Почвенная влага

Почвенная влага

Влага является одним из незаменимых факторов жизни рас­тений. Они используют в основном влагу, содержащуюся в почве. Поэтому так важны сведения о влажности почвы, закономерно­стях ее формирования и изменения во времени и в пространстве в различных климатических зонах. Установление зависимости формирования урожая от запасов почвенной влаги имеет значе­ние для оценки состояния посевов и насаждений, для определения эффективности агротехнических мероприятий. Поэтому в системе Государственного комитета СССР по гидрометеорологии и конт­ролю природной среды свыше 1700 станций ведут регулярные на­блюдения за влажностью почвы на полях и в садах.

Методы определения влажности почвы

Основным методом определения влажности почвы является термостатно-весовой. По этому методу почвенным буром АМ-16 производят отбор проб почвы через каждые 10 см до глубины 50 или 100 см. Из нижней трети бурового стакана почву пере­кладывают в алюминиевые сушильные стаканчики и закрывают крышками. После отбора проб стаканчики с почвой доставляют на станцию и взвешивают с точностью до 0,1 г. Каждый стакан­чик имеет номер, а масса пустого стаканчика записана в специ­альном журнале.

На метеорологических станциях сушильные стаканчики приве­дены к одинаковой массе.

После взвешивания стаканчики с открытыми крышками ста­вят в термостат и при температуре 100—105° С пробы почвы вы­сушивают до тех пор, пока масса стаканчиков при последователь­ных взвешиваниях начинает различаться не более чем на 0,1 г. Обычно продолжительность высушивания супесчаных почв 6—7 ч, суглинистых 7—8 ч. Результаты взвешивания записывают, а за-

Осадки, снежный покров, почвенная влага тем по разности масс влажной и сухой почвы вычисляют влаж­ность почвы в процентах от массы сухой почвы:

где № —влажность почвы (%), Р — масса влажной почвы, Р% — масса пробы почвы после высушивания. Например:  Р—Р₂ = 5г,

РГ*Г Т*                       П/7           ^   *   ЮО         п/Л П/ 2 = 25 г. Тогда №=-^—=20%.

Рекомендуемые материалы

Описанный метод определения влажности почвы очень трудое­мок, поэтому разрабатываются различные косвенные способы, основанные на применении радиоактивных изотопов, измерении электропроводности почвы, капиллярного натяжения почвенной влаги и т. д. Однако до сих пор ни один из новых методов не за­менил термостатно-весовой метод при массовых определениях влажности почвы на сети станций. В последние годы на агромет-станциях устанавливают влагомеры с радиоактивным изотопом (ВПГР-1).

.Агрогидрологические свойства почвы

Взаимодействие воды с почвой, передвижение почвенной влаги и ее усвоение растениями в почвах, различных по механическому составу, структуре, порозности, происходит неодинаково. Прове­денные исследования показывают, что существуют определенные значения влажности почвы (так называемые узловые точки), при достижении которых резко меняются как свойства почвенной вла­ги, так и ее доступность для растений. Эти узловые точки харак-|теризуют водно-физические свойства почвы.

В основу установления агрогидрологических свойств почвы по­дложен принцип разделения.почвенной влаги по степени связности, подвижности и доступности ее для растений, что позволяет из об­щего количества содержащейся в почве влаги выделить ту ее часть, которая может быть усвоена корневой системой растений. Следовательно/ представляется возможным сравнить влажность различных почв по степени ее доступности для растений.

В настоящее время в агрометеорологии применяют следующие агрогидрологические характеристики: непродуктивная влага, влажность устойчивого завядания, влажность разрыва капилля­ров, наименьшая влагоемкость, капиллярная влагоемкость, полная влагоемкость, продуктивная влага. Рассмотрим наиболее важные агрогидрологические характеристики.

Непродуктивная влага — часть почвенной влаги, не усваивае­мая растениями, т. е. влага, удерживаемая в почве силами, кото­рые превышают осмотическое давление клеточного сока корневых волосков. Она не может быть использована растениями, вслед­ствие чего наступает полное увядание растений, необратимые134

Глава 6

изменения в клетках и затем полная гибель. В почве содержится при этом только прочносвязанная с частицами почвы вода. Ее ко­личество соответствует максимальной гигроскопичности почвы, т. е. тому количеству воды, которое сухая почва сорбирует из воздуха при его относительной влажности около 100%. Максимальная гиг­роскопичность разных типов почв очень различна. В процентах от массы абсолютно сухой почвы она составляет у песка 0,5—1,0%, у глины 9—15%.

Влажность устойчивого завядания — предел увлажнения почвы, при котором появляются необратимые признаки увядания расте­ний, тургор растений не восстанавливается, прекращается прирост и формирование урожая. Эта характеристика определяет границу между непродуктивной и продуктивной влагой.

Влажность устойчивого завядания возрастает с уменьшением почвенных частиц, поэтому она ниже на песчаных почвах и выше на мелкозернистых,. богатых гумусом почвах

Влажность устойчивого завядания  (%  от массы абсолютно сухой почвы) различных типов почв (по данным гидрометстанций СССР)

У различных видов и сортов культурных растений влажность устойчивого завядания практически одинакова. Она колеблется лишь в пределах 0,3% от массы абсолютно сухой почвы и, сле­довательно, зависит в основном от свойств почвы, а не от вида растений. В теплых почвах влажность устойчивого завядания не­сколько ниже, чем в холодных. При запасе влаги ниже влажности завядания почва находится в твердо-пластичном состоянии, что затрудняет обработку почвы.

Наименьшая влагоемкость представляет собой максимальное количество воды, которое может находиться в почве в условиях свободного дренирования, т. е. после стекания избытка воды. Она характеризует максимально возможное содержание подвешенной

влаги. С увеличением влажности почвы от влажности устойчиво­го завядания до наименьшей влагоемкости увеличивается доступ­ность влаги для растений. При влажности, близкой к наименьшей влагоемкости, в почве создается хорошая обеспеченность растений влагой. Почва при этом находится в мягкопластичном состоянии и обеспечивает наибольшую производительность работ по обра­ботке почвы.

Наименьшая влагоемкость в зависимости от механического со­става почвы изменяется в довольно широких пределах (табл. 32). Капиллярная влагоемкость — это то количество воды, которое

(чючва содержит в капиллярах за счет подтока из грунтовых вод.

¹ Капиллярная влага легко доступна растениям. Почва находится

; в липком состоянии, что затрудняет ее обработку.

Таблица 32 Наименьшая влагоемкость почв (мм продуктивной влаги)

Полная влагоемкость — это такое увлажнение почвы, при ко­тором все поры почвы заполнены водой. При этом почвенный воз­дух вытеснен водой, что прекращает аэрацию почвы и вызывает угнетение растений. Такое избыточное увлажнение почвы в при­роде наблюдается, когда^. грунтовые воды поднимаются до по­верхности почвы. В нечерноземной зоне полная влагоемкость на­блюдается весной, когда нижние слои почвы еще не оттаяли, а верхние переувлажнены талыми водами (верховодка). Прове­дение полевых'работ при этом невозможно.

 Продуктивная влага

Для сельскохозяйственного производства основное значение имеет только та часть почвенной влаги, которая обеспечивает фор­мирование урожая культурных растений, т. е. превышает влаж­ность устойчивого завядания. Поскольку лишь эта влага исполь­зуется для формирования продуктивности сельскохозяйственных растений, ее называют продуктивной влагой.

Оценку условий водоснабжения сельскохозяйственных культур, произрастающих на .разных почвах, можно производить только по запасам продуктивной влаги.

Продуктивную влагу выражают высотой слоя воды в милли­метрах, что позволяет сопоставлять ее запасы с расходом воды (испарением) и ее приходом (осадками), которые также измеря­ются в миллиметрах. Для выражения количества продуктивной влаги в миллиметрах надо знать объемную массу почвы, т. е. мас­су 1 см³ абсолютно сухой почвы с ненарушенным строением. Обыч­но объемная масса почвы меняется в пределах 1,0—1,8 г/см³. Чем рыхлее почва, чем больше в ней пор, тем меньше ее объемная масса.

Согласно методике, применяемой в агрометеорологии, оценка влагозапасов на сельскохозяйственных полях производится только в миллиметрах продуктивной влаги. Для этого на всех наблюда­тельных участках метеорологических станций определены по сло­ям через каждые 10 см объемная масса почвы, влажность устой­чивого завядания, а также некоторые другие характеристики, в частности наименьшая влагоемкость почвы (табл. 32). Напри­мер, наименьшая влагоемкость метрового слоя черноземных почв находится в пределах 170—190 мм продуктивной влаги.

Водный баланс поля *>

Вода в почве подвержена влиянию многих факторов, обусловь ливающих ее расход, пополнение и перераспределение. Динамика запасов влаги в корнеобитаемом слое почвы определяется водным балансом, т. е. разностью между приходом и расходом влаги.

Основными составляющими приходной части водного баланса на поле являются: осадки, достигающие поверхности почвы, г, при­ток влаги в корнеобитаемый слой почвы из грунтовых вод М_г, поверхностный приток влаги (если участок на склоне) на данный участок М„, внутрипочвенный приток влаги М_вп, поступающий из атмосферы пар К, конденсирующийся в почве.

При устойчивом промерзании почвы и устойчивом снежном покрове в ра'йенах с большой влажностью почвы и неглубоким залеганием грунтовых вод (преимущественно в нечерноземной зо­не) накапливается большое количество влаги, подтягиваемой к промерзающему слою. Многолетние наблюдения на ст. Бело-горка (Ленинградская область) показывают, что в слое почвы О—50 см запасы влаги в среднем увеличиваются за зиму на 49 мм.

В районах, где с осени запасы влаги в почве невелики, а грун­товые воды залегают глубоко, накопление влаги происходит за счет передвижения пара к промерзшему слою. Так, в Куйбышев­ской области (станции Заволжье и Безенчук) за зиму в метровом слое почвы накапливается 10—14 мм влаги.

В районах с неустойчивой зимой и глубоким уровнем залега­ния грунтовых вод (степи Украины, Северного Кавказа) запасы138

Глава 6

Осадки, снежный покров, почвенная влага

139

влаги в течение зимы увеличиваются на 14—42 мм в основном за счет проникновения талых вод в почву.

Ранней весной пополнение запасов почвенной влаги происхо­дит за счет талых вод, но одновременно влага расходуется на ис-парение и просачивание в нижележащие слои.

С начала вегетации сельскохозяйственных культур изменение запасов влаги в корнеобитаемом слое почвы происходит в резуль­тате совокупного действия метеорологических факторов и рас­тений.

С возрастанием температуры почвы усиливается транспирация и испарение с поверхности почвы, что нередко вызывает иссуше-ние пахотного слоя.

Регулирование водного режима почвы

Основными методами регулирования водного режима являют­ся осушение, орошение, чистые пары и те приемы, которые на­правлены на уменьшение непродуктивного испарения почвы, а так­же снегозадержание.

В засушливых районах наиболее эффективным способом улуч­шения водного режима почвы является орошение. В настоящее! время благодаря орошению сероземных почв пустыни и полупу­стыни Средней Азии и Казахстана превращаются в высокопро­дуктивные поля, где возделывают хлопчатник, рис и другие цен­ные теплолюбивые культуры. Крупные массивы орошаемых зе­мель созданы в Поволжье, на Северном Кавказе, на Украине. Передовики сельскохозяйственного производства получают на оро­шаемых массивах высокие урожаи: больше 10,0 т/га зерна куку­рузы, 6,0—7,0 т/га пшеницы.

Число поливов, оросительные и поливные нормы должны регу­лироваться в соответствии со сложившимися и ожидаемыми усло­виями погоды, чтобы наиболее эффективно расходовать поливную воду, ресурсы которой весьма ограничены.

В зоне недостаточного увлажнения влагонакоплению способ­ствует чистый пар. В сухостепных районах на чистых парах ко времени сева озимых продуктивной влаги накапливается на 50—60 мм больше, чем на непаровых полях (табл. 34, по А. М. Шульгину). Нередко эта разность достигает 70—100 мм. Су­щественное значение в регулировании почвенной влаги имеет ран­няя вспашка зяби.

Таблица 34

Средние  многолетние запасы  продуктивной  влаги   (мм)   в  почве  на  парах и по беспарью (осенью, ко времени уборки ранних яровых)

I

Все мероприятия, направленные на уменьшение непродуктив­ного испарения и снегозадержание в степной засушливой зоне, способствуют оптимизации водного режима почвы.

В районах избыточного увлажнения, а также на заболоченных территориях для улучшения водного режима почв применяют различные способы осушения. В настоящее время осушительная сеть охватывает более 11 млн. га, из них более 2 млн. га имеют закрытый дренаж. Осушение земель улучшает их аэрацию и тем­пературный режим, что способствует повышению урожайности сельскохозяйственных культур. На осушенных, хорошо удобрен­ных почвах урожай зерновых достигает 3,0—4,0 т/га.

В отдельные сухие годы на осушенных почвах может созда­ваться недостаток влаги. Поэтому в современных проектах преду­сматривается возможность подъема уровня воды в осушительных каналах для повышения влажности почвы. При дренажной систе-. ме осушения часто создаются совмещенные осушительно-ороси-тельные системы, где оросительная часть представлена дождевани-; ем. Такие системы в районах постоянного и временного избыточ­ного увлажнения нечерноземной зоны РСФСР являются экономи­чески наиболее эффективными для ряда культур.