Вальков - Почвоведение. Издательский центр МарТ
 Скачать 19.72 Mb.
|
|
8 Почвоведение bпочвах, богатых гумусом, дают продукцию с высокой кислотностью и низкой сахаристостью, а табак неудовлетворительно ароматизирован. Богатые почвы обычно считаются неудовлетворительными для этих растений. Экологический оптимум содержания гумуса в почвах для разных растений варьирует (табл. Таблица Группировка сельскохозяйственных растений по отношению к содержанию органического вещества в почвах Очень требо ватель ные Требова тельные Умеренно требователь ные Малотребова тельные Безразлич ные Богатство гумусом снижает качество продук ции Зерновые культуры Пшеница, ячмень, кукуруза Овес, просо, рис Рожь, сорго Гречиха Гречиха Зерновые бобовые культуры Горох Горох, подсолнечник, клещевина, арахис Фасоль, ара хис Соя, нут Сахароносные и крахмалоносные культуры Сахарная свекла, картофель Картофель Сахарный тростник, батат, ямс Прядильные культуры Коно пля Лен Хлопчатник, лен Хлопчатник Бахчевые культуры Дыня, тыква Дыня, тыква Арбуз Табак, махорка Махор ка Махорка Табак Часть. Состав и с вой ст в а почв 81iОкончание табл. Кормовые культуры Вика, костер безостый, суданская тра ва Лядвенец рогатый, вика, тимофеевка луговая, овсяница луговая, житняк, ежа сборная, костер безостый, суданская трава, люцерна, клевер, эспарцет, донник Лядвенец рогатый, тимофеевка луговая, овсяница луговая, жит няк, ежа сборная, люцерна, клевер, эспарцет, донник Орехоплодные культуры Грецкий орех Грецкий орех, фундук Фундук Виноград, чай, субтропические плодовые Апельсин, мандарин, инжир, хурма Виноград, чай, апельсин, мандарин, гранат Виноград, чай Овощные культуры Томат, огурец, морковь Томат, огурец, морковь, салат, свекла, пастернак, пе трушка Ллодовые культуры Яблоня, груша, черешня, слива, вишня, абрикос, айва Абрикос, айва 1.6. ВОДА В ПОЧВЕ Воде принадлежит важнейшая роль во многих процессах, протекающих в почвах. Это выветривание и образование новых минералов, гумусообразование и бесчисленное множество химических и физико-химических реакций в почвенных растворах, тепл регулирование и т. д. Наземные растения системой своих побегов постоянно расходуют воду на испарение и транспирацию. Эта вода извлекается корнями растений из почвы. Растения потребляют значительное количество воды на жизненные процессы, рост, образование тканей. Физиологи определяют расход воды транспирационными коэффициентами, которые представляют количество воды в граммах, необходимое на синтез 1 г сухого вещества. Эти коэффициенты неодинаковы для различных растений (табл. 12). Для сельскохозяйственных растений они изменяются в пределах 300—700, но иногда могут опускаться дои возрастать до Таблица Средний расход воды на образование 1 г сухого вещества Растения Расход, г Растения Расход, г Рис 680 Клевер 640 Рожь 630 Картофель 640 Овес 580 Подсолнечник 600 Пшеница 540 Арбуз 580 Ячмень 520 Хлопчатник 570 Люцерна 840 Кукуруза 370 Фасоль 700 Просо 300 Расход воды на транспирацию зависит от обеспеченности растения питательными веществами, агрофизического состояния почвы, влажности воздуха и содержания воды в почве. Практически единственный источник снабжения растений водой — почвенная влага. Закономерности состояния и поведения влаги в почве изучали многие исследователи А.А. Измаильский, Г.Н. Высоцкий, А.Ф. Лебедев, А.Г. Дояренко, СИ. Долгов, НА. Качинский, А.А. Роде и др Часть. Состав и с вой ст в а почв. Формы bbс ост о я ни я п о ч вен ной bbв лаги Вода в почве имеет разные физические свойства в зависимости от взаимного расположения и взаимодействия молекул воды между :обой и с другими фазами почвы (твердой, газовой, жидкой. Части воды, обладающие одинаковыми свойствами, получили название форм почвенной воды . Твердая вода (лед) является одним из источников жидкой и парообразной воды. Появление воды в форме льда зависит от климатических условий и может иметь сезонный или многолетний характер. Чаще всего многолетняя влага приурочена к вечной мерзлоте. Химически связанная вода включает конституционную и кристаллизационную влагу. Конституционная вода входит в состав минералов (АОН, Fe(OH)3, глинистых и др, органических и органо-минеральных соединений в виде групп ОН. Кристаллизационная вода содержится в кристаллогидратах различных солей гипс — C aS04 * Н , мирабилит — Na2S 0 4 • Н , битофит — MgCl2 * Н , гидрофилит — СаС12 * Нит. д. П арообразная вода содержится в почвенном воздухе в виде водяного пара. Почвенный воздух практически всегда близок к насыщению парами воды и незначительное понижение температуры приводит к конденсации влаги. Система спарообразная вода — жидкая вода постоянно находится в движении, пары воды передвигаются в почвах и грунтах от участков с более высокой температурой к более холодным участкам. Во многих случаях переход парообразной воды в жидкую становится важнейшим источником снабжения растений. Это характерно, например, для заасфальтированных городских улиц и площадей с древесными растениями. В условиях умеренного климата типична следующая закономерность в теплые периоды года парообразная вода атмосферы мигрирует в холодные слои почв и по чвообразующих пород с возможной ее конденсацией и, наоборот, в зимнее время происходит обратный процесс — миграция пара из глубоких слоев и его конденсация в верхних почвенных горизонтах. По исследованиям С.Ф. Неговелова, в Краснодарском краев отдельные годы накопление в почвенных слоях конденсационной воды к началу весны может достигать 200 м нага Почвоведение ibФ изически связанная (сорбированная) вода представлена двумя формами прочносвязанная и рыхлосвязанная влага. Физически прочносвязанная (гигроскопическая) вода адсор бируется из водяных паров почвенного воздуха твердыми частицами почвы, главным образом, илистой фракцией. Она прочно удерживается силами электростатического притяжения и для растений недоступна. Содержание этой воды в почвах зависит от механического состава. В глинистых почвах количество гигроскопической воды достигает, а в песчаных и супесчаных ее содержание не превышает 1—2% от массы почвы. Физически ры хлосвязанная (пленочная) вода представляет собой многомолекулярную пленку вокруг почвенных частиц, в углах их стыка и внутри тончайших пор. Эта вода находится как бы в вяз кожидкой форме и ограниченно доступна для растений. Осмотическое давление внутриклеточного сока позволяет корневым волоскам всасывать пленочную воду. Но подвижность этой влаги крайне низкая, и поэтому растения расходуют запас влаги быстрее, чем он восстанавливается. При снижении влажности почвы до уровня рыхлос вязанной воды растения начинают увядать и не в состоянии синтезировать органическое вещество. С вободная вода наблюдается в двух формах капиллярная и гравитационная. Капиллярная вода находится в капиллярах или на стыках (точках соприкосновения) почвенных частиц. Удерживается в почве силами менискового сцепления. Это основная форма влаги, используемая растениями. Она может находиться в разобщенном, или неподвижном, состоянии (влага разрыва капилляров) или в капиллярно-под вижном, когда все капилляры заполнены. Капиллярная влага является продуктивной формой влаги в почвах. Она подразделяется на капиллярно-подвешенную и капиллярно-подпертую, др. Капиллярно-подвеш енная вода заполняет капиллярные поры при увлажнении почв сверху (после дождя или полива. При этом под промоченным слоем всегда имеется сухой, те. гидростатическая связь увлажненного горизонта с постоянным или временным горизонтом подпочвенных вод отсутствует. Вода, находящаяся в промоченном слое, как бы висит, не стекая, в почвенной толще над сухим слоем. Поэтому она и получила название подвешенной Часть. Состав и с вой ст в а почв Капилляр но подпертая вода образуется в почвах при подъеме воды снизу от горизонта грунтовых вод по капиллярам на некоторую высоту, те. это вода, которая содержится в слое почвы непосредственно над водоносным горизонтом и гидравлически с ним связана — подпирается водами этого горизонта. Капиллярно-подпертая вода встречается в почвенно-грунтовой толще любого гранулометрического состава. Слой почвы или грунта, содержащий капиллярно- подпертую воду непосредственно над водоносным горизонтом, называют капиллярной каймой. В почвах тяжелого механического состава она обычно больше (от 2 дом, чем в почвах песчаных (40— 60 см. Содержание воды в кайме уменьшается снизу вверх. Изменение влажности в песчаных почвах при этом происходит более резко. Мощность капиллярной каймы при равновесном состоянии воды в ней характеризует водоподъемную способность почвы. Выход капиллярной каймы на поверхность или в активно испаряющие почвенные горизонты в условиях сухого климата приводит к накоплению легкорастворимых солей. Гравит ационная вода — свободная форма воды в почве, передвигающаяся под действием сил тяжести. Занимает крупные порыв почве. Принимает участие в формировании уровня грунтовых вод. Гравитационная вода — явление временное. Длительное ее присутствие в почве вызывает процесс заболачивания. Гравитационную воду делят на просачивающуюся гравитационную и воду водоносных горизонтов подпертая гравитационная вода .6 .2 . Почве н ноги др о логические bbк он стан ты Перечисленные формы влаги не являются постоянными поколи чественному содержанию воды и изменяются в зависимости от уровня влажности почвы. В практике для оценки почв и для почвенно гидрологических расчетов пользуются константными категориями, постоянными для каждой почвы и ее горизонтов. П очвенн о-гидрологическим и константами называют граничные значения влажности, при которых количественные изменения в подвижности и свойствах воды переходят в качественные. М а кси м а льна я гигроскопичность МГ максимально возможное содержание в почве гигроскопической воды. Соответствует 8 Почвоведение уровню влажности, когда почва полностью насыщена из атмосферы с относительной влажностью воздуха 94—99%. Глинистые почвы характеризуются величинами МГ 12—20%, суглинистые — 6—12%, легкие почвы — менее 6% отвеса. Вода в состоянии максимальной гигроскопичности недоступна растениям. Это мертвый запас влаги». Влажность завядания растений (В З или коэффициент завя- дания — уровень влажности в почве, при котором начинается устойчивое завядание растений. Влажность разрыва капилляров (В Р К ). Капиллярно-подве шенная вода при испарении передвигается в жидкой форме к испаряющей поверхности в пределах всей промоченной толщи по капиллярам, сплошь заполненным водой. Но при определенном снижении влажности, характерном для каждой почвы, восходящее передвижение этой воды прекращается или резко затормаживается. Потеря способности к такому передвижению объясняется тем, что в почве при испарении исчезает сплошность заполнения капилляров водой, те. в ней не остается систем пор, сплошь заполненных влагой и пронизывающих промоченную часть почвенной толщи. Эта критическая величина влажности названа влажностью разрыва капиллярной связи (ВРК). При этом вода неподвижна, но физиологически доступна растениям. ВРК называют также критической влажностью, так как при влажности ниже ВРК рост растений замедляется и их продуктивность снижается. В почвах и грунтах эта величина варьирует довольно сильно, составляя в среднем около 50—60% от наименьшей влагоемкости почв. На содержание воды, соответствующей ВРК, помимо гранулометрического состава почв, существенное влияние оказывает их структурное состояние. В бесструктурных почвах запасы воды расходуются на испарение значительно быстрее, чем в почвах с агрономически ценной структурой. Поэтому в них влажность будет быстрее достигать ВРК, те. обеспеченность влагой растений снижаться будет быстрее. Наименьшая или полевая влагоемкость (Н В ) — максимально возможное количество влаги в почве, которое остается в ней после оттока гравитационной воды. При глубоком залегании грунтовых вод НВ — это максимально возможное содержание капиллярно-подвешен Часть. Состав и с вой ст в а почв 87ной влаги. Полевая влагоемкость изменяется в различных почвах в довольно широких пределах от 5 до 10% от массы у легких почв, до 55% от у некоторых тяжелых почв. Полевую влагоемкость не следует путать с полевой влажностью, которая представляет количество воды в почве определяемое в конкретный момент. П о лн а я влагоемкость (ПВ) — это влажность, при которой все поры почвы заполнены водой, те. полная водовместимость почвы. Анализ гидрологических констант позволяет оценивать количественно запасы продуктивной влаги в почвах. Обычно это вода, находящаяся в пределах двух констант — от ВЗ до НВ. Влажность почвы, ее влагоемкость и константы выражают в процентах от массы почвы, или в процентах от объема, что удобно сопоставлять с объемом почвенных пор, учитывая, что плотность воды равна единице. Выражается влагоемкость также в кубических метрах на гектар. В данном случае ее удобно сопоставлять с нормами орошения. Кроме того, количество воды в почвах часто рассчитывают в мм, что дает возможность сравнивать количество почвенной влаги с атмосферными осадками и объемом воды на определенной площади (1 мм равен 10 м воды на 1 га). Важной характеристикой водных свойств почвы является ее водопроницаемость. Водопроницаемость способность почвы воспринимать и пропускать через себя воду. Различают две стадии водонепроницаемости — впитывание и фильтрацию. Если поры почвы лишь частично заполнены водой, то при поступлении воды наблюдается ее впитывание в толщу почвогрунта; когда почвенные поры полностью насыщены водой, происходит фильтрация воды, те. движение в условиях сплошного потока жидкости. В природе чаще наблюдается движение влаги при неполном насыщении пор водой. Фильтрация может проявиться лишь при выпадении большого количества осадков, бурном снеготаянии или при орошении большими нормами. Водопроницаемость зависит от пористости почв, их гранулометрического состава, структурного состояния. Пески быстро фильтруют воду, а глины медленно. Структурный глинистый чернозем хорошо водопроницаема глыбистый бесструктурный солонец практически является водоупором. Н.А. Качинским предложена градация почв по водопроницаемости. Если почва пропускает за час 1000 мм воды, водопроницаемость 8 Почвоведение считается провальной, от 1000 до 500 мм — излишне высокой, от 500 до 100 — наилучшей, от 100 до 70 — хорошей, от 70 до 30 — удовлетворительной, менее 30 мм — неудовлетворительной. Очень удобно сравнивать водопроницаемость почвы с интенсивностью дождя (табл. Таблица Оценка водопроницаемости почв по интенсивности дождя (Долгов, Житкова) Коэффициент впитывания воды, мм/мин Оценка дождя Качественная оценка водопроницаемости почвы Свыше Сильные ливни Очень высокая Свыше 0,5 Ливни Высокая От 0,5 до ОД Сильные дожди Повышенная От ОД до 0,02 Уйеренные дожди Средняя От 0,02 до Легкие дожди Пониженная Меньше Моросящие дожди Низкая Меньше Очень низкая .6 .3 . Экологическое значение почвенной воды V Растения чувствительны как к недостатку влаги в почвах, таки к ее избытку. При недостатке влаги падает тургурное давление клеток, теряется их эластичность, резко снижается динамика всех биохимических процессов, сокращается поглощение углекислоты через устьица, в биомассе накапливаются вещества-ингибиторы — все это приводит к падению биологической продуктивности или к полной гибели растений. При избытке влаги у растений нарушается кислородный обмен растения, а в почвах накапливаются ядовитые закисные соединения. Для большинства сельскохозяйственных растений содержание воздуха в почве, обеспечивающее хорошие условия для роста и развития, а также надлежащий газообмен между почвой и атмосферой, равно 20—40% от порозности. Это обеспечивается уров- Часть. Состав и с вой ст в а почв 89нем влажности почвы, равной 60—80% от наименьшей (полевой) влагоемкости. Растения по-разному приспосабливаются к недостатку или избытку влаги в почвах. При недостатке воды засухоустойчивые растения имеют повышенную сосущую силу корней, а также развивают мощную глубокопроникающую корневую систему. Уменьшение потери воды происходит благодаря закрытию устьиц, кутикулярной защите и уменьшению транспирирующей поверхности. Многие растения обладают способностью запасать воду. А.А. Роде отмечал, что содержащаяся в почвах продуктивная влага в пределах от НВ до ВЗ неравноценна для растений в отношении ее доступности и эффективности для их роста и развития. Наибольшей доступностью отличается вода, находящаяся в пределах от наименьшей влагоемкости до влажности разрыва капилляров. Этот интервал для большинства растений характеризуется оптимальными условиями водообеспеченности. От влажности разрыва капилляров до влажности завядания наблюдается замедление роста. Интересна и другая экологическая особенность оптимума влажности чем выше влажность почвы, тем меньше воды надо для создания органического вещества. При низкой влажности больше воды расходуется на создание биомассы, чем при высокой влажности. При ВЗ эффективность использования влаги равна нулю, т. кона вся расходуется на транспирацию. Общая оценка доступности различных форм воды для растений показана в табл. Растения, приспособленные к избытку влаги, могут образовывать внутренние воздухоносные ткани в корнях (кукуруза, рис. Приспособление к плохой аэрации заключается в развитии неглубокой корневой системы в верхнем слое почвы, который лучше снабжается воздухом. Важнейшей экологической характеристикой почвы является влажность устойчивого завядания или влажность завядания (В З. Она характеризуется коэффициентом завядания. Его величина зависит от количества в почвах коллоидов и глинистых минералов. Почвы, богатые гумусом и тяжелые по механическому составу, отличаются более высокими значениями влажности, при которых растения начинают завядать, чем почвы песчаные и супесчаные табл. 15). 90 ПОЧВОВЕДЕНИ! |