Мелиорация почв - Татьяна Шорина

Свободная вода. Эта категория воды не связана силами притяжения с почвенными частицами и передвигается под действием капиллярных и гравитационных сил и, исходя из этого, выделяют форму капиллярной и форму гравитационной воды.

Капиллярная вода. Ее наличие и распределение в почве находится под влиянием капиллярных (менисковых) сил, которые проявляются в порах от 3 мкм (0,003 мм) до 8 мм.

В порах менее 3 мкм и крупнее 8 мм капиллярные силы не проявляются, поскольку более тонкие поры заняты связанной водой, а в порах крупнее 8 мм отсутствуют менисковые силы. Образование менисковых сил обусловлено тем, что вода, находящаяся в отмеченных поровых пространствах, испытывает одностороннее притяжение лишь со стороны нижерасположенных молекул воды, которые как бы втягивают поверхность воды внутрь, образуя вогнутый мениск, над которым создается разряжение (вакуум), что и способствует подъему столбика воды в капилляре.

По своему физическому состоянию эта вода жидкая, она обладает высокой подвижностью и играет основную роль в водообеспечении растений. Передвигаясь, она транспортирует с собой и питательные вещества почвы.

Различают несколько видов капиллярной воды:

а) капиллярно-подвешенную – отсутствие гидрологической связи с постоянным или временным водоносным горизонтом;

б) капиллярно-подпертую – образуется в почвах в силу близкого залегания грунтовых вод, подпирающих воду в капиллярах и более крупных порах почвы;

в) капиллярно-посаженную – образуется в почве при резкой смене слоев разного гранулометрического состава. На границе раздела этих слоев в силу различных размеров капилляров возникают дополнительные нижние мениски, которые удерживают вышерасположенную капиллярную воду (она как бы «посажена» на эти мениски). Это приводит к повышению влажности на контакте слоев.

Гравитационная вода находится в почве преимущественно в крупных порах и передвигается исключительно под влиянием силы тяжести. Эта жидкая форма воды, обладающая высокой растворяющей способностью и возможностью переносить в растворенном состоянии соли, коллоидные растворы и т.д. Эта вода легко доступна для растений (ее осмотическое давление менее 0,5 атм), в случае проточности грунтовой воды она может быть источником их нормального водного питания.

Твердая вода – лед является потенциальным источником жидкой и парообразной воды при его таянии. Превращение воды в лед при пониженных температурах играет большую роль в почвообразовательных процессах (структурообразование, наличие временных и постоянных водоупоров и т.д.). Различные категории воды в почве имеют неодинаковые точки замерзания. Так, свободная вода в незасоленной почве замерзает при отрицательных температурах, близких к 0 °C, капиллярная вода – до десятков градусов, а прочносвязанная (МГ) не замерзает и при -78 °C. Лед является особой разновидностью свободной воды. Рассмотренные ранее категории (формы) почвенной воды довольно условны, тем не менее можно выделить интервалы влажности, в пределах которых какая-то часть влаги обладает одинаковыми свойствами и степенью ее доступности для растений. Границы значений влажности, характеризующие пределы появления различных категорий и форм почвенной влаги, называются почвенно-гидрологическими константами. А.А. Роде рассматривает их как точки на шкале влажности почвы, при которых количественные изменения в подвижности влаги переходят в ее качественные отличия. Выделяют пять основных почвенно-гидрологических констант, которые широко применяются в агрономической и мелиоративной практике:

1) максимальная гигроскопичность (МГ);

2) влажность завядания (ВЗ);

3) влажность разрыва капилляров (ВРК);

4) наименьшая влагоемкость (НВ);

5) полная влагоемкость (ПВ).

Максимальная гигроскопическая влажность (МГ). По ее величине определяют влажность завядания растений – нижний предел физиологически доступной для растений воды. Как уже отмечалось выше, для расчета влажности завядания используют коэффициенты в пределах от 1,2 до 2,5. Величина коэффициента зависит от вида растений и от условий их выращивания. Определение величины максимальной гигроскопической влажности проводят по методу А.В. Николаева, который основан на длительном (20 – 30 дней) поглощении почвенными частицами молекул воды в условиях атмосферы насыщенной водными парами (близко к 100 %) в замкнутом пространстве эксикатора с насыщенным раствором K2SО4.

Влажность завядания (ВЗ) – влажность, при которой растения начинают обнаруживать признаки завядания, не исчезающие при перемещении в атмосферу, насыщенную водными парами. Это нижний предел доступной для растений влаги. Величину влажности завядания используют в расчетах для вычисления активной (продуктивной) влаги. Кроме расчетного метода (умножение МГ на 1,5) в лабораторных условиях ее величину определяют методом проростков (вегетационный метод) или обезвоживанием почвы (по В.А. Францессону). Влажность завядания определяется свойствами почв и видом растительности. В песчаных почвах она колеблется в пределах от 1 % до 3 % , в супесчаных – от 4 % до 6 %, суглинистых – от 10 % до 12 %, глинистых – от 20 % до 30 %. В торфах влажность завядания достигает 60 % – 80 %.

Влажность разрыва капилляров (ВРК) – это нижний предел оптимальной для растений влажности, ниже которого нарушается сплошность движения воды по капиллярам и непрерывное ее поступление к корневым системам. При этом рост растений замедляется и их продуктивность снижается. По всем экспериментальным данным эта величина составляет в среднем 50 % – 60 % от наименьшей влагоемкости почв, но может повышаться и до 75 % – 85 % от НВ. Помимо свойств почв величина ВРК в значительной мере зависит от вида растений и от фазы их развития и в этом случае величина ВРК даже для одного вида, но в разные фазы роста, может значительно колебаться. Величину ВРК используют при расчете поливной нормы, где оптимальной считается влага, находящаяся в границах от ВРК (нижний предел оптимума) до НВ (верхняя граница оптимума влаги).

Наименьшая влагоемкость (НВ). Под НВ понимается наибольшее количество капиллярно-подвешенной влаги, которое почва способна удержать после ее обильного увлажнения и свободного стекания избытка влаги. Синонимами НВ являются:

1) общая влагоемкость (по Н.А. Качинскому);

2) предельная полевая влагоемкость (по А.П. Розову);

3) полевая влагоемкость (по С.И. Долгову).

Ее величина широко используется в агрономической и мелиоративной практике при расчете поливных и промывных норм, продуктивной влаги и ее дефицита в почве и т.д.

Под дефицитом влаги понимают разность между запасами при НВ и количеством влаги в изучаемом слое почвы в момент исследования, то есть естественной полевой влажностью – ЕПВ.

Исследованиями установлено, что для получения наивысшей продуктивности сельскохозяйственных культур необходима влажность почвы в пределах от 70 % до 100 % от наименьшей влагоемкости (т.е. это ВРК), ее снижение приводит к уменьшению урожайности и снижению качества продукции. Основным способом, препятствующим этому, является орошение.

Таким образом, знание величины НВ, правильное ее применение является главным условием рационального регулирования водного режима почв, в том числе и при орошении.

Полная влагоемкость (ПВ) или полная водовместимость – это наибольшее количество влаги, которое может содержаться в почве при заполнении всех пор водой. Это сумма прочносвязанной, рыхлосвязанной и свободной воды в почве. Такое состояние влаги характерно для болотных почв, для горизонтов залегания грунтовых вод, при избыточном поливе и т.д. ПВ, в зависимости от пористости, может колебаться от 30 % до 80 % веса (объема) почвы, в среднем составляет от 40 % до 50 %.

Контрольные вопросы

1 Водные ресурсы Земли и их формирование.

2 Формы почвенной влаги.

3 Почвенно-гидрологические константы.

3 Мелиорация избыточно увлажненных почв: осушительные мелиорации

3.1 Понятие осушительной мелиорации

Осушительные мелиорации начали проводить еще в глубокой древности: в течение ряда тысячелетий население Египта, Бирмы, Индии, Вьетнама, Китая сооружало в долинах крупных рек дамбы для защиты пойм от наводнений. Греческий историк Геродот более 2000 лет назад описал одну из первых дренажных систем в долине Нила. Дренаж как мелиоративное мероприятие получил широкое распространение в античный период в Греции. Позднее римский писатель Катон (I в. до н.э.) в трактате «О земледелии» описал открытые дренажные системы, применявшиеся в Древнем Риме для осушения почв на виноградниках и оливковых плантациях. Многие из этих систем действуют до настоящего времени. В Х в. в Европе начались работы по устройству осушительных систем в бассейне Северного моря. Особенно интенсивными они были в XII – XIV вв. Осушались крупные болота, приморские низменности, дельты рек, приозерные понижения.