Wikizero – Водный режим почв

Водный режим включает в себя множество процессов, заключающихся в поступлении влаги в почву, а также её физического состояния, контроля передвижения и расхода. Презентация и сообщение. Элементы водного режима почв.

Стоки

Влага, поступившая на поверхность почвы, образует поверхностный сток. Он наблюдается во время снеготаяния, после обильных дождей и зависит от количества осадков, водопроницаемости почвенного слоя и угла наклона местности. Также выделяют боковой сток, который возникает вследствие разной плотности горизонтов почвы. Поступившая влага сначала фильтруется через верхние горизонты, а когда доходит до более тяжелого по гранулометрическому составу горизонта, формирует почвенную верховодку. Из нее часть воды просачивается в наиболее глубокие слои, достигая грунтового стока. Если имеет место уклон местности, часть влаги из водоносного горизонта стекает в пониженные рельефные участки.

Значение воды в жизни растений

Почвовед Г.Н. Высоцкий подчеркивал исключительную важность воды в почве, сравнивая ее с кровью в живых организмах.

Роль влаги в жизни растений:

  • участвует в инициировании ростовых процессов семян;
  • является средой для протекания биохимических процессов в растениях;
  • переносит минеральные и органические вещества по различным частям растений;
  • участвует в терморегуляции и тепловом балансе почвы;
  • поддерживает жизнедеятельность почвенной биоты;
  • влияет на агрофизические показатели почвы: плотность, липкость, сопротивление при обработке, спелость — образование агрегатов и способность к крошению;
  • определяет агрохимические показатели плодородия почвы: кислотность почвенного раствора, доступность питательных веществ.

Потребность семян для набухания и перевода запаса питательных веществ в усвояемую форму составляет для разных растений (в % от массы семян): ячмень, пшеница — 50, овес, рожь — 55-65, кукуруза — около 40, лен, горох — 100, клевер, сахарная свекла — 120-150. Как правило, этот показатель для большинства растений составляет от 40 до 100% от массы семян.

Вода составляет значительную часть массы растений: в семенах ее количество составляет 7-15%, в стеблях, включающих много одревесневших мертвых клеток, — до 50, в корнеплодах, клубнях и листьях — до 75-93%.

На образование 1 г сухого органического вещества растения потребляет от 200 до 1000 г воды.

Нормальная деятельность почвенных микроорганизмов возможна при достаточной влагообеспеченности. Например, азотфиксирующим бактериям (Azotobacter, клубеньковые бактерии) для размножения требуется 25%-ная влажность почвы. Недостаток воды снижает усвоение питательных веществ бактериями, а чрезмерный избыток приводит к кислородному голоданию. Оптимальная влажность почвы для бактерий и растений совпадает — 60% полной влагоемкости почвы.

Избыток влаги в почве, складывающийся при превышении наименьшей полевой влагоемкости (НВ), угнетающе действует на рост и развитие растений. Хотя некоторые из них по-разному реагируют на переувлажнение.

Водные свойства почвы

Водопроницаемость — свойство почвы воспринимать влагу с поверхности, проводить её между ненасыщенными водой горизонтами и фильтровать через толщу горизонтов, насыщенных водой. Водопроницаемость оказывает существенное влияние на ход почвообразовательных процессов, формирование поверхностного, бокового и грунтового стока воды и на интенсивность водной эрозии.

Проникает вода в почву с поверхности под воздействием силы тяжести по крупным порам, параллельно рассасываясь в стороны под влиянием капиллярных явлений. Процесс восприятия сухой или слабоувлажнённой почвой воды называется впитыванием воды, измеряется коэффициентом впитывания.

Водоудерживающая способность

Влагоёмкость

Некоторые водные константы почв, в % веса сухой почвы
Почва Пункт Горизонты,
глубины в см
Общая
влагоёмкость
Максимальная
гигроскопичность
Влага завядания
растений
Диапазон
активной влаги
Дерново-подзолистая
тяжелосуглинистая.
Стерня пшеницы.
Собакино-опытное
Московской области
Ап 0-20 30,8 3,2 4,8 26,0
А2 20-25 25,4 2,7 4,0 21,4
B1 32-55 20,3 5,7 8,6 11,7
B2 55-85 19,9 8,3 12,5 7,4
B3 85-100 19,4 8,0 12,0 7,4
Серая лесная
тяжелосуглинистая.
Стерня ржи.
Старожилово-опытное
Рязанской области
Ап 0-20 34,1 4,6 6,9 27,2
А2 20-40 28,4 4,4 6,6 21,8
B1 40-60 26,8 7,3 11,0 15,8
B1 60-88 24,0 7,8 11,7 12,3
B2 88-100 22,1 7,5 11,3 10,8
Чернозём
тяжелосуглинистый.
Целина.
Центрально-Чернозёмный
заповедник, Курская область,
Стрелецкая степь.
Ад 0-4 61,9 10,1 15,2 46,7
А1 4-14 38,3 8,6 12,9 25,4
A1 14-34 32,5 8,4 12,6 19,9
B1 34-64 29,8 8,2 12,3 17,5
B2 64-90 27,2 7,9 11,8 15,4

Водоподъёмная способность

Испаряющая способность

Влажность

Наклон почвы

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.

Водные свойства почв

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):

В3= МГ × 1,34 (1,5)

Читайте также: Болотные почвы

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

Гранулометрический состав почв

ВЗ, % на абсолютно сухую почву

Дерново-подзолистые почвы

Черноземы

Песчаный

1—3

Супесчаный и легкосуглинистый

3—6

4—8

Средне-и тяжелосуглинистый

6—12

9—15

Глинистый

16—22

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):

W=0,l×dv×h(B-B3),

где

  • 0,1 — коэффициент перевода запасов влаги из м3/га в мм водяного слоя;
  • dv — плотность почвы, г/см3;
  • 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.

Водные свойства почв

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 (см2) 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)

Оценка

Свыше 1000

Провальная

1000 — 500

Излишне высокая

500—100

Наилучшая

100—70

Хорошая

70—30

Удовлетворительная

<30

Неудовлетворительная

При недостаточной водопроницаемости влага или застаивается на поверхности почвы, создавая условия для вымочек посевов, или стекает по уклону местности, способствуя проявлению водной эрозии.

При очень высокой водопроницаемости влага не накапливается в корнеобитаемом слое, быстро фильтруется в глубь почвенного профиля, в условиях орошаемого земледелия происходят потери поливной воды, подъем уровня грунтовых вод и возникает опасность вторичного засоления почв.

Водоподъемная способность

Водоподъемная способность — свойство почвы вызывать восходящее передвижение содержащейся в ней воды за счет капиллярных сил. Высота подъема воды в почвах и скорость ее передвижения определяются в основном гранулометрическим и структурным составами почв, их порозностью.

Чем почвы тяжелее и менее структурны, тем больше потенциальная высота подъема воды, а скорость подъема ее меньше.

Гранулометрический состав

Водоподъемная способность, м

Гранулометрический состав

Водоподъемная способность, м

Песок крупный

0,5

Суглинок средний

2,5—3,0

»     средний

0,5-0,8

»         тяжелый

3,0—3,5

Супесь

1,0-1,5

Глина

3,5—5,0

Пылеватая супесь

1,5-2,0

Лёссы

4,0—5,0

На скорость подъема воды влияет также степень минерализации грунтовых вод. Высокоминерализованные воды характеризуются меньшими высотой и скоростью подъема. Однако близкое к поверхности залегание минерализованных грунтовых вод (1 — 1,5 м) создает опасность быстрого засоления почв.

Таблица. Коэффициенты водопотребления сельскохозяйственных культур для Нечерноземной зоны, м3/т сухой биомассы1

Культура Годы
Влажные Средние Засушливые
Озимая пшеница 375-450 450-500 500-525
Озимая рожь 400-425 425-450 450-550
Яровая пшеница 350-400 400-465 485-500
Ячмень 375-425 435-500 470-530
Овес 435-480 500-550 530-590
Кукуруза 174-250 250-350 350-460
Картофель 165-300 450-500 550-660
Свекла 240-300 310-350 350-400
Лен 240-250 300-310 370-380
Многолетние травы 500-550 600-650 700-750

В исследованиях и практике по земледелию и растениеводству для учета расхода воды на создание урожая используют коэффициент водопотребления. Коэффициент водопотребления — расход воды в м3 на одну тонну урожая, включающий производительные, то есть потребление воды культурными растениями, и непроизводительные расходы на испарение с поверхности почвы.

Транспирация — испарение воды листьями.

Транспирационный коэффициент — количество воды, необходимое растению для образования единицы сухого вещества.

Растения используют почвенный раствор минеральных веществ в очень небольших концентрациях. Большая часть, поступающей в растения влаги, используется не полностью. Так, из 1 000 частей прошедшей через растение воды, только 1,5-2 части используются на питание, остальная вода испаряется через листья.

Транспирационные коэффициенты:

  • хлеба второй группы — 200-400;
  • хлеба первой группы, горох, лен-долгунец — 400-800;
  • многолетние травы — 700-900
  • клевер — 500-600;
  • люцерна — 700-800;
  • кукуруза — 230-300;
  • просо — 200;
  • озимой пшеницы — 400-500;
  • сахарной свеклы — 240-500.

Транспирационный коэффициент зависит от освещенности, температуры, влажности почвы и воздуха, обеспеченности питательными веществами.

В опытах Гельригеля, при прямом солнечном свете транспирационный коэффициент составлял 349, при сильном рассеянном свете — 483, среднем — 519 и слабом — 676.

Коэффициент транспирации сильно зависит от влажности воздуха. В засушливые периоды у таких культур, как просо, пшеница, овес, кукуруза, он увеличивается в 2 и более раз по сравнению с влажными. В южных и восточных районах России испарение воды растениями значительно выше, чем в северных и западных.

Удобрения могут заметно снижать транспирационный коэффициент. Например, овес при недостатке питательных элементов имеет коэффициент транспирации 483, при достаточном их обеспечении — 372. Поэтому применение удобрений для засушливых районов земледелия имеет важное значение, так как растения более экономно расходуют ограниченные запас влаги.

Коэффициент водопотребления — сумма транспирационной воды и воды, испаряющейся с поверхности почвы. Выражается в м3 на 1 т урожая. Варьирует в зависимости от увлажненности для озимых зерновых от 375 до 550, для свеклы — от 240 до 400, для картофеля — от 170 до 660, для многолетних трав — от 500 до 750 м3/т.

Потребность растений во влаге характеризуется транспирационным коэффициентом, который приближенно отражает способность растения расходовать определенное количество воды для создание в виде урожая единицы сухого вещества.

Транспирационный коэффициент изменяется от погодных условий, плодородия почвы, удобрения. При низкой влажности воздуха, сильном нагреве листьев и ветре он возрастает. Последний фактор особенно увеличивает испарение воды. К.А. Тимирязев писал, что даже при слабом ветре транспирация увеличивается в 2 раза, а при сильном ветре испарение в 20 раз больше, чем в сухую погоду.

Меньшее влияние на транспирационный коэффициент оказывают почвенные условия: обеспеченность питательными веществами, степень увлажнения, величина осмотического давления почвенного раствора.

Потребность в воде одного и того же растения зависит от фаз роста. 

Критической фазой роста называется период вегетации растений, при котором потребление воды максимально.

Например:

  • у колосовых культур она приходится на период от выхода в трубку до колошения;
  • для сорго и проса — от колошение до налива;
  • у кукурузы в период цветения — молочной спелости;
  • у подсолнечника — образования корзинки — цветение;
  • у хлопчатника — цветения — формирования коробочек
  • у картофеля – цветение, клубнеобразование;
  • для зернобобовых и гречихи — цветение.

Недостаток влаги в критическую фазу роста ослабляют развитие, растения не дают хорошего урожая. Последующие фазы в меньшей степени реагируют на изменение водного режима. Особенно сильно недостаток воды отражается на растениях в период образования репродуктивных органов.

Засуха приводит к ухудшению почвенных условий: повышается осмотическое давление почвенного раствора, что приводит к токсическому действию удобрений, прежде всего азотных.

Почвенная влага в зависимости от характера взаимосвязей между молекулами воды, твердой и газовой фазами обладает разной подвижностью и свойствами.

Почвенная влага подразделяется:

  • по физическому состоянию на:
    • твердую,
    • жидкую,
    • парообразную.
  • по степени подвижности воды и характеру связи с твердой фазойна:
    • химически связанную,
    • твердую,
    • гигроскопическая (прочносвязанную),
    • парообразную,
    • рыхлосвязанную (капиллярная и гравитационная).
Категории почвенной воды Категории (формы) почвенной воды и почвенно-гидролитические константы (по Роде)

Химически связанная вода включена в состав твердой фазы почвы (химически связана). Состоит из конституционной (гидратной) и кристаллизационной (кристаллогидратной) воды. Недоступна растениям, неподвижна в почве, не растворяет минеральные вещества.

Твердая вода — вода в форме льда. Образуется при промерзании почвы в осенне-зимний период (сезонное промерзание) или находится постоянно на определенной глубине, не оттаивая в летний период, в промерзшей толще почвогрунта (вечная, многолетняя мерзлота). При оттаивании, представляет собой потенциальный запас жидкой и парообразной воды.

Твердая вода недоступна растениям, неподвижна.

Парообразная вода — пары воды, находящиеся в почвенном воздухе и достигающая иногда 100%. Подвижна, перемещается из мест с большим давлением водяного пара в места с пониженным давлением и с потоками воздуха.

Имеет незначительное влияние на влагообеспеченность растений, практически недоступна растениям. В уплотненных посевах, за счет оттягивания парообразной воды корневой системой растений из прикорневых пустот, играет заметную роль.

С понижением температуры и достижением точки росы, конденсирует, переходя в доступной для растений жидкую форму.

Гигроскопическая (прочносвязанная) вода

Гигроскопическая (прочносвязанная) вода — одна из форм физически связанной, или сорбированной воды. Удерживается твердой фазой почвы, преимущественно коллоидными частицами за счет сорбционных сил.

Она образует тонкий слой водной пленки толщиной 1-3 молекулы вокруг почвенных частиц. Сорбционные силы возникают в результате того, что часть молекулу воды (со стороны атома кислорода) заряжена отрицательно, тогда как другая (со стороны атомов водорода) — положительно. Такая форма заряда называется диполем. Молекулы воды благодаря строгой ориентации диполей притягивается к почвенным частицам и удерживаются ими.

Температура замерзания гигроскопической воды составляет -4…-7 °С, она не растворяет растворимые в воде вещества, имеет плотностью 1,5-1,8 г/см3 и более высокую вязкость.

Недоступна растениям.

Максимальная гигроскопичность (МГ) — количество воды, которое почва может поглотить и удерживать, при помещении её в насыщенную до 96-98% водяными парами атмосферу. Величина максимальной гигроскопичности позволяет определять обеспеченность растений водой. Как правило, величина, равная 1,5-2 кратному превышению максимальной гигроскопичности соответствует влажности устойчивого завядания растений, или, так называемому, «мертвому запасу» воды в почве. Она учитывается в расчетах норм полива и продуктивных запасах влаги. Для расчета влажности устойчивого завядания растений по величине максимальной гигроскопичности используют коэффициент 1,34.

Мертвый запас влаги прямо пропорционален содержанию в почве иловатых (коллоидных) частиц и органических веществ (гумуса). Так, песчаная почва, бедная органическим веществом, содержит только 1% влаги, недоступной растениям, а тяжелые суглинистые и глинистые почвы, богатые гумусом, — до 15% такой влаги. В торфяных почвах мертвый запас может достигать 20-50%.

Количество гигроскопической влаги напрямую зависит от гранулометрического (механического) состава почвы и содержания органического вещества. Чем больше удельная поверхность почвенных частиц (то есть чем меньше их размер), тем выше гигроскопической влаги может быть накоплено почвой.

Рыхлосвязанная (пленочная) вода

Рыхлосвязанная вода — вторая форма физически связанной (сорбционной) воды, также называемая пленочной. Образуется благодаря дополнительной сорбции молекул воды к коллоидным частицам почвы. В отличии от гигроскопической (прочносвязанной) воды, образующейся в атмосфере насыщенных водяных паров, рыхлосвязанная вода сорбируется коллоидными частицами из жидкой фазы, за счет сорбционных сил, достаточных для её удержания.

Рыхлосвязанная вода малоподвижна и малодоступна растениям.

Капиллярная вода — вода, находящаяся в капельно-жидком состоянии в капиллярах почвы и удерживаемая капиллярными силами. 

Подразделяется на капиллярно-повешенную, то есть поступившую в почву из верхних слоев за счет осадков или оросительных вод, и капиллярно-подпертую, поднимающуюся под действием капиллярных сил от грунтовых вод. Между слоями увлажненных за счет капиллярно-подвешенной и капиллярно-подпертой воды находится промежуток сухой почвы, называемый капиллярной каймой.

Капиллярные (менисковые) силы, удерживающие влагу и вызывающие подъем грунтовых вод зависят от толщины капилляров. Чем меньше их толщина, тем больше сила и, соответственно, высота подъема воды. По этой причине на бесструктурных и плотных почвах пахотный слой быстро иссушается, особенно в южных районах. Разрушение капилляров в верхнем слое почвы с помощью рыхления существенно снижает испарение влаги. При диаметре менее 8 мм капиллярные силы не значительны.

Эффект, создаваемый капиллярными силами используют и в обратном направлении. При необходимости подтянуть влагу из нижних слоев, например, при посеве семян, особенно в сухой период или засушливых местах, прибегают к уплотнению почвы прикатыванием.

Наименьшая влагоемкость (НВ) — количество капиллярно-подвешенной воды, удерживающейся почвой после истекания избытка жидкой воды.

Оптимальная для роста и развития растений влажность почвы составляет 70-100% наименьшей влагоемкости.

Дефицит влаги — разность между значением наименьшей влагоемкости и фактической влажностью почвы, широко используется в земледелии.

Гравитационная вода — несвязанная с почвой жидкая фаза воды, занимающая крупные некапиллярные пустоты между агрегатами почвы. Свободно передвигается за счет силы тяжести (гравитации). Вытесняет воздух из пустот почвы, негативно влияя на воздушный режим, создавая анаэробные условия.

Полная влагоемкость (ПВ) — максимально возможное количество гравитационной воды, вмещаемое почвой при заполнении всех пустот.

Величина полной влагоемкости прочти равна порозности (скважности) почвы и составляет от 20-40 до 50-60%, иногда достигает 80%.

Гравитационная вода легко доступна растениям. В естественных условиях возникает при неглубоком залегании грунтовых вод, при подтоплении участков, болотах, топях, затяжных осадках, при весеннем таянии снегов.

Лед как форма воды

Лед образуется в почве при понижении температуры. В незасоленных участках гравитационная вода замерзает при градусах, близких к нулю. Если промерзает недостаточно увлажненная почва, это влечет улучшение ее структуры за счет спрессования комочков и зерен замерзшей водой. Промерзание переувлажненного слоя приводит к обесструктуриванию из-за разрыва структурных элементов льдом. При замерзании умеренно увлажненных почв сохраняется некоторая водопроницаемость, в то время как переувлажненные остаются водоупорами вплоть до своего оттаивания.

Показатели водного режима почв

Способность почвы к стабильному обеспечению водного режима определяется её водными свойствами: водоудерживающей способностью, влагоемкостью, водопроницаемостью, водоподъемная способностью, потенциалом почвенной воды, сосущей силой почвы.

Водоудерживающая способность

Водоудерживающая способность — способность почвы поглощать и удерживать воды в профиле, препятствуя стеканию под действием силы тяжести. Количественно оценивается влагоемкостью почвы.

Возникает преимущественно за счет сорбционных и капиллярных сил.

Влагоемкость почвы — максимальное количество воды, удерживающееся  почвой.

Полевая (наименьшая) влагоемкость почвы (НВ или ПВ) — максимальное количество почвенной воды, которое может удерживаться почвой длительное время без подтока и её потерь от испарения. Характерен для каждой почвы, является почти постоянной величиной. Имеет важное значение в производственной деятельности, особенно в орошаемом земледелии при расчете норм полива.

При уровне наименьшей влагоемкости почва содержит максимальное количество влаги доступной для растений, при этом 60-80% пор почвы наполнены водой.

Глинистые и богатые гумусом почвы характеризуются высокой влагоемкостью и низкой водопроницаемостью и более высоким мертвым запасом влаги. Песчаные и бедные гумусом, наоборот, — небольшой влагоёмкостью и высокой водопроницаемостью.

Водопроницаемость почвы — способность почвы впитывать и пропускать через свой профиль воду, поступающую с поверхности.

Зависит от плотности, гранулометрического состава, структуры почвы и степени увлажнения.

Водоподъемная способность

Водоподъемная способность — свойство почвы создавать подъем воды за счет капиллярных сил.

Влажность устойчивого завядания

Влажность устойчивого увядания или мертвый запас — количество недоступной для растения влаги. Определяется полуторной величиной максимальной гигроскопичности. Как правило, для расчета используют коэффициент 1,34.

Величина влажности устойчивого увядания зависит от содержания органического вещества и гранулометрического состава почвы и сильно варьирует по типам почв: в супесчаных почвах он составляет 2-3%, в суглинистых — 5-6, в глинистых — 8-10, в перегнойно-песчаных и черноземных — 14-16, в торфянистых — до 40-50% массы абсолютной сухой почвы.

Увядание растений наступает в следствии недостатка влаги в почве, так называемая почвенная засуха, или из-за усиленного испарения влаги из-за большой сухости и высокой температуры воздуха (атмосферная засуха).

Источниками поступления воды в почву являются осадки, грунтовые воды, поднимающиеся за счет капиллярных сил, конденсация водяных паров от суточных колебаний температуры, оросительные воды. 

Водный баланс — количество воды поступившей в почву и её расход.

Уравнение водного баланса почвы:

Водный баланс

где B0 — исходный запас воды в почве; Вос — сумма атмосферных осадков за конкретный период; Вор — количество воды, поступившей с оросительными водами (при орошении); Вг — количество воды, поступившей в почву с грунтовыми водами; Вк — количество воды, поступившей в почву за счет конденсации атмосферной влаги; Впр — количество воды, поступившей в почву за счет притока по поверхности; Вб — количество воды, поступившей в почву от внутрипочвенного бокового притоком; Впа — количество воды, испарившейся с поверхности почвы за конкретный период; ВТ — десукция, количество воды, израсходованной на испарение влаги растениями (транспирацию); ВИ — количество воды, потерянной за счет инфильтрации в более глубокие слои почвы; Впс — количество воды, потерянной за счет поверхностного стока; Вбс — количество воды, потерянной за счет бокового внутрипочвенного стока; Вn — конечный запас воды в почве.

Запасы воды в почве B (в м3/га или в мм водяного слоя) в слое почвы глубиной h, см рассчитывается по уравнению:

Запасы воды в почве

где a — полевая влажность, %; dv — плотность почвы, г/см3.

Согласно классификации Высоцкого-Роде в зависимости от количества выпадающих атмосферных осадков и интенсивности их испарения выделяют шесть типов водных режимов:

  1. мерзлотный;
  2. промывной;
  3. периодически промывной;
  4. непромывной;
  5. выпотной;
  6. ирригационный.
Типы водных режимов почв Схема водного баланса при промывном (А), непромывном (F) и выпотном (В) типах водного режима (по Роде): 1- испарение с растительной поверхности, 2 – поверхностный сток, 3 – испарение с поверхности почвы, 4 – внутрипочвенный сток, 5 – деструкция

Мерзлотный тип водного режима характерен для районов вечной мерзлоты. Слой вечной мерзлоты служит водоупором, что обуславливает переувлажнение верхнего слоя почвы, оттаивающего в период теплого сезона. По этой причине происходит оглеение почв, и поэтому тундровые почвы оглеены.

Промывной тип водного режима характерен для районов с преобладанием осадков, выпадающих в течение года, на испарением. В результате избытка влаги формируется нисходящий ток воды. Встречается в таежно-лесной зоне, полесье, влажных субтропиках и тропиках. В годовом цикле влагооборота во влажные периоды, преимущественно весной и осенью, наблюдается сквозное промывание почв и материнских горных пород вплоть до грунтовых вод. Такой интенсивный ток воды приводит к выносу продуктов почвообразования вглубь за пределы профиля почвы и образование почв подзолистого типа почвообразования.

Периодически промывной тип

Периодически промывной тип характерен для районов с примерно равными количествами воды, выпадающей в виде осадков и испаряющейся в течение года. Чередование сухих и влажных лет обуславливает чередование непромывного и промывного типов водного режима. Причем последний может происходить один раз в 10 и более лет. Такой тип водного режима способствует формированию серых лесных почв, выщелоченных и оподзоленных черноземов лесостепной зоны.

Непромывной тип водного режима характерен для районов, где годовая сумма осадков меньше, чем испарения, при этом вода не достигают грунтовых вод. Промачивание толщи почвогрунта в черноземной степи достигает 4 м, в бурых и серо-бурых почвах полупустынь и пустынь — 1 м. Между грунтовыми водами и верхним увлажненным слоем расположен слой с влажностью, примерно равный величине влажности завядания.

Выпотной тип водного режима характерен местности с непромывным типом и близким залеганием грунтовых вод. При этом происходит интенсивный подъем влаги по капиллярам от грунтовых к поверхности и её испарение, особенно в зоне полупустынь и пустынь. При большом содержание в грунтовых водах минеральных веществ, формируются засоленные, прежде всего солончаковые и солонцеватые почвы.

Ирригационный тип характерен для территорий с искусственным орошением земель. В течение года водный режим может меняться от промывного до непромывного, и даже выпотного в зависимости от интенсивности, сроков и водов орошения.

Примечания

  1. 1 2 3 Zunker F. Das verhalten des Bodens zum Wasser. Handbuch der Bodenlehre. Bd. VI, 1930, Berlin
  2. Качинский Н. А. Физика почвы. Часть II. Водно-физические свойства и режимы почв. Учебное пособие. — М.: Высшая школа, 1970, с. 26
  3. Литвинова Т. А. Влияние удельной поверхности и ультрапористости мёрзлых грунтов на содержание в них незамёрзшей воды. М., 1961
  4. Коссович П. С. Водные свойства почвы. — СПб.: Ж. «Опытная агрономия», кн. 3, 1904
  5. 1 2 3 Лебедев А. Ф. Почвенные и грунтовые воды. М.-Л.: Сельхозгиз, 1930
  6. Вотяков И. Н. Связь между содержанием незамёрзшей воды в мёрзлых грунтах и гигроскопической влажностью грунтов. Известия СО АН СССР, Новосибирск, 1960, с. 17-25
  7. Качинский Н. А. О влажности почвы и методах её изучения. М.-Л.: Сельхозгиз, 1930

Регулирования водного режима почв

Оптимальная влажность в корнеобитаемом слое на разных этапах развития большинства составляет 60—80% полной полевой влагоемкости, в период развития ассимиляционного аппарата и интенсивного роста — 70—80%.

К приемам регулирования водного режима относятся: агротехнические, гидромелиоративные, агромелиоративные, лесомелиоративные и другие.

Человек начал использовать различные приемы регулирования водного режима с давних времен, основываясь на учете биологических особенностей культур и почвенно-климатических условий территории.

Для регулировании водного режима конкретных угодий целесообразно разработать и использовать систему земледелия, учитывающую особенности водного режима, а не применять отдельные приемы для его регулирования.

Рыхлая и структурированная почва впитывает существенно больше количество влаги, чем уплотненная и бесструктурная. В уплотненной почве за счет капиллярных сил происходит быстрое подтягивание влаги из нижних слоев к поверхности и её усиленное испарение. Потеря при этом в весенний период при сухой и ветреной погоде могут достигать 50-70 т/га на незаборонованной зяби. Даже мелкое поверхностное рыхление, разрушающее уплотненный верхний слой, резко сокращает потери влаги от испарение.

Мульчирование — прием укрытия поверхности почвы различными материалами (торфом, соломенной резкой, специальными пленками) поверхности почвы для уменьшения испарения воды. Как правило, этот прием используют на небольших площадях.

Борьба с сорной растительность, как фактора дополнительного потребления воды, также играет существенную роль.

Введение в севооборот чистых паров также можно рассматривать как прием регулирования водного режима.

Снегозадержание — эффективный прием накопления влаги в почве за счет талых вод. Потери талых вод в районах неустойчивого или недостаточного увлажнения за один год составляют 50-60 млрд т, при том, что на каждые 100 т/га воды (10 мм осадков) может быть получено дополнительно 200 кг/га зерна озимых культур и 100 кг — яровых. 

Для снегозадержания на склоновых землях, помимо противоэрозионных особых приемов вспашки (обработка поперек склона, щелевание, прерывистое бороздование), устраивают микролиманы. 

Широко используется посев высокостебельных культур (подсолнечник, кукуруза, горчица, сорго) и оставление стерни после уборки.

Кроме снегозадерживающих свойств, посадка лесных полос вдоль участков обеспечивает и противоэрозионную защиту.

Приемы регулирования водного режима в засушливых районах

Ирригация — прием, используемый в системах интенсивного земледелия, для регулирования водного режима почвы, заключающийся в орошении. Имеет особенное значение в засушливых районах, где оно позволяет обеспечить влагой растения прежде всего в критические фазы роста.

Размещение культур в севообороте с различной корневой системой и потреблением воды позволяет наиболее эффективно расходовать влагу разных горизонтов.

Улучшение структуры почвы позволяет предотвратить сток воды по поверхности и сократить её испарение.

Применение удобрений за счет уменьшения транспирационного коэффициента сокращает расход воды растениями.

Выведение и использование засухоустойчивых сортов с пониженным транспирационным коэффициентом, является хорошим средством рационального использования влаги.

Осушение — прием, направленный на уменьшение избыточного увлажнения почвы. Актуален в северо-западных районах страны.

Избыточная влага в почве приводит к вымоканию растений, снижая их урожайность в следствие создания анаэробных условий и ухудшения воздушного режима почвы. Сильное набухание при увлажнении глинистых почв с последующим подсыхание существенно уплотняет их, на поверхности образуется плотная корка.

В качестве приемов осушения применяют дренаж, гребневые посевы, специальные приемы вспашки, органические удобрения, в том числе сидеральные, проводится поверхностная обработка, нивелировка микро- и мезопонижений и др.

Сеть закрытых или открытых дрен позволяет избавляться от избытка влаги, а подача по дренам воды, наоборот, дает возможность регулировать водный режим.

[INSERT_ELEMENTOR id=”2859″]

Земледелие. Учебник для вузов/Г.И. Баздырев, В.Г. Лошаков, А.И. Пупонин и др. — М.: Издательство «Колос», 2000. — 551 с.

Основы технологии сельскохозяйственного производства. Земледелие и растениеводство. Под ред. В.С. Никляева. — М.: «Былина», 2000. — 555 с.

Агрохимия. Учебник/В.Г. Минеев, В.Г. Сычев, Г.П. Гамзиков и др.; под ред. В.Г. Минеева. — М.: Изд-во ВНИИА им. Д.Н. Прянишникова, 2017. — 854 с.

Растениеводство/П.П. Вавилов, В.В. Гриценко, В.С. Кузнецов и др.; Под ред. П.П. Вавилова. – 5-е изд., перераб. и доп. – М.: Агропромиздат, 1986. — 512 с.: ил. — (Учебник и учеб. пособия для высш. учеб. заведений).

Контрольные вопросы и задания

  1. Назовите категории (формы) воды в почве. Какова их прочность связи с твердой фазой почвы и доступность растениям?
  2. Дайте понятие почвенно-гидрологических констант, перечислите основные из них.
  3. Что называется продуктивной влагой? Как ее вычислить?
  4. Назовите и охарактеризуйте водные свойства почвы. Какие свойства почв определяют водные свойства?
  5. Дайте понятие водного режима.
  6. Охарактеризуйте типы водного режима и приемы их регулирования.

Ссылки

  • Soil atlas of Europe (англ.)

Ссылки[править | править код]

  • Soil atlas of Europe (англ.)

См. также

  • Ирригация
  • Вечная мерзлота
  • Основная гидрофизическая характеристика
modif.png

Эта страница в последний раз была отредактирована 12 сентября 2020 в 17:19.

Рейтинг
( 1 оценка, среднее 5 из 5 )
Загрузка ...