Определение наименьшей влагоемкости почвы. Наименьшая влагоемкость (по П.С.Коссовичу) Влагоемкость почвы равна 25 то ее оценка
ВЛАГОЕМКОСТЬ ПОЧВЫ, величина, количественно характеризующая водоудерживающую 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.
Капиллярная ВЛАГОЕМКОСТЬ ПОЧВЫ - максимальное количество влаги, удерживаемое в почвогрунте над уровнем грунтовых вод капиллярными (менисковыми) силами. Зависит от мощности слоя, в котором она определяется, и его удаленности от зеркала грунтовых вод. Чем больше мощность слоя и меньше его удаление от зеркала грунтовых вод, тем выше капиллярная В. п. При равном удалении от зеркала ее величина обусловлена общей и капиллярной пористостью, а также плотностью почвы. С капиллярной В. п. связана капиллярная кайма (слой подпертой влаги между уровнем грунтовых вод и верхней границей фронта смачивания почвы). В условиях достаточного тепла и пресных грунтовых вод допускается размещение винограда, особенно столовых сортов, при наличии капиллярной каймы в нижней части корнеобитаемого слоя. При засоленных грунтовых водах капиллярная кайма должна быть ниже корнеобитаемого слоя, чтобы не происходило его засоление, вредное для винограда. Капиллярная В. п. характеризует культурное состояние почвы. Чем почва менее оструктурена, тем больше в ней происходит капиллярный подъем влаги, ее физич. испарение и, зачастую, накопление в верхней части легкорастворимых, в т.ч. и вредных для винограда, солей.
Наименьшая ВЛАГОЕМКОСТЬ ПОЧВЫ, полевая ВЛАГОЕМКОСТЬ ПОЧВЫ - количество воды, фактически удерживаемое почвой в природных условиях в состоянии равновесия, когда устранено испарение и дополнительный приток воды. Эта величина зависит от гранулометрич., минералогич. и химического состава почвы, ее плотности и пористости. Применяется при расчете поливных норм. Полная В. п., водовместимость почвы - содержание влаги в почве при условии полного заполнения всех пор водой. При полной В. п. влага, находившаяся в крупных промежутках между частицами почвы, непосредственно удерживается зеркалом воды или водоупорным слоем. Водовместимость почвы рассчитывается по ее общей пористости. Значение величины полной В. п. необходимо при подсчете способности водовпитывания без образования поверхностного стока, для определения способности водоотдачи почвы, высоты подъема грунтовых вод при обильных дождях или орошении виноградников.
Литература: Роде А. А. Основы учения о почвенной влаге. - Л., 1992-1969.
- Ч. 1-2; Почвоведение / Под ред. И. С. Кауричева. - 3-е изд., - Москва,
1982.
Влагоемкостью почвы называется способность почв вмещать и удерживать в себе определенное количество воды.
Выполнение анализа: Берут цилиндр с сетчатым дном и взвешивают его. Взвешенный цилиндр наполняют на ¾ объема воздушно-сухой почвой и снова взвешивают.
Погружают цилиндр с почвой в сосуд с водой и доводят уровень воды в сосуде до уровня почвы в цилиндре. После того, как вода пропитает всю почву, дают стечь излишней воде, протирают увлажненную поверхность цилиндра, взвешивают и производят расчеты.
А = 100 (с - в) / (в - а)
где: А – влагоемкость почвы, %; а – масса пустого цилиндра, г; в – масса цилиндра с почвой до погружения в воду, г; с – масса цилиндра с почвой после насыщения водой, г.
Определение капиллярности почвы
Под капиллярностью понимают водоподъемную способность почвы по капиллярам из нижних слоев в верхние, которая зависит от ее механического состава, т.е. чем меньше частицы почвы, тем выше капиллярный подъем влаги. Высокая капиллярность нередко служит основной причиной сырости почвы, помещений, если не принимаются соответствующие меры (гидроизоляция).
Выполнение анализа: В штативе устанавливают ряд (в зависимости от образцов почвы) высоких 50 – 100 см стеклянных трубок диаметром 2-3 см с сантиметровым делением. Каждую трубку заполняют исследуемой почвой. Нижние концы трубок обвязывают полотном и погружают в ванночки с водой на глубину 0,5 см. По изменению окраски почвы следят за быстротой и высотой подъема воды, отмечая её уровень в сантиметрах через 5; 10; 15; 20 и 60 минут, а далее через каждый час до прекращения водоподъема.
Определение водопроницаемости почвы
Водопроницаемостью называется способность почвы проводить воду из верхних слоев в нижние. Водопроницаемость (фильтрационная способность) определяется количеством воды, просачивающейся через определенный слой почвы в единицу времени и зависит от размера ее зерен, наличия коллоидных частиц, а также от высоты слоя воды над ней.
Водопроницаемость песчаных почв – 5-8 мин, глинистых – 15 мин и более.
Выполнение анализа: Берут стеклянную трубку диаметром 3-4 см, высотой 25-30 см. Нижний конец трубки подвязывают полотном и наполняют сухой измельченной почвой до высоты 20 см, равномерно распределяя ее легким постукиванием о стенки трубки. Трубку с почвой укрепляют в штативе и наливают в нее воду, постоянно поддерживая высоту уровня воды над почвой в 4 см до появления первой капли прошедшей через матерчатое дно трубки. В ходе определения водопроницаемости отмечают время с начала заливания воды, и время появления первой капли. Разница во времени показывает быстроту прохождения воды через слой почвы в 20 см.
Запись результатов исследований
|
Номер пробы почвы |
Физические свойства почвы |
||||||
|
Температура, о С |
Порозность, |
Влагоемкость, |
Капилярность, |
Водопроницаемость, сек |
|||
Влагоемкость почвы - величина, количественно характеризующая водоудерживающую способность почвы. В зависимости от условий удержания влаги различают влагоемкость общую, полевую, предельную полевую, наименьшую, капиллярную, максимальную молекулярную, адсорбционную максимальную, из которых основные наименьшая, капиллярная и полная.
Определение полевой влагоемкости почвы. Для определения полевой влагоемкости (ПВ) на выбранном участке двойным рядом валиков огораживают площадки размером не менее 1x1 м. Поверхность площадки выравнивают и покрывают крупным песком слоем 2 см. Выполняя данный анализ, можно использовать металлические или плотные деревянные рамы.
Рядом с площадкой по генетическим горизонтам или отдельным слоям (0-10, 10-20 см и т. д.) бурами берут образцы почвы для определения ее пористости, влажности и плотности. По этим данным определяют фактический запас воды и пористость почвы в каждом ее отдельном слое и в общей толще изучаемой почвы (50 или 100 см). Вычитая из общего объема пор объем их, занятый водой, определяют количество воды, необходимое для заполнения всех пор в изучаемом слое воды. Для гарантии полного промачи- вания количество воды увеличивают в 1,5 раза.
Вычисленное количество воды равномерно подают на площадку и защитную полосу так, чтобы слой ее на поверхности почвы был толщиной 2-5 см.
После впитывания всей воды площадку и защитную полосу закрывают полиэтиленовой пленкой, а сверху соломой, опилками или другим мульчирующим материалом. В дальнейшем через каждые 3-4 дня отбирают пробы для определения влажности почвы через каждые 10 см на всю глубину изучаемого слоя до тех пор, пока в каждом слое установится более или менее постоянная влажность. Эта влажность и будет характеризовать полевую вла- гоемкость почвы, которую выражают в процентах к массе абсолютно сухой почвы, в мм или м3 в слое 0-50 и 0-100 см на 1 га.
Записи и расчеты при определении ПВ ведут по форме, установленной для определения влажности почвы весовым методом. Значение ПВ в дальнейшем используется для расчета поливной нормы воды. Если известны ПВ и запас воды в пахотном слое почвы Вп (м3), то поливная норма Пн = ПВ - Вп.
По этим же данным можно определить и промывную норму для засоленных почв.
Определение влагоемкости в лабораторных условиях. Влагоем- кость в лабораторных условиях определяют на монолитах объемом 1000-1500 см3 с естественным сложением почвы. Монолиты помещают в ванночку или на стол, покрытый клеенкой, так, чтобы поверхности их приняли горизонтальное положение, и закрывают фильтровальной бумагой. Затем монолит поливают сверху водой так, чтобы она не застаивалась на его поверхности и не стекала по бокам. После промачивания образца почвы на 3/4 его высоты полив прекращают, закрывают монолит клеенкой и оставляют в таком положении для стекания гравитационной воды в нижнюю часть его. Продолжительность стекания воды зависит от механических свойств почвы и ее плотности: для песчаных почв достаточно 0,5 ч, для легких и средних суглинков - 1-3, для тяжелых суглинков и глин - 8-16 ч.
Еще по теме ВЛАГОЕМКОСТЬ ПОЧВЫ И МЕТОДЫ ЕЕ ОПРЕДЕЛЕНИЯ:
- Определение активности а-амилазы в сыворотке крови, моче, дуоденальном содержимом амилоклассическим методом со стойким крахмальным субстратом (метод Каравея).
Задание 2. Определить максимальную молекулярную (адсорбционную) влагоемкость методом А.Ф. Лебедева.
Максимальной молекулярной влагоемкостью (ММВ) называется наибольшее количество гигроскопической пленочной воды, удерживаемой частицами почвы за счет сил молекулярного притяжения.
Метод ее определения основан на удалении влаги сверх ММВ с помощью пресса.
Порядок проведения работы
Взять 10–15 г почвы, просеянной через сито d= 1мм (мелкозем), в фарфоровую чашку, смочить водой до полного насыщения и тщательно перемешать шпателем.
На лист фильтровальной бумаги, покрытой куском марли, положить металлическое кольцо с внутренним отверстием диаметром 4–5 см и равномерно намазать шпателем переувлажненную почву, заполнив отверстие кольца.
После снятия кольца на фильтровальной бумаге остается кружок почвы, равный толщине кольца. Этот кружок покрыть кусочком марли и переслоить сверху и снизу фильтровальной бумагой (в 20 листов).
Приготовленные таким образом кружочки почвы (5–6 штук) поместить между деревянными прокладками под пресс на 30 мин под давлением около 100 кг/см 2 . В результате в почве останется лишь молекулярная вода.
По окончании прессования кружок почвы быстро очистить от приставших волокон бумаги или марли и перенести во взвешенный стаканчик.
Стаканчик с почвой взвесить и просушить в термостате при температуре 100–105 ºС до постоянного веса.
Охлажденный после сушки стаканчик с почвой взвесить с точностью до 0,01 г.
ММВ вычислить по формуле:
где А – масса стакана с сырой почвой, г;
В – масса стакана с абсолютно сухой почвой, г;
С – масса пустого стакана.
Величина ММВ имеет те же зависимости от свойств почвы, что и максимальная гигроскопическая влажность. Она является постоянной для каждой почвы и содержит в себе весьма труднодоступную влагу для растений. ММВ составляет ориентировочно 7–9 % от массы почвы.
Задание 3. Определить капиллярную влагоемкость почвы (кв).
Капиллярная влагоемкость – максимально возможное содержание капиллярной воды в почве (без перехода ее в гравитационную). Она фактически определяет запасы так называемой продуктивной влаги и водные условия жизни растений. Ее величина зависит от механического и структурного составов почвы, содержания гумуса и состава солей.
Порядок проведения работы
Взвесить пустой цилиндр с сетчатым дном и вложенным в него кружочком фильтровальной бумаги с точностью до 0,1 г.
Наполнить цилиндр до половины объема воздушносухой почвой, уплотняя постукиванием о ладонь, и взвесить цилиндр с почвой.
Поставить цилиндр с почвой в ванночку с водой на фильтровальную бумагу так, чтобы вода была выше уровня дна цилиндра на 0,5 см.
После насыщения, когда поверхность почвы в цилиндре увлажнится, вынуть цилиндр из ванночки, промокнуть дно и взвесить.
КВ =
,
где КВ – капиллярную влагоемкость, %;
С – масса цилиндра с почвой после насыщения, г;
В – масса цилиндра с воздушно-сухой почвой, г;
А – масса пустого цилиндра, г.
Капиллярная влагоемкость, определенная в полевых условиях для конкретной разновидности почв при глубоких грунтовых водах, называется наименьшей влагоемкостью (НВ). Наименьшая влагоемкость характеризует максимальную водоудерживающую способность почвы при промачивании ее сверху. Величина наименьшей влагоемкости зависит от целого ряда характеристик почвы, главным из которых является механический и структурный составы и содержание гумуса.
Наименьшая влагоемкость имеет важное значение в орошаемом земледелии. По ее величине рассчитывают сроки поливов, поливные и промывные нормы, определяют водоотдачу, продуктивную влагу и т.д.
При увлажнении до наименьшей влагоемкости в почве содержится максимальное количество доступной для растений влаги, т.к. 55–75 % пор почвы заполнены водой.
Полная влагоемкость (ПВ) – это максимальное содержание воды в почве, равное объему всех пор, трещин и пустот. Она характеризует водовместимость почвы. Полную влагоемкость можно рассчитать по общей пористости почвы: ПВ = S, % от объема почвы и ПВ = , % от массы абсолютно сухой почвы, где S – общая пористость, % объема; d – объемная масса почвы, г/см 3 .
Данные водных свойств почв записать в табл. 1.
Капиллярная влагоемкость - способность почв и грунтов удерживать в своей толще максимально возможное количество капиллярной воды (без перехода ее в гравитационную форму), выраженное в весовых или объемных процентах или в кубических метрах на 1 га. Капиллярная влагоемкость, таким образом, представляет собой верхний предел водоудерживающей способности почв, обусловленный капиллярно-менисковыми силами. Поэтому и величина капиллярной влагоемкости (капиллярной водоудерживающей способности) в общем соответствует капиллярной скважности почв и грунтов. Поскольку граница и различия между капиллярной и некапиллярной скважностью в почвах условны и представлены рядом переходов, постольку и величина капиллярной влагоемкости несколько условна, она изменяется в зависимости от ряда факторов.
При близком залегании (1,5-2,0 м) уровня грунтовых вод, когда капиллярная кайма смачивает толщу почвы до поверхности, капиллярная влагоемкость почвы характеризуется наибольшими величинами, так как капиллярная влагоемкость в данном случае обусловлена суммарной всасывающей деятельностью менисков тонких и крупных пор и капилляров. В этом случае капиллярная влагоемкость соответствует максимально возможной величине содержания в почве капиллярно-подпертой воды. Наиболее точно величина капиллярной влагоемкости определяется в этом случае в поле путем установления послойной влажности от поверхности почвы до уровня грунтовых вод. Для 1,5-метрового слоя среднесуглинистых почв это соответствует 30-40 об.%, или около 4500- 6000 м3/гa.
В случае глубокого залегания уровня грунтовых вод капиллярная влагоемкость почвы связана только с работой сравнительно тонких пор и капилляров. В этом случае ее величина соответствует максимально возможному объему удержанной в почве капиллярно-подвешенной воды. Величина влагоемкости в случае капиллярно-подвешенной воды колеблется в зависимости от структуры и механического состава почв в пределах 20-35 об.%, что составляет для 1-метрового слоя 2000-3500 м3/га, а для 1,5-метрового - 3000-5250 м3/га.
Очень часто влагоемкость в отношении капиллярно-подвешенной воды называют наименьшей влагоемкостью (HB). Этот термин, введенный П.С. Коссовичем, основан на идее о том, что в почвах глубокого уровня грунтовых вод нет подпирающего влияния восходящей капиллярной каймы и пористая почвенная система удерживает то наименьшее количество влаги, которая остается после свободного оттока гравитационной воды.
Капиллярная влагоемкость может быть определена на монолите в лаборатории или в полевых условиях методом предварительного длительного увлажнения почвы таким объемом воды, который заведомо превышает водоудерживающую способность почвы. Переувлажненная почва оставляется на известное время защищенной от испарения. Гравитационной воде в течение нескольких дней предоставляется возможность свободно стечь из почвенных горизонтов. Затем определяется количество влаги, удержанной в почве. Эта величина и будет соответствовать капиллярной (подвешенной) влагоемкости (наименьшей влагоемкости) почвы. Капиллярная влагоемкость, определенная для полевых конкретных условий, называется полевой влагоемкостью (полевой предельной влагоемкостью, полевой водоудерживающей способностью) почвы.
Почва в естественных условиях залегания не может удержать капиллярной воды больше этого «предельного» количества. Возрастание влажности почвы сверх ее водоудерживающей способности вызывает образование гравитационной воды, стекающей в нисходящем направлении или питающей грунтовые воды.
Понятие «предельная полевая влагоемкость» (ППВ) почв является важной гидрологической характеристикой, широко используемой в практике водных мелиораций. Величина предельной полевой влагоемкости зависит от ряда факторов.
Почвы глинистого тяжелого механического состава имеют большую величину полевой влагоемкости - 3500-4000 м3/га для 1-метрового слоя, почвы легкого супесчаного и песчаного механического состава - 2000-2500 м3/га. Почвы с хорошо развитой комковато-зернистой структурой обычно имеют умеренные средние показатели полевой влагоемкости - 2500-3000 м3/га для 1-метрового слоя; бесструктурные почвы характеризуются более высокой величиной полевой влагоемкости. Ниже приводятся величины полевой влагоемкости почв различного механического состава в % от скважности:
Как это ясно из предыдущего изложения, полевая влагоемкость зависит также от положения грунтовых вод, сильно возрастая в случаях близкого уровня грунтовых вод (капиллярная кайма в пределах почвенного профиля) и уменьшаясь при глубоком положении грунтовых вод. Так, при близких (1,5-2 м) грунтовых водах с углублением на каждые 10 см глубже 50 см величина полевой влагоемкости возрастает на 2-3%, а при очень глубоких грунтовых водах - уменьшается на каждые 10 см на ту же величину.
Неоднородность и слоистость почв по профилю, в частности смена механического состава и структурного состояния грунта, способствуют увеличению суммарной величины полевой влагоемкости всего профиля. Это объясняется тем, что вблизи поверхности раздела между соседними слоями вышележащий слой имеет повышенную влажность за счет образования дополнительных менисков и дополнительной водоудерживающей способности (капиллярно-посаженная вода).
Зная величину предельной влагоемкости почвы и сопоставляя с ней величину влажности, зафиксированной в почве на определенный момент, можно оценить состояние и форму воды и определить направление движения влаги. В тех случаях, когда влажность почвы выше величины предельной полевой влагоемкости, имеют место нисходящие токи гравитационной воды. В случае, когда влажность верхних горизонтов меньше полевой влагоемкости, поток капиллярной воды направлен обычно кверху от зеркала грунтовых вод.
Многочисленными исследованиями на опытных станциях и в производственных условиях установлено, что оптимальная влажность почв для развития сельскохозяйственных растений в условиях орошения колеблется в пределах от 100 до 70-75% от полевой влагоемкости. Отсюда следует, что в межполивные периоды относительная влажность почв перед очередным поливом не должна опускаться ниже 70-75% от полевой влагоемкости.
Разность между величиной полевой влагоемкости и фактической влажностью почвы перед очередным поливом называется дефицитом влажности до полевой влагоемкости.
Дефицит влажности до полевой влагоемкости в условиях орошаемого хозяйства должен быть не больше, чем разность между полевой влагоемкостью и величиной 70-75% полевой влагоемкости (на глинах и солончаках 80-85%). Если величина фактической влажности перед поливом ниже 70-75% от полевой влагоемкости (например, 60-50%), то растения будут испытывать депрессию в развитии, что вызовет снижение урожая. Хлопчатник в таких случаях сбрасывает свои плодовые органы (бутоны, завязи, коробочки).
Таким образом, по полевой влагоемкости устанавливаются рациональные нормы поливов. Если при очередном поливе подача воды превысит величину дефицита влаги до полевой влагоемкости, запас воды в почве превысит ее водоудерживаюшую способность, появится свободная гравитационная вода, которая начнет двигаться в нисходящем направлении и пополнять запасы грунтовой воды, повышая их уровень.
В практике орошаемого земледелия иногда применяют поливы без норм, большими количествами воды, в 1,5-2 раза превышающими дефицит до полевой влагоемкости. Такие поливы вызывают интенсивный подъем уровня грунтовых вод, приближение их к дневной поверхности, развитие процессов заболачивания и засоления. Особенно часто это происходит на полях орошаемого риса, где нередко за вегетационный период дается 30-40 тыс. м3/га поливной воды.
Рационально рассчитанная норма полива для незасоленных почв должна представлять собой величину, не превышающую дефицит влажности до полевой влагоемкости, чтобы свести к минимуму фильтрацию избыточной свободной воды в грунтовые воды.
Величина поливной нормы выражается следующим простейшим равенством:
M = П - м + к,
где M - поливная норма; П - полевая влагоемкость; м - фактическая влажность перед поливом; к - потери воды на испарение в момент полива.
Поскольку известно, что при орошении обычных полевых культур влажность почвы не должна перед очередным поливом опускаться ниже 70-75% от полевой влагоемкости, то величина дефицита влажности П - м в большинстве случаев должна быть не выше 25-30% П, что для почв суглинистого механического состава для 1-метровой толщи составит 800-1200 м3/га.
Поясним это на следующем примере. Полевая влагоемкость незасоленной почвы равна 20 вес.%, объемный вес почвы 1,4. Требуется установить оптимальный дефицит До полевой влагоемкости, который и будет представлять оптимальную величину поливной нормы воды для 1-метрового слоя.
Полевая влагоемкость в абсолютном выражении будет составлять П = 2800 м3/га; допустимая влажность до полива - 70% от П, т. е. 1960 м3/га. Тогда дефицит, а следовательно, и поливная норма, составляя разность между полевой влагоемкостью и допустимым запасом воды перед поливом (2800-1960 м3/га), будут равны 840 м3/га.
Зная величину полной влагоемкости и полевой влагоемкости, можно всегда представить себе вероятную величину свободной гравитационной воды, образующейся в почве в случае естественного или искусственного снижения уровня грунтовых вод. Эта величина называется водоотдачей грунта.
Водоотдача грунта - количество свободной гравитационной воды, образующейся в грунте при снижении уровня грунтовых вод, выраженное в процентах от скважности (полной влагоемкости), от объема грунта или в виде коэффициента. Коэффициент водоотдачи сильно колеблется в зависимости от структуры, механического состава и скважности почв и грунтов. Об этом можно судить по данным табл. 6.
Зная величину коэффициента водоотдачи, можно предвидеть вероятный подъем уровня грунтовых вод при поступлении в грунт свободной гравитационной воды. Вероятный подъем уровня грунтовых вод h (в см) при поступлении в них гравитационной воды равен слою просочившейся воды b (в см), деленному на коэффициент водоотдачи Q:
Из величин коэффициента водоотдачи видно, что при поступлении гравитационной воды интенсивность подъема уровня грунтовых вод возрастает тем больше, чем тяжелее механический состав грунта. Так, в глинах каждый миллиметр просочившейся и поступившей в грунтовые воды гравитационной, воды может повысить уровень грунтовой воды на 3-10 см, в суглинках - на 2-3 см, в песках значительно меньше - на 0,3-0,5 см.
Зная дефицит влажности до полевой влагоемкости, можно установить то количество свободной гравитационной воды, которое появляется в толще горизонтов почвы при ее увлажнении сверх водоудерживающей способности. Количество гравитационной воды, образующейся при этом в толще грунта, представляет собой разность между объемом поданной воды и объемом дефицита до полевой влагоемкости, что может быть показано следующим выражением:
В = М - (П - м),
где В - гравитационная вода; M - вода, поступившая на почву сверху; П - полевая влагоемкость; м - запас воды в почве.
Таким образом, капиллярная влагоемкость и ее разновидность для почв, находящихся в культуре, так называемая полевая (предельная) влагоемкость, являются важнейшими почвенно-гидрологическими характеристиками, на знании которых и правильном применении должно базироваться рациональное регулирование водного режима почв и осуществление водных мелиораций.
