Влагоемкость почвы и методы ее определения. Водные свойства почвы Как определить наименьшую влагоемкость почвы

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.

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.

Под влагоемкостью почвы понимают ее способность удерживать длительное время, определенное количество воды. В зависимости от условий заполнения и удержания различают максимальную адсорбционную влагоемкость, наименьшую (полевую) влагоемкость, или водопроницаемость.

Наименьшая (полевая) влагоемкость -- это максимальное количество капиллярно-подвешенной воды, которое может удержать почва менисковыми или капиллярными силами после стекания всей гравитационной воды.

Влагоемкость зависит от гранулометрического состава почвы, от строения почвы, от количества гумуса, солонцеватости, засоленности. Ее выражают в весовых, объемных процентах, м 3 на 1 га, мм.

Определение наименьшей (полевой) влагоемкости в поле. Наименьшую полевую влагоемкость студенты определяют в окрестности сельхозинститута.

На выбранном участке закладывают опытную площадку размером 3 х 3 м. Удовлетворительные результаты получаются и при размере площадки 1,5 х 1,5 и 1 х 1 м.

Поверхность площадки выравнивают, обрабатывают так же, как и все поле, и заливают водой в количестве, необходимом для вытеснения воздуха из пор намеченного к обследованию объема почвы. Для защиты от растекания воды при заливке площадку окружают двумя земляными валами высотой 20-- 25 см, отстоящими друг от друга на расстоянии 0,4--0,6 м. Можно отметить площадку ветками, а на расстоянии 0,5 м от нее насыпать вокруг земляной вал.

Для определения количества воды, нужной для заливки площадки, неподалеку делают почвенный разрез, проводят морфологическое описание почвы, определяют объемную, удельную массу, влажность и скважность почвы. Вычисляют общую скважность и фактический запас воды в почвенных слоях. Результаты записывают по нижеприведенной форме. В данном примере для полного насыщения почвенного слоя 0--30 см нужно 111,6 мм или 1116 м 3 воды на 1 га. Фактический запас ее 405 м 3 на 1 га. Следовательно, для насыщения почвы требуется 1116 -- 405 = 711 м 3 на 1 га, а на площадку в 2 м 2 -- 0,142 м 3 или 142 л. Учитывая потерю воды на растекание, норму ее увеличивают в 1,5--2,0 раза. При метровой глубине промачивания выливают 200--300 л на 1 м 2 .

Рассчитанный объем воды подают на площадку постоянным напором воды 5 см. Слой воды 5 см поддерживают до тех пор, пока не будет израсходован весь запас воды. Когда вся вода впитается в почву, площадку закрывают клеенкой или полиэтиленовой пленкой, а сверху полуметровым слоем соломы для предохранения от испарения и оставляют для стекания гравитационной воды. Супесчаные и песчаные почвы выдерживают сутки, суглинистые 2--3 суток, глинистые 3--5 суток. По истечении этого срока через каждые 10 см берут буром почвенные пробы на влажность не менее, чем в трехкратной повторности. Как только установится постоянная влажность с небольшими колебаниями в пределах 0,5--0,7 %, эту влажность и принимают за величину полевой влагоемкости.

Результаты определения влажности почвы до и после полива записывают в тетрадь по следующей форме:

Расчет влагоемкости осуществляется по формулам:

НВ % = ((а - в) / (в - с)) * 100; НВ м = НВ %

Наименьшая полевая влагоемкость используется при расчете поливных норм, промывных норм для засоленых почв, планировании режима орошения сельскохозяйственных культур.

Влага необходима для прорастания семян, без нее невозможны последующий рост и развитие растения. С водой в растение из почвы поступают питательные вещества, испарение воды листьями обеспечивает нормальные температурные условия жизнедеятельности растения.

ВЛАГОЕМКОСТЬ ПОЧВЫ, величина, количественно характеризующая водо-удерживающую способность почвы; способность почвы поглощать и удерживать в себе от стекания определенное количество влаги действием капиллярных и сорбционных сил. В зависимости от условий, удерживающих влагу в почве, различают несколько видов В. п.: максимальную адсорбционную, капиллярную, наименьшую и полную.

Максимальная адсорбционная ВЛАГОЕМКОСТЬ ПОЧВЫ, связанная влага, сорбированная влага,ориентировочная влага - наибольшее количество прочно связанной воды,удерживаемое сорбционными силами. Чем тяжелее гранулометрический состав почвы и выше содержание в ней гумуса, тем больше доля связанной, почти недоступной винограду и др. культурам влаги в почве.

Вода - обязательное условие почвообразования и формирования почвенного плодородия. Без нее невозможно развитие почвенной фауны и микрофлоры.

Процессы превращения, трансформации и миграции веществ в почве также требуют большого количества воды.

Для определения потребности растений в воде применяют показатель -транспирационный коэффициент - количество весовых частей воды, затраченной на одну весовую часть урожая.

Степень доступности почвенной влаги растениям и состояние водного режима,выражают почвенно-гидролитические константами. Различают следующие почвенно-гидрологические константы:

• 1. Максимальная адсорбционная влагоемкость (МАВ) - влажность почвы,соответствующая наибольшему содержанию недоступной растениям прочносвязанной влаги.
• 2. Максимальная гигроскопичность (МГ) - влажность почвы, соответствующая количеству воды, которое почва может сорбировать из воздуха, полностью насыщенного водяным паром. Влага, соответствующая МГ, полностью недоступна растениям.
• 3. Влажность устойчивого завядания растений (ВЗ), соответствующая содержанию в почве воды, при котором растения обнаруживают признаки завядания, не проходящие при помещении растений в насыщенную водяным паром атмосферу. Влажность завядания соответствует влажности почвы, когда влага из недоступного для растений состояния переходит в доступное (нижний предел доступности почвенной влаги).
• 4. Наименьшая (полевая) влагоемкость почвы (НВ) - соответствует капиллярно-подвешенному насыщению почвы водой, когда последняя максимально доступна растениям.
• 5. Полная влагоемкость (ПВ) - соответствует такому содержанию влаги в почве, когда все ее поры насыщены водой.

Способность почвы к устойчивому обеспечению растений водой зависит от агрофизических факторов плодородия.

Влагоемкость почвы - называют способность ее удерживать воду. Различают капиллярную, наименьшую (полевую) и полную влагоемкость. Капиллярная влагоемкость определяется количеством воды, содержащимся в капиллярах почвы, подпертых водоносным горизонтом. Наименьшая влагоемкость аналогична капиллярной, но при условии отрыва капиллярной воды от воды водоносного горизонта. Полная влагоемкость - состояние влажности, когда все поры (капиллярные и не капиллярные) полностью заполнены водой.

Водопроницаемостью почвы называют способность впитывать и пропускать через себя воду. Водопроницаемость зависит от гранулометрического состава,структуры почвы и степени увлажнения. Определяют водопроницаемость,пропуская через слой почвы воду.

Водоподъемная способность почвы - способность к капиллярному подъему воды.

Обусловлено это свойство действием менисковых сил смоченных водой стенок почвенных капилляров.

Условия водного режима в пахотной почве постоянно изменяются. Радикальный метод регулирования водного режима почв - мелиорация. Современные приемы гидротехнической мелиорации обеспечивают возможность двухстороннего регулирования водного режима: орошение со сбросом лишней воды и осушение в комплексе с дозированным орошением.

Поступление влаги в почву складывается из впитывания при частичном заполнении пор водой и фильтрации воды. Совокупность этих явлений объединяется понятием «водопроницаемость почвы ». По скорости впитывания во,ды различают почвы хорошо-, средне и слабо водопроницаемые. Фильтрация почвы, т. е. нисходящее передвижение влаги в почве или грунте при заполнении всех порводой, зависит от многих факторов: механического состава, водопрочности агрегатов, плотности,сложения.

Количество воды, характеризующее водоудерживающую способность почвы, называют влагоемкостью .В зависимости от сил, удерживающих влагу в почве,различают максимальную адсорбционную влагоемкость (влага, которая удерживается па поверхности частиц под действием сорбционных сил), капиллярную (запас воды, удерживаемый капиллярными силами), наименьшую (полевую) и полную влагоемкость или водо-вместимость (содержание воды в почве при заполнении всех пор водой).

С капиллярной влагоемкостью связано важное в агрономической науке понятие капиллярной каймы. Капиллярной каймой называется весь слой влаги между уровнем грунтовых вод и верхней границей фронта смачивания почвы.

Наименьшая (полевая) влагоемкость - это количество влаги, которое сохраняется в почве(или грунте) при отсутствии капиллярного подтока после стенания избыточной гравитационной воды.Это максимальное количество воды, удерживаемое почвой в естественных условиях при отсутствии испарения и притока воды извне. Влагоемкость почвы зависит от механического, химического,минералогического состава почвы, ее плотности,пористости и т. д.

Аэрация, водопроницаемость, влагоемкость и другие водно-физические свойства почвы являются важными почвенными характеристиками, влияющими на плодородие почвы, ее хозяйственную ценность.

Корневые выделения. Растения не остаются в долгу перед микроорганизмами - живые растения кормят почвенные микроорганизмы своими корневыми выделениями, а не только отмирающими послеуборочными остатками, хотя корни тоже составляют около трети массы растения. Татьяна Угарова приводит цифру - до 20% всей массы растений составляют корневые выделения. В состав корневых выделений входят органические кислоты, сахара, аминокислоты и многое другое. По Т. Угаровой сильное растение обильно кормит почвенные микроорганизмы, при этом происходит массовое размножение ризосферной (корневой) полезной микрофлоры. Причем растения стимулируют развитие преимущественно такой микрофлоры, которая питает растения, вырабатывает стимуляторы роста растений, подавляет вредную растениям микрофлору.

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.