
Для огурцов рекомендуемый диапазон 75-90%. Прибор показал 7. Это примерно 16-20%. 75% НВ это 20% АВ. Таким образом, на следующий день после полива у посаженных огурцов влажность грунта была на минимальном допустимом уровне.
В теплицах под помидорами показания приборы были 4-6, что означает 15-20% АВ. Для томатов рекомендуется около 80% НВ, что для этой почвы эквивалентно 20% АВ. Казалось бы, томаты политы автоматической системой нормально. Однако, здесь надо внести поправку на грунт. В теплицах грунт несколько другой, более насыщен органикой, поэтому его значение НВ должно быть больше, а значит и влажно по НВ скорее всего окажется ниже 20%. Поэтому полив был увеличен. Но правильным было бы провести отдельную калибровку для этого грунта.
Дальнейший рост растений и урожай подтвердил все указанные измерения. Таким образом, даже дешевый и неточный инструмент при должной калибровке может быть надежным подспорьем в уходе за растениями.
Источник
Способ определения наименьшей влагоемкости при проведении комплексных изысканий черноземных и каштановых почв
Владельцы патента RU 2717499:
Изобретение относится к области мелиорации земель и предназначено для определения наименьшей влагоемкости (НВ) черноземных и каштановых почв степного и сухостепного типа почвообразования. В способе в пределах рассматриваемого почвенного профиля послойно инструментально определяют значения наименьшей влагоемкости почвы (WНВ)i,оп, % МСП, содержания в почве глинистых частиц (Wг)i, % МСП, плотности сложения почвенных слоев или горизонтов (γi, т/м 3 ), содержания в почве гумуса (gгум)i, %, мощности перегнойно-аккумулятивного слоя hгум, м. Дополнительно послойно определяют значения наименьшей влагоемкости ((WНВ)i,рас, % МСП) аналитическим расчетом по эмпирической зависимости:
где — средняя по почвенному профилю плотность сложения почвы, т/м 3 . Итоговое значение наименьшей влагоемкости почвы (WНВ)i определяют по зависимости: . Способ позволяет снизить трудозатраты при определении наименьшей влагоемкости черноземных и каштановых почв степного и сухостепного типа почвообразования при проведении комплексных почвенных изысканий без потери точности измерения. 2 табл.
Изобретение относится к области мелиорации земель и предназначено для определения значений наименьшей влагоемкости черноземных и каштановых почв степного и сухостепного типа почвообразования.
Известен способ определения наименьшей (синонимы: предельная, общая, полевая) влагоемкости (НВ) почвы методом заливаемых площадок, включающий выбор площадки в поле на типичном для нее участке размером 1×1 м или 2×2 м, обвалование площадки двойным кольцом уплотненных земляных валиков или рамок из досок или полосового железа высотой 20-30 см, выравнивание поверхности площадки и заливки ее водой заранее рассчитанного количества до полного насыщения (с учетом глубины исследуемого почвенного профиля и содержащихся в нем запасов воды), закрытие клеенкой, полиэтиленовой пленкой или толем, а сверху еще полуметровым слоем соломы или почвы для предотвращения испарения влаги или дополнительного поступления ее при выпадении осадков до тех пор, пока не стечет гравитационная вода (Практикум по почвоведению / Под редакцией И.С. Кауричева. — М.: Колос, 1980. — 272 с.).
После окончания впитывания воды в почву через 1; 3 и 10 суток (Практикум по почвоведению / Под редакцией И.С. Кауричева. — М.: Колос, 1980. — 272 с.; Козлова, А.А. Учебная практика по физике почв / А.А. Козлова. — Иркутск: Изд-во Иркутского гос. ун-та, 2009. — 81 с.) или 1; 3; 10 и 20 суток (Ревут, И.Б. Физика почв / И.Б. Ревут. — Л.: Колос, 1964. — 319 с.) влажность в слое 0-5 см, а по нижележащим слоям — через каждые 10 см, определяют до тех пор, пока ее показатель по результатам трех последних измерений не приобретет постоянное значение. Это постоянное значение влажности принимают за наименьшую влагоемкость для данного слоя почвы. Такие же принципы заложены в методику определения наименьшей влагоемкости почвы и в более поздних работах (Вадюнина, А.Ф. Методы исследования физических свойств почвы / А.Ф. Вадюнина, З.А. Корчагина. — М: Агропромиздат, 1986. — 345 с.; Шеин, Е.Ф. Теория и методы физики почв / Е.Ф. Шеин, Л.О. Карпочевский. — М.: Изд-во «Гриф и К», 2007. — 616 с.).
К недостаткам известного способа относится нижеследующее.
1. Необходимо продолжительное время: 1-2 суток до полного впитывания воды в почву и 20-21 сутки после поглощения поданной на площадку воды (Ревут, И.Б. Физика почв / И.Б. Ревут. — Л.: Колос, 1964. — 319 с.), всего от 21 до 24 суток.
2. Необходимы значительные затраты ручного труда, связанные с устройством земляных валов, рытьем шурфов, траншей, проведением измерений влажности и др.
3. Для осуществления исследований НВ по известному способу необходимо большое количество воды, доставка которой к месту проведения исследований вызывает определенные трудности.
Известен способ ускоренного определения наименьшей влагоемкости почвы в полевых условиях (RU №2546167), принятый за прототип, включающий нарезку канавки вдоль площадки для определения влагоемкости почвы длиной 0,5-0,7 м, шириной 0,25-0,30 м на глубину расчетного слоя почвы. Затем канавку заливают водой, подают воду на площадку из канавки инфильтрацией на 7-14 см, освобождают канавку от воды через 30 минут после заливки водой. Закрывают канавку досками или металлическим листом, а прилегающую площадку в радиусе 1,0 м от середины канавки — полиэтиленовой пленкой, 20-сантиметровым слоем соломы и 20-сантиметровым слоем земли. Определяют влажность почвы в стенках канавки по слоям на исследуемую глубину через три, пять, семь суток в четырехкратной повторности до установления постоянной влажности, которая будет считаться ее наименьшей влагоемкостью (НВ). Воду для увлажнения почвы подают из канавки, нарезаемой сбоку от экспериментальной площадки, инфильтрацией одновременно по всем слоям.
К недостаткам принятого за прототип способа определения наименьшей влагоемкости почвы в полевых условиях относятся нижеследующие.
1 Так как известный способ является экспериментальным, а исследуемая среда — почва анизотропной как в пределах экспериментальной площадки, так и в пределах одного поля, то для достижения требуемой точности необходимо накопление значительного массива данных по исследуемой характеристике; на практике это выражается необходимостью заложения нескольких опытных площадок (3-5 и более повторностей опыта).
2. Для реализации способа, принятого за прототип, необходимы значительные затраты ручного труда, связанные с рытьем канавок, перемещением воды, проведением измерений влажности и др. для обеспечения измерений на 3-5 опытных площадках.
Задачей изобретения является уменьшение количества закладываемых опытных площадок (повторностей опыта) при определении значений НВ черноземных и каштановых почв степного и сухостепного типа почвообразования без потери точности определения НВ.
Технический результат — снижение трудозатрат при определении НВ черноземных и каштановых почв степного и сухостепного типа почвообразования при проведении комплексных почвенных изысканий.
Указанный технический результат достигается предлагаемым способом определения наименьшей влагоемкости черноземных и каштановых почв степного и сухостепного типа почвообразования, который заключается в инструментальном послойном определении значений наименьшей влагоемкости почвы (WHB)i,оп на одной опытной площадке (в одной повторности опыта) способом ускоренного определения наименьшей влагоемкости почвы в полевых условиях (включающем нарезку канавки вдоль площадки для определения влагоемкости почвы длиной 0,5-0,7 м, шириной 0,25-0,30 м на глубину расчетного слоя почвы, заливку канавки водой, через 30 минут освобождение канавки от воды, укрытие канавки досками или металлическим листом, а прилегающую площадку в радиусе 1,0 м от середины канавки — полиэтиленовой пленкой, 20-сантиметровым слоем соломы и 20-сантиметровым слоем земли, определении влажности почвы в стенках канавки по слоям на исследуемую глубину через три, пять, семь суток до стабилизации значения влажности почвы, которая будет считаться ее опытно установленным значением наименьшей влагоемкости (WHB)i, оп, % МСП); в инструментальном в общепринятом порядке установлении в пределах рассматриваемого почвенного профиля послойных значений содержания в почве глинистых частиц — (Wг)i, % МСП, плотности сложения почвенных слоев или горизонтов — γi, т/м 3 , содержания в почве гумуса — (gгум)i, % и мощности гумусированной почвенной толщи -hгум, м; отличающийся тем, что дополнительные повторности опыта по определению наименьшей влагоемкости заменяются определением послойных ее значений ((WHB)i, % МСП) аналитическим расчетом по эмпирической зависимости:
где (WHB)i, рас — наименьшая влагоемкость i-го слоя почвы, % МСП;
(gгум)i — содержание гумуса в i-м слое почвы, %;
(Wг)i — содержание физической глины в i-м слое почвы, % МСП;
γi — плотность сложения почвы в i-м слое почвы, т/м 3 ;
— средняя по почвенному профилю плотность сложения почвы, т/м 3 ;
hгум — мощность перегнойно-аккумулятивного слоя почвы, м;
и определением итогового значения НВ почвы
Преимуществом предложенного способа является сокращение затрат материальных и трудовых ресурсов при определении НВ черноземных и каштановых почв в 3-5 раз в процессе комплексных исследований путем заложения только одного опыта по определению НВ почвы без потери точности измерения.
Работоспособность предложенного способа и точность определения значений наименьшей влагоемкости (WHB)i в сравнении с известным способом проиллюстрирована примером их сопоставления. Комплексное определение характеристик почвы по известному способу проводились на трех опытных площадках (т.е. в трехкратной повторное™ опыта) в пределах одного поля бывшей Персиановской ОМС НИМИ (Октябрьский район Ростовской области). Итоговое значение наименьшей влагоемкости для исследуемой почвы по известному способу принимается равным среднему между полученными по трем опытным площадкам (таблица 1).
Результаты определения наименьшей влагоемкости по предложенному способу для каждого опытного участка и их сопоставление с полученными данными по известному способу приведены в таблице 2.
Судя по данным таблицы 2, отклонения определенных по предлагаемому способу послойных значений наименьшей влагоемкости (WHB)i от определенных по известному способу не превышают 5,1%, а сред непрофильных 2,1%. Указанное обстоятельство свидетельствует о приемлемости предложенного способа для практического использования без потери точности определения наименьшей влагоемкости черноземных и каштановых почв степного и сухостепного типа почвообразования.
Способ определения наименьшей влагоемкости при проведении комплексных изысканий черноземных и каштановых почв степного и сухостепного типа почвообразования, заключающийся в инструментальном в пределах рассматриваемого почвенного профиля послойном определении значений наименьшей влагоемкости почвы ((WНВ)i,оп, % МСП), содержания в почве глинистых частиц ((Wг)i, % МСП), плотности сложения почвенных слоев или горизонтов (γi, т/м 3 ), содержания в почве гумуса ((gгум)i, %), отличающийся тем, что также послойно определяется мощность перегнойно-аккумулятивного слоя hгум, м, дополнительно послойно определяются значения наименьшей влагоемкости ((WНВ)i,рас, % МСП) аналитическим расчетом по эмпирической зависимости:
где 
— средняя по почвенному профилю плотность сложения почвы, т/м 3 , и определением итогового значения наименьшей влагоемкости почвы (WНВ)i по зависимости:
Источник