Водные свойства и водный режим почв

1. Общие сведения и значение почвенной влаги.

2. Категории почвенной влаги.

3. Водные свойства почв: влагоемкость, водопроницаемость, водоподъемная способность.

4. Водный режим почв. Водный баланс и типы водного режима.

5. Регулирование водного режима.

1. Вода в почве представляет собой жидкую фазу, или почвенный раствор. Попадая в почву различными путями, вода производит определенные изменения: с одной стороны, впитывает находящиеся в почве различные водорастворимые соединения, а с другой – теряет поглощаемые почвой вещества.

Вода обусловливает развитие всех жизненных процессов в почве и на ее поверхности, определяет интенсивность и направленность процессов выветривания и почвообразования, динамику почвенных процессов.

С почвенной водой связаны процессы выноса, перемещения и аккумуляции веществ и энергетического материала, формирование генетических горизонтов и профиля почв в целом. Почвенная влага выступает и в качестве терморегулятора, влияет на тепловой баланс и режим почв. Влажность почвы влияет на агрофизические свойства: плотность, мягкость, способность к крошению и образованию агрегатов – спелость почвы. Вода в почве во многом определяет уровень эффективного плодородия, поскольку именно почвенная влага – основной, а нередко и единственный источник воды для прорастающих на этой почве растений.

2. Почвенная влага в зависимости от характера связи между молекулами воды, твердой и газовой фазами почв характеризуются различной подвижностью и неодинаковыми свойствами.

Поэтому почвенную воду разделяют на категории, или формы, исходя из того, что каждая конкретная форма воды в почве обладает одинаковыми свойствами. По физическому состоянию различают три формы почвенной воды: твердую, жидкую и парообразную.

По характеру связи с твердой фазой и степени подвижности различают химически связанную, твердую, парообразную, физически прочносвязанную и рыхлосвязанную и свободную воду.

Химически связанная вода характеризуется неподвижностью, высокой прочностью связей, неспособностью растворять, включает конституционную (гидратную) и кристаллизационную (кристаллогидратную) воду, входят в состав твердой фазы почв.

Конституционная вода – это гидроксильная группа (OH) находящихся в почве веществ: гидроксилов Fe, Al, Mn, органических веществ.

Кристаллизационная вода – целые молекулы воды, входящие в кристаллы: гипс, CaSO₄·2H₂O, химически связанная вода, растениям недоступна.

Твердая вода. Образуется в почве в форме льда при ее промерзании в осенне-зимний период или сохраняется на определенной глубине в промерзшей толще почвогрунта, не оттаивая даже летом. Твердая вода неподвижна, растениям не доступна.

Парообразная вода содержится в виде водяного пара в почвенном воздухе, нередко носящая его до 100%. Она передвигается от мест с большой упругостью в места с меньшей упругостью водяных паров, а также с током воздуха. В питании растений практически не имеет значения.

Прочносвязанная вода это первая форма физически связанной, или сорбированной воды, называется гигроскопической водой. Она образуется в результате сорбции почвенными (преимущественно коллоидными) частицами водяных паров из воздуха. Эту способность почв называют гигроскопичностью. Гигроскопическая вода покрывает почвенные частицы тонкой пленкой, состоящей из 1-3 слоев молекул.

Рыхлосвязанная вода. Это вторая форма физически связанной или сорбированной воды, называется пленочной водой. Она образуется в результате дополнительной сорбции молекул воды при соприкосновении твердых коллоидных частиц почв с жидкой водой. Пленочная или рыхлосвязанная вода слабоподвижна, растениям недоступна. Максимальное количество рыхлосвязанной воды, удерживаемой силами молекулярного притяжения дисперсных почвенных частиц, называется максимальной молекулярной влажностью.

Свободная вода не связана с почвенными частицами сорбционными силами и передвигается под действием капиллярных и гравитационных сил. Разделяется на две формы: капиллярную и гравитационную воду.

Капиллярная вода. В капельно-жидком состоянии она находится в капиллярах почвы, доступна растениям. Это наиболее благоприятная для растений форма почвенной влаги. Различают капиллярно-повешенную и капиллярно-подпертую воду. Капиллярно-подвешенная образуется при увлажнении почвы с поверхности, капиллярно-подпертая – при поступлении воды снизу, т.е. при поднятии воды по капиллярам от грунтовых вод. В почве возможно присутствие одновременно капиллярно-подвешенной и капиллярно-подпертой воды, разделенной сухим слоем. Если эти воды смыкаются, то под действием капиллярных сил грунтовая вода поднимается по капиллярам к поверхности почвы и испаряется. Максимальное количество капиллярно-подвешенной воды, которое остается в почве после стекания избыточной свободной воды, называется наименьшей влагоемкостью (НВ).

Гравитационная вода. Занимает все некапиллярные промежутки между агрегатами (поры, пустоты в почве), вытесняя воздух. Передвигается свободно под действием силы тяжести, способна растворять и перемещать соли, коллоиды, суспензии по профилю почвы, доступна растениям, но создает суровые анаэробные условия, вызывает из-за недостатка кислорода угнетение и гибель растений, а также заболачивание почвы. Максимальное количество гравитационной воды, которое может вместить почвы при заполнении всех пустот, кроме пор занятых воздухом (5-8% общей порозности) называется полной влагоемкостью (ПВ).

3. Свойства почвы поглощать и удерживать воду в своем профиле, противодействуя стеканию ее под действие силы тяжести, называется водоудерживающей способностью. Основными удерживающими воду в почве силами являются сорбционные и капиллярные. Количественно водоудерживающая способность представляет собой влагоемкость.

Влагоемкость почвы – максимальное количество той или иной формы почвенной воды, удерживаемое соответствующими силами в почве.

Водопроницаемость почвы – свойство почв впитывать и пропускать через свой профиль поступающую с поверхности воду. При этом различают поглощение, впитывание воды почвой, когда вода заполняет поры и пустоты сухой почвы, передвигаясь от генетического горизонта к горизонту, и фильтрация, когда свободная вода проходит сквозь толщу насыщенной влагой почвы под воздействием тяжести.

Водопроницаемость взаимосвязана с гранулометрическим составом и оструктуренностью почв. Почвы, обладающие высокой водопроницаемостью не способны создать хороший запас влаги в корнеобитаемом слое, а характеризующейся низкой водопроницаемостью способствуют стеканию воды по поверхности почвы и развитию эрозии, а также вымоканию посевов.

Свойство почв обеспечивать передвижение содержащейся в ней воды под воздействием капиллярных сил называется водоподъемной способностью. Высота и скорость подъема зависит от гранулометрического состава, структуры и порозности почвы. В песчаных почвах поднимается невысоко, но достаточно быстро, а в глинистых медленно и на большую высоту.

4. Совокупность протекающих в почве процессов поступления, передвижения, сохранения и потерь воды называется водным режимом почвы.

Количественный приход воды в почву и ее расход представляют собой водный баланс, а количественно выраженные элементы водного режима являются соответственно элементами водного баланса. Водный баланс почвы количественно характеризует водный режим почвы только для определенной ее толщи на конкретной территории и за данный промежуток времени.

Приходная часть: начальный запас воды в почве, сумма атмосферных осадков за исследуемый период, количество воды поступившей с орошение, количество воды поступившей в почву из грунтовых вод, количество воды поступившей в почву в результате конденсации из водяных паров, количество воды поступившей в почву в результате притока по поверхности, количество воды поступившей в почву в результате внутрипочвенным боковым притоком.

Расходная часть: физическое испарение за период наблюдения количество воды израсходованное на транспирацию, потерянное количество воды в результате инфильтрации в толще почвогрунта, количество потерянное в результате поверхностного стока и бокового внутри грунтового стока, конечный запас влаги в почве. Величина коэффициента увлажнения т.е. отношение количества суммы осадков за год к годовой испаряемости, находится в пределах 0,1-3. а основании значения коэффициента увлажнения выделено 4 типа водного режима почв: промывной когда К>1 периодически промывной K>1 и K<1, не промывной K=1 и выпотной K<1. К этим типам водного режима были добавлены еще 2 мерзлотный и ирригационный.

Промывной тип характерен для территории с преобладание годовой суммой осадков над испарение что обуславливает господство в почвогрунтах исходящих потоков воды таежно-лесная, тропики и субтропики. При наличии на не большой глубине водоупора или грунтовых вод обуславливающих постоянное или сезонное переувлажнение почвогрунта, развивается болотный подтип водного режима.

Периодически промывной тип характерен для территории, где годовое количество осадков и испарения примерно равно. Причем сквозное промачивание может происходить 1 раз в 10 лет и более формируется содержание подзолистые и выщелоченных черноземов.

Непромывной тип. Характерен для территорий, где годовая величина осадков меньше чем испарение, и атмосферные воды не достигают грунтовых вод.

Выпотной тип характерен для территорий с непромывным типом водного режима, но при условии близкого залегания грунтовых вод. В этом случае (особенно в зоне пустынь и полупустынь) происходят интенсивное поднятие влаги по капиллярам от грунтовых вод к поверхности почвы и ее испарение.

Мерзлотный тип характерен для территорий распространения многолетней мерзлоты.

Ирригационный тип характерен для искусственно орошаемых территорий. Складывающийся годовой водный режим при ирригации нестабилен и может различаться: промывной, непромывной, выпотной.

5. Ирригация и орошение – наиболее интенсивные приемы регулирования водного режима почв.

При регулировании водного режима используют агротехнические, агроклиматические, гидромелиоративные, лесомелиорирование и другие приемы, и их сочетания.

В зависимости от климатической зоны необходимо различать комплексы для регулирования водного режима.

В зоне, где выпадает значительное количество осадков и они преобладают над испарением, требуется комплекс мероприятий, направленных на снижение количества влаги в почве:

1) Сброс лишней влаги.

2) Гребневание – увеличение площади испарения.

3) Двойка пара – вспашка осенью и весной.

4) Посев и выращивание культур, имеющих большой коэффициент транспирации.

В засушливых условиях основная задача – накопление и сохранение влаги:

1) Снегозадержание.

2) Регулирование таяния снега за счет затемнения полос торфокрошкой или другими темными веществами.

3) Обработка почвы минимальная, а также уничтожение корки и создание мульчирующего верхнего слоя.

4) Посадка лесополос.

5) Орошение.

Лекция № 11 (2 часа)

Дата добавления: 2014-01-11