Понятие полевая влагоемкость в физиологии растений определяет. Влагоемкость почвы. Водные свойства почв
В лабораторных условиях можно определить величину наименьшей влагоемкости почвы, которая примерно соответствует предельной полевой влагоемкости (Долгов, 1948). При работе с насыпной почвой (например, при набивке вегетационных сосудов) определение в трубках даст более правильный результат, чем полевое определение влагоемкости.
Для определения берут стеклянные трубки длиной в 60-80 см с внутренним диаметром около 3 см. Нижний конец трубки обвязывается полотном или марлей. При подготовке почву доводят до воздушно-сухого состояния и пропускают через грохот (2-3 мм), но не растирают.
При набивке почвы принимают меры против образования слоистости, что достигается насыпанием почвы через воронку, на носик которой надета достаточно широкая каучуковая трубка, доходящая до дна стеклянной трубки. При насыпании почва заполняет воронку и всю каучуковую трубку. При постоянном постукивании и вращении стеклянной трубки начинают медленно поднимать воронку с каучуковой трубкой, не отрывая нижнего конца трубки от высыпавшейся почвы; при этом почва сплошным столбом, без сортировки, выходит из каучуковой трубки и заполняет стеклянную трубку. Этим приемом удается избежать образования слоистости, неизбежной при простом насыпании почвы в трубку.
Полив почвы производят с таким расчетом, чтобы почвенный столб промачивался не до дна; нижняя сухая зона может быть небольшой. Ход промачивания регистрируется сквозь стеклянные стенки раз в сутки по увлажнении почвы. Для предотвращения подсыхания с поверхности почвы верх трубок закрывается пробкой с вставленным в нее кали-аппаратом, заполненным водой, что позволяет воздуху входить после насыщения водяными парами.
После прекращения передвижения воды (через 30-40 дней) стеклянные трубки разрезают и послойно определяют влажность в каждых 2 или 4 см. Влажность верхних (обычно переувлажненных) слоев в 4-6 см не принимают во внимание, так же как и в нижних переходных слоях длиной 20-25 см, прилегающих к сухой почве.
Выше переходной зоны во всех слоях, кроме самых верхних, влажность колеблется незначительно и примерно соответствует значению предельной полевой влагоемкости, определяемой в природной полевой обстановке.
Удовлетворительное совпадение лабораторных и полевых определений найдено С.И. Долговым только для пахотного слоя почвы. Для всех подпахотных образцов лабораторные определения дали завышенные значения.
Для быстрого определения наименьшей влагоемкости (по Долгову) воздушно-сухую почву набивают в сосуд высотой 30 см или в широкую трубку высотой около 40 см, стараясь достичь такого же уплотнения почвы, как при набивке сосудов вегетационного опыта. Затем осторожным приливанием воды смачивают верхнюю часть почвенного столба и оставляют в укрытом состоянии на сутки. Через сутки почва в слое от 5 до 10-15 см будет иметь влажность наименьшей влагоемкости. Определение будет правильным, если в нижней части почвенного столба осталась воздушно-сухая почва.
С.И. Долгов считает более правильным рассчитывать полив вегетационных опытов не по полной влагоемкости, а по наименьшей влагоемкости, допуская в опыте колебания влажности от 70 до 100% от наименьшей влагоемкости.
Вода в почве является одним из основных факторов почвообразования и одним из главнейших условий плодородия. В мелиоративном отношении особенно важное значение вода приобретает как физическая система, находящаяся в сложных взаимоотношениях с твердой и газообразной фазой почвы и растением (рис. 9). Недостаток воды в почве губительно отражается на урожае. Лишь при необходимом для нормального роста и развития растений содержании жидкой воды и элементов питания в почве при благоприятных воздушных и термических условиях можно получить высокий урожай. Основной источник воды в почве - выпадающие осадки, каждый миллиметр которых на гектаре составляет 10м3, или 10т воды. На Земле непрерывно совершается круговорот воды. Это постоянно протекающий геофизический процесс, включающий следующие звенья: а) испарение воды с поверхности мирового океана; б) перенос паров воздушными потоками в атмосфере; в) образование облаков и выпадение осадков над океаном и сушей; г) движение воды на поверхности Земли и в недрах ее (аккумуляция осадков, сток, инфильтрация, испарение). Содержание воды в почве определяется климатическими условиями зоны и водоудерживающей способность почвы. Роль почвы во внешнем влагообороте и внутреннем влагообмене повышается в результате ее окультуривания, когда заметно увеличиваются влажность, водопроницаемость и влагоемкость, но сокращаются поверхностный сток и бесполезное испарение.
Влажность почвы
Содержание воды в почве колеблется в пределах от сильного иссушения (физиологической сухости) до полного насыщения и переувлажнения. Количество воды, находящейся в данный момент в почве и выраженное в весовых или объемных процентах по отношению к абсолютной сухой почве, называется влажностью почвы. Зная влажность почвы, нетрудно определить запас почвенной влаги. Одна и та же почва может быть неодинаково увлажнена на разных глубинах и в отдельных участках почвенного разреза. Увлажненность почвы зависит от физических свойств ее, водопроницаемости, влагоемкости, капиллярности, удельной поверхности и других условий увлажнения. Изменение влажности почв и создание благоприятных условий увлажнения в течение вегетационного периода достигаются приемами агротехники. Каждая почва имеет свою динамику влажности, меняющуюся по генетическим горизонтам. Различают влажность абсолютную, характеризующуюся валовым (абсолютным) количеством влаги в почве в данной точке на данный момент, выраженном в процентах от веса или объема почвы, и влажность относительную, исчисляемую в процентах от пористости (полной влагоемкости). Влажность почвы определяется разными методами.
Влагоемкость почв
Влагоемкость - свойство почвы поглощать и удерживать то максимальное количество воды, которое в данное время соответствует воздействию на нее сил и условиям внешней среды. Это свойство зависит от состояния увлажненности, пористости, температуры почвы, концентрации и состава почвенных растворов, степени окультуренности, а также от других факторов и условий почвообразования. Чем выше температура почвы и воздуха, тем меньше влагоемкость, за исключением почв, обогащенных перегноем. Влагоемкость меняется по генетическим горизонтам и высоте почвенной колонны. В почвенной колонне как бы заключена водная колонна, форма которой зависит от высоты столба почвенного грунта над зеркалом и от условия увлажнения с поверхности. Форма такой колонны будет соответствовать природной зоне. Эти колонны в природных условиях меняются по сезонам года, а также от погодных условий и колебания влажности почвы. Водная колонна изменяется, приближаясь к оптимальной, в условиях окультуривания и мелиорации почвы. Различаются следующие виды влагоемкости: а) полная; б) максимальная адсорбционная; в) капиллярная; г) наименьшая полевая и предельная полевая влагоемкость. Все виды влагоемкости меняются с развитием почвы в природе и еще более - в производственных условиях. Даже одна обработка (рыхление спелой почвы) может улучшить ее водные свойства, увеличивая полевую влагоемкость. А внесение в почву минеральных и органических удобрений или других влагоемких веществ может на длительное время улучшить водные свойства или влагоемкость. Это достигается заделкой в почву навоза, торфа, компоста и других влагоемких веществ. Мелиорирующее действие может оказывать внесение в почву влагоудерживающих высокопористых влагоемких веществ типа перлитов, вермикулита, керамзита.
Кроме основного источника лучистой энергии, в почву поступает тепло, выделяемое при экзотермических, физико-химических и биохимических реакциях. Однако тепло, получаемое в результате биологических и фотохимических процессов, почти не изменяет температуру почвы. В летнее время сухая нагретая почва может повышать температуру вследствие смачивания. Эта теплота известна род названием теплоты смачивания. Она проявляется при слабом смачивании почв, богатых органическими и минеральными (глинистыми) коллоидами. Весьма незначительное нагревание почвы может быть связано с внутренней теплотой Земли. Из других второстепенных источников тепла следует назвать «скрытую теплоту» фазовых превращений, освобождающуюся в процессе кристаллизации, конденсации и замерзании воды и т. д. В зависимости от механического состава, содержания перегноя, окраски и увлажнения различают теплые и холодные почвы. Теплоемкость определяется количеством тепла в калориях, которое необходимо затратить, чтобы поднять температуру единицы массы (1г) или объема (1 см3) почвы на 1оС. Из таблицы видно, что с увеличением влажности теплоемкость меньше возрастает у песков, больше у глины и еще больше у торфа. Поэтому торф и глина являются холодными почвами, а песчаные - теплыми. Теплопроводность и температуропроводность. Теплопроводность - способность почвы проводить тепло. Она выражается количеством тепла в калориях, проходящего в секунду через площадь поперечного сечения 1 см2 через слой 1 см при температурном градиенте между двумя поверхностями 1оС. Воздушно-сухая почва обладает более низкой теплопроводностью, чем влажная. Это объясняется большим тепловым контактом между отдельными частицами почвы, объединенными водными оболочками. Наряду с теплопроводностью различают температуропроводность - ход изменения температуры в почве. Температуропроводность характеризует изменение температуры на единице площади в единицу времени. Она равна теплопроводности, деленной на объемную теплоемкость почвы. При кристаллизации льда в порах почвы проявляется кристаллизационная сила, вследствие чего закупориваются и расклиниваются почвенные поры и возникает так называемое морозное пучение. Рост кристаллов льда в крупных порах вызывает подток воды из мелких капилляров, где в соответствии с уменьшающимися их размерами замерзание воды запаздывает .
Источники поступающего в почву тепла и расходования его - неодинаковые для различных зон, поэтому тепловой баланс почв может быть и положительным и отрицательным. В первом случае почва получает тепла больше, чем отдает, а во втором - наоборот. Но тепловой баланс почв любой зоне с течением времени заметно изменяется. Тепловой баланс почвы поддается регулированию в суточном, сезонном, годичном и многолетнем интервале, что позволяет создать более благоприятный термический режим почв. Тепловым балансом почв природных зон можно управлять не только через гидромелиорации, но и соответственными агромелиорациями и лесомелиорациями, а также некоторыми приемами агротехники. Растительный покров усредняет температуру почвы, уменьшая ее годовой теплооборот, способствуя охлаждению приземного слоя воздуха вследствие транспирации и излучения тепла. Большие водоемы и водохранилища умеряют температуру воздуха. Весьма простые мероприятия, например культура растений на гребнях и грядах, дают возможность создать благоприятные условия теплового, светового, водно-воздушного режима почвы на Крайнем Севере. В солнечные дни среднесуточная температура в корнеобитаемом слое почвы на гребнях на несколько градусов выше, чем на выровненной поверхности. Перспективно применение электрического, водяного и парового отопления, используя промышленные отходы энергии и неорганические природные ресурсы.
Таким образом, регулирование теплового режима и теплового баланса почвы вместе с водно-воздушным имеет весьма большое практическое и научное значение. Задача заключается в том, чтобы управлять тепловым режимом почвы, особенно уменьшением промерзания и ускорением оттаивания ее.
Одним из основных водных свойств почвы является влагоемкость, под которой понимают количество воды, удерживаемые почвой. Она выражается в % от массы абсолютно сухой почвы или от ее объема.
Важнейшей характеристикой водного режима почв является ее наименьшая влагоемкость, под которой понимается наибольшее количество подвешенной влаги, которую почва способна удерживать после обильного увлажнения и стекания гравитационной воды. При наименьшей влагоемкости количество доступной влаги для растений достигает максимально возможной величины. Количество воды в почве, за вычетом той ее части, которая составляет так называемый мертвый запас, Э.Митчерлих назвал "физиологически доступной почвенной влагой".
Наименьшую влагоемкость определяют в полевых условиях при естественном сложении почвы методом заливаемых площадок. Суть метода заключается в том, что почву насыщают водой до тех пор, пока ею не будут заполнены все поры, а затем дают избытку влаги стечь под действием силы тяжести. Установившаяся равновесная влажность будет соответствовать НВ. Она характеризует водоудерживающую способность почвы. Для определения НВ выбирают площадку размером не менее 1 х 1 м, вокруг которой создают защитный бортик, обволакивают ее двойным кольцом уплотненных земельных валиков высотой 25-30 см или устанавливают деревянные или металлические рамки. Поверхность почвы внутри площадки выравнивают и покрывают крупным песком слоем 2 см для предохранения почвы от размыва. Рядом с площадкой по генетическим горизонтам или отдельным слоям берут образцы почвы для определения ее пористости, влажности и плотности. По этим данным определяют фактический запас воды в каждом из горизонтов (слоев) и пористость. Вычитая из общего объема пор объем, занятый водой, определяют количество воды, необходимое для заполнения всех пор в изучаемом слое .
Пример расчета. Площадь заливной площадки S = 1 х 1 = 1 м 2 . Установлено, что мощность пахотного слоя равна 20 см или 0,2 м, влажность почвы W - 20%; плотность d - 1,2 г/см 3 ; порозность Р - 54%.
а) объем пахотного слоя: V пах = hS = 0,2 х 1 = 0,2 м 3 = 200 л.
б) объем всех пор в исследуемом слое:
V пор = Vпах (Р/100) = 200 (54/100) = 108 л
в) объем пор, занятых водой при влажности, равной 20%
V вод = Vпах (W/100) S = 200 (20/100) · 1 = 40 л
г) Объем свободных от воды пор
V своб = Vпор - Vвод = 108 - 40 = 68 л.
Для заполнения всех пор в пахотном слое почвы в пределах заливной площадки потребуется 68 л воды.
Таким образом рассчитывают количество воды для заполнения почвенных пор до той глубины, на которую определяют НВ (обычно до 1-3 м).
Для большей гарантии полного промачивания количество воды увеличивают в 1,5 раза на боковое растекание.
Определив требуемое количество воды, приступают к заливке площадки. Струю воды из ведра или шланга направляют на какой-нибудь твердый предмет, чтобы избежать нарушения сложения почвы. Когда весь заданный объем воды впитается в почву, поверхность ее накрывают пленкой, чтобы исключить испарение.
Время для стекания избытка воды и установления равновесной влажности, соответствующей НВ, зависит от механического состава почвы. Для песчаных и супесчаных почв оно составляет 1 сутки, для суглинистых 2-3, для глинистых 3-7 суток. Точнее это время можно установить, наблюдая за влажностью почвы на участке в течение нескольких дней. Когда колебания влажности почвы во времени будут незначительными, не превышающими 1-2%, то это и будет означать достижение равновесной влажности, т.е. НВ.
В условиях лаборатории НВ для почв с нарушенным сложением можно определить методом насыщения почвенных образцов водой сверху по аналогии определения строения пахотного слоя почвы.
Наименьшая (или предельная полевая) влагоемкость показывает количество воды, удерживаемое почвой в практически неподвижном состоянии после обильного полива и просачивания избыточной воды под влиянием силы тяжести. Определение делается в природных условиях. При залегании грунтовых вод глубже 3 м определение показывает «истинную наименьшую влагоемкость», а при более близких грунтовых водах - более высокое содержание, достигающее величины «капиллярной влагоемкости». Глубину грунтовых вод следует указывать при определении.
Влагоемкость, определяемая описанным ниже методом, называется различными исследователями: общая влагоемкость (Качинский, Вадюнина), предельная полевая влагоемкость (Астапов, Розов, Долгов), наименьшая полевая влагоемкость (Березинь, Рыжов, Зимина), полевая влагоемкость (Ревут, Гречин).
Порядок определения наименьшей влагоемкости. Выбирают ровный, типичный для данного поля участок и на нем окружают земляным валиком высотой 30-40 см площадку размером 1,5х1,5 л. Землю для насыпания валиков берут вне площадки, поверхность площадки оберегают от затаптывания. Для ограждения площадки вместо земляных валиков иногда применяют деревянные или железные рамы. Поблизости от площадки закладывают и описывают почвенный разрез, в стенке которого берут образцы почвы по генетическим горизонтам для определения влажности, объемного и удельного веса почвы.
Для промачивания почвы до 1,5 м на каждый квадратный метр площадки надо приготовить 200-300 л на суглинистых или 200 л воды на супесчаных почвах. Во избежание размыва поверхности под струю воды, подаваемой на площадку, необходимо подложить кусок фанеры или слой соломы. Вода подается постепенно, так чтобы не создавать слоя воды на поверхности выше б см.
Когда вся поданная на площадку вода впитается в почву, ее покрывают для предохранения от испарения с поверхности клеенкой или пластиком и толстым слоем соломы (до 0,5 м), которую прижимают сверху землей.
Просачивание излишней воды из первого метра почвы в основном заканчивается на песчаных почвах за 1-2 суток, на суглинистых - 3-5 и глинистых - 5-10 суток. Однако и после этого срока почвенная влага продолжает медленно просачиваться вниз. Поэтому рекомендуют определение наименьшей влагоемкости в три срока - через 1,3 и 10 суток, обозначая их индексами HB1, HB3 и HB10. Для песчаных и супесчаных почв достаточно определить HB1 и HB3.
Почвенные пробы для определения влажности отбирают буром с трех-пяти мест послойно через 10 см. Для этого на площадку кладут доску и, стоя на ней и не снимая покрытия почвы, производят бурение в центральной части площадки 80х80 см. Отверстия скважин после взятия проб плотно забивают почвой.
Наименьшую (предельную полевую) влагоемкость можно определить во всех случаях обильного увлажнения почвы - ранней весной после полного оттаивания почвы и впитывания талых вод или после полива орошаемых участков. После увлажнения выбранную площадку закрывают клеенкой, соломой и через соответствующие интервалы бурят и определяют влажность почвы площадки.
Наименьшая влагоемкость зависит от механического состава - от 20% объема супесчаных до 40% от объема суглинистых и глинистых почв, и несколько уменьшается с глубиной. Наименьшая влагоемкость тяжелой почвы зависит также от сложения, приемов обработки, структурности, внесения извести.
Вычисляют наименьшую влагоемкость послойно для каждых 10 см в процентах от объема почвы, поэтому необходимо определять объемный вес почвы. Если наименьшая влагоемкость составляет 70-80% общей порозности, то это считается благоприятным для сельскохозяйственных культур, при 80-90% - посредственным, а свыше 90% - неудовлетворительным из-за недостаточного содержания воздуха.
Влагоемкость почвы - величина, количественно характеризующая водоудерживающую способность почвы. В зависимости от условий удержания влаги различают влагоемкость общую, полевую, предельную полевую, наименьшую, капиллярную, максимальную молекулярную, адсорбционную максимальную, из которых основные наименьшая, капиллярная и полная.
Определение полевой влагоемкости почвы. Для определения полевой влагоемкости (ПВ) на выбранном участке двойным рядом валиков огораживают площадки размером не менее 1x1 м. Поверхность площадки выравнивают и покрывают крупным песком слоем 2 см. Выполняя данный анализ, можно использовать металлические или плотные деревянные рамы.
Рядом с площадкой по генетическим горизонтам или отдельным слоям (0-10, 10-20 см и т. д.) бурами берут образцы почвы для определения ее пористости, влажности и плотности. По этим данным определяют фактический запас воды и пористость почвы в каждом ее отдельном слое и в общей толще изучаемой почвы (50 или 100 см). Вычитая из общего объема пор объем их, занятый водой, определяют количество воды, необходимое для заполнения всех пор в изучаемом слое воды. Для гарантии полного промачи- вания количество воды увеличивают в 1,5 раза.
Вычисленное количество воды равномерно подают на площадку и защитную полосу так, чтобы слой ее на поверхности почвы был толщиной 2-5 см.
После впитывания всей воды площадку и защитную полосу закрывают полиэтиленовой пленкой, а сверху соломой, опилками или другим мульчирующим материалом. В дальнейшем через каждые 3-4 дня отбирают пробы для определения влажности почвы через каждые 10 см на всю глубину изучаемого слоя до тех пор, пока в каждом слое установится более или менее постоянная влажность. Эта влажность и будет характеризовать полевую вла- гоемкость почвы, которую выражают в процентах к массе абсолютно сухой почвы, в мм или м3 в слое 0-50 и 0-100 см на 1 га.
Записи и расчеты при определении ПВ ведут по форме, установленной для определения влажности почвы весовым методом. Значение ПВ в дальнейшем используется для расчета поливной нормы воды. Если известны ПВ и запас воды в пахотном слое почвы Вп (м3), то поливная норма Пн = ПВ - Вп.
По этим же данным можно определить и промывную норму для засоленных почв.
Определение влагоемкости в лабораторных условиях. Влагоем- кость в лабораторных условиях определяют на монолитах объемом 1000-1500 см3 с естественным сложением почвы. Монолиты помещают в ванночку или на стол, покрытый клеенкой, так, чтобы поверхности их приняли горизонтальное положение, и закрывают фильтровальной бумагой. Затем монолит поливают сверху водой так, чтобы она не застаивалась на его поверхности и не стекала по бокам. После промачивания образца почвы на 3/4 его высоты полив прекращают, закрывают монолит клеенкой и оставляют в таком положении для стекания гравитационной воды в нижнюю часть его. Продолжительность стекания воды зависит от механических свойств почвы и ее плотности: для песчаных почв достаточно 0,5 ч, для легких и средних суглинков - 1-3, для тяжелых суглинков и глин - 8-16 ч.
Еще по теме ВЛАГОЕМКОСТЬ ПОЧВЫ И МЕТОДЫ ЕЕ ОПРЕДЕЛЕНИЯ:
- Определение активности а-амилазы в сыворотке крови, моче, дуоденальном содержимом амилоклассическим методом со стойким крахмальным субстратом (метод Каравея).
