Водоудерживающая способность почв водопроницаемость

ВОДНЫЕ СВОЙСТВА ПОЧВ

Водные свойства это совокупность свойств почвы, определяющих поведение почвенной влаги в ее профиле. К ним относят водопроницаемость, водоподъёмную способность и водоудерживающую способность.

В о д о п р о н и ца е м о с т ь — способность почвы впитывать и пропускать через себя воду, поступающую на ее поверхность. В процессе передвижения воды го профилю почвы выделяют два этапа: впитывание и фильтрацию. Впитывание представляет собой передвижение воды в ненасыщенной влагой почве под действием силы тяжести, капиллярного и сорбционного рассасывания. Поэтому впитывание происходит не только в нисходящем направлении, но и частично направлено в стороны от места появления свободной влаги. В процессе впитывания происходит последовательное заполнение свободных пор передвигающейся водой. Фильтрация — нисходящее, фронтальное передвижение воды в почве, полностью насыщенной влагой, под действием силы тяжести и градиента напора. Границей между впитыванием почв и фильтрацией считают момент установления постоянной скорости нисходящего перемещения влаги.

В природных условиях фильтрация происходит нечасто: при выпадении большого количества осадков, снеготаянии, орошении с высокими нормами воды, например при возделывании риса. В большинстве же случаев имеет место процесс инфильтрации — просачивание поверхностной влаги в почву, происходящее преимущественно по крупным порам, ходам корней и почвенных животных, реликтовым и деформационным трещинам. В результате инфильтрации происходит неравномерное проникновение воды в глубь почвенного профиля (рис. 41). Если

почва имеет большую трещиноватость и преимущественно крупную некапиллярную пористость, то наряду с впитыванием происходит «проваливание» воды в нижние горизонты почвенного профиля. Такая влага расходуется преимущественно непродуктивно, поскольку легко теряется по этим пустотам в процессе физического испарения или уходит за пределы почвенного профиля. Так, при поливах «провальная» вода достигает верховодки или грунтовых вод и способствует их подъему, что приводит к заболачиванию или засолению почв.

Водопроницаемость зависит от гранулометрического состава почв, их структурного состояния и физико-химических свойств. Почвы легкого гранулометрического состава (пески, супеси) благодаря наличию крупных некапиллярных пор отличаются высокой водопроницаемостью. Хорошей водопроницаемостью характеризуются суглинистые и глинистые почвы с водопрочной комковато-зернистой структурой. В бесструктурных суглинистых и особенно глинистых почвах водопроницаемость очень низкая. В почвах, содержащих обменный натрий, водопроницаемость существенно снижается. При высоком содержании в ППК обменного натрия почва сильно набухает и становится практически водонепроницаемой.

Водопроницаемость измеряется объемом воды, который проходит через единицу площади поперечного сечения в единицу времени. Этот показатель довольно динамичный и заметно варьирует как по профилю почв, так и пространственно Водопроницаемость почв тяжелого гранулометрического состава оценивают по шкале, предложенной А.А.Качинским. Если почва пропускает за 1 ч более 1000 мм воды при ее напоре 5 см и температуре 10 0 С, то водопроницаемость провальная, от 1000 до 500 излишне высокая, от 500 до 100 — наилучшая от 100 до 70 — хорошая, от 70 до 30 — удовлетворительная, Менее 30 мм — неудовлетворительная
В районах с большим количеством осадков низкая водопроницаемость почв служит причиной их переувлажнения а при наличии уклона местности — формирования поверхностного стока и развития эрозии. Когда же водопроницаемость очень высокая в корнеобитаемом слое почвы не происходит накопления запаса влаги, необходимого для нормального развития растений, а в орошаемом земледелии имеют место большие потери поливной воды, теряющейся на фильтрацию и пополняющей грунтовые воды.

Водоподъемная способность — свойство почвы вызывать восходящее передви-жение содержавшейся в ней влаги за счет капиллярных сил. Высота подъема воды в почвах о скорость ее передвижения зависят в основном от их гранулометрического состава, структурного состояния и пористости. В общих чертах высота капиллярного поднятия воды возрастает по мере уменьшения диаметра капиллярных пор. Поэтому водоподъёмная способность песчаных почв составляет 0,5-1,0 м, супесчаных — 1,0-1,5 м, суглинистых – 3-4, лёссовидных пород – 4-5 м. В бесструктурных глинистых почвах, несмотря на наиболее мелкий размер капилляров по сравнению с почвами иного гранулометрического состава, водоподъемная способность снижается, поскольку капилляры заполнены преимущественно связанной водой.

Благодаря водоподъемной способности почв растения дополнительно снабжаются влагой, поступающей из грунтовых вод. Это особенно важно в засушливых регионах. Однако при близком залегании грунтовых вод к поверхности может произойти заболачивание, а когда они минерализованные — засоление почв.
Водоудерживающая способность — свойство удерживать от стекания воду, содержащуюся в ней, под влиянием силы тяжести сорбционными и капиллярными силами. Количественно водоудерживающую способность почвы характеризует ее влагоемкость.

В л а г о е м к о с т ь п о ч в ы — наибольшее количество воды, которое способна удержать почва теми или иными силами. В зависимости от сил, удерживающих влагу в почве, выделяют пять видов влагоемкости.

Максимальная адсорбционная влагоемкость (МАВ — наибольшее количество прочносвязанной воды. удерживаемое сорбционными силами. В почвенной практике эту величину используют редко. Гораздо более важное практическое значение имеют показатели гигроскопической влажности и максимальной гигроскопической влажности.

Даже в почве, высушенной до воздушно-сухого состояния, всегда содержится некоторое количество влаги вследствие сорбции из воздуха паров воды почвенными частицами. Способность почвы сорбировать парообразную воду называют гигроскопичностью, а влагу, поглощённую таким путём, — гигроскопической.

Содержание гигроскопической воды в почве зависит от ее свойств и относительной влажности воздуха. Чем тяжелее гранулометрический состав почвы, чем больше в ней содержится органических и минеральных коллоидов и чем сильнее насыщен воздух, е которым соприкасается почва, водяными парами, тем выше ее гигроскопическая влажность.

Почва способна поглощать парообразную воду из воздуха вплоть до его полного насыщения парами воды. Предельное количество парообразной влаги, которое может быть поглощено почвой при относительной влажности воздуха, близкой к 100%, называют максимальной гигроскопической влажностью.

В отличие от гигроскопической влажности максимальная гигроскопическая влажность для каждой конкретной почвы величина постоянная и зависит от ее свойств, в первую очередь от гранулометрического состава и содержания гумуса. В малогумусных песчаных и супесчаных почвах максимальная гигроскопическая влажность составляет 0,1-1,0%, в суглинистых и глинистых почвах с высоким содержанием гумуса 10-15%, в торфяных почвах – 30-50%. С помощью этого показателя находят влажность завядания растений и рассчитывают запас недоступной влаги в почве.

Максимальная молекулярная влагоемкость (ММВ) — наибольшее количество рыхлосвязанной (плёночной) воды, удерживаемой силами молекулярного притяжения на поверхности почвенных частиц. Эта величина зависит в основном от гранулометрического состава почв. В глинистых почвах она достигает 25-30% и на 70-75% заполняет поровое пространство, уменьшая таким образом содержание свободной влаги и воздуха. В песчаных почвах ММВ не превышает 2-5%. Увеличение запасов воды в почве сверх ММ В сопровождается появлением подвижной капиллярной или даже гравитационной воды.

Максимальная молекулярная влагоемкость — важная почвенно-гидрологическая характеристика. При сопоставлении фактической влажности почвы с ММВ можно установить наличие или отсутствие в почве доступной для растений влаги. Поскольку влажность завядания обычно на 2-3% ниже ММВ, то при влажности почвы, соответствующей ММВ, запасы доступной растениям воды настолько малы, что уже не удовлетворяют их потребности. При этом наблюдается угнетение растений, они отстают в росте, а в жаркие периоды сбрасывают листья и цветки. В то же время необходимо учитывать, что величина ММВ не является константой, хотя она и характеризует состояние пониженной подвижности почвенной влаги.
Предельно-полевая влагоемкость (ППВ) — наибольшее количество воды, которое может удержать почва после стекания гравитационной влаги при глубоком залегании грунтовых вод. Синонимы предельно-полевой влагоемкости — наименьшая влагоемкость (НВ) и полевая влагоемкость (ПВ).

Предельно-полевая влагоемкость — важнейшая характеристика водных свойств почвы, При влажности почвы, соответствующей ППВ, вся система капиллярных пор заполнена водой, благодаря чему создаются оптимальные условия влагообеспеченности растений.

Эта величина зависит от содержания гумуса, оструктуренности и гранулометрического состава почвы. В тяжелых по гранулометрическому составу хорошо оструктуренных почвах с высоким содержанием гумуса ППБ достигает 40-50%, в малогумусных песчаных – 5-10%. Оценка ППВ различных по гранулометрическому составу почв приведена в таблице 74.

Капиллярная влагоемкость (КВ) — максимальное количество капилллярно-подпертой влаги, которое содержится в слое почвы, находящемся в пределах капиллярной каймы. Чем ближе слой почвы к зеркалу грунтовых вод, тем выше его капиллярная влагоемкость. В нижней части капиллярной каймы практически все поры заполнены водой. На верхней границе каймы КВ равна ППВ.

Полная влагоемкость (ПВ) — наибольшее количество влаги, которое содержится в почве при условии полного заполнения всех пор водой. Но полного заполнения всех пор водой не происходит, поскольку в почве всегда присутствует так называемый защемленный воздух, на долю которого приходится до 10% от общей пористости. При полной влагоемкости в почве содержится максимально возможное количество всех форм влаги: прочно- и рыхлосвязанной, капиллярной и гравитационной, поэтому ПВ характеризует водовместимость почвы.

Источник

Научная электронная библиотека

3. Водные свойства почв

Важнейшими водными свойствами почв являются водоудерживающая способность, водопроницаемость и водоподъемная способность.

Водоудерживающая способность – свойство почвы удерживать то и иное количество воды, обусловленное действием сорбционных и капиллярных сил.

Сорбция воды (способность поглощать влагу) тем сильнее проявляется в почве, чем больше ее дисперсность. Сорбция зависит от механического, минералогического и химического состава почвы, а также ее гумусированности. Различают хемосорбцию, сорбцию парообразной воды и адсорбцию жидкой влаги.

Хемосорбция протекает при образовании новых соединений почвы, в состав которых входят молекулы воды. Энергия поглощения при хемосорбции исключительно велика, и сорбированная влага закрепляется весьма прочно.

Почва из всех газов и паров, соприкасающихся с ее частицами, независимо от парциального давления наиболее интенсивно поглощает пары воды, так, как они лучше других «смачивают» почву и тем самым максимально уменьшают свободную энергию твердых частиц.

Способность почвы адсорбировать водяные пары из воздуха и прочно удерживать парообразную влагу на поверхности своих частиц называется гигроскопичностью, а поглощенная влага – гигроскопической. Содержание гигроскопической воды в почве зависит от механического и химического состава почвы, а также от относительной влажности воздуха.

Влагоемкость – количество воды, характеризующее водоудерживающую способность почвы. В зависимости от сил, удерживающих влагу в почвах, различают максимальную адсорбционную, капиллярную, наименьшую (предельную полевую) и полную влагоемкости.

Максимальная адсорбционная влагоемкость – наибольшее количество прочносвязанной воды, удерживаемое сорбционными силами.

Капиллярная влагоемкость – максимальное количество влаги, удерживаемой над уровнем грунтовых вод капиллярными (менисковыми) силами. Она выражается в процентах от массы или объема почвы. Величина капиллярной влагоемкости, помимо мощности слоя, зависит от того, на какой высоте от зеркала грунтовых вод находится слой почвы: чем меньше эта высота, тем больше капиллярная влагоемкость. Величина ее обусловлена общей и капиллярной пористостью, а также плотностью почвы.

С капиллярной влагоемкостью связано важное в агрономической практике понятие капиллярной каймы – слоя подпертой влаги между уровнем грунтовых вод и верхней границей фронта смачивания почвы.

Наименьшая влагоемкость соответствует такой влажности, которая сохраняется в почвогрунте, не испытывающем капиллярного подтока влаги после стекания избыточной воды, поступающей к поверхности почвы. Это максимальное количество воды, фактически удерживаемое почвой в природных условиях в состоянии равновесия, когда устранено испарение и дополнительный приток воды. Величина наименьшей влагоемкости зависит от механического, минералогического и химического состава почвы, ее плотности и пористости.

Когда в почве все поры заполнены водой, наступает состояние увлажнения, называемое полной влагоемкостью, или водовместимостью. При полной влагоемкости влага в почве, находящаяся в крупных промежутках между твердыми частицами, непосредственно удерживается зеркалом грунтовых вод или водоупорным слоем. Практически в почвах, насыщенных водой до состояния полной влагоемкости, 5–8 % порового пространства заполнено «защемленным воздухом».

Водопроницаемость – способность почвы воспринимать и пропускать через себя воду. Водопроницаемость почвы измеряется объемом воды, протекающем через единицу площади поперечного сечения в единицу времени.

Водоподъемная способность – свойство воды вызывать капиллярный подъем влаги. Благодаря капиллярным явлениям и водоподъемной способности почв грунтовые воды оказывают большое влияние на почвообразование и развитие агрономических свойств почв. Грунтовые воды могут ухудшать плодородие почв (переувлажнение, засоление и др.).

Источник

Водные свойства и водный режим почв

Вода в почве — один из важнейших факторов плодородия и урожайности растений. В почвенных процессах, в создании агрономически важных свойств почвы она играет значительную и разностороннюю роль. Эта роль определяется особым положением воды в природе.

Вода – это особая физико-химическая весьма активная система, обеспечивающая перемещение веществ в пространстве. С содержанием воды в почве связаны скорость выветривания и почвообразования, гумусообразование, биологические, химические и физико-химические процессы.

В воде растворяются питательные вещества, которые из почвенного раствора поступают в растения. Поскольку при испарении воды затрачивается огромное количество тепла, вода является и терморегулятором почвы и растений, предохраняя их от перегрева солнечной радиацией.

Вода поступает в почву в виде атмосферных осадков, грунтовых вод, при конденсации водяных паров из атмосферы, при орошении. Главным источником воды в почве в условиях неорошаемого земледелия являются атмосферные осадки.

Содержание влаги в процентах к массе абсолютно сухой почвы (высушенной при 105 °С) характеризует влажность почвы. Ее можно также выразить в процентах объема почвы (в м 3 /га, мм или т/га).

В составе растений содержится 80—90 % воды. В процессе своей жизнедеятельности они тратят огромное ее количество. Для создания 1 г сухого вещества требуется от 200 до 1000 г воды. При недостатке воды в почве формируются неустойчивые и низкие урожаи сельскохозяйственных культур.

Водообеспеченность растений зависит не только от количества поступающей воды в почву, но и от ее водных свойств. При равной абсолютной влажности почвы могут содержать разное количество доступной воды, что обусловлено гранулометрическим составом почв, структурным состоянием, содержанием гумуса и другими показателями, определяющими их водные свойства.

Познание закономерностей поведения почвенной влаги, процессов водопотребления растениями, водных свойств и водного режима имеет большое значение для управления и оптимизации водного режима с целью получения высоких и устойчивых урожаев сельскохозяйственных культур.

В изучение закономерностей взаимосвязей между водой, почвой и растением большой вклад внесли А. А. Измаильский, Г. Н. Высоцкий, П. С. Коссович. Основы учения о водных свойствах почв и водных режимах изложены в трудах А. Ф. Лебедева, С. И. Долгова, А. Н. Роде, Н. А. Качинского и других ученых.

Категории (формы) почвенной воды, их характеристика и доступность растениям

Вода в почвах неоднородна. Разные ее количества имеют неодинаковые физические свойства:

термодинамический потенциал,
теплоемкость,
плотность,
вязкость,
химический состав,
осмотическое давление

Обусловленные взаимодействием молекул воды между собой и с другими фазами почвы (твердой, жидкой, газообразной).

Количества почвенной воды, обладающие одинаковыми свойствами, получили название категорий или форм почвенной воды.

Согласно классификации, разработанной А. А. Роде (1965), в почвах различают пять категорий (форм) почвенной воды:

твердую,
химически связанную,
парообразную,
сорбированную,
свободную.

Твердая вода

Твердая вода — лед. Эта категория воды является потенциальным источником жидкой и парообразной воды. Появление воды в форме льда может иметь сезонный (сезонное промерзание почвы) или многолетний («вечная» мерзлота) характер. Лед переходит в жидкое и парообразное состояние при температуре воды выше 0°С.

Химически связанная вода

Химически связанная вода входит в состав химических соединений (минералов) в виде гидроксильной группы — так называемая конституционная вода [Fe(OH)₃, А1(ОН)₃] или целыми молекулами — кристаллизационная вода (CaSO • 2Н₂О, Na₂SO₄ • 10Н₂О).

Конституционную воду удаляют из почвы прокаливанием при температуре 400—800 ˚С, кристаллизационную — при нагревании почвы до 100—200 °С.

Химически связанная вода —важный показатель состава почвы.

Она входит в состав твердой фазы почвы и не является самостоятельным физическим телом, не передвигается, не обладает свойствами растворителя и недоступна растениям.

Парообразная вода

Парообразная вода содержится в почвенном воздухе, в порах, свободных от воды, в форме водяного пара. Парообразная влага может передвигаться вместе с током почвенного воздуха, а также диффузно из мест с большей упругостью водяного пара в места с меньшей упругостью.

Несмотря на то что общее количество парообразной воды не превышает 0,001 % массы почвы, она играет большую роль в перераспределении почвенной влаги и предохраняет корневые волоски растений от пересыхания.

Конденсируясь, пар переходит в жидкую воду. В почве парообразная влага передвигается от теплых слоев к более холодным. В связи с этим возникают восходящие и нисходящие сезонные и суточные потоки водяного пара. За счет восходящего передвижения водяного пара в зимнее время в метровом слое почвы засушливых районов аккумулируется до 10—14 мм влаги.

Сорбированная вода

Физически связанная, или сорбированная, вода образуется путем сорбции парообразной и жидкой воды на поверхности твердых частиц почвы. Физически связанную воду в зависимости от прочности связи с твердой фазой почвы подразделяют на прочносвязанную и рыхлосвязанную (пленочную).

Прочносвязанная (гигроскопическая) вода образуется в результате адсорбции молекул воды из парообразного состояния на поверхности твердых частиц почвы. Свойство почвы сорбировать парообразную воду называют гигроскопичностью почв, а сорбированную воду — гигроскопической. Прочносвязанная гигроскопическая вода удерживается на поверхности почвенных частиц очень высоким давлением, образуя вокруг почвенных частиц тончайшие пленки.

По физическим свойствам гигроскопическая вода приближается к твердым телам. Она обладает высокой плотностью (1,5-1,8 г/см 3 ), низкой электропроводностью, не растворяет вещества, отличается повышенной вязкостью, замерзает при температуре от -4 до -78 °С, недоступна растениям.

Предельное количество воды, которое может быть поглощено почвой из парообразного состояния при относительной влажности воздуха, близкой к 100 %, называют максимальной гигроскопической (МГ) водой. При влажности почвы, равной МГ, толщина пленки из молекул воды достигает 3-4 слоев.

Величины гигроскопичности и МГ зависят от гранулометрического и минералогического составов, содержания гумуса. Чем больше в почве илистой, особенно коллоидной фракции и гумуса, тем выше гигроскопичность и МГ.

В минеральных слабогумусированных песчаных и супесчаных почвах максимальная гигроскопичность колеблется от 0,5 до 1 %. В сильногумусированных суглинистых и глинистых почвах максимальная гигроскопичность может составлять 15—16%, а в торфах – до 30-50 %.

Однако за счет поглощения парообразной воды сорбционные силы поверхности почвенных частиц не исчерпываются, даже если влажность почвы достигает максимальной гигроскопичности. При соприкосновении частиц почвы с водой происходит дополнительное ее поглощение и образуется рыхлосвязанная, или пленочная, вода.

Она удерживается почвенными частицами менее прочно, очень медленно передвигается от почвенных частиц с большей пленкой к частицам с меньшей пленкой. Толщина пленки достигает нескольких десятков молекул воды и может превышать величину максимальной гигроскопичности в 2—4 раза.

Пленочная влага имеет плотность несколько выше плотности свободной воды, обладает пониженной растворяющей способностью, замерзает при температуре -1,5…-4 °С, частично доступна для растений.

Свободная вода

Свободная вода — это вода, содержащаяся в почве сверх рыхлосвязанной. Она не связана силами притяжения с почвенными частицами. Различают две формы свободной воды в почве: капиллярную и гравитационную.

Капиллярная вода

Капиллярная вода находится в тонких капиллярных порах почвы и передвигается в них под влиянием капиллярных сил, возникающих на поверхности раздела твердой, жидкой и газообразной фаз. Эта вода наиболее доступна растениям.

В зависимости от характера увлажнения различают капиллярно-подвешенную и капиллярно-подпертую воду. При увлажнении почвы сверху атмосферными осадками или оросительными водами формируется капиллярно-подвешенная вода. При увлажнении почвы снизу за счет грунтовых вод в почве образуется капиллярно-подпертая вода. Зону капиллярного насыщения над грунтовой водой называют капиллярной каймой (КК).

Гравитационная вода размещается в крупных некапиллярных порах, свободно просачивается вниз по профилю под действием силы тяжести. Различают гравитационную воду просачивающуюся и влагу водоносных горизонтов. Последняя над водоупорным слоем образует почвенные и грунтовые воды, а также временный горизонт верховых вод.

Водные свойства почв

Основными водными свойствами почв являются водоудерживающая способность, водопроницаемость и водоподъемная способность.

Водоудерживающая 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 зависимости от того, в какой форме находится удерживаемая почвой влага, различают:

полную,
наименьшую,
капиллярную,
максимально-молекулярную влагоемкость.

Полная (максимальная) влагоемкость (ПВ), или водовместимость, — это количество влаги, удерживаемое почвой в состоянии полного насыщения, когда все поры (капиллярные и некапиллярные) заполнены водой.

Для почв нормального увлажнения состояние влажности, соответствующее полной влагоемкости, может быть после снеготаяния, обильных дождей или при поливе большими нормами воды. Для избыточно влажных (гидроморфных) почв состояние полной влагоемкости может быть длительным или постоянным.

При длительном состоянии насыщения почв водой до полной влагоемкости в них развиваются анаэробные процессы, снижающие ее плодородие и продуктивность растений. Оптимальной для растений считается относительная влажность почв в пределах 50-60 % ПВ.

Однако в результате набухания почвы при ее увлажнении, наличия защемленного воздуха полная влагоемкость не всегда точно соответствует общей пористости почвы.

Наименьшая влагоемкость (НВ) — это максимальное количество капиллярно-подвешенной влаги, которое способна длительное время удерживать почва после обильного ее увлажнения и свободного стекания воды при условии исключения испарения и капиллярного увлажнения за счет грунтовой воды.

При НВ в почве 55-75 % пор заполнено водой, создаются оптимальные условия влаго- и воздухообеспеченности растений. Величина НВ зависит от гранулометрического состава, содержания гумуса и сложения почвы. Чем тяжелее почва по гранулометрическому составу, чем больше в ней гумуса, тем выше ее наименьшая влагоемкость.

Очень рыхлая и сильноплотная почвы имеют меньшую влагоемкость (НВ), чем почвы средней плотности. Для суглинистых и глинистых почв величина НВ колеблется от 20 до 45 % абсолютной влажности почв. Наибольшие значения НВ характерны для гумусированных почв тяжелого гранулометрического состава с хорошо выраженной макро- и микроструктурой.

По мере испарения и потребления воды растения теряют сплошное заполнение водой капилляров, уменьшаются подвижность воды и доступность ее растениям.

Влажность, соответствующая разрыву капилляров, называется влажностью разрыва капилляров (ВРК).

Это гидрологическая константа почвы, характеризующая нижний предел оптимальной влажности. Для суглинистых и глинистых почв ВРК составляет 65—70 % НВ.

Максимальное количество капиллярно-подпертой влаги, которое может содержаться в почве над уровнем грунтовых вод, называется капиллярной влагоемкостью (KB).

Максимальная молекулярная влагоемкость (ММВ) соответствует наибольшему содержанию рыхлосвязанной воды, удерживаемой сорбционными силами или силами молекулярного притяжения.

При влажности, близкой к ММВ, растения обычно начинают устойчиво завядать, поэтому такую влажность называют влажностью завядания (ВЗ) или «мертвым», недоступным для растений запасом влаги в почве.

Для разных растений, а также разных периодов их роста (проростки или зрелые растения) влажность завядания будет неодинакова. Особенно чувствительны к критическому состоянию влажности почвы проростки.

Влажность завядания растений определяют методом проростков по С. И. Долгову или расчетным способом, используя процентное содержание воды в почве, равное максимальной гигроскопической влаге.

При этом учитывают, что отношение влажности завядания к максимальной гигроскопической влаге в разных почвах для разных растений колеблется от 1 до 3:

для незасоленных почв оно чаще составляет 1,3—1,5,
для засоленных — несколько выше.

Влажность завядания (в %) равна максимальной гигроскопической влажности (в%), умноженной на коэффициент 1,34 (по рекомендации гидрометеослужбы) или 1,5 (по рекомендации Н. А. Качинского):

Влажность завядания различается в зависимости от типа почв и гранулометрического состава (табл. 33 по данным Францессона).

Гранулометрический состав почв

ВЗ, % на абсолютно сухую почву

В торфяных почвах влажность завядания достигает 50 % массы абсолютно сухой почвы.

Влажность завядания представляет важнейшую гидрологическую константу. На основании данных ВЗ и общего содержания влаги в почве вычисляют запас продуктивной влаги, т. е. той влаги, которая доступна для растений и расходуется на формирование урожая.

Количество продуктивной влаги принято выражать в мм толщины водяного слоя. В таком виде запасы воды лучше сопоставлять с данными по осадкам. 1 мм воды на площади 1 га соответствует 10 т воды.

Запасы продуктивной влаги (в мм/га):

0,1 — коэффициент перевода запасов влаги из м 3 /га в мм водяного слоя;
d_v — плотность почвы, г/см 3 ;
h — мощность слоя почвы, см, для которого рассчитывается запас продуктивной влаги;
В — полевая влажность почвы, % на абсолютно сухую почву;
ВЗ— влажность завядания, % на абсолютно сухую почву.

Оптимальные запасы продуктивной влаги (по А. М. Шульгину) в метровом слое почвы в период вегетации растений находятся в среднем в пределах от 100 до 200 мм.

Как избыточная влажность (более 250 мм), так и недостаточная (менее 50 мм) отрицательно сказываются на развитии растений и их урожайности.

Водопроницаемость почв

Водопроницаемость почв — способность почв впитывать и пропускать через себя воду. Различают две стадии водопроницаемости: впитывание и фильтрацию.

Впитывание — это поглощение воды почвой и ее прохождение в не насыщенной водой почве.
Фильтрация (просачивание) — передвижение воды в почве под влиянием силы тяжести и градиента напора при полном насыщении почвы водой. Эти стадии водопроницаемости характеризуются соответственно коэффициентами впитывания и фильтрации.

Водопроницаемость измеряется объемом воды (мм), протекающей через единицу площади почвы (см 2 ) в единицу времени (ч) при напоре воды 5 см.

Величина эта очень динамична, зависит от гранулометрического состава и химических свойств почв, их структурного состояния, плотности, порозности, влажности.

В почвах тяжелого гранулометрического состава водопроницаемость ниже, чем в легких; присутствие в ППК поглощенного натрия или магния, способствующих быстрому набуханию почв, делает почвы практически водонепроницаемыми.

Оценку водопроницаемости почв проводят по шкале, предложенной Н. А. Качинским (1970).

Водопроницаемость (при напоре воды 5 см и температуре 10 °С, мм/ч)

где Е — суммарное испарение, или эвапотранспирация.

В зависимости от характера годового водного баланса по соотношению его составляющих — годовым осадкам и годовому испарению — формируются основные типы водного режима.

Отношение годовой суммы осадков к годовой испаряемости называют коэффициентом увлажнения (КУ). В разных природных зонах КУ колеблется от 3 до 0,1.

Для различных природных условий Г. Н. Высоцкий установил 4 типа водного режима:

промывной,
периодически промывной,
непромывной
выпотной.

Развивая учение Г. Н. Высоцкого, профессор А. А. Роде выделил 6 типов водного режима, разделив их на несколько подтипов:

Мерзлотный тип

Распространен в условиях многолетней мерзлоты. Мерзлый слой грунта водонепроницаем, является водоупором, над которым проходит надмерзлотная верховодка, которая обусловливает насыщенность водой верхней части оттаявшейпочвы в течение вегетационного периода.

Промывной тип

Промывной тип (КУ > 1). Характерен для местностей, где сумма годовых осадков больше испаряемости. Весь профиль почвы ежегодно подвергается сквозному промачиванию до грунтовых вод и интенсивному выщелачиванию продуктов почвообразования. Под влиянием промывного типа водного режима формируются почвы подзолистого типа, красноземы и желтоземы.

При близком к поверхности залегании грунтовых вод, слабой водопроницаемости почв и почвообразующих пород формируется болотный подтип водного режима. Под его влиянием формируются болотные и подзолисто-болотные почвы.

Периодически промывной тип

Периодически промывной тип (КУ = 1, при колебаниях от 1,2 до 0,8). Этот тип водного режима отличается средней многолетней сбалансированностью осадков и испаряемости. Для него характерны чередование ограниченного промачивания почв и пород в сухие годы (непромывные условия) и сквозное промачивание (промывной режим) во влажные.

Промывание почв избытком осадков происходит 1-2 раза в несколько лет. Такой тип водного режима присущ серым лесным почвам, черноземам оподзоленным и выщелоченным. Водообеспеченность почв неустойчивая.

Непромывной тип

Непромывной тип (КУ

Выпотной тип

Выпотной тип (КУ

Ирригационный тип

Ирригационный тип. Он создается при дополнительном увлажнении почвы оросительными водами. При правильном нормировании поливной воды и соблюдении оросительного режима водный режим почвы должен формироваться по непромывному типу с КУ, близким к единице.

Регулирование водного режима

Каждой почвенно-климатической зоне присущи те или иные типы водного режима почв, которые в зависимости от особенностей возделываемых культур требуют соответствующих мероприятий по его регулированию.

В таежно-лесной почвенно-климатической зоне и в других зонах, где наблюдается избыточное увлажнение почв, используют различные агротехнические приемы, направленные на отвод избыточной влаги из верхних горизонтов почвы:

грядкование и гребневание,
нивелировку микро- и мезопонижений.

При необходимости проводят осушение открытыми канавами, закрытым дренажем, обвалованием, кольматажем и другие мелиоративные приемы.

Избыточное увлажнение можно устранить созданием мощного, хорошо окультуренного пахотного слоя и рыхлением подпахотного горизонта, что обеспечивает повышение влагоемкости почвы и просачивание влаги в нижние слои. Эта влага в засушливые критические периоды вегетации служит дополнительным резервом для выращиваемых растений.

В таежно-лесной зоне иногда бывают засушливые годы, когда сельскохозяйственные культуры из-за недостатка продуктивной влаги резко снижают урожаи. Например, в Московской области из 100 лет 29 бывают засушливыми, 23 — избыточно влажными, 48 — нормальными. Поэтому даже в этой зоне в отдельные годы целесообразно накопление и сбережение влаги атмосферных осадков.

В зонах лесостепи и степи с неустойчивым и недостаточным увлажнением почв основные задачи по регулированию водного режима сводятся к накоплению, сохранению и продуктивному использованию влаги выпадающих осадков для поддержания необходимой обеспеченности возделываемых культур. В этих зонах большое значение приобретают мероприятия, направленные на ослабление поверхностного стока воды, снегозадержание, уменьшение физического испарения воды из почвы.

Важная роль принадлежит:

системе обработки почвы чистым паром,
борьбе с сорняками,
лесополосам.

Так, зяблевая обработка почвы, обеспечивая рыхлое строение пахотного слоя, способствует лучшему поглощению дождевых и талых вод, уменьшает поверхностный сток и снижает потери влаги на физическое испарение. Это улучшает влагообеспеченность сельскохозяйственных культур и повышает их урожай.

В засушливых районах Заволжья, Западной Сибири эффективны кулисные пары, способствующие увеличению запасов продуктивной влаги в метровом слое до 50 мм и более (Шульгин). Непроизводительные потери влаги на физическое испарение существенно уменьшаются при проведении весеннего боронования полей, а также при рыхлении поверхностных горизонтов почвы после дождей, предупреждающих образование корки.

Послепосевное прикатывание почвы изменяет плотность поверхностного слоя пахотного горизонта по сравнению с остальной его массой. Разность плотностей почвы обусловливает капиллярный подток влаги из нижележащего слоя и помогает возникновению конденсации водяных паров воздуха.

Применение минеральных и органических удобрений способствует более экономичному использованию влаги; водопотребление в расчете на 100 кг зерна снижается в среднем на 26 % (Листопадов, Шапошникова).

В овощеводстве для сохранения влаги широко применяют мульчирование почвы различными материалами.

В пустынно-степной и пустынных зонах основной способ регулирования водного режима — орошение.

При орошении особенно важно стремиться к уменьшению непродуктивных потерь воды для предотвращения вторичного засоления.

Оптимизация водно-физических свойств почв, их структурного состояния способствует улучшению влагообеспеченности растений в различных почвенно-климатических зонах.

Источник