ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 03.12.2023
Просмотров: 145
Скачиваний: 1
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
1.Водный режим почв и его регулирование
Вода — земной фактор жизни растений; в почве представляет собой жидкую фазу, или почвенный раствор. Попадая в почву различными способами (с осадками, из грунтовых вод по капиллярам, при конденсации водяных паров и т. д.), вода претерпевает определенные изменения: с одной стороны, включает в себя находящиеся в почве различные водорастворимые соединения, а с другой — теряет поглощаемые почвой вещества. Часть поступающей в почву воды теряется (просачивается вглубь, стекает, испаряется), другая часть удерживается почвой; она и представляет собой почвенный раствор, характеризующийся рядом показателей (рН, наличие водорастворимых органических соединений и питательных веществ, солей и др.).
Почвенная влага служит и в качестве терморегулятора, влияя на тепловой баланс и режим почвы.
Влажность почвы воздействует на агрофизические свойства: плотность, липкость, способность к крошению и образованию агрегатов — спелость почвы.
Вода необходима растению во все периоды жизни: потребность в ней только для прорастания семян составляет 90—100 % их массы, в дальнейшем на образование 1 г сухого органического вещества растениям требуется от 200 до 1000 г воды.
Период наибольшей потребности растений в воде называют критическим. Для большинства зерновых культур это стадия выход в трубку — колошение, для кукурузы — цветение — молочная спелость, картофеля — цветение — клубнеобразование. Растения при недостатке воды резко снижают продуктивность в период образования репродуктивных органов.
Почвенная влага в зависимости от характера связи между молекулами воды, твердой и газовой фазами почвы характеризуется разной подвижностью и неодинаковыми свойствами.
По физическому состоянию различают три формы (категории) почвенной воды: твердую, жидкую и парообразную; по характеру связи с твердой фазой и степени подвижности воды — шесть: химически связанную, твердую, парообразную, прочносвязанную и рыхлосвязанную (капиллярная и гравитационная).
Химически связанная вода. Характеризуется неподвижностью, высокой прочностью связей, неспособностью растворять, включает конституционную (гидратную) и кристаллизационную (кристаллогидратную) воду, входит в состав твердой фазы почвы.
Химически связанная вода растениям недоступна.
Твердая вода. Образуется в почве в форме льда при ее промерзании в осенне-зимний период (сезонное промерзание) или сохраняется на определенной глубине в промерзшей толще почвогрунта, не оттаивая даже летом (вечная, многолетняя мерзлота). Твердая вода в почве, способная таять и испаряться, представляет собой потенциальный источник жидкой и парообразной воды.
Твердая вода неподвижна, растениям недоступна.
Парообразная вода. Содержится в виде водяного пара в почвенном воздухе, насыщая его нередко до 100 %. Она передвигается с мест с большим давлением в места с меньшим давлением водяных паров, а также с током воздуха.
Парообразная влага в снабжении растений водой практически значения не имеет.
Перенос воды в форме пара может осуществляться по пустотам вокруг корней, которые оттягивают влагу из окружающего почвенного пространства, что имеет значение для уплотненных посевов.
При понижении температуры парообразная вода, конденсируясь, может переходить в жидкую, которая становится доступной для растений.
Прочносвязанная вода. Это первая форма физически связанной, или сорбированной, воды, называемой гигроскопической водой. Она образуется в результате сорбции почвенными (преимущественно коллоидными) частицами водяных паров из воздуха. Эту способность почвы называют гигроскопичностью.
Гигроскопическая вода покрывает почвенные частицы тонкой пленкой, состоящей из 1—3 слоев молекул. Молекулы воды, сорбированные почвой, являясь диполями, находятся в строго ориентированном положении. Гигроскопическая вода отличается особыми свойствами: она замерзает при температуре —4...—7 0С, не растворяет растворимые в свободной воде вещества, характеризуется повышенными плотностью (1,5—1,8 г/см3) и вязкостью, недоступна растениям.
Максимальное количество гигроскопической воды, которое может поглотить и удержать почва, будучи помещенной в атмосферу, насыщенную водяными парами (около 96—98 %), называется максимальной гигроскопичностью (МГ). Величина МГ позволяет определить обеспеченность растений водой. Обычно полуторная — двойная максимальная гигроскопичность соответствует влажности устойчивого завядания растений (ВЗ), или «мертвому запасу» воды в почве, и учитывается при расчете запасов продуктивной влаги и норм полива. Для расчета влажности и устойчивого завядания растений по величине МГ применяют коэффициент 1,34.
Рыхлосвязанная вода. Это вторая форма физически связанной, или сорбированной, воды, называемая пленочной водой. Она образуется в результате дополнительной (к МГ) сорбции молекул воды при соприкосновении твердых коллоидных частиц почвы с жидкой водой. Это происходит потому, что почвенные частицы, сорбировавшие максимальное количество молекул гигроскопической воды (из водяного пара), полностью не насыщаются и способны еще удержать несколько слоев ориентированных молекул воды, образующих водную пленку. Пленочная, или рыхлосвязанная, вода слабоподвижна, растениям малодоступна.
Капиллярная вода. В капельно-жидком состоянии она находится в капиллярах почвы, доступна растениям. Это наиболее благоприятная для растений форма почвенной влаги. Различают капиллярно-подвешенную и капиллярно-подпертую воду. Капиллярно-подвешенная вода образуется при увлажнении почвы с поверхности (дождевая вода, талые воды, оросительные), капиллярно-подпертая — при поступлении воды снизу, т. е. при подъеме воды по капиллярам от грунтовых вод. Под слоем почвы, увлажненным капиллярно-подвешенной водой, и над слоем почвы, увлажненным капиллярно-подпертой водой, находится слой сухой почвы. Зона (слой) над зеркалом грунтовых вод, насыщенная капиллярно-подпертой водой, называется капиллярной каймой.
Подъем грунтовой воды по капиллярам тем выше, чем тоньше капилляры. Менисковые силы, вызывающие подъем воды, начинают проявляться при диаметре пор <8 мм.
Максимальное количество капиллярно-подвешенной воды, которое остается в почве после стекания избыточной свободной воды, называется наименьшей влагоемкостью (НВ).
Оптимальная влажность почвы соответствует 70—100 % НВ.
Разность между величиной НВ и фактической влажностью почвы называют дефицитом влаги в почве и широко используют в земледелии.
Гравитационная вода. Занимает все крупные некапиллярные промежутки между агрегатами в почве, вытесняя воздух. Передвигается свободно под действием силы тяжести (гравитации).
Максимальное количество гравитационной воды, которое может вместить почва при заполнении всех пустот, называется полной влагоемкостью (ПВ).
При полном заполнении почвы водой, т. е. при значении влажности почвы, соответствующем ПВ, в почве содержится максимальное количество воды, включающее гигроскопическую, пленочную, капиллярную и гравитационную формы. Величина ПВ практически равна порозности (скважности) почвы и колеблется от 20—40 до 50—60 %, иногда достигая 80 %.
Способность почвы к устойчивому обеспечению растений водой зависит от водных свойств почвы. К водным свойствам почвы относятся, прежде всего, водоудерживающая способность, влагоемкость, водопроницаемость, водоподъемная способность, потенциал почвенной воды, сосущая сила почвы.
Свойство почвы поглощать и удерживать воду в своем профиле, противодействуя стеканию ее под действием силы тяжести, называется водоудерживающей способностью.
Основными силами, удерживающими воду в почве, являются сорбционные и капиллярные. Количественно водоудерживающая способность представляет влагоемкость.
Влагоемкость почвы — это максимальное количество той или иной формы (категории) почвенной воды, удерживаемое соответствующими силами в почве.
Водопроницаемость почвы — это свойство почвы впитывать и пропускать через свой профиль поступающую с поверхности воду. Водопроницаемость зависит от гранулометрического состава, структуры почвы, плотности, степени увлажнения.
Свойство почвы обеспечивать восходящее передвижение содержащейся в ней воды под воздействием капиллярных сил называется водоподъемной способностью.
В земледелии особое значение имеют закономерности и особенности водного режима.
Совокупность протекающих в почве процессов поступления, передвижения, сохранения и потери воды называется водным режимом почв. Каждый из этих процессов в отдельности выступает как элемент водного режима. Количественно приход воды в почву и расход ее представляют водный баланс, а количественно выраженные элементы водного режима являются соответственно элементами водного баланса.
Общее уравнение водного баланса почвы:
В0 + Вос + Вор + Вг + Вк + Впр + Вб = Висп + Вт + Вн + Bпс + Вбс + В1
где В0— начальный запас воды в почве; Вос — сумма атмосферных осадков за исследуемый период; Вор — количество воды, поступившей с поливом (если есть орошение); Вг— количество воды, поступившей в почву из грунтовых вод; Вк — количество воды, поступившей в почву в результате конденсации из водяных паров; Впр — количество воды, поступившей в почву в результате притока по поверхности;
Вб — количество воды, поступившей в почву с внутрипочвенным боковым притоком; Висп — физическое испарение, количество воды, испарившейся с поверхности почвы за период исследований; Вт — десукдия, количество воды, израсходованной на транспирацию; Вн— количество воды, потерянной в результате инфильтрации в толщу почвогрунта; Bпс— количество воды, потерянной в результате поверхностного стока; Вбс— количество воды, потерянной в результате бокового внутрипочвен-ного стока; В1— конечный запас воды в почве (в конце периода исследований).
Запасы воды в почве (в м3/га или в мм водяного слоя):
B=advh,
где В — запас воды, м3/га для слоя h; а — полевая влажность, %; dv— плотность почвы, г/см2; h — мощность слоя, см.
Особое влияние на водный режим почв оказывает хозяйственная деятельность человека. Специфику формирования водных режимов зональных типов почв определяют, прежде всего, количество атмосферных осадков и температурный режим.
В зависимости от количества атмосферных осадков и их испарения выделяются шесть (по Высоцкому — Роде) типов водного режима. Мерзлотный тип. Характерен для территорий распространения многолетней (вечной) мерзлоты. Служащая водоупором вечная мерзлота обусловливает переувлажнение верхнего сезонно оттаивающего «деятельного» слоя, что приводит к оглеению почвы. Поэтому все тундровые почвы оглеены.
Промывной тип. Характерен для территорий с преобладанием годовой суммы осадков над испарением, что обусловливает господство в почве нисходящих токов воды (таежно-лесная зона, полесье, влажные субтропики и тропики). В годовом цикле влагооборота этих зон весной и осенью (или во влажный период) отмечается сквозное промачивание почв и материнских горных пород до грунтовых вод. В условиях такого интенсивного промыва происходят вынос продуктов почвообразования за пределы почвенного профиля и формирование почв подзолистого типа почвообразования.
Периодически промывной тип. Характерен для территорий, где годовые величины осадков и испарения примерно равны. Чередование влажных и сухих лет обусловливает чередование промывного (сквозное промывание почвогрунта) и непромывного (ограниченное промачивание) типов водного режима. Причем сквозное промачивание может происходить один раз в 10 и более лет. Периодически промывной тип водного режима способствует формированию серых лесных почв, оподзоленных и выщелоченных черноземов лесостепной зоны.