Копия Лекции почвоведения, последнее, 2. Курс лекций По дисциплине Почвоведение
 Скачать 0.67 Mb.
|
|
Тема 5 Свойства и режим почвы Цели урока:
Содержание 5.1 Общие физические свойства почвы Почва является полидисперсным и пористым телом. Её твердая часть состоит из частиц различного размера – механических элементов. Они могут находиться в бесструктурном или агрегатном состоянии. При любом уплотнении механических элементов и агрегатов между ними всегда имеются поры. С их наличием связаны показатели плодородия почвы – её способности обеспечивать растения водой, воздухом, элементами питания и теплом. Особенности почвы как полидисперсного и пористого тела определяет её специфические физические свойства. К ним относят структуру, общие физические, физико-механические, воздушные, тепловые свойства почвы. Физические свойства почвы иногда являются решающими в формировании урожая и эффективности возделывания сельскохозяйственных культур. К общим физическим свойствам почвы относят плотность твердой фазы, плотность сложения и пористость. Плотность твердой фазы почвы (удельный вес почвы) – средняя плотность почвенных частиц. Определяется как отношение массы её твердой фазы (сухого вещества) (М) в том же объёме (Vs) твердой фазы. Выражается в г/см3 или т/м3: d = M/ Vs (1) Для органических веществ (опад растений, гумус, торф) плотность твердой фазы колеблется от 0,2–0,5 до 1,0–1,4 г/см3, а для минеральных соединений – от 2,1–2,5 до 4,0–5,18 г/см3 . Минеральные горизонты большинства почв имеют плотность твердой фазы 2,4 до 2,8 г/см3, торфяные горизонты от 0,2–0,3 до 1,8 г/см3. Плотность сложения (объёмный вес почвы, объёмная масса) – масса единицы объёма абсолютно сухой почвы, взятой в естественном сложении. Рассчитывается по формуле: d v = M/ V (2) Выражается она в г/см3 или т/м3. Почва – рыхлое тело, поэтому её объёмная масса значительно отличается от плотности её твердой фазы. В верхних горизонтах почвы объёмная масса равна обычно 0,8–1,2 г/см3, а в нижних увеличивается до 1,3–1,6 г/см3. Оптимальная плотность для большинства культурных растений 1,0–1,2 г/см3. Плотность сложения почвы может существенно изменяться при обработках, уплотняться под воздействием машин и орудий. Верхние горизонты почвенного профиля, содержащие больше органического вещества, подвергающиеся рыхлению, имеют более низкую плотность. Тяжелые минералы, низкая структурность увеличивают величину плотности. Плотность сложения почвы сравнительно просто учесть, поэтому её используют как показатель оценки качества по отношению к физическим свойствам. Зная плотность (d) и объёмную массу почвы (d v), можно определить пористость (скважность) почвы – суммарный объём всех пор между частицами твердой фазы почвы. Её выражают в % от объёма почвы по формуле: Робщ (%) = ﴾ 1– d v/ d ﴿ • 100 (3) Пористость зависит от гранулометрического состава, структурности, деятельности почвенной фауны, содержания органического вещества. В пахотных горизонтах – от частоты и приёмов обработки. Различают капиллярную и некапиллярную пористость. Поры могут быть заполнены водой и воздухом. Некапиллярные поры обеспечивают водопроницаемость и воздухообмен. Капиллярные – удерживают воду за счет капиллярных сил. Для создания хорошего и устойчивого запаса влаги при одновременной нормальной аэрации, необходимо, чтобы капиллярная пористость составляла 55–65 % общей пористости. 5.2 Физико-механические свойства почвы К физико–механическим свойствам относятся пластичность, липкость, набухание, усадка, связность, твердость и удельное сопротивление. Пластичность – способность почвы изменять свою форму (деформироваться) без образования трещин под воздействием внешних сил сохранять эту форму после прекращения механического воздействия. Пластичность зависит от влажности и илистой фракции. Сухие почвы не обладают пластичностью. Избыточно увлажненные почвы начинают течь и теряют пластичность. Различают верхний и нижний пределы пластичности. Верхний определяется величиной весовой влажности, при которой почва начинает течь, нижний – при которой почву ещё можно раскатать в шнур диаметром 3 мм без образования трещин. Пластичность зависит от гранулометрического, минералогического и химического составов, состава обменных катионов. Наибольшей пластичностью обладают глинистые почвы, наименьшей – песчаные. Чем выше пластичность, тем почва больше подвержена образованию колеи на её поверхности при проходе агрегатов. Липкость – способность влажной почвы прилипать к другим телам. Это свойство проявляется в определенных пределах влажности, когда сцепление между почвенными частицами меньше, чем между ними и соприкасающимися предметами. Она определяется силой, необходимой для отрыва металлической пластинки от почвы, выражается в г/см2. По липкости почвы подразделяют: предельно вязкие (>15 г/см2), сильновязкие (5–15 г/см2), средневязкие (2–5 г/см2) и слабовязкие (<2 г/см2). Наибольшей липкостью обладают тяжелые бесструктурные и слабооструктуренные почвы. Насыщенность ППК ионами кальция снижают липкость, внедрение в ППК иона натрия её увеличивает. Набухание – увеличение объёма почвы при увлажнении. Выражается в объёмных процентах от исходного объёма почвы. Это свойство связано со способностью коллоидов почвы сорбировать воду и образовывать гидратные оболочки вокруг минеральных и органических частиц. Объём глинистых коллоидов может увеличиваться может увеличиваться в 2 раза. Повышению набухаемости способствует внедрение иона натрия в ППК. Набухание – отрицательное свойство, оно может привести к выпиранию почвенной массы. Усадка – сокращение объёма почвы при высыхании. Это явление обратно набуханию зависит от тех же факторов. Чем выше набухание почвы, тем сильнее её усадка. Выражается она в процентах от объёма исходной почвы. Усадка может вызвать разрыв корней, приводит к образованию трещин. Это свойство почвы способствует непроизводительной потере влаги за счет испарения. Связанность – способность почвы сопротивляться внешнему усилию, которое стремиться разъединить почвенные частицы. Выражают её в кг/см2. Связанность зависит от сил сцепления между частицами почвы, гранулометрического, минералогического и химического составов, влажности, обменных катионов. Наибольшей связанностью обладают глинистые почвы и почвы, содержащие большое количество обменного натрия. Невысокую связанность имеют песчаные почвы. Оструктуренные почвы имеют меньшую связанность. Минимальная связанность наблюдается при влажности, близкой к влажности завядания. Учет связанности имеет большое значение для качества технологических операций – рыхления, перемешивания почвенных слоев, вспашки и т.п. Эти приемы должны выполняться при наименьшей связанности почвы. Определение такого состояния связано с понятием «физическая спелость почвы». Физическая спелость– состояние почвы, при котором она хорошо крошится на комки, не прилипая к орудиям обработки. Она определяется влажностью и зависит от тех же факторов, что связанность и липкость. Физическая спелость среднесуглинистых почв наступает при следующей их абсолютной влажности: дерново-подзолистые – 12–21 % серые лесные – 15–23 % черноземы – 15–24 % каштановые – 13–25 % каштановые солонцеватые – 13–20 % Чем тяжелее гранулометрический состав, тем ′уже интервал физической спелости во времени и по показателям влажности. Биологическая спелость – температурное состояние почвы, при котором развиваются биологические процессы (прорастание семян, активность микроорганизмов и др.). Для большинства почв она близка к 10о С. Удельное сопротивление – усилие, затраченное на подрезание пласта, его оборот и трение о рабочую поверхность. Измеряют в килограммах, приходящихся на 1 см2 поперечного сечения пласта, поднимаемого плугом. С этой величиной связаны нормы выработки машин и тракторов, расход топлива и смазочных материалов. 5.3 Воздушные свойства почвы Почвы – пористые системы, в том или ином количестве присутствует газовая среда. Это наиболее динамичная составная часть почвы. Почвенный воздух является источником кислорода для дыхания корней растений, аэробных микроорганизмов, почвенной фауны. Почвенный воздух – это смесь газов и летучих соединений, заполняющих поры почвы, свободные от воды. Кислород почвенного воздуха активно участвует в химических реакциях минеральных и органических веществ. Окисление органического вещества почвы обуславливает круговорот углерода, азота, фосфора, серы и других веществ. Почвенный воздух содержит СО2, который используется растениями для фотосинтезе. От всего количества СО2, идущего на создание урожая, от 40 до 70 % поступает растению из почвы. Почвенный воздух находится в почве в трех состояниях: свободном, адсорбированном и растворимом. Свободный почвенный воздух находится в крупных некапиллярных и капиллярных порах почвы, свободно перемещается в них. Он обеспечивает аэрацию и газообмен между почвой и атмосферой. Защемленный почвенный воздух находится в порах, изолированных водными пробками. В глинистых почвах содержание такого воздуха может достигать 12 % и более. Этот воздух неподвижен, не участвует в газообмене, препятствует фильтрации воды в почве. Вырываясь из пор при защемлении водой, он может разрушать почвенные структуры. Адсорбированный почвенный воздух – газы и летучие органические соединения, адсорбированные на поверхности почвенных частиц. Чем более дисперсна почва, тем больше в ней адсорбированных газов при данной температуре. Активнее всего почвой поглощаются пары воды, затем аммиак и углекислый газ. Растворенный почвенный воздух – газы, растворенные в почвенной воде. Растворимость газов возрастает с повышением их концентрации в свободном почвенном воздухе и при понижении температуры. Наиболее хорошо растворяются в аммиак, сероводород, диоксид углерода. Система почвенного воздуха находится в состоянии подвижного равновесия, она связана с изменением термодинамических условий и биологической активности. 5.3.1 Состав свободного почвенного воздуха Первые сведения о составе свободного почвенного воздуха были получены ещё в 1824 г. Сведения пополнились в начале XX в. Состав атмосферного и почвенного воздуха (в объёмных %) Таблица 3 - Состав атмосферного и почвенного воздуха
Атмосферный воздух имеет относительно постоянный состав, чего не бывает с почвенным воздухом (табл. 3). Содержание азота зависит от деятельности микроорганизмов. В заболоченных и болотных почвах заметно содержание NH3, CH4, H2, H2S. В составе почвенного воздуха постоянно присутствуют летучие органические вещества, которые выделяются микроорганизмами. Это могут быть углеводороды, спирты, сложные альдегиды. Эти вещества могут поглощаться корнями растений. Чаще других газов почвы изменяется содержание О2 и CO2. Выделение CO2 из почвы в приземный слой атмосферы называют дыханием почвы. Отношение содержания диоксида углерода к содержанию кислорода называют коэффициентом дыхания. Для почв с плохим газообменом это отношение больше единицы. В таких почвах идут анаэробные процессы. Часть СО2 может связываться химически, образуются гидрокарбонаты. В щелочных почвах этот процесс протекает интенсивно. СО2 может выделиться не только за счет деятельности живых существ, но и воздействия кислот на карбонаты, превращении гидрокарбонатов в карбонаты. 5.3.2 Воздушные свойства почв Наиболее важными воздушными свойствами почв являются воздухоёмкость, воздухопроницаемость, аэрация. Максимальное количество воздуха, которое может быть в почве, выраженное в объёмных процентах, называют общей воздухоемкостью почв. Она зависит от гранулометрического состава, сложения, оструктуренности почв. Различают капиллярную и некапиллярную воздухоёмкость. Капиллярная воздухоёмкость характеризует количество почвенного воздуха, размещенного в почвенных порах. Некапиллярная воздухоёмкость, или порозность аэрации, – воздухоёмкость межагрегатных пор, трещин, ходов червей, корней. Она связана со свободным почвенным воздухом, имеет особое значение для аэрации. Способность почвы пропускать через себя воздух называют воздухопроницаемостью. Это свойство определяет скорость газообмена между почвой и атмосферой. В естественных условиях воздухопроницаемость изменяется в широких пределах – от 0 до 1 л/с и выше. Процессы обмена почвенного воздуха с атмосферным называют аэрацией или газообменом. Газообмен осуществляется через систему воздухоносных пор почвы, которые сообщаются между собой и с атмосферой. Он зависит от изменения температуры почвы, количества влаги, орошения, испарения, давления, уровня грунтовых вод. Поступление в почву влаги с осадками или при орошении вызывает сжатие почвенного воздуха, его выталкивание наружу и засасывание атмосферного воздуха. Наиболее важным фактором в перемещении воздуха почвы является диффузия. Под диффузией понимают перемещение газов в соответствии с их парциальным давлением. Под её влиянием создаются условия для непрерывного поступления О2 в почву и выделения СО2 в атмосферу. 5.4 Тепловые свойства почвы Тепло – необходимый фактор для жизни растений. С ним связаны важнейшие абиотические и биотические процессы, протекающие в почве и определяющие почвообразование и плодородие: интенсивность химических реакций, процессы физического выветривания, деятельность почвенной фауны и микроорганизмов, прорастание семян, обмен веществом и энергией. Знать тепловой режим необходимо для его регулирования с целью создать благоприятные условия для продуктивности растений. Главным источником тепла, поступающего в почву, является лучистая энергия Солнца (солнечная радиация). Небольшое количество тепла почва получает из глубинных слоев Земли и за счет химических, биологических, радиоактивных процессов, протекающих в верхних слоях литосферы. 5.4.1Тепловые свойства почвы Приток лучистой энергии к поверхности почвы зависит от широты, рельефа, времени года, суток и состояния атмосферы (ясно, пасмурно). В Северном полушарии суммарный приток солнечной радиации увеличивается с севера на юг. Наибольший приток тепла получают южные склоны, наименьший –северные. К тепловым свойствам почвы относятся теплопоглотительная способность, теплоёмкость, теплопроводность. Теплопоглотительная способность– способность почвы поглощать лучистую энергию Солнца. Она характеризуется величиной альбедо (А). Альбедо – количество коротковолновой солнечной радиации, отраженной поверхностью почвы и выраженное в % общей величины солнечной радиации, достигшей поверхности. Чем меньше альбедо, тем больше поглощает почва солнечной радиации. Оно зависит от цвета, влажности, структурного состояния, выравненности поверхности почвы и растительного покрова. Примеры альбедо различных почв и растительного покрова: Чернозем сухой 14 % Чернозем влажный 8 % Серозем сухой 25–30 % Серозем влажный 10–12 % Травы зеленые 26 % Травы сухие 19 % Темные почвы поглощают солнечной радиации больше, чем светлые, влажные – больше, чем сухие. Теплоёмкость – свойство почвы поглощать тепло. Характеризуется количеством тепла в джоулях (калориях), необходимого для нагревания единицы массы (1 г) на 1о С. Это весовая, или удельная теплоёмкость. Количество тепла, необходимого для нагревания 1 см3 – объёмная теплоёмкость. Она зависит от многих составляющих: минералогического и гранулометрического составов, содержания органического вещества, влажности, пористости и содержания воздуха. Теплоёмкость воды равна 1 кал, торфа – 0,477 кал, глины – 0,233, песка – 0,196кал. Вода наиболее теплоёмкий компонент почвы. Влажные почвы медленнее нагреваются и медленнее остывают, тем сухие. Глинистые почвы как более теплоёмкие во влажном состоянии, нагреваются весной медленнее, чем песчаные. Осенью они медленнее охлаждаются и становятся теплее песчаных. Изменяя пористость и влажность поливами и обработкой, можно регулировать температуру почвы. Теплопроводность– способность почвы проводить тепло. От нее зависит скорость передачи тепла от одного слоя к другому. Она измеряется количеством тепла в джоулях (калориях), которое проходит за 1 с через 1 см2 слоя почвы толщиной в 1 см. отдельные составные части почвы имеют разную теплопроводность. Минимальной теплопроводностью обладает воздух – 0,00006 кал, затем торф – 0,00027кал, и вода– 0,00136 кал. Теплопроводность минеральной части почвы в среднем в 100 раз выше, чем воздуха, и в 28 раз выше, чем воды. В почвах в порах присутствуют воздух и вода, поэтому теплопроводность зависит от влажности и содержан6ия в порах воздуха. Поэтому, чем влажнее почва, тем выше её теплопроводность, а чем рыхлее, тем ниже. 5.4.2Тепловой режим почвы Тепловой режим почвы – совокупность явлений поступления, переноса, аккумуляции и отдачи тепла. Основной показатель теплового режима почвы Это температура генетических горизонтов почвенного профиля. Для температуры почвы характерны суточные и годичные закономерности её изменения. Суточный ход температуры. Днем поверхность почвы нагревается, и максимальная её температура наблюдается около 13 ч. Затем происходит постепенное охлаждение почвенной поверхности. Минимум температуры наблюдается перед восходом солнца. По мере нагревания поверхности почвы происходит передача тепла в более глубокие слои. Наиболее быстро происходит изменение температуры на поверхности почвы. С глубины 3–5 см они резко уменьшаются. На глубине 30–100 см суточные колебания температуры затухают. Годовой ход температуры. Он имеет два периода. Летний – период нагревания почвы с потоком тепла от верхних горизонтов к нижним. Зимний – период охлаждения почвы с потоком тепла от нижних слоев профиля к верхним. Амплитуды колебаний температуры почвы между этими периодами определяются условиями атмосферного климата и свойствами почв. В умеренных широтах максимум среднесуточной температуры почвы Наблюдается обычно в июле – августе. Минимум – в январе – феврале. Летом самая высокая температура отмечается в верхних горизонтах, с глубиной она снижается. Зимой нижние слои профиля имеют более высокие температуры. На годовые изменения температуры почвы большое влияние оказывает растительность, предохраняя поверхность от резких колебаний температуры. В регионах со снежными и холодными зимами сильное влияние на температурный режим почвы оказывает промерзание, оттаивание, мощность и продолжительность снежного покрова. Почва начинает промерзать при температуре несколько ниже 0о С, т.к. в почвенном растворе содержатся растворимые вещества, понижающие температуру замерзания. На замерзание почвы влияет снежный и растительный покровы, рельеф местности, свойства почвы, её влажность, хозяйственная деятельность человека. Снежный покров предохраняет почву от промерзания: чем он меньше, рыхлее и длительнее сохраняется, тем больше утепляет почву и снижает глубину промерзания. Сохранение и накопление снега имеет большое значение в предохранении от вымерзания посевов озимых, многолетних трав и посадок плодово-ягодных культур. Растительный покров ослабляет промерзание, т.к. накапливает и задерживает снег. Рельеф влияет на накопление снега и увлажнение почвы. Наибольшая глубина промерзания наблюдается на выпуклых склонах с наветренной стороны. Накопление снега в понижениях способствует меньшему промерзанию почвы. Глубже промерзают почвы северных склонов. Влияние деятельности человека на промерзание почвы связано с применением растительного покрова, орошением, осушением. Вырубка или посадка деревьев, сохранение травянистой растительности, сказывается на накоплении снега. 5.4.3Типы температурного режима почв В зависимости от среднегодовой температуры и длительности промерзания выделяют 4 типа температурного режима почв: мерзлотный, длительно сезоннопромерзающий, сезоннопромерзающий и непромерзающий. Мерзлотный тип температурного режима почв характерен для местностей, где среднегодовая температура профиля почвы имеет отрицательный показатель. В таких почвах преобладает процесс охлаждения. Почвенная влага промерзает до верхней границы многолетних мерзлых пород. Длительно сезоннопромерзающий тип температурного режима почв проявляется на территориях, где преобладает положительная среднегодовая температура почвенного профиля. Глубина проникновения отрицательных температур не менее 1 м. Смыкания сезонно промерзающими слоями с многолетними мерзлыми породами не происходит. Длительность промерзания не менее 5 мес. Сезоннопромерзающий тип температурного режима отличается положительной среднегодовой температурой почвенного профиля. Промерзание профиля длится менее 5 мес. Подстилающие породы немерзлые. Длительно сезоннопромерзающий и сезоннопромерзающий типы температурного режима свойственны большей части территории России. Непромерзающий тип температурного режима имеют территории, где промерзание профиля и морозность не проявляются. К ним относятся южноевропейская фракция и зоны субтропиков. 5.4.4 Регулирование теплового режима Регулирование теплового режима имеет значение в сельскохозяйственной практике. Это ряд приёмов, которые регулируют приток тепла, ослабляют или повышают потери за счет теплоотдачи в атмосферу. Растительный покров затеняет поверхность, ослабляет приток к ней солнечного тепла, понижает температуру. Лесные полосы в летнее время понижают температуру почвы не только в самой полосе, но и между деревьями. Это увеличивает устойчивость посевов. Мульчирование поверхности торфом, соломой и др. материалами применяют для регулирования температуры. Темноокрашенная мульча повышает, светлоокрашенная понижает температуру почвы. Любое мульчирующее покрытие снижает испарение, расход влаги и тепла. Обработка почвы и рыхление поверхностного слоя способствует более быстрому обмену тепла в почве. Шероховатая поверхность обработанной почвы днем больше поглощает солнечной энергии, ночью больше излучает тепла по сравнению с плотной поверхностью. Рыхление почвы уменьшает её теплопроводность и увеличивает альбедо. Такой прием снижает температуру почвы днем и сохраняет тепло в ночные часы. Полив хорошо регулирует температуры поверхностных слоёв почвы. Осушение болотных торфяных почв ухудшает их прогревание весной и летом, т.к. увеличивается содержание воздуха в почве. В холодное время эффективно проводить снегозадержание. Оно регулирует температурный режим почвы и способствует накоплению влаги, защищает озимые от гибели. В овощеводстве применяют для обогрева почвы биотопливо – навоз, компост. 5.5 Водные свойства и водный режим почв Вода в почве – один из важнейших факторов плодородия и урожайности растений. Вода играет разностороннюю роль в создании агрономических свойств почвы. Вода – особая физико-химическая система, обеспечивающая перемещение веществ в пространстве. С содержанием воды в почве связаны скорость выветривания и почвообразования, гумусообразование, биологические, химические, физико-химические процессы. Из почвенного раствора растения извлекают питательные вещества. При испарении воды затрачивается огромное количество тепла, поэтому вода является терморегулятором почвы и растений. Вода поступает в почву в виде атмосферных осадков, грунтовых вод, конденсации водяных паров из атмосферы, при орошении. Содержание влаги характеризует влажность почвы. Определяется как отношение влаги к массе абсолютно сухой почвы (высушенной при 1050 С) или объёму почвы в %. В составе растений содержится 80–90 % воды. В процессе развития растениями потребляется огромное количество воды: для создания 1 г сухой массы требуется от 200 до 1000 г воды. Доступность воды для растений, значит, и урожая, зависит от водных свойств почвы. Поэтому необходимо знание закономерностей поведения почвенной влаги, водных свойств и водного режима. 5.5.1 Категории почвенной влаги Вода в почве неоднородна. Она имеет разные физические свойства: плотность, вязкость, теплоёмкость, химический состав, осмотическое давление и т.д. количества почвенной воды, обладающие одинаковыми свойствами, называют категорией или формой почвенной воды. Различают пять форм почвенной воды. Твердая вода – лёд. Это потенциальный источник жидкой и парообразной воды. Появление льда носит сезонный или многолетний характер. Химически связанная вода входит в состав химических соединений (минералов): а) в виде гидроксильной группы – конституционная вода [Fe(OH)3, Al(OH)3], б) в виде целой молекулы – кристаллизационная вода [CaSO4 ∙2H2O, Na2SO4 ∙10H2O] Конституционную воду удаляют из почвы прокаливанием при температуре 400–800о С, кристаллизационную – при нагревании до 100–200о С. Химически связанная вода входит в состав твердой фазы почвы и не является самостоятельным физическим телом, не передвигается, не обладает свойствами растворителя, недоступна растениям. Парообразная вода содержится в почвенном воздухе, в порах, свободных от воды, в форме водяного пара. Парообразная влага может передвигаться вместе с почвенным воздухом и перемещаться диффузно. Общее количество парообразной воды не превышает 0,001 % массы почвы, но именно она предохраняет корневые волоски от пересыхания. При конденсации пар переходит в жидкую воду. В почве парообразная влага передвигается от теплых слоёв к боле холодным. Поэтому возникают восходящие и нисходящие сезонные и суточные потоки водяного пара. В зимнее время в засушливых районах в метровом слое аккумулируется до 10–14 мм влаги. Физически связанная, или сорбированная вода, образуется путем сорбции парообразной и жидкой воды на поверхности твердых частиц почвы. Физически связанную воду в зависимости от прочности связи с твёрдой фазой почвы подразделяют на прочносвязанную и рыхлосвязанную (пленочную). Прочносвязанная (гигроскопическая) вода образуется в результате адсорбции молекул воды из парообразного состояния на поверхности твердых частиц почвы. Свойство почвы сорбировать парообразную воду называют гигроскопичностью почв, сорбированную воду – гигроскопической. Такая вода удерживается на поверхности почвенных частиц высоким давлением, образует вокруг них тончайшие пленки. По физическим свойствам гигроскопическая вода приближается к твердым телам. Она обладает высокой плотностью (1,5–1,8 г/см3), низкой электропроводностью, не растворяет вещества, отличается повышенной вязкостью, замерзает при температуре от –4 до –78о С. Она недоступна растениям. Максимальной гигроскопической водой (МГ) называют предельное количество воды, которое может быть поглощено почвой из парообразного состояния при относительной влажности воздуха, близкой к 100 %. При влажности почвы, равной МГ, толщина пленки из молекул воды достигает 3–4 слоёв. Величины гигроскопичности МГ зависят от гранулометрического и минералогического составов, содержания гумуса. Чем больше в почве илистой коллоидной фракции и гумуса, тем выше гигроскопичность и МГ. В минеральных песчаных и супесчаных почвах максимальная гигроскопичность колеблется от 0,5 до 1 %. В сильногумусированных суглинистых и глинистых почвах максимальная гигроскопичность составляет 15–16 %, в торфах – до 30–50 %. При соприкосновении частиц почвы с водой происходит дополнительное её поглощение и образуется рыхлосвязанная, или плёночная вода. Она удерживается почвенными частицами менее прочно, очень медленно передвигается от почвенных частиц с большей пленкой к частицам с меньшей плёнкой. Толщина пленки из молекул воды достигает нескольких десятков, величину МГ может превышать в 2–4 раза. Пленочная влага имеет плотность несколько выше плотности свободной воды, у неё ниже растворяющая способность. Замерзает при температуре –1,5…–4о С, частично доступна растениям. Свободная вода – это вода, содержащаяся в почве сверх рыхлосвязанной. Она не связана силами притяжения с почвенными частицами. Различают две формы свободной воды: капиллярную и гравитационную. Капиллярная вода находится в тонких капиллярных порах почвы и передвигается в них под влиянием капиллярных сил. Такие силы возникают на поверхности раздела твёрдой, жидкой и газообразной фаз. Эта вода наиболее доступна растениям. Гравитационная вода размещается в крупных некапиллярных порах, свободно просачивается вниз по профилю под действием силы тяжести. 5.5.2 Водные свойства почв Основными водными свойствами почв являются водоудерживающая способность, водопроницаемость, водоподъёмная способность. Водоудерживающая способность– свойство почвы удерживать воду под действием сорбционных и капиллярных сил. Наибольшее количество воды, которое способна удерживать почва теми или иными силами, называется влагоёмкостью. В зависимости от того, в какой форме находится удерживаемая почвой влага, различают полную, наименьшую, капиллярную, максимально-молекулярную влагоёмкость. Полная (максимальная) влагоёмкость (ПВ), или водовместимость, – это количество влаги, удерживаемое почвой в состоянии полного насыщения, когда все поры заполнены водой. Для почв нормального увлажнения ПВ может быть после снеготаяния, обильных дождей, при поливе большими нормами воды. Для избыточно влажных почв состояние полной влагоёмкости может быть длительным или постоянным. При длительном состоянии насыщения почв водой до полной влагоёмкости в них развиваются анаэробные процессы, снижающие плодородие и продуктивность растений. Оптимальной для растений считается относительная влажность почв в пределах 50–60 % ПВ. Как правило, полную влагоёмкость (в % на сухую почву) рассчитывают по общей пористости: ПВ=Р/ dv , (1) где Р – общая пористость, dv –плотность почвы, г/см3. Наименьшая влагоёмкость (НВ) – это максимальное количество капиллярно-подвешенной влаги, которое способна длительное время удерживать почва после обильного увлажнения и свободного стекания воды. При НВ в почве 55–75 % пор заполнено водой, создаются оптимальные условия для 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 её наименьшая влагоёмкость. Очень рыхлая и сильноплотная почвы имеют меньшую НВ, чем почвы средней плотности. Для суглинистых и глинистых почв величина НВ колеблется от 20 до 45 %. Набольшие значения НВ характерны для гумусированных почв тяжелого гранулометрического состава с хорошо выраженной макро- и микроструктурой. Максимальное количество капиллярно-подпертой влаги, которое может содержаться в почве над уровнем грунтовых вод, называется капиллярной влагоёмкостью (КВ). Максимальная – молекулярная влагоёмкость (ММВ) соответствует наибольшему содержанию рыхлосвязанной воды, которая удерживается 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» запасом влаги в почве. Для разных растений и разных периодов их роста ВЗ будет неодинакова. Особенно чувствительны к критическому содержанию влаги проростки. При расчете ВЗ учитывают, что влажность завядания (в %) равна максимальной гигроскопической влажности (в %), умноженной на коэффициент 1,34 или 1,5: ВЗ = МГ∙ 1,34 (1,5) (2) Влажность завядания различается в зависимости от типа почв и гранулометрического состава (табл. 4). Влажность завядания в почвах разного гранулометрического состава Таблица 4 – Влажность завядания
Влажность завядания представляет собой важнейшую гидрологическую константу. На основании данных ВЗ и общего содержания влаги в почве вычисляют запас продуктивной влаги. Это влага, которая доступна для растений и расходуется на формирования урожая. Количество продуктивной влаги выражают в мм толщины водяного слоя. Запасы воды сопоставляют с данными по осадкам. 1 мм воды на площади 1 га соответствует 10 т воды. Запасы продуктивной влаги в мм/га: W = 0,1 dv h (В–ВЗ), (3) где 0,1 – коэффициент перевода запасов влаги из м3/га в мм водного слоя; dv – плотность почвы, г/см3; h – мощность слоя почвы см, для которого рассчитывается запас продуктивности влаги; В – полевая влажность почвы, % на абсолютно сухую почву; ВЗ – влажность завядания, % на абсолютно сухую почву. Оптимальные запасы продуктивной влаги в метровом слое почвы в период вегетации растений находится в среднем в пределах от 100 до 200 мм. Избыточная влажность (более 250 мм) и недостаточная влажность (менее 50 мм) отрицательно сказываются на развитии растений. Водопроницаемость почв – способность почв впитывать и пропускать через себя воду. Различают две стадии водопроницаемости: впитывание и фильтрацию. Впитывание – этот поглощение воды почвой и её 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 коэффициентами впитывания и фильтрации. Водопроницаемость измеряется объёмом воды (мм), протекающей через единицу площади почвы (см2) в единицу времени (ч) при напоре воды 5 см. величина эта 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, которые способствуют быстрому набуханию почв, делает почвы практически водонепроницаемыми (табл. 5). Оценка водопроницаемости почв (по Качинскому Н.А.) Таблица 5 - Оценка водопроницаемости почв
При недостаточной водопроницаемости влага или застаивается на поверхности почвы, или стекает по уклону местности и способствует 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, подъём уровня грунтовых вод. Возникает опасность вторичного засоления почв. Водоподъёмная способность – свойство почвы вызывать восходящее передвижение содержащихся в ней воды за счет капиллярных сил. Высота подъёма воды в почвах и скорость её передвижения определяются гранулометрическим и структурным составами, порозностью. Чем почвы тяжелее и менее структурны, тем больше потенциальная высота подъёма воды, скорость подъёма меньше. 5.5.3 Водный режим почв Водным режимом называют совокупность явлений поступления влаги в почву, её удержание, расход и передвижение в почве. Количественно выражают через водный баланс, характеризующий приход влаги в почву и расход из нее. Общее выражение водного баланса: В0 + Вос + Вг + Вк + Впр + Вб = Еисп + Ет + Ви + Вп + Вс + В1 Где В0 – начальный запас влаги; Вос – сумма осадков за период наблюдения; Вг – количество влаги, поступающей из грунтовых вод; Вк – количество влаги, конденсирующихся из паров воды; Впр – количество влаги, поступающей в результате поверхностного притока; Вб – количество влаги, поступающей от бокового притока почвенных и грунтовых вод; Еисп – количество влаги, испарившейся с поверхности почвы; Ет – количество влаги, расходуемое на транспирацию; Ви – влага, инфильтрующаяся в почвенно-грунтовую толщу; Вп – количество воды, теряющейся за счет стока; Вс – влага, теряющаяся при боковом внутрипочвенном стоке; В1 – запас влаги в почве в конце периода наблюдения. Если за длительный период времени приход и расход воды в почве равны, уравнение водного баланса равно нулю. Запасы воды в почве в этом случае в начале и в конце периода наблюдения могут быть В0 = В1. В зависимости от характера годового водного баланса по соотношению его составляющих – годовым осадкам и годовому испарению – формируются основные типы водного режима. Отношение годовой суммы осадков к годовой испаряемости называют коэффициентом увлажнения (КУ). В разных природных зонах КУ изменяется от 3 до 0,1. Для различных природных условий Г.Н. Высоцкий установил четыре типа водного режима (в основном): промывной, периодически промывной, непромывной и выпотной. Профессор А.А.Роде выделил 6 типов водного режима, разделил их на несколько подтипов.
Регулирование водного режима Каждой почвенно-климатической зоне присущи определенные типы водного режима почв. Они учитываются при выращивании растений и требуют разных мероприятий. В зонах, где наблюдается избыточное увлажнение, отводят влагу из верхних горизонтов. Проводят грядкование, гребневание и др. Создают мощный окультуренный слой. В таежно-лесной зоне иногда бывают засушливые годы с недостатком влаги. Здесь накапливают и сберегают атмосферные осадки. В зоне лесостепи и степи увлажнение неустойчиво и недостаточно. Задачи по регулированию водного режима сводятся к накоплению, сохранению и продуктивному использованию влаги выпадающих осадков. Здесь проводят снегозадержание, рыхление пахотного слоя, боронование, посадку лесополос. Применение минеральных и органических удобрений способствует экономичному испарению влаги. Водопотребление снижается в среднем на 26 %. В пустынной зоне применяют орошение. Необходимо стремиться к экономному расходу воды, чтобы избежать засоления. Контрольная работа 1 Тема 5 Свойства и режим почвы 1 вариант
Тема 5 Свойства и режим почвы 2 вариант 1. Типы водного режима почв 2. Водоподъёмная способность почв 3. Суточный ход температуры Тема 5 Свойства и режим почвы 3 вариант 1. Годовой ход температуры 2. Фильтрация почв 3. Категории почвенной влаги Тема 5 Свойства и режим почвы 4 вариант
Тема 5 Свойства и режим почвы 5 вариант
| |||||||||||||||||||||||||||||||||||||