Расчет запасов воды в почве. Оценка запасов влаги. Их значение для плодородия почв — География почв и земледелия в РФ

Расчет запасов воды в почве. Оценка запасов влаги. Их значение для плодородия почв - География почв и земледелия в РФ Реферат

Влияние способов обработки почвы на запасы почвенной влаги в учебно-опытном поле оренбургского гау

 ISSN 2304-9081

Учредители: Уральское отделение РАН Оренбургский научный центр УрО РАН

Бюллетень Оренбургского научного центра

УрО РАН

2021 * № 4

Электронный журнал On-line версия журнала на сайте http://www.elmag.uran.ru

© Коллектив авторов, 2021 УДК: 631.5

Ф.Г. Бакиров, Ю.М. Нестеренко, Д.Г. Поляков, А.В. Халин, Т.Н. Васильева

ВЛИЯНИЕ СПОСОБОВ ОБРАБОТКИ ПОЧВЫ НА ЗАПАСЫ ПОЧВЕННОЙ ВЛАГИ В УЧЕБНО-ОПЫТНОМ ПОЛЕ ОРЕНБУРГСКОГО ГАУ

Оренбургский научный центр УрО РАН, Отдел геоэкологии, Оренбург, Россия

Цель. Изучение влияния способов обработки почвы на запасы продуктивной влаги. Материалы и методы. Влажность почвы определялась термовесовым методом. Почвенные пробы отбирались почвенным буром на глубину до 1 м послойно через каждые 10 см на всех вариантах, в трехкратном повторении, в начале и в конце вегетационного периода.

Результаты. Выявлено, что при вспашке, плоскорезной и мелкой обработке в почве аккумулируется одинаковое количество влаги, а при отказе от осенней обработки происходит снижение запасов влаги на 110 м3/га.

Заключение. При исключении осенней механической обработки (нулевая) увеличивается плотность почвы и снижается её инфильтрующая способность, что приводит к уменьшению запасов влаги относительно вариантов с обработанной почвой.

Ключевые слова. Вспашка, плоскорезная обработка, мелкое рыхление, нулевая обработка, влажность почвы.

F.G. Bakirov, Y.M. Nesterenko, D.G. Polyakov, A.V. Halin, T.N. Vasilieva

INFLUENCE OF WAYS OF SOIL TREATMENT ON SOIL MOISTURE IN THE EXPERIMENTAL FIELD OF THE ORENBURG STATE AGRARIAN UNIVERSITY

Orenburg Scientific Center, UrB RAS (Department of Geoecology), Orenburg, Russia

Objective. Studying of influence of ways of soil treatment on the stocks of productive moisture.

Materials and methods. Soil moisture was determined weight method. Soil samples were taken by soil auger to a depth of 1 m in layers every 10 cm in all versions, in a triple repetition at the beginning and at the end of the vegetation period.

Results. It is revealed that when plowing, and shallow subsurface cultivator treatment in the soil is accumulated the same amount of moisture, and in case of refusal of autumn processing decreases the moisture supply to 110 m3/ha.

Conclusion. With the exception of the autumn machining (zero) increases the density of the soil and reducing the ability of the infil, which reduces moisture reserves relative to the variants with treated soil.

Keywords. Plowing, subsurface cultivator tillage, shallow tillage, zero tillage, soil moisture.

Введение

В засушливых районах почвенная влага является лимитирующим фактором, ограничивающим уровень урожайности сельскохозяйственных культур. В богарных условиях основным источником формирования запасов вла-

ги в корнеобитаемом слое почвы являются атмосферные осадки. Так, по данным Ю.М. Нестеренко [1] в центральной зоне Оренбуржья зависимость урожайности от количества атмосферных осадков зимне-летнего периода с 1951 по 1990 гг. составляет 0,80. В связи с этим одной из важнейших задач по повышению урожайности сельскохозяйственных культур в Оренбургской области является накопление осадков холодного периода года. Для этого учеными в разное время предлагался комплекс лесомелиоративных и агротехнических мер.

Еще более века назад В.В. Докучаев, П.А. Костычев, А.А. Измаильский, П.А. Тимирязев и др. стремились раскрыть причины низких урожаев в степной зоне и найти пути действенной борьбы с недостатком влаги в почве.

В.В. Докучаев [2] утверждал, что одна из главных задач земледелия черноземной зоны — максимальное использование влаги недостаточно и нерегулярно выпадающих осадков. Для борьбы с засухой он предложил проведение лесомелиоративных работ, которые улучшат климатические условия и ослабят вредное воздействие суховеев. П.А. Костычев [3] пришел к выводам, что такие агротехнические мероприятия, как пожнивное лущение, зяблевая вспашка, снегозадержание, борьба с сорняками и ранневесеннее боронование способствуют накоплению влаги в почве. А.А. Измаильский [4] считал, что необходимой мерой борьбы с действием засухи являются накопление и сбережение влаги путем улучшения физических свойств почвы.

Таким образом, уже более столетия назад была обозначена проблема сохранения и накопления почвенной влаги и предложены пути ее решения. Однако из-за высоких непродуктивных потерь влаги эта проблема и по сей день привлекает внимание множества исследователей.

Некоторые исследователи [5-8] сообщают о положительной роли глубокой отвальной обработки в накоплении в почве влаги осенне-зимних осадков. Это, по их мнению, происходит в результате интенсивного рыхления пахотного слоя и, вследствие этого, значительного увеличения его водопроницаемости. Другие авторы [9, 10] отстаивают точку зрения о равноценности поверхностных плоскорезных и нулевых обработок по наполнению метрового слоя продуктивной влагой.

Позитивная роль безотвального рыхления для сохранения и повышения содержания влаги в почве показана в опытах В.А. Гулидова [11] на черно-

земных почвах и А.И. Шабаева [12] на каштановых почвах. По данным ряда исследователей [13-15] мелкие и нулевые обработки в годы с небольшим количеством осадков в осенне-зимние периоды не уступают глубоким обработкам по накоплению влаги в метровом слое почвы, а во влажные — снижают запасы на 25-27 мм.

Выше изложенное свидетельствует о неоднозначности и противоречивости выводов по использованию ресурсов влаги, при этом среди всех предлагаемых мер наиболее эффективным способом накопления влаги является обработка почвы. Но и в этом вопросе нет единого мнения среди ученых.

В попытке решить эту проблему нами проведены многолетние исследования по изучению влияния способов обработки почвы на аккумулирование позднелетних осадков (вторая декада августа-третья декада сентября), осадков холодного периода года (октябрь-март) и весенних дождей (апрель).

Материалы и методы

Стационарный опыт проведен в учебно-опытном хозяйстве Оренбургского государственного аграрного университета (ОГАУ), размещённом в 15 километрах восточнее г. Оренбурга на правом берегу реки Урал на юго-восточной окраине Оренбургского Предуралья. Территория хозяйства расположена в основании очень пологого склона Урало-Сакмарского водораздела. Уклон не превышает 0,5-1,1° и направлен на юго-восток к террасе р. Урал.

В зернопаропропашном и зернопаровом севооборотах исследовано влияние вспашки, плоскорезного рыхления, мелкой и «нулевой» обработок на накопление продуктивной влаги в осенне-зимне-весенний период, ко времени сева.

Влажность почвы определялась термовесовым методом [8]. Почвенные пробы отбирались почвенным буром на глубину до 1 м послойно через каждые 10 см на всех вариантах, в трехкратном повторении, в начале и в конце вегетационного периода.

Результаты и обсуждение

Исследования показали, что в первой ротации севооборота все изучаемые способы бесплужной обработки почвы оказались равноценными вспашке по наполнению метрового слоя продуктивной влагой (табл. 1). Аналогичный результат был получен и во второй ротации зернопарового севооборота, за исключением «нулевой», когда в результате исключения осенней механи-

ческой обработки почвы запасы влаги уменьшились на 10.. .13 мм в сравнении с другими вариантами.

Таблица 1. Запасы продуктивной влаги в метровом слое чернозёма южного учебно-опытного поля ОГАУ во время посева яровых ранних культур, мм.

Способ обработки Севооборот В среднем за две ротации, мм

зернопаропропашной (в среднем за 7 лет) зернопаровой (в среднем за 5 лет)

Вспашка 129 127 128

Плоскорезное рыхление 132 127 129

Мелкое рыхление 131 125 128

Нулевая (без осенней обработки) 128 106 117

В итоге в среднем за две ротации все варианты с обработкой почвы накопили одинаковое количество влаги, и только на варианте с «нулевой» обработкой запасы уменьшились на 11 мм по сравнению со вспашкой.

Основной причиной уменьшения запасов влаги при отсутствии основной обработки почвы, на наш взгляд, является уплотнение почвы на этом варианте (табл. 2).

Таблица 2. Динамика плотности чернозёма южного под посевами яровой твёрдой пшеницы в зависимости от способов основной обработки (1991-1993 гг.)

№ варианта Способ и глубина (см) обработки -5 Средняя плотность почвы по слоям, г/см

сразу после посева во время уборки

0-10 10-20 20-30 0-30 0-10 10-20 20-30 0-30

1 2 3 4 В 20-22 П 20-22 П 10-12 Нулевая 1.07 1.04 1.08 1.05 1,12 1,16 1,19 1,21 1,22 1,22 1,24 1,24 1,12 1,14 1,17 1,17 1.09 1.10 1,12 1,13 1,18 1.19 1.20 1,22 1,21 1,22 1,24 1,23 1,16 1,17 1,19 1,19

Примечание: В — вспашка; П — плоскорезная обработка.

Другая причина — отторжение соломенной мульчи с полей, поскольку в виду отсутствия на тот момент на комбайне устройства для измельчения и разбрасывания соломы, она вывозилась с поля. Очевидно, стерни, которая оставалась на поле после уборки предшественника (в нашем случае предшественником для яровой твёрдой пшеницы была озимая пшеница), было не достаточно для удержания воды в почве.

Заключение

Полученные результаты в период проведения исследования свидетельствуют о равнозначности влияния изучаемых способов обработки почвы на накопление продуктивной влаги в метровом слое почвы. При исключении осенней механической обработки (нулевая) увеличивается плотность почвы и снижается её инфильтративная способность, что приводит к уменьшению запасов влаги относительно вариантов с обработанной почвой.

ЛИТЕРАТУРА

1. Нестеренко Ю.М. Водная компонента аридных зон: экологическое и хозяйственное значение. Екатеринбург: УрО РАН, 2006. 286 с.

2. Докучаев В.В. Наши степи прежде и теперь. М.: Сельхозгиз, 1936. 119 с.

3. Костычев П.А. О борьбе с засухами в Черноземной области посредством обработки полей и накопления снега. Избр. Труды. М.: Изд-во АН СССР, 1951: 450-530.

4. Измаильский А.А. Как высохла наша степь. М.: ОГИЗ-СЕЛЬХОЗГИЗ, 1937. 81 с.

5. Боголепов С.В., Мушинская Р. С. Плоскорезная основная обработка почвы. Уральские Нивы. 1983. 3: 23-26.

6. Витер А.Ф. Изменение плодородия черноземов при их обработке. Ресурсосберегающие системы обработки почвы: сб. науч. тр.; под ред. академика ВАСХНИЛ И.П. Макарова. М.: Агропромиздат, 1990: 123-129.

7. Иванов П.К. О системе обработки почв в Поволжье. Ветровая эрозия и плодородие почв. М.: Колос, 1976: 156-168.

8. Котоврасов И.П. Влияние механической на плодородие мощного малогумусного чернозема в лесостепи Украины. Минимализация обработки почвы: сб. науч. тр. под ред. член-корр. ВАСХНИЛ И.П. Макарова. М.: Колос, 1984: 106-115.

9. Трушин В.Ф. Опыт минимализации обработки почвы на Среднем Урале. Земледелие. 1990. 2: 60-63.

10. Чернелевский Н.С., Брезинский В.Б. Приемы основной обработки дерново-подзолистой почвы и урожайность сельскохозяйственных культур. Ресурсосберегающие системы обработки почвы: сб. науч. тр; под ред. академика ВАСХНИЛ И.П. Макарова. М.: Агропромиздат, 1990: 175-181.

11. Гулидова В.А. Минимальная обработка почвы под озимую пшеницу. Земледелие. 1998. 5: 21.

12. Шабаев А.И. Ресурсосберегающая почвозащитная обработка почвы в агроландшафтах Поволжья. Земледелие. 2007. 1: 20-22.

13. Казаков Г.И. Обработка почвы в Среднем Поволжье. Самара: СамВен, 1997. 196 с.

14. Максютов Н.А. Плодородие почвы и урожай. Оренбург, 1996. 91 с.

15. Холмов В.Г., Палецкая Г.Я. Влияние продолжительного применения минимальной обработки на водный режим и запасы гумуса в выщелоченном черноземе южной лесо-

степи западной Сибири. Минимализация обработки почвы. М.: Колос, 1984: 285-290. 16. Качинский Н.А. Физика почвы. Часть 2. М.: Высшая школа, 1965. 359 с.

Рефераты:  Реферат: Кутузов и Наполеон в романе Л.Н.Толстого "Война и мир"

Поступила 6.10.2021

(Контактная информация: Нестеренко Юрий Михайлович — д.г.н., заведующий отделом геоэкологии ОНЦ УрО РАН; Бакиров Фарит Галиуллиевич — д.с-х.н., заведующий лабораторией отдела геоэкологии ОНЦ УрО РАН; Поляков Дмитрий Геннадьевич — к.б.н., старший научный сотрудник отдела геоэкологии ОНЦ УрО РАН; Халин Александр Васильевич — к.с-х.н., старший научный сотрудник отдела геоэкологии ОНЦ УрО РАН; Васильева Татьяна Николаевна — к.б.н., старший научный сотрудник отдела геоэкологии ОНЦ УрО РАН; адрес: 460014, г. Оренбург, ул. Набережная, 29 (а/я 59); тел./факс факс 8 (3532) 77-06-60; e-mail: geoecol-onc@mail.ru).

LITERATURA

1. Nesterenko Ju.M. Vodnaja komponenta aridnyh zon: jekologicheskoe i hozjajstvennoe znachenie. Ekaterinburg: UrO RAN, 2006. 286 s.

2. Dokuchaev V.V. Nashi stepi prezhde i teper’. M.: Sel’hozgiz, 1936. 119 s.

3. Kostychev P.A. O bor’be s zasuhami v Chernozemnoj oblasti posredstvom obrabotki polej i nakoplenija snega. Izbr. Trudy. M.: Izd-vo AN SSSR, 1951: 450-530.

4. Izmail’skij A.A. Kak vysohla nasha step’. M.: OGIZ-SEL»HOZGIZ, 1937. 81 s.

5. Bogolepov S.V., Mushinskaja R. S. Ploskoreznaja osnovnaja obrabotka pochvy. Ural’skie Nivy. 1983. 3: 23-26.

6. Viter A.F. Izmenenie plodorodija chernozemov pri ih obrabotke. Resursosberegajushhie sistemy obrabotki pochvy: sb. nauch. tr.; pod red. akademika VASHNIL I.P. Makarova. M.: Agropromizdat, 1990: 123-129.

7. Ivanov P.K. O sisteme obrabotki pochv v Povolzh’e. Vetrovaja jerozija i plodorodie pochv. M.: Kolos, 1976: 156-168.

8. Kotovrasov I.P. Vlijanie mehanicheskoj na plodorodie moshhnogo malogumusnogo chernozema v lesostepi Ukrainy. Minimalizacija obrabotki pochvy: sb. nauch. tr. pod red. chlen-korr. VASHNIL I.P. Makarova. M.: Kolos, 1984: 106-115.

9. Trushin V.F. Opyt minimalizacii obrabotki pochvy na Srednem Urale. Zemledelie. 1990. 2: 60-63.

10. Chernelevskij N.S., Brezinskij V.B. Priemy osnovnoj obrabotki dernovo-podzolistoj pochvy i urozhajnost’ sel’skohozjajstvennyh kul’tur. Resursosberegajushhie sistemy obrabotki pochvy: sb. nauch. tr; pod red. akademika VASHNIL I.P. Makarova. M.: Agropromizdat, 1990: 175-181.

11. Gulidova V.A. Minimal’naja obrabotka pochvy pod ozimuju pshenicu. Zemledelie. 1998. 5: 21.

12. Shabaev A.I. Resursosberegajushhaja pochvozashhitnaja obrabotka pochvy v agrolandshaftah Povolzh’ja. Zemledelie. 2007. 1: 20-22.

13. Kazakov G.I. Obrabotka pochvy v Srednem Povolzh’e. Samara: SamVen, 1997. 196 s.

14. Maksjutov N.A. Plodorodie pochvy i urozhaj. Orenburg, 1996. 91 s.

15. Holmov V.G., Paleckaja G.Ja. Vlijanie prodolzhitel’nogo primenenija minimal’noj obrabotki na vodnyj rezhim i zapasy gumusa v vyshhelochennom chernozeme juzhnoj lesostepi zapad-noj Sibiri. Minimalizacija obrabotki pochvy. M.: Kolos, 1984: 285-290.

16. Kachinskij N.A. Fizika pochvy. Chast’ 2. M.: Vysshaja shkola, 1965. 359 s.

Образец ссылки на статью:

Бакиров Ф.Г., Нестеренко Ю.М., Поляков Д.Г., Халин А.В., Васильева Т.Н. Влияние способов обработки почвы на запасы почвенной влаги в учебно-опытном поле Оренбургского

ГАУ. Бюллетень Оренбургского научного центра УрО РАН. 2021. 4: 1-6 [Электронный ресурс] (URL: http://elmag.uran.ru:9673/magazine/Numbers/2021-4/Articles/MYN-2021-4.pdf).

Глава 7. водные свойства и водный режим почв

Глава 7. ВОДНЫЕ СВОЙСТВА И ВОДНЫЙ РЕЖИМ ПОЧВ

§1. Значение воды в почве

Почва как многофазная система способна поглощать и удерживать воду. В ней всегда находится определенное количество влаги. Вода поступает в почву в виде атмосферных осадков, грунтовых вод, при конденсации водяных паров из атмосферы, при орошении.

Почвенная вода является жизненной основой растений, почвенной фауны и микрофлоры, получающих воду главным образом из почвы. От содержания воды в почве зависят интенсивность протекающих в ней биологических, химических и физико-химических процессов, передвижение веществ и формирование почвенного профиля, водно-воздушный, питательный и тепловой режимы, ее физико-механические свойства, то есть, важнейшие показатели почвенного плодородия. Следовательно, почвенная вода оказывает прямое и косвенное влияние на развитие и урожайность растений.

Растения расходуют воду в огромном количестве. Для создания 1 г сухого органического вещества потребляется от 200 до 1000 г воды. Количество воды, затрачиваемое на создание единицы сухого вещества за вегетационный период, называется транcnupaцuoнным коэффициентом. Однако растениями усваивается только часть почвенной влаги, которая удерживается силами, меньшими, чем сосущая сила корней, – продуктивная влага. В процессе фотосинтеза вода вместе с углекислым газом – первичный источник образования органического вещества растений. В воде растворяются питательные вещества, которые с почвенным раствором поступают в растения. Растения нормально развиваются только при постоянном и достаточном количестве влаги в почве. Недостаток, как и избыток, влаги в почве ограничивает продуктивность растений. В этом случае неэффективными становятся различные приемы, направленные на повышение урожаев сельскохозяйственных культур (внесение удобрений, известкование и др.).

Водообеспеченность растений определяется не только количеством поступающей воды в почву, но и ее водными свойствами, способностью почвы впитывать, фильтровать, удерживать, сохранять воду и отдавать ее растению по мере потребления. В одинаковых климатических условиях при равной влажности почвы могут содержать разное количество доступной воды, что зависит от механического состава почв, структурного состояния, содержания гумуса и других показателей, предопределяющих их водные свойства. Поэтому создание благоприятного водного режима в почве – одно из важнейших условий получения высоких и устойчивых урожаев сельскохозяйственных культур в условиях интенсивного земледелия.

§2. Формы воды в почве

Для определения обеспеченности растений доступной водой необходимо знать формы и взаимосвязи воды в почве.

Вода в почве может находиться во всех трех состояниях: в парообразном, твердом и жидком. Парообразная вода содержится в почвенном воздухе и поступает из атмосферы, а также образуется в почве при испарении жидкой воды и льда, свободно передвигается в почве из более влажных мест в менее увлажненные (при условии одной и той же температуры во всех горизонтах почвы), а из горизонтов с большей температурой — в участки с меньшей температурой. Практическое значение парообразной почвенной влаги в земледелии ничтожно, однако в почвах засушливых районов за счет водяного пара в зимнее время в метровом слое аккумулируется до 10 –14 мм влаги. Твердая вода непосредственно не используются растениями, хотя и может служить резервом доступной влаги (жидкой и газообразной).

Жидкая и парообразная вода в почве подвергается воздействию различных природных сил: гравитационных, молекулярного притяжения твердой фазы почвы и силы притяжения между молекулами воды. В зависимости от преобладания одной из этих сил почвенная вода имеет различную подвижность и доступность для растений.

Выделяют следующие основные формы почвенной воды, различающиеся между собой прочностью связи с твердой фазой почвы и степенью подвижности: кристаллизационную, гигроскопическую, пленочную, капиллярную, гравитационную.

Кристаллизационная вода – это химически связанная вода, входящая в  состав минералов либо в виде гидроксильных групп (Fе(ОН)з, А1(ОН)з, Са(ОН)2), либо в виде целых молекул (например, гипса (CaS04 * 2 Н20), мирабилита (Na24 * 10 Н2О) и др.); выделяется при нагревании почвы до температуры 400 – 600 °С. Химически связанная влага не принимает непосредственного участия в физических процессах, протекающих в почве, и растениям недоступна.

Гигроскопическая влага. Часть воды, находящейся в воздухе в виде пара, поглощается поверхностью почвенных частиц, образуя гигроскопическую влагу – одну из форм так называемой сорбционной воды, т.е. удерживаемой силами сорбции. Содержание этой влаги зависит от: относительной влажности и температуры воздуха (чем влажнее воздух и ниже температура, тем ее больше в почве), содержания органического вещества (чем богаче почва гумусовыми веществами, тем ее больше) и механического состава (при прочих равных условиях почва суглинистая или глинистая всегда будет содержать больше гигроскопической влаги, чем почва песчаная или супесчаная). Наибольшее количество гигроскопической воды, поглощенное почвой и выраженное в процентах от массы сухой почвы, называется максимальной гигроскопичностью (МГ). Такое количество влаги почва может поглотить из воздуха, имеющего относительную влажность, близкую к 100 %. Максимальная гигроскопическая влажность – величина, постоянная для каждой почвы, так как она определяется при постоянных температуре и относительной влажности воздуха. Может колебаться для песчаных почв от 0,1 до 1,5 в глинистых, гумусированных – до 10 – 15, в органогенных – до 20 – 40 % от веса сухой почвы. Молекулы гигроскопической воды удерживаются на поверхности почвенных частиц с большой силой, поэтому удалить их можно лишь продолжительным нагреванием почвы при 105 °С. Следовательно, для растений гигроскопическая влага недоступна.

МГ используют для выяснения мертвого запаса влаги (МЗВ) в почве – количество влаги в почве, при котором растения начинают устойчиво завядать, так как эта вода не может быть использована растениями. Он равен 1,5 • МГ, т.е. в состав мертвого запаса влаги входит еще пленочная вода.

Пленочная вода покрывает почвенные частицы следующим за гигроскопической влагой слоем, также удерживается силами межмолекулярного притяжения, но слабее, поэтому является частично доступной (для взрослых растений). Кристаллизационная, гигроскопическая и пленочная формы воды относятся к прочносвязанной воде и составляют МЗВ.

Влага, которая содержится в почве сверх мертвого запаса, называется продуктивной. Благодаря этой влаге формируется урожай сельскохозяйственных растений.

Свободная вода не связана силами притяжения с почвенными частицами, доступна растениям, передвигается в почве под действием капиллярных и гравитационных сил. В связи с этим выделяют капиллярную и гравитационную воду.

Капиллярная  вода заполняет тонкие (капиллярные) поры почвы и передвигается в них под влиянием капиллярных (менисковых) сил. Высота подъема воды тем выше, чем тоньше капилляр. В зависимости от характера увлажнения различают капиллярно- подвешенную и капиллярно-подпертую воду. При увлажнении почвы сверху (атмосферные осадки, оросительные воды) формируется капиллярно-подвешенная вода, не связанная с грунтовыми водами и находящаяся в верхней части профиля почв. Капиллярно-подпертая формируется при увлажнении снизу и поднимается от зеркала грунтовых вод. Почвенный слой, в котором она распространяется, называется капиллярной каймой, и мощность его зависит от водоподъемной способности почвы. Капиллярная вода легкодоступна для растений и является основным источником их водного питания. Разновидностью капиллярной воды является стыковая влага, находящаяся в почвах с атмосферным увлажнением, которая  представляет собой влагу,  удерживаемую между частицами почвы и не проходящую вниз.

Если почву, в которой все капиллярные поры уже заполнены водой, продолжать увлажнять, то влагой будут заполняться некапиллярные промежутки. Эта влага, свободно передвигающаяся в почве и подчиненная в своем движении силе тяжести, называется гравитационной. Гравитационная влага может передвигаться в почве только из верхних слоев вниз. Просачиваясь вниз, она либо является источником питания грунтовых вод, либо распределяется по толще почвы и переходит в другие формы воды. Гравитационная влага легкодоступна растениям, но избыточна (т.к. мало воздуха и нарушается газообмен) и поэтому непродуктивна. Полное насыщение почвы водой возможно после таяния снега или длительных дождей, однако  это явление кратковременное.

Грунтовые воды играют важную роль в водном питании растений. Подходя близко к поверхности почвы, в северных районах они вызывают заболачивание, а в южных – засоление почвы. Критическая глубина залегания грунтовых вод, при которой происходит засоление почв на юге, колеблется в пределах 1,5 – 2,5 м.

Рефераты:  Ответственность за неуставные отношения между военнослужащими - дипломная. Оценка - хорошо. Авторские дипломные за 2009-2018 год.

§3. Водные свойства почвы и основные почвенно-гидрологические константы

Водный режим почвы зависит не только от количества атмосферных осадков, но и в значительной мере от водных свойств самой почвы. К главнейшим водным свойствам относятся водопроницаемость, водоподъемная способность (или капиллярность), влагоемкость.

Водопроницаемость – это способность почвы впитывать и пропускать через себя воду. Водопроницаемость измеряется объемом воды, протекающей через единицу площади поверхности почвы в единицу времени, выражается в мм водного столба в единицу времени.Процесс водопроницаемости включает впитывание влаги и ее фильтрацию. Впитывание происходит при поступлении воды в почву, не насыщенную водой, а фильтрация начинается тогда, когда большая часть пор почвы заполняется водой. Впитывание воды обусловлено сорбционными и капиллярными силами, фильтрация – силой тяжести.

Водопроницаемость зависит от механического состава, структуры (у структурных почв выше, чем у бесструктурных), содержания гумусовых веществ (в целом от общего объема пор в почве и их размера), а также от состава поглощенных катионов: натрий уменьшает водопроницаемость, а кальций – увеличивает. В легких по механическому составу почвах поры крупные и водопроницаемость всегда высокая. В почвах тяжелого механического состава с глыбисто-пылеватой структурой и плотных бесструктурных почвах водопроницаемость низкая. После оструктуривания такие почвы в несколько раз улучшают фильтрационную способность (суглинистые и глинистые почвы, обладающие водопрочной комковато-зернистой структурой, также отличаются высокой водопроницаемостью).

Хорошо водопроницаемыми считаются почвы, в которых вода в течение первого часа проникает на глубину до 15 см. В средневодопроницаемых почвах вода за первый час проходит от 5 до 15 см, а в слабоводопроницаемых – до 5 см. От этого свойства зависит степень использования водных ресурсов. При слабой водопроницаемости часть атмосферных осадков или оросительной воды стекаетпо поверхности, что приводит к непродуктивному расходованию влаги, могут происходить вымокание культур, застаивание воды на поверхности и развиваться эрозия почвы. При очень высокой водопроницаемости не создается хороший запас воды в корнеобитаемом слое почвы, а в орошаемом земледелии наблюдается большая потеря на полив.

Водоподъемная способность свойство почвы поднимать содержащуюся в ней влагу за счет капиллярных сил (вода в почвенных капиллярах образует вогнутый мениск, на поверхности которого создается поверхностное натяжение). Высота  капиллярного поднятия воды зависит от диаметра капилляров: чем они тоньше, тем выше поднятие, и наоборот. Поэтому водоподъемная способность растет от песчаных почв к суглинистым и глинистым. Максимальная высота подъема воды над уровнем грунтовых вод для песчаных почв 0,5 – 0,8 м, для суглинистых – 2,5 – 3,5 м, в глинистых почвах – 3,06,0 м.Скорость подъема зависит от размера пори вязкости воды, обусловливаемой ее температурой. По крупным порам вода поднимается быстрее, чем в почвах с тонкими капиллярами.С повышением температуры уменьшается вязкость воды, поэтому скорость ее капиллярного поднятия повышается. Растворенные в воде соли также оказывают значительное влияние на скорость капиллярного подъема. Минерализованные грунтовые воды в отличие от пресных поднимаются к поверхности по капиллярам с большей скоростью.

Благодаря капиллярным явлениям и водоподъемной способности почв грунтовые воды участвуют в дополнительном снабжении растений водой, особенно в засушливые годы, развитии восстановительных процессов и засолении почвенного профиля.

Влагоемкость – способность почвы впитывать и  удерживать определенное количество воды. Выражается в % к весу сухой почвы. Эта способность зависит от гранулометрического состава, содержания гумуса, состава поглощенных катионов. Высокая влагоемкость характерна для глинистых почв, богатых коллоидами, с высоким содержанием гумуса. Высокой влагоемкостью обладают почвы, содержащие известь, хлориды, слабовлагоемкие песчаные почвы.

Различают следующие виды влагоемкости: максимальную гигроскопическую, капиллярную, полевую и полную.

Максимальная гигроскопическаявлагоемкость (МГВ) – это наибольшее недоступное растениям количество влаги (мертвый запас влаги), которое прочно удерживается молекулярными силами почвы (адсорбцией). Величина этой влагоемкости зависит от суммарной поверхности частиц, а также содержания гумуса: чем больше в почве илистых частиц и гумуса, тем она выше.

Капиллярная влагоемкость – максимальное количество воды (капиллярно-подпертой влаги), которое удерживается в почве над уровнем грунтовых вод при заполнении капиллярных пор. Кроме свойств почвы, величина капиллярной влагоемкости зависит от высоты над зеркалом грунтовых вод. Вблизи грунтовых вод она наибольшая, а с поднятием к поверхности уменьшается и на границе капиллярной каймы равна наименьшей влагоемкости.

Наименьшая влагоемкость (НВ), или предельная полевая влагоемкость (ППВ) – это наибольшее количество воды, которое остается в почве после ее полного увлажнения и свободного стекания избыточной воды. Величина наименьшей влагоемкости зависит от гранулометрического и минералогического состава, плотности и пористости почвы. Она соответствует величине капиллярно-подвешенной воды. Наименьшая влагоемкость – важнейшая характеристика водных свойств почвы, дающая представление о наибольшем количестве воды, которое почва способна накопить и длительное время удерживать. Она составляет (в % от веса абсолютно сухой почвы): для песчаных – 4 – 9, супесчаных – 10 – 17, легко- и среднесуглинистых – 18 – 30, тяжелосуглинистых и глинистых – 23 – 40. Наибольшие значения ППВ характерны для гумусированных почв тяжелого механического состава, обладающих хорошо выраженной макро- и микроструктурой.

Полной влагоемкостью (ПВ) называется наибольшее количество воды, которое может вместить почва при полном заполнении всех ее пор водой при отсутствии оттока (численно равна пористости почвы).

Оптимальной влажностью для большинства культурных растений условно принято считать влажность, приблизительно равную 50 % полной влагоемкости данной почвы. Для большинства зерновых культур оптимальная влажность составляет 30 – 50 %, для зернобобовых – 50 – 60 %, технических растений и корнеплодов – 60 – 70 %, сеяных луговых трав (злаков и бобовых) – 80 – 90 % ПВ почвы. Поэтому оптимальная влажность почвы для разных растений и почв должна несколько отклоняться от условно принятой.

Полевая влажность (WП) характеризует содержание влаги в почве на данный момент, выражается в % к массе сухой почвы.

Из общего количества влаги, содержащейся в почве при ее полном насыщении, выделяют такие пограничные значения влажности, при которых меняются поведение воды и ее доступность растениям. Границы значений влажности, характеризующие пределы появления различных категорий почвенной влаги, называются почвенно-гидрологическими константами. Наиболее широко используются следующие: максимальная гигроскопическая влагоемкость, влажность разрыва капилляров (ВРК), влажность завядания (ВЗ), наименьшая влагоемкость (НВ) и полная влагоемкость (ПВ).

При влажности НВ вся система капиллярных пор заполнена водой, поэтому создаются оптимальные условия влагообеспеченности растений. По мере испарения и потребления воды растениями теряется сплошность заполнения водой капилляров, уменьшаются подвижность воды и доступность ее растениям. Влажность, при которой происходит разрыв сплошного заполнения капилляров водой, называется влажностью разрыва капилляров (ВРК). Это важная гидрологическая константа почвы, характеризующая нижний предел оптимальной влажности. Для суглинистых и глинистых почв ВРК составляет 65 – 70 % НВ.

Влажность завядания растений – это почвенная влажность, при которой у растений появляются признаки завядания, не исчезающие при помещении растений в атмосферу, насыщенную водяными парами, т.е. это нижний предел доступной  растениям влаги (численно равна 1,5 * МГ). Влажность завядания зависит от вида растений и свойств почвы. Чем тяжелее механический состав почвы, чем больше в ней органического вещества, тем выше ВЗ. В среднем она составляет: в песках – 1 – 3 %, в супесях – 3 – 6  %, в суглинках – 6 – 15 %, в торфяных почвах – 50 – 60 %.

Для растений доступна только та часть почвенной влаги, которая может быть усвоена в процессе жизнедеятельности. Она называется продуктивной влагой, так как  используется для образования урожая и вычисляется как разница между ППВ и ВЗ. Зная количество продуктивной влаги, можно рассчитать урожай растений (1 % продуктивной влаги дает 1 ц зерна) и дефицит влаги.

Продуктивный запас влаги (ПЗВ) в определенном слое (или почвенном профиле) вычисляют, зная общий запас воды (ОЗВ) в этом слое и запас труднодоступной воды (ЗТВ). Запас воды определяют для каждого почвенного горизонта по формуле:  

Расчет запасов воды в почве. Оценка запасов влаги. Их значение для плодородия почв - География почв и земледелия в РФ 

где В – запас воды, м3/га для слоя Н, WП – полевая влажность, dV – объемная плотность почвы, г/см3, Н – мощность горизонта, см. Запас труднодоступной воды рассчитывают по той же формуле, но вместо WП берут ВЗ. Для пересчетов запасов воды, выраженных в м3/га, в мм их умножают на 0,1 (запас воды в 1 мм водного столба на площади 1 га равен 10 т воды). Разность между этими показателями дает продуктивный запас влаги: ПЗВ = ОЗВ – ЗТВ. Оценка запасов продуктивной влаги представлена в таблице 11.

Таблица 11.

Оценка запасов продуктивной влаги в почве

Мощность слоя, см

ПЗВ, мм

Оценка запасов воды

0 – 20

> 40

40 – 20

Хорошие

Удовлетворительные

< 20

Неудовлетворительные

0 – 100

> 160

Очень хорошие

160 – 130

130 – 90

Хорошие

Удовлетворительные

90 – 60

Плохие

< 60

Очень плохие

§4. Типы водного режима почв и пути регулирования

Под водным режимом почв понимают совокупность всех процессов поступления влаги в почву, ее передвижения, удержания и расхода. Количественно он выражается через водный баланс, который характеризует приход влаги в почву и расход из нее.

Основная приходная статья водного баланса – осадки, дополнительные – грунтовые воды и поверхностный сток. Расходные статьи водного баланса: физическое испарение воды почвой, транспирация (испарение влаги растениями), поверхностный сток и инфильтрация в грунт.

В зависимости от почвенных и климатических условий водный режим различных почв складывается по-разному. Для установления типа водного режима используют коэффициент увлажнения (КУ, ГТК), который показывает отношение годового количества осадков к испаряемости. Испаряемость – это количество воды, которое может испариться с открытой водной поверхности или с поверхности постоянно переувлажненной почвы в данных климатических условиях за определенный период времени, выражается в мм. Может колебаться в различных зонах (Г.H.Высоцкий) от 0,1 до 3: лесная –  1,33, лесостепная – 1, черноземная – 0,67, сухие степи – 0,33, пустыни – 0,15. В соответствии с этим коэффициентом увлажнения выделяются  основные типы водного режима: мерзлотный, промывной, периодически промывной, непромывной, выпотной и ирригационный.

Мерзлотный тип – характерен для территории сплошного распространения многолетней мерзлоты (в тундре), где она является водоупором. Специфику этого типа водного режима создает близко залегающий постоянно мерзлый водоупорный горизонт, вследствие чего, несмотря на небольшое количество осадков, в теплое время года почва значительно перенасыщена водой.

Рефераты:  Приемы работы с программой Excel

Промывной тип (рис.10, а) характерен для почв лесных зон (тайги, влажных тропиков и субтропиков, умеренных широколиственных лесов), где количество осадков превышает испаряемость (КУ > 1). Почвы и породы в этих условиях ежегодно промываются водой до грунтовых вод, идет интенсивное выщелачивание и вынос продуктов почвообразования за пределы почвенного профиля и формируются кислые почвы (подзолистые, дерново-подзолистые, красноземы и др.). При наличии водоупорного горизонта, близком залегании грунтовых вод может развиться заболачивание почвы (подзолисто-болотные и болотные).

Периодически промывной тип (КУ»1, от 0,8 до 1,2) характеризуется  сбалансированностью осадков и испаряемости: в сухие годы осадки увлажняют почвенную толщу, не достигая грунтовых вод (непромывной режим), а во влажные годы происходит сквозное промачивание (промывной режим) почвогрунтов. Промывается один раз в несколько лет, характерен для лесостепной зоны, формируются серые лесные, черноземы выщелоченные и оподзоленные.

Непромывной тип (КУ < 1, от 0,1 до 0,6) характерен для степной, сухостепной и пустынной зон, где испаряемость превышает сумму атмосферных осадков (рис.10, б). Осадки распространяются только в верхних почвенных горизонтах и не достигают грунтовых вод. Между верхним промачиваемым и капиллярным слоем находится «мертвый горизонт» с постоянной влажностью, близкой к влажности завядания. Запасы воды, накопленные к весне за счет осенних осадков и талой воды, интенсивно испаряются и потребляются растениями. Формируются черноземы степной зоны, каштановые, бурые полупустынные, серо-бурые пустынные и др.

Выпотной тип (КУ< 1) наблюдается на местностях с близким залеганием грунтовых вод в зоне сухих степей, полупустынь и пустынь, где испаряемость сильно превышает сумму осадков (рис.10, в). На испарение расходуются не только осадки, но и грунтовые воды. При высоком содержании солей в грунтовых водах с восходящим током воды в почву поступают легкорастворимые соли и почвы засоляются (солонцы и др.)

 Расчет запасов воды в почве. Оценка запасов влаги. Их значение для плодородия почв - География почв и земледелия в РФ

Расчет запасов воды в почве. Оценка запасов влаги. Их значение для плодородия почв - География почв и земледелия в РФ        

Расчет запасов воды в почве. Оценка запасов влаги. Их значение для плодородия почв - География почв и земледелия в РФ

Рис. 10. Схема влагооборота водного баланса при различных типах водного режима (по А.А.Роде): а – промывной, б – непромывной, в – выпотной

Ирригационный тип складывается в искусственно орошаемых почвах и характеризуется чередованием промывного и непромывного режимов. При поливе создается промывной тип, который затем сменяется непромывным. В почве непрерывно наблюдаются как нисходящие, так и восходящие потоки воды.

В зависимости от водного режима формируются автоморфные, полугидроморфные и гидроморфные почвы.

Автоморфные почвы – почвы, которые формируются на ровных поверхностях и склонах в условиях свободного стока грунтовых вод. Грунтовые воды не влияют на формирование почвенного профиля, так как залегают глубоко (более 6 м). Преобладают аэробные условия.

Полугидроморфные почвы формируются при кратковременном застое поверхностных вод или залегании грунтовых вод на глубине 3 – 6 м (капиллярная кайма может достигать корней растений и нижних почвенных горизонтов).

Гидроморфные почвы формируются в условиях избыточного увлажнения в результате длительного застоя поверхностных вод или близком залегании грунтовых (менее 3 м). Капиллярная кайма может достигать поверхности почвы, преобладают анаэробные процессы.

Расчет запасов воды в почве. Оценка запасов влаги. Их значение для плодородия почв - География почв и земледелия в РФ

Так как влажность почвы зависит не только от внешних условий, но от свойств самой почвы, то приемы, направленные на улучшение ее водного режима, приобретают первостепенное производственное значение. Регулирование водного режима почв достигается различными мелиоративными и агротехническими мероприятиями с учетом специфических почвенно-климатических условий и потребностей выращиваемых культур к воде. Для создания оптимальных условий роста и развития культурных растений надо стремиться к созданию КУ, близкого к единице

Для устранения избыточного увлажнения болотных почв применяют открытый или закрытый дренаж. Водный режим почв с временным избыточным увлажнением улучшается с применением агротехнических приемов, среди которых следует выделить гребневание и бороздование: гребни увеличивают испарение, а по бороздам происходит сток воды. В районах неустойчивого увлажнения и засушливых необходимы мероприятия по накоплению влаги и рациональному ее использованию. Для этого применяют снегозадержание с помощью стерни, кулисных растений, валов из снега, формируют сети прудов и водоемов, широко используют орошение в сочетании с высокой агротехникой, направленной на максимальное использование осадков. Для уменьшения поверхностного стока проводят вспашку поперек склонов, прерывистое бороздование, щелевание и полосное размещение сельскохозяйственных культур. Накоплению и сохранению влаги в почве способствуют поверхностное рыхление или боронование весной (позволяет избежать физического испарения воды), мульчирование различными материалами, применение минеральных и органических удобрений приводит к более экономному  использованию влаги.

§4. Почвенный  раствор, его состав, концентрация и методы изучения

Вода, поступающая в почву с осадками, проходя через атмосферу, растворяет находящиеся в ней газы (N2, О2, СО2, NН3, H2S) и другие вещества. В почве она взаимодействует с твердой фазой, обогащаясь при этом некоторыми растворимыми соединениями. Следовательно, влага в почве представляет собой раствор, который и принято называть почвенным раствором – это жидкая фаза почвы. Почвенный раствор имеет большое значение в почвообразовании. При его участии протекают процессы преобразования (разрушение и синтез) минеральных и органических соединений, перемещение по профилю разнообразных продуктов почвообразования. Почвенный раствор является основным источником, снабжающим растения элементами пищи в усвояемой форме. Поэтому очень важно знать его состав и свойства.

Состав почвенного раствора зависит от условий, в которых он формируется, и включает минеральные, органические растворимые соединения, а также растворимые газы почвенного воздуха. Минеральные вещества, представленные различными солями минеральных кислот, находятся в почвенной влаге главным образом в виде истинных растворов, органические же – преимущественно в коллоидном состоянии. Из минеральных соединений в растворе всегда присутствуют нитраты, нитриты, фосфаты, сульфаты, хлориды, карбонаты, а также соли кремниевой кислоты, катионы кальция, магния, натрия, калия, водорода, аммония. Катионы железа и алюминия чаще встречаются в составе комплекса с органическими веществами. Органические соединения почвенного раствора представлены водорастворимыми органическими кислотами и их солями, сахарами, аминокислотами, спиртами, ферментами, дубильными веществами, извлекаемыми из растительных остатков или же образующимися в результате биохимических процессов.

Качественный и количественный состав почвенного раствора, соотношение органических и минеральных веществ в разных почвах неодинаков. Даже в одной почве состав раствора изменяется по генетическим горизонтам. Наиболее богат органическими соединениями почвенный раствор болотных и подзолисто-болотных почв, а также верхних гумусовых горизонтов различных почв. Вниз по профилю во всех почвах в растворе увеличивается содержание минеральных веществ. В почвенном растворе южных (каштановые, сероземы) и засоленных почв преобладают минеральные соединения. Для черноземов характерно примерно равное содержание органических и минеральных веществ. В растворе почв лесо-луговой зоны (подзолистых, дерново-подзолистых) преобладают органические вещества.

Для исследования почвенный раствор предварительно выделяют из почвы: 1) при помощи центрифугирования, 2) вытеснением другой жидкостью (С2Н5ОН), 3) отжимом под прессом (70 – 100 атм), 4) с помощью лизимитров. В практике прямое изучение почвенного раствора очень часто заменяют косвенным – методом водных вытяжек. Для этого навеску исследуемой почвы заливают дистиллированной водой (1:5), хорошо взбалтывают и фильтруют. Фильтрат и будет представлять водную вытяжку из почвы, в которую перейдет значительная часть легкоподвижных соединений, содержащихся в почве. Его нельзя отождествлять с почвенным раствором, но тем не менее по анализу водной вытяжки можно судить о характере почвенного  раствора и о качестве почв.

К свойствам почвенного раствора относятся: рН, буферность, концентрация. Реакция почвенного раствора зависит от типа почв и численно равна актуальной кислотности.

Буферность почвенного раствора – это его способность противостоять резкому изменению реакции раствора (концентрации солей, кислот) с помощью собственной буферной системы (I система карбонатная – Н2СО3 СаСО3, II система органических кислот– R–COOH R–(COO)2Ca).

Концентрация – количество солей в 1 л почвенного раствора, определяется по сухому остатку водной вытяжки и выражается в мг/л или в % к массе сухой почвы.  Может колебаться от 0,05 до 10 %, в почвах  Беларуси обычно 0,1 – 0,2 %.

 Какая концентрация наиболее благоприятна для растений? Оптимальным является диапазон от 0,05 до 0,3 %, в котором чем больше концентрация, тем лучше. В диапазоне от 0,31 до 0,5 % наблюдается повышенное содержание солей, растения испытывают слабое угнетение (>0,3 % – почва засоленная), диапазон от 0,5 до 1 % – избыточное содержание солей, сильное угнетение растений. При дальнейшем увеличении концентрации почвенного раствора (>1 % – солончак) наблюдается гибель большинства растений. С концентрацией почвенного раствора тесно связано осмотическое давление, которое имеет большое значение для растений: оказывает влияние на поступление в них элементов питания и влаги. Если осмотическое давление почвенного раствора выше осмотического давления клеточного сока растения, то поступление воды и элементов питания в растение прекращается, и оно погибает. Осмотическое давление клеточного сока у большинства культурных растений находится в пределах 1 – 3 атм. На засоленных почвах осмотическое давление почвенного раствора достигает 10 – 20 атм. На таких почвах могут произрастать только солевыносливые растения (солянки, солерос, джузгун), клеточный сок которых имеет высокое осмотическое давление. Имеет значение и качественных состав солей: засоленные почвы содержат карбонаты натрия, сульфаты натрия и магния, хлориды натрия, кальция и магния. Самыми нетоксичными для растений являются сульфаты, их предельно допустимая концентрация до 0,3 % от массы сухой почвы, далее располагаются хлориды – 0,01 %, самые токсичные карбонаты – 0,001 %.

Концентрация почвенного раствора зависит от почвообразующих пород и климатических условий. Тундровые, подзолистые, серые лесные почвы, черноземы и красноземы имеют слабоминерализованный почвенный раствор, каштановые, бурые полупустынные почвы и сероземы более минерализованы. Солонцы, солончаки – сильно минерализованы. Состав почвенного раствора и особенно концентрация его очень изменчивы и зависят прежде всего от сезонных изменений температуры и влажности почвы. После выпадения дождя и таяния снега концентрация почвенного раствора понижается, а в сухое время повышается, вследствие чего некоторые растворенные вещества могут выпадать в осадок. Изменение состава почвенного раствора связано также и с тем, что часть растворенных веществ усваивается растениями и микроорганизмами, некоторое количество вымывается в глубокие горизонты, часть переходит в твердую фазу почвы.

По составу почвенного раствора можно в известной степени судить о характере и направлении почвообразовательного процесса, а в связи с этим и о тех мероприятиях, с помощью которых должно производиться улучшение почв. Состав почвенного раствора регулируют внесением удобрений (для увеличения содержания элементов питания), обработкой почв, гидротехнической (на засоленных почвах избыток растворенных солей удаляют путем промывания) и химической мелиорацией.

Оцените статью
Реферат Зона
Добавить комментарий