Поняття польова вологоємність у фізіології рослин визначає. Вологомісткість ґрунту. Водні властивості ґрунтів
У лабораторних умовах можна визначити величину найменшої вологоємності ґрунту, яка приблизно відповідає граничній польовій вологоємності (Долгов, 1948). При роботі з насипним ґрунтом (наприклад, при набиванні вегетаційних судин) визначення в трубках дасть правильніший результат, ніж польове визначення вологоємності.
Для визначення беруть скляні трубки довжиною 60-80 см з внутрішнім діаметром близько 3 см. Нижній кінець трубки обв'язується полотном або марлею. При підготовці ґрунт доводять до повітряно-сухого стану та пропускають через гуркіт (2-3 мм), але не розтирають.
При набиванні ґрунту вживають заходів проти утворення шаруватості, що досягається насипанням ґрунту через лійку, на носик якої надіта досить широка каучукова трубка, яка доходить до дна скляної трубки. При насипанні грунт заповнює лійку та всю каучукову трубку. При постійному постукуванні і обертанні скляної трубки починають повільно піднімати вирву з каучуковою трубкою, не відриваючи нижнього кінця трубки від грунту, що висипався; при цьому ґрунт суцільним стовпом, без сортування, виходить із каучукової трубки та заповнює скляну трубку. Цим прийомом вдається уникнути утворення шаруватості, неминучим при простому насипанні ґрунту в трубку.
Полив ґрунту виробляють з таким розрахунком, щоб ґрунтовий стовп промочувався не до дна; нижня суха зона може бути невеликою. Хід промочування реєструється крізь скляні стінки щодня по зволоженню грунту. Для запобігання підсиханню з поверхні ґрунту верх трубок закривається пробкою із вставленим у неї калі-апаратом, заповненим водою, що дозволяє повітрю входити після насичення водяними парами.
Після припинення пересування води (через 30-40 днів) скляні трубки розрізають і пошарово визначають вологість у кожних 2 або 4 см. довжиною 20-25 см, прилеглих до сухого ґрунту.
Вище перехідної зони у всіх шарах, крім верхніх, вологість коливається незначно і приблизно відповідає значенню граничної польової вологоємності, що визначається в природній польовій обстановці.
Задовільний збіг лабораторних та польових визначень знайдено С.І. Борговим лише орного шару грунту. Для всіх підорних зразків лабораторні визначення дали завищені значення.
Для швидкого визначення найменшої вологоємності (по Долгову) повітряно-сухий ґрунт набивають у посудину заввишки 30 см або в широку трубку висотою близько 40 см, намагаючись досягти такого ж ущільнення ґрунту, як при набиванні судин вегетаційного досвіду. Потім обережним приливанням води змочують верхню частину ґрунтового стовпа і залишають у схованому стані на добу. Через добу ґрунт у шарі від 5 до 10-15 см матиме вологість найменшої вологоємності. Визначення буде правильним, якщо в нижній частині ґрунтового стовпа залишився повітряно-сухий ґрунт.
С.І. Долгов вважає більш правильним розраховувати полив вегетаційних дослідів не за повною вологоємністю, а за найменшою вологоємністю, допускаючи в досвіді коливання вологості від 70 до 100% найменшої вологоємності.
Вода в ґрунті є одним з основних факторів ґрунтоутворення та однією з найголовніших умов родючості. У меліоративному відношенні особливо важливе значення вода набуває як фізична система, яка перебуває у складних взаєминах з твердою та газоподібною фазою ґрунту та рослиною (рис. 9). Недолік води у ґрунті згубно відбивається на врожаї. Лише за необхідного для нормального росту та розвитку рослин вмісту рідкої води та елементів живлення у ґрунті за сприятливих повітряних та термічних умов можна отримати високий урожай. Основне джерело води у ґрунті – випадають опади, кожен міліметр яких на гектарі становить 10м3, або 10т води. На Землі безперервно відбувається кругообіг води. Це геофізичний процес, що постійно протікає, що включає такі ланки: а) випаровування води з поверхні світового океану; б) перенесення пар повітряними потоками в атмосфері; в) утворення хмар та випадання опадів над океаном та сушею; г) рух води на поверхні Землі та в надрах її (акумуляція опадів, стік, інфільтрація, випаровування). Вміст води в ґрунті визначається кліматичними умовами зони та водоутримуючою здатністю ґрунту. Роль ґрунту у зовнішньому вологообороті та внутрішньому вологообміні підвищується внаслідок його окультурення, коли помітно збільшуються вологість, водопроникність та вологоємність, але скорочуються поверхневий стік та марне випаровування.
Вологість ґрунту
Вміст води у ґрунті коливається в межах від сильного висушення (фізіологічної сухості) до повного насичення та перезволоження. Кількість води, що знаходиться в даний момент у ґрунті і виражена у вагових або об'ємних відсотках по відношенню до абсолютного сухого ґрунту, називається вологістю ґрунту. Знаючи вологість ґрунту, неважко визначити запас ґрунтової вологи. Один і той же ґрунт може бути неоднаково зволожений на різних глибинах і в окремих ділянках ґрунтового розрізу. Зволоженість ґрунту залежить від фізичних властивостей його, водопроникності, вологоємності, капілярності, питомої поверхні та інших умов зволоження. Зміна вологості ґрунтів та створення сприятливих умов зволоження протягом вегетаційного періоду досягаються прийомами агротехніки. Кожен ґрунт має свою динаміку вологості, що змінюється по генетичних горизонтах. Розрізняють абсолютну вологість, що характеризується валовою (абсолютною) кількістю вологи в грунті в даній точці на даний момент, вираженому у відсотках від ваги або об'єму грунту, і вологість відносну, що обчислюється у відсотках від пористості (повної вологоємності). Вологість ґрунту визначається різними методами.
Вологоємність грунтів
Вологомісткість - властивість грунту поглинати і утримувати ту максимальну кількість води, яка зараз відповідає впливу на неї сил і умов зовнішнього середовища. Ця властивість залежить від стану зволоженості, пористості, температури ґрунту, концентрації та складу ґрунтових розчинів, ступеня окультуреності, а також від інших факторів та умов ґрунтоутворення. Чим вище температура ґрунту та повітря, тим менша вологоємність, за винятком ґрунтів, збагачених перегноєм. Вологомісткість змінюється по генетичних горизонтах та висоті ґрунтової колони. У ґрунтовій колоні як би укладена водна колона, форма якої залежить від висоти стовпа ґрунтового ґрунту над дзеркалом та від умови зволоження з поверхні. Форма такої колони буде відповідати природній зоні. Ці колони у природних умовах змінюються за сезонами року, а також від погодних умов та коливання вологості ґрунту. Водна колона змінюється, наближаючись до оптимального, в умовах окультурення та меліорації ґрунту. Розрізняються такі види вологоємності: а) повна; б) максимальна адсорбційна; в) капілярна; г) найменша польова та гранична польова вологоємність. Всі види вологоємності змінюються з розвитком ґрунту в природі та ще більше – у виробничих умовах. Навіть одна обробка (розпушування стиглого ґрунту) може покращити її водні властивості, збільшуючи польову вологоємність. А внесення у ґрунт мінеральних та органічних добрив чи інших вологоємних речовин може на тривалий час покращити водні властивості чи вологоємність. Це досягається закладенням у ґрунт гною, торфу, компосту та інших вологоємних речовин. Меліоруюча дія може вносити в грунт вологоутримуючих високопористих вологоємних речовин типу перлітів, вермікуліту, керамзиту.
Крім основного джерела променистої енергії, у ґрунт надходить тепло, що виділяється при екзотермічних, фізико-хімічних та біохімічних реакціях. Проте тепло, одержуване внаслідок біологічних і фотохімічних процесів, майже змінює температуру грунту. У літню пору сухий нагрітий грунт може підвищувати температуру внаслідок змочування. Ця теплота відома як назва теплоти змочування. Вона проявляється при слабкому змочуванні ґрунтів, багатих на органічні та мінеральні (глинисті) колоїди. Дуже незначне нагрівання ґрунту може бути пов'язане із внутрішньою теплотою Землі. З інших другорядних джерел тепла слід назвати «приховану теплоту» фазових перетворень, що звільняється в процесі кристалізації, конденсації та замерзання води і т. д. Залежно від механічного складу, вмісту перегною, фарбування та зволоження розрізняють теплі та холодні ґрунти. Теплоємність визначається кількістю тепла в калоріях, яку необхідно витратити, щоб підняти температуру одиниці маси (1г) чи обсягу (1 см3) ґрунту на 1оС. З таблиці видно, що зі збільшенням вологості теплоємність менше зростає у пісків, більше глини і ще більше торфу. Тому торф і глина є холодними ґрунтами, а піщані – теплими. Теплопровідність та температуропровідність. Теплопровідність – здатність ґрунту проводити тепло. Вона виражається кількістю тепла в калоріях, що проходить за секунду через площу поперечного перерізу 1 см2 через шар 1 см при температурному градієнті між двома поверхнями 1оС. Повітряно-сухий грунт має нижчу теплопровідність, ніж вологий. Це великим тепловим контактом між окремими частинками грунту, об'єднаними водними оболонками. Поряд із теплопровідністю розрізняють температуропровідність – хід зміни температури у ґрунті. Температуропровідність характеризує зміну температури на одиниці площі за одиницю часу. Вона дорівнює теплопровідності, поділеній на об'ємну теплоємність ґрунту. При кристалізації льоду в порах ґрунту проявляється кристалізаційна сила, внаслідок чого закупорюються та розклинюються ґрунтові пори та виникає так зване морозне пучення. Зростання кристалів льоду у великих порах викликає підтік води з дрібних капілярів, де відповідно до їх розмірів, що зменшуються, замерзання води запізнюється.
Джерела тепла, що надходить у ґрунт, і витрачання його - неоднакові для різних зон, тому тепловий баланс ґрунтів може бути і позитивним і негативним. У першому випадку ґрунт отримує тепла більше, ніж віддає, а в другому – навпаки. Але тепловий баланс грунтів у будь-якій зоні з часом помітно змінюється. Тепловий баланс ґрунту піддається регулюванню у добовому, сезонному, річному та багаторічному інтервалі, що дозволяє створити більш сприятливий термічний режим ґрунтів. Тепловим балансом ґрунтів природних зон можна керувати не тільки через гідромеліорацію, а й відповідними агромеліораціями та лісомеліораціями, а також деякими прийомами агротехніки. Рослинний покрив усереднює температуру ґрунту, зменшуючи його річний теплообіг, сприяючи охолодженню приземного шару повітря внаслідок транспірації та випромінювання тепла. Великі водоймища та водосховища стримують температуру повітря. Дуже прості заходи, наприклад культура рослин на гребені та гряди, дають можливість створити сприятливі умови теплового, світлового, водно-повітряного режиму ґрунту на Крайній Півночі. У сонячні дні середньодобова температура в шарі грунту на гребенях на кілька градусів вище, ніж на вирівняній поверхні. Перспективне застосування електричного, водяного та парового опалення, використовуючи промислові відходи енергії та неорганічні природні ресурси.
Таким чином, регулювання теплового режиму та теплового балансу ґрунту разом з водно-повітряним має дуже велике практичне та наукове значення. Завдання полягає в тому, щоб керувати тепловим режимом ґрунту, особливо зменшенням промерзання та прискоренням відтавання його.
Однією з основних водних властивостей грунту є вологоємність, під якою розуміють кількість води, утримувані грунтом. Вона виражається у % від маси абсолютно сухого ґрунту або від його об'єму.
Найважливішою характеристикою водного режиму ґрунтів є її найменша вологоємність, під якою розуміється найбільша кількість підвішеної вологи, яку ґрунт здатний утримувати після рясного зволоження та стікання гравітаційної води. При найменшій вологоємності кількість доступної вологи для рослин досягає максимально можливої величини. Кількість води у ґрунті, за вирахуванням тієї її частини, яка становить так званий мертвий запас, Е.Мітчерліх назвав "фізіологічно доступною ґрунтовою вологою".
Найменшу вологоємність визначають у польових умовах при природному складанні грунту методом майданчиків, що заливаються. Суть методу полягає в тому, що ґрунт насичують водою доти, поки нею не будуть заповнені всі пори, а потім дають надлишку вологи стекти під дією сили тяжіння. Встановлена рівноважна вологість відповідатиме НВ. Вона характеризує водоутримуючу здатність ґрунту. Для визначення НВ вибирають майданчик розміром не менше 1 х 1 м, навколо якого створюють захисний борт, обволікають її подвійним кільцем ущільнених земельних валиків висотою 25-30 см або встановлюють дерев'яні або металеві рамки. Поверхня ґрунту всередині майданчика вирівнюють і покривають великим піском шаром 2 см для запобігання розмиву ґрунту. Поряд із майданчиком по генетичних горизонтах або окремих шарах беруть зразки ґрунту для визначення його пористості, вологості та щільності. За цими даними визначають фактичний запас води в кожному з горизонтів (шарів) та пористість. Віднімаючи із загального обсягу пір обсяг, зайнятий водою, визначають кількість води, необхідне для заповнення всіх пір у шарі, що вивчається .
приклад розрахунку. Площа заливного майданчика S = 1 х 1 = 1 м2. Встановлено, що потужність орного шару дорівнює 20 см або 0,2 м, вологість ґрунту W – 20%; щільність d - 1,2 г/см 3 ; порізність Р – 54%.
а) обсяг орного шару: V пах = hS = 0,2 х 1 = 0,2 м 3 = 200 л.
б) обсяг усіх пір у досліджуваному шарі:
V пор = Vпах (Р/100) = 200 (54/100) = 108 л
в) обсяг пір, зайнятих водою при вологості, що дорівнює 20%
V вод = Vпах (W/100) S = 200 (20/100) · 1 = 40 л
г) Об'єм вільних від води пір
V віль = Vпор - Vвод = 108 - 40 = 68 л.
Для заповнення всіх пір в орному шарі ґрунту в межах заливного майданчика потрібно 68 л води.
Таким чином розраховують кількість води для заповнення ґрунтових пір до тієї глибини, на яку визначають НВ (зазвичай до 1-3 м).
Для більшої гарантії повного промочування кількість води збільшують у 1,5 рази на бічне розтікання.
Визначивши потрібну кількість води, приступають до заливання майданчика. Струмінь води з відра або шланга направляють на який-небудь твердий предмет, щоб уникнути порушення складання грунту. Коли весь заданий об'єм води вбереться у ґрунт, поверхню її накривають плівкою, щоб унеможливити випаровування.
Час для стікання надлишку води та встановлення рівноважної вологості, що відповідає НВ, залежить від механічного складу ґрунту. Для піщаних і супіщаних ґрунтів воно становить 1 добу, для суглинистих 2-3, для глинистих 3-7 діб. Точніше цей час можна встановити, спостерігаючи за вологістю ґрунту на ділянці протягом кількох днів. Коли коливання вологості грунту у часі будуть незначними, не перевищують 1-2%, це означатиме досягнення рівноважної вологості, тобто. НВ.
В умовах лабораторії НВ для ґрунтів з порушеним додаванням можна визначити методом насичення ґрунтових зразків водою зверху за аналогією визначення будови орного шару ґрунту.
Найменша (або гранична польова) вологоємність показує кількість води, що утримується ґрунтом у практично нерухомому стані після рясного поливу та просочування надлишкової води під впливом сили тяжіння. Визначення проводиться у природних умовах. При заляганні ґрунтових вод глибше 3 м визначення показує «справжню найменшу вологоємність», а при ближчих ґрунтових водах - більш високий вміст, що досягає величини «капілярної вологоємності». Глибину ґрунтових вод слід вказувати при визначенні.
Вологомісткість, що визначається описаним нижче методом, називається різними дослідниками: загальна вологоємність (Качинський, Вадюніна), гранична польова вологоємність (Астапов, Розов, Долгов), найменша польова вологоємність (Березінь, Рижов, Зиміна), польова волого.
Порядок визначення найменшої вологоємності. Вибирають рівну, типову для даного поля ділянку і на ньому оточують земляним валиком заввишки 30-40 см майданчик розміром 1,5х1,5 л. Землю для насипання валиків беруть поза майданчиком, поверхню майданчика оберігають від затоптування. Для огородження майданчика замість земляних валиків іноді застосовують дерев'яні чи залізні рами. Поблизу від майданчика закладають і описують ґрунтовий розріз, у стінці якого беруть зразки ґрунту по генетичних горизонтах для визначення вологості, об'ємної та питомої ваги ґрунту.
Для промочування ґрунту до 1,5 м на кожен квадратний метр майданчика треба приготувати 200-300 л на суглинних або 200 л води на супіщаних ґрунтах. Щоб уникнути розмиву поверхні під струмінь води, що подається на майданчик, необхідно підкласти шматок фанери або шар соломи. Вода подається поступово, так щоб не створювати шару води на поверхні вище б см.
Коли вся подана на майданчик воду вбереться в ґрунт, її покривають для запобігання випаровуванню з поверхні клейонкою або пластиком і товстим шаром соломи (до 0,5 м), яку притискають зверху землею.
Просочування зайвої води з першого метра ґрунту в основному закінчується на піщаних ґрунтах за 1-2 доби, на суглинистих – 3-5 та глинистих – 5-10 діб. Однак і після цього терміну ґрунтова волога продовжує повільно просочуватися вниз. Тому рекомендують визначення найменшої вологоємності в три терміни – через 1,3 та 10 діб, позначаючи їх індексами HB1, HB3 та HB10. Для піщаних і супіщаних ґрунтів достатньо визначити HB1 та HB3.
Грунтові проби для визначення вологості відбирають буром з трьох-п'яти місць пошарово через 10 см. Для цього на майданчик кладуть дошку і, стоячи на ній і не знімаючи покриття ґрунту, буріння проводять у центральній частині майданчика 80х80 см. Отвори свердловин після взяття проб щільно забивають ґрунтом.
Найменшу (граничну польову) вологоємність можна визначити у всіх випадках рясного зволоження ґрунту - напровесні після повного відтавання ґрунту та вбирання талих вод або після поливу зрошуваних ділянок. Після зволоження обраний майданчик закривають клейонкою, соломою і через відповідні інтервали бурят і визначають вологість ґрунту майданчика.
Найменша вологоємність залежить від механічного складу - від 20% обсягу супіщаних до 40% від обсягу суглинистих та глинистих ґрунтів, і дещо зменшується з глибиною. Найменша вологоємність важкого ґрунту залежить також від додавання, прийомів обробки, структурності, внесення вапна.
Обчислюють найменшу вологоємність пошарово для кожних 10 см у відсотках від об'єму ґрунту, тому необхідно визначати об'ємну вагу ґрунту. Якщо найменша вологоємність становить 70-80% загальної порізності, це вважається сприятливим для сільськогосподарських культур, при 80-90% - посереднім, а понад 90% - незадовільним через недостатнього вмісту повітря.
Вологоємність грунту - величина, що кількісно характеризує водоутримуючу здатність грунту. Залежно від умов утримання вологи розрізняють вологоємність загальну, польову, граничну польову, найменшу, капілярну, максимальну молекулярну, максимальну адсорбційну, з яких основні найменша, капілярна і повна.
Визначення польової вологоємності ґрунту. Для визначення польової вологоємності (ПВ) на вибраній ділянці подвійним рядом валиків обгороджують майданчики розміром не менше 1x1 м. Поверхню майданчика вирівнюють і покривають великим піском шаром 2 см. Виконуючи даний аналіз, можна використовувати металеві або щільні рами.
Поряд із майданчиком по генетичних горизонтах або окремих шарах (0-10, 10-20 см і т. д.) бурами беруть зразки ґрунту для визначення його пористості, вологості та щільності. За цими даними визначають фактичний запас води і пористість ґрунту в кожному її окремому шарі і в загальній товщі ґрунту, що вивчається (50 або 100 см). Віднімаючи із загального обсягу пір обсяг їх, зайнятий водою, визначають кількість води, необхідне для заповнення всіх пір у шарі води, що вивчається. Для гарантії повного промочування кількість води збільшують у 1,5 раза.
Обчислену кількість води подають рівномірно на майданчик і захисну смугу так, щоб шар її на поверхні грунту був товщиною 2-5 см.
Після вбирання всієї води майданчик і захисну смугу закривають поліетиленовою плівкою, а зверху соломою, тирсою або іншим матеріалом, що мульчує. Надалі через кожні 3-4 дні відбирають проби для визначення вологості грунту через кожні 10 см на всю глибину шару, що вивчається доти, поки в кожному шарі встановиться більш-менш постійна вологість. Ця вологість і характеризуватиме польову вологоємність ґрунту, яку виражають у відсотках до маси абсолютно сухого ґрунту, у мм або м3 у шарі 0-50 та 0-100 см на 1 га.
Записи та розрахунки щодо ПВ ведуть за формою, встановленої визначення вологості грунту ваговим методом. Значення ПВ надалі використовується для розрахунку норми поливу води. Якщо відомі ПВ та запас води в орному шарі ґрунту Вп (м3), то поливна норма Пн = ПВ – Вп.
За цими даними можна визначити і промивну норму для засолених грунтів.
Визначення вологоємності у лабораторних умовах. Вологоємність у лабораторних умовах визначають на монолітах об'ємом 1000-1500 см3 з природним додаванням ґрунту. Моноліти поміщають у ванну або на стіл, покритий клейонкою, так, щоб поверхні прийняли горизонтальне положення, і закривають фільтрувальним папером. Потім моноліт поливають зверху водою так, щоб вона не застоювалася на поверхні і не стікала з боків. Після промочування зразка ґрунту на 3/4 його висоти полив припиняють, закривають моноліт клейонкою і залишають у такому положенні для стікання гравітаційної води в його нижню частину. Тривалість стікання води залежить від механічних властивостей ґрунту та його щільності: для піщаних ґрунтів достатньо 0,5 год, для легких та середніх суглинків – 1-3, для важких суглинків та глин – 8-16 год.
Ще за темою ВОЛОГОЄМНІСТЬ ҐРУНТУ І МЕТОДИ ЇЇ ВИЗНАЧЕННЯ:
- Визначення активності а-амілази в сироватці крові, сечі, дуоденальному вмісті амілокласичним методом із стійким крохмальним субстратом (метод Каравею).
