Водные свойства почв
Важнейшими водными свойствами почв является водоудерживающая способность, водопроницаемость и водоподъемная способность. Водоудерживающая способность почвы - свойства почвы удерживать то или иное количество воды, обусловлено действием сорбционных и капиллярных сил. Водопроницаемость - способность почвы воспринимать и пропускать через себя воду. Различают две стадии водопроницаемости – впитывание и фильтрацию. Водоподъемная способность - свойство почвы вызвать капиллярный подъем влаги. Водоподъемная способность определяется агрегатностью, механическим составом и сложением почвы, обусловливающих ее пористость. Степень минерализации грунтовых вод оказывает значительное влияние на скорость капиллярного подъема.
Водный режим почв.
ПЗВ = ОЗВ – ЗТВ.
Типы водного режима почв.
Промывной тип водного режима характерен для большинства почв таежно-лесной зоны, влажных субтропических и некоторых других почв. Непромывной, или замкнутый (импермацидный), тип водного режима характерен для большинства степных почв (черноземы, каштановые и др.). Периодически промывной тип водного режима присущ серым лесным почвам, оподзоленным почвам депрессий степной зоны и некоторым другим. Выпотной (экссудатный) тип водного режима характерен для гидроморфных солончаков, пойменных, плавневых и некоторых других почв.
Регулирование водного режима почв
В зоне неустойчивого увлажнения регулирование водного режима направлено на максимальное накопление влаги в почве и на рациональное ее использование. Для задержания снега и талых вод используются стерня, кулисные растения, валы из снега и др. Для уменьшения поверхностного стока воды применяются заблевая вспашка поперек склонов, обвалование, ячеистая обработка почвы и другие приемы. Исключительная роль в накоплении почвенной влаги принадлежит полезащитным лесным полосам. Эффективному использованию влаги, накопленной в почве, способствуют многие агротехнические приемы: поверхностное рыхление почвы весной, закрытие влаги боронованием, послепосевное прикатывание почвы. В пустынно-степной и пустынной зонах основной способ улучшения водного режима – орошение.
4. Топырақты суғару мен мелиорациялаудың теориялық жағдайлары
Мелиорация почв (от лат. - улучшение) - улучшение свойств почв с целью повышения ее плодородия. Различают: гидротехническую (осушение, орошение, промывка засоленных почв) с целью улучшения физических свойств почв, химическую (известкование, гипсование, внесение химических мелиораторов) и агролесомелиорацию. Мелиорация почвы коренным образом улучшает ее водно-воздушный режим и, следовательно, создает хорошие условия как для образования, так и для активного функционирования гумуса, участия его в процессах, связанных с плодородием почв.
Орошение относится к гидромелиорации, которая представляет собой ряд мер, направленных на долговременное улучшение водного режима почвы с целью повышения её урожайности. Если орошение требуется осуществлять в местности бедной водными запасами, то предварительно следует провести обводнение территории, так как постоянная транспортировка требуемых для орошения объёмов воды была бы чрезвычайно неэффективной и дорогостоящей. С помощью же обводнения обеспечивается поступление воды естественным ходом, что позволяет её использовать в дальнейшем непосредственно в оросительных системах. В целом, орошение применяется в самых различных участках по климатическим условиям. Очевидно, что наибольшая нужда в орошении наблюдается в регионах с жарким сухим климатом (аридный климат), характеризующихся малым количеством осадков
К основным способам орошения относится:
· полив по бороздам водой, подаваемой насосом или из оросительного канала;
· разбрызгиванием воды из специально проложенных труб;
· аэрозольное орошение - орошение мельчайшими каплями воды для регулирования температуры и влажности приземного слоя атмосферы;
· подпочвенное (внутрипочвенное) орошение - орошение земель путем подачи воды непосредственно в корнеобитаемую зону;
· лиманное орошение - глубокое одноразовое весеннее увлажнение почвы водами местного стока.
· дождевание - орошение с использованием самоходных и несамоходных систем кругового или фронтального типа.
В задачу орошения входит определение необходимого количества воды, требуемого для проведения оросительных работ с максимальной эффективности. Для этого учитывают как местные климатические условия, так и вид орошаемых растений и требуемые ему условия для максимального произрастания и количества воды в разные периоды роста. Следует знать фазы развития той или иной культуры и обеспечивать требуемые условия для каждой из фаз. Различают поливную норму - количество воды, требуемое сельскохозяйственной культуре на один полив, и оросительную норму - весь объём воды на период орошения. Коэффициентом водопотребления называют количество воды, исрасходованное растениями, на единицу урожая.
1. Топырақтардың аниондарды сіңіруі. Топырақтың буферлігі.
Вопрос об адсорбции анионов почвами еще далеко недостаточно разработан. Благодаря развитию знаний об электрокинетических свойствах коллоидов наметились и новые пути изучения адсорбция анионов. Мы знаем теперь, что в почве наряду с отрицательными коллоидами существуют в некотором количестве и коллоиды положительно заряженных коллоидов.
Изучая адсорбцию анионов, следует, очевидно, интересоваться теми условиями, при которых роль положительных коллоидов достаточно ярко выявлено.
Адсорбция анионов в почве зависит от нескольких факторов. Основные из них следующие:
а) особенности самих анионов
б) состав почвенных коллоидов и их электрокинетические свойства
в) реакция среды (РН).
а) Если расположить анионы по возрастающей способности к адсорбции, то получим следующей ряд: CI= Nо 3 Чем больше валентность аниона, тем больше его способность адсорбцоваться на поверхности коллоидов. Исключение составляет только ион ОН, обладающей наибольшей активностью, несмотря на малую валентность. Это можно объяснить тем, что с увеличением валентности аниона уменьшаться диссоциация соединения, образующего двойной слой, а реакция идет в сторону образования наименьшей диссоциованных соединений. б) Состав коллоидов (их гранул) в большой мере влияет на поглощение анионов, в) изменение реакции среды влечет за собой изменение потенциала коллоидов, подщелачивание повышает отрицательный потенциал, подкисление положительный, отсюда следует, что кислая реакция среды способствует большей адсорбции анионов, и, наоборот, в щелочной среде, адсорбция анионов ослаблена. Обычно же хлориды и нитраты почвой не поглощаются, так как эти анионы не образуют трудно растворимых солей, то в почве их ничего не занимает от вымывания. И если No 3 обычно полностью захватываются растениями, в процессе питания, то судьбы CI в почвах зависит, прежде всего, от характера водного режима местности, то или иное накопление хлора в почвах возможно лишь в сухом климате, в условиях промывного режима хлора вымывается и уносится в моря и океаны. В практике сельского хозяйства с отсутствием поглощения Nо 3 и хлор необходимо считаться. Так, нитраты (селитра) применяемые в качестве удобрений, вносят как можно ближе и посеву растений для того, чтобы они не успели вымываться и могли быть использованы всходами. Хлор обычно маложелательный компонентов удобрения. Поэтому такие удобрения, как калийная соль, содержащий много хлор следует, вносит в почву заранее. Ионы SO 4 в природных условиях не поглощаются черноземами и горизонтам А - дерновое - подзолистых почв иначе обстоит дело с поглощением анионов солей фосфорной кислоты, благодаря большому значению фосфора в питании растений на поглощении его почвой необходимо остановится особо. Все различные три почвы, с которыми проводились опыт, удержали большую часть внесенной фосфорной – кислой соли в форме, не переходящей в водную вытяжку. При этом особенно сильное поглощение наблюдается, на красноземе где даже большие дозы фосфора оказались, поглощенными почти, нацело в отличие адсорбции таких ионов NO 3 иCI поглощение, ионов фосфорной кислоты почвой представляет собой явление весьма сложное. Фосфат ионы в почве очень редко трех валентны. Диссоциация Н 3 РО 4 как слабая кислота зависит от РН среды. Полностью Н 3 РО 4 диссоцирует лишь при щелочной реакции, а в условиях нейтральной или слабокислой среды при диссоциации образуется ионы НРо 4 и Н 2 РО 4 . Ионы PO 4 не имеют практического значения в питании растении, тем как при тех значениях РН при которых живут растений, ионов фосфора в растворе почти нет. Большое участие в поглощении анионов фосфорной кислоты принимают реакции химического осаждение. Фосфорная кислота дает с двух и трех валентности катионами нерастворимы или малорастворимые соли. В почвах с реакцией близкой к нейтральной содержащих карбоната кальция внесенная в почву растворимая соль фосфорной кислоты, как Ca(H2PО4)2 – суперфосфат осаждается в результате реакции, в следующем виде Ca(H2Po4)2+ Ca(HCo3)2 →2 Ca HPO4+ 2 H2CO3 или Са (Н2РО4)2+ 2 Са (НСо3)2→ Са (РО4)2+ 4 Н2 Со3 Образование более основных фосфатов кальция при реакции близкой к нейтральной, возможно и в отсутствие карбонатов кальция за счет реакции обмена с катионами кальция из диффузного слоя почвенных коллоидов. Почва / Са+ Са (Н2РО4)2→ почве К / н н + 2 Са НРО4 Н.И. Горбунов указывает на следующие наиболее вероятные способы поглощения анионов фосфатов в почве: 1. Образование малорастворимых фосфатов при взаимодействии растворимых фосфатов с солями почвенного раствора. 2. Образование слаборастворимых фосфатов с катионами кальция и алюминия ППК. 3. Поглощение фосфат ионов в результате взаимодействия с минералами- солями (гипсом, кальцитом, доломитом). 4. Связывание фосфат ионов несиликатными гидроокислами алюминия и железа. 5. Поглощение фосфат - ионов глинистыми и неглинистыми алюмо и феросиликатами. Поглощение анионов фосфорной кислоты в почве усиливается при кислой реакции и при высоком содержании полуторных окислов. Гумусовые вещества сжигает интенсивность поглощение фосфатов вещества образования с полуторными окислами комплексных алюмо - и железогумосовых соединений. Поглощение фосфатов почвой имеет положительное и отрицательное значение, так как приводит к накоплению фосфора в почве, но снижает степень его доступности растениям. Поэтому рекомендуется внесение в почву не порошковидных форм фосфорных удобрений, а гранулированных. Особенно необходимо этот прием на кислых почвах, богатых полуторными окислами (подзол, краснозем). Буферность почв.
С процессами ионного обмена связано такое важное свойство почв, как их буферность. Если в почвенный раствор ввести какую-либо соль (химический мелиорант, удобрение), то благодаря процессам ионного обмена изменение концентрации почвенного раствора по вводимым ионам не будет соответствовать введенному количеству вещества. Таким путем ППК выполняет важную функцию регулятора концентрации почвенного раствора. Способность почвы противостоять изменению концентрации почвенного раствора называется буферной способностью почвы.
2. Топырақ суларындағы тұздардың шөгу және еру құбылымдарының ерекшеліктері.
Засоленными называются почвы, в профиле которых содержатся легкорастворимые соли в токсичных для сельскохозяйственных растений количествах. К засоленным почвам относятся солончаки, солончаковатые, солончаковые и глубокозасоленные почвы, солонцы, солонцеватые почвы, солоди и осолоделые почвы. Они широко распространены на юго-востоке европейской части России, особенно в Среднем и Южном Поволжье, в Северо-Восточном Предкавказье, на юге Западной и Восточной Сибири, в Якутии, на юге Украины, в пределах Казахстана и Средней Азии. Образование этих почв связано с накоплением легкорастворимых солей в породах и грунтовых водах на бессточных территориях при засушливом климате, преимущественно в пустынях и полупустынях, где испаряемость превышает количество выпадающих осадков. Наибольшая концентрация солей в грунтовых водах пустынь, а наименьшая - в степях и лесостепях. Интенсивность же передвижения солей связана не только с аридными условиями, но и с фильтрационными свойствами почв и пород, с растворимостью солей. Если капиллярная кайма поднимается близко к поверхности почвы, то после испарения минерализованных вод остаются и накапливаются соли. Они накапливаются также с выходом на поверхность засоленныхпород. Значительное количество легкорастворимых солей может образоваться при извержении вулканов. Причиной накопления солей может быть и ветер, дующий с моря на сушу и захватывающий капельки воды с высокой концентрацией солей, то есть импульверизация. Возможен эоловый перенос солей с поверхности солончаков на незаселенные территории, а также биологический путь их накопления. Корни солянок достигают соленосных горизонтов, транспортируя соли к поверхности. После отмирания и минерализации надземных частей растений соли накапливаются в поверхностных горизонтах (иногда до 110 кг солей на 1 га за год). Для подгорных шлейфов характерно намывное засоление поверхностными склоновыми водами, размывающими выходы соленосных пород. В поймах и дельтах рек отмечается пульсирующее засоление, то есть после весеннего паводка происходит вымывание и смывание солей, а в жаркое лето соли подтягиваются к поверхности, засоляя почвы. В районах орошаемого земледелия значительные площади заняты вторично засоленными почвами
вследствие бездренажного орошения, больших потерь на фильтрацию на полях, строительства оросительных каналов без гидроизоляции, применения для орошения минерализованной воды. Такое засоление возможно и при осушении избыточно увлажненных почв с помощью обвалования в дельтах Кубани, Днепра, Буга, Дуная, Волги и Дона, так как после прекращения затопления промывной водный режим изменяется на выпотной, что при минерализации грунтовых вод приводит к образованию засоленных почв. Вторичное засоление возможно при перегрузке пастбищ, так как при уплотнении и уничтожении травянистой растительности увеличивается физическое испарение влаги почвами. При орошении необходимо знать критическую глубину уровня минерализованных грунтовых вод, то есть такую глубину, выше которой капиллярные соленосные растворы достигают поверхности почв, вызывая соленакопление. Для суглинистых почв в течение вегетационного периода при орошении необходимо поддерживать уровень грунтовых вод в среднем глубже 2,0...2,5 м. Уровень критической минерализации для грунтовых вод хлоридно-сульфатного типа составляет 2...3г/л, для содовых - 0,7...1,0 г/л. Засоленные почвы различаются по глубине залегания солевого горизонта, химизму засоления и степени засоления. При концентрации солей в грунтовых водах выше критического уровня в гидроморфных условиях проявляется солончаковый процесс; капиллярно-восходящие воды вызывают засоление верхних горизонтов почв и гибель растений. Наиболее токсичны для растений в почвах бикарбонаты и карбонаты щелочей, затем хлориды и нитраты щелочей, наименее токсичны сульфаты. В отличие от чистых растворов солей их смеси менее токсичны. По степени вредности для большинства сельскохозяйственных растений легкорастворимые соли можно расположить по убывающему ряду: Na 2 CО 3 -> NaHCО 3 -> NaCl-> NaNО 3 -> CaCl 2 -> Na 2 SО 4 -> MgCl 2 ->MgSО 4 . При содовом засолении угнетение растений начинается уже при содержании гидрокарбонатного аниона в горизонте А пах 0,08 % и рН 8,7...9,0, а при 0,1...0,2 % растения погибают. При содержании в почве 0,4...0,8 % солей большинство сельскохозяйственных растений плохо развивается, если солей содержится более 1,5 %, растения не дают продукции, погибают. Оптимальная концентрация солей в почвенных растворах для орошаемых почв составляет 3...5 г/л. При концентрации более 10...12 г/л растения испытывают сильное угнетение, а около 20...25 г/л - погибают. 3. Топырақтың су балансы
Водным режимом называется совокупность всех явлении поступления влаги в почву, ее передвижения, удержания в почвенных горизонтах и расхода из почвы. Водный баланс представляет собой количественное выражение водного режима почв. Общий запас воды - суммарное ее количество на заданную мощность почвы, выраженное в кубических метрах на 1 га (или мм водяного столба). Полезный запас воды в почве - суммарное количество продуктивной, или доступной растениям, влаги в толще почвогрунта. Чтобы рассчитать полезный запас влаги в почве, нужно вычислить общий запас воды и запас труднодоступной влаги. Последний в почве вычисляют аналогично общему запасу, но вместо полевой влажности по тем же горизонтам берут влажность устойчивого завядания растении (ВЗ): Разность между ОЗВ и ЗТВ дает количество полезной воды в почве: ПЗВ = ОЗВ – ЗТВ. Важной характеристикой водного режима почв является водный баланс, отражающий изменение запасов влаги в почвенном профиле за определенный промежуток времени на основе изучения всех видов поступления и расходования жидкой влаги для заданного слоя почвы. Водный баланс обычно составляется для декады, месяца, вегетационного периода, года. Изучение элементов водного баланса дает представление о закономерностях формирования водного режима почв. Обменные процессы в почвах, связанные с их водным режимом, протекают в едином гидрологическом поле в пределах речных бассейнов. Водосбор любого водотока или водоема - это целостно функционирующая географическая система, управляющая стоком поверхностных, внутрипочвенных и грунтовых вод, а, следовательно, водным балансом почв. Внутрипочвенное перераспределение влаги имеет большое значение в формировании водного режима почв и их лесорастительных свойств. На формах рельефа с расходящимися в плане линиями стекания внутрипочвенных вод распространены зональные почвы нормального увлажнения, в местах схождения линий стекания развиваются гидроморфные почвы с разной степенью увлажненности. По различиям в характере водообмена и его интенсивности в границах водосбора выделяются три закономерно расположенные относительно водотоков зоны водообмена: прирусловая (периодически заливаемая дождевыми водами или водами от снеготаяния), интенсивного водообмена (область максимального дренирования с оптимальными условиями для роста древостоя) и приводораздельная (часто зона близкого от земной поверхности стояния грунтовых вод) - зона слабого водообмена. В разных природных зонах на водосборах наблюдаются пространственно однотипные закономерные изменения в общем характере водного режима почв. 4. Топырақтардағы және жыныстардағы кальций, магний, калий және натрий қосылыстары, олардың мөлшері және ерекшеліктері
Химический состав почвообразующей породы отражает, в известной мере, её гранулометрический и минералогический состав. Песчаные породы, богатые кварцем, состоят преимущественно из кремнезема. Чем тяжелее гранулометрический состав породы, тем больше в ней вторичных минералов, а следовательно, меньше кремнезема, больше полутораокисей алюминия, железа. Почвы наследуют геохимические черты исходного материала почвообразующих пород. На песчаных породах, богатых кварцем, почвы обогащены кремнеземом, на лессе - кальцием, на засоленных породах – солями и т. д. Итак, в почве преобладают окись кремния (SiO 2) и органогенные элементы C, H, O, N, P, S, K, Ca, Mg. Последние являются источником питания растений и от их содержания зависит плодородие почвы. Особую роль в питании растений играет N, P и K. Для нормального роста и развития растениям необходимы свет, тепло, вода, воздух и питательные вещества. Все эти условия жизни для растений равноценны и незаменимы. В почвах элементы питания растений находятся в составе минералов, органических и органо-минеральных соединений твердой фазы почв, в почвенных растворах (в основном в ионной форме) и в газовой фазе почв. В результате поглощения питательных элементов растения формируют корневые и надземные массы, которые используются людьми как продукты питания, корм для животных или как сырье для промышленности (клубни картофеля, зерно, лен и т. д.).В почвах содержатся практически все элементы периодической системы д. И. Менделеева, но для питания растениям наиболее необходимы 19 элементов: С, Н, О, N, Р, S, К, Са, Мg, Fе, Мn, Сu, Zn, Мо, В, С1, Nа, Si, Со. Из них 16 элементов, кроме С, Н, О, относятся к минеральным. Углерод, водород и кислород поступают в растения преимущественно в виде СО 2 , О 2 и Н 2 О. Необходимость натрия, кремния и кобальта не для всех растений установлена. Углерод, водород, кислород и азот называют органогенными элементами, так как в основном из них состоит организм растений. Углерода содержится в среднем 45 % от сухой массы тканей растений, кислорода -42, водорода - 6,5, азота - 1,5 %. Их сумма составляет 95 %. Оставшиеся 5 % приходятся на зольные элементы: Р, S, К, Са, Мg, Fе, Si, Na и др. Они называются так потому, что преобладают в золе растений. Химический состав золы является показателем валового количества усвоенных растениями из почвы зольных элементов питания. Их выражают в оксидах или в элементах по отношению к массе сухого вещества, или к массе золы в процентах.Валовой химический состав растений значительно отличается от валового состава почвы вследствие избирательности растений к поглощению отдельных элементов для формирования урожая. В растениях всегда больше азота, фосфора и калия. В естественных биоценозах питательные элементы, усвоенные растениями и другими живыми организмами, снова возвращаются в почву после их отмирания и перегнивания, поэтому, как правило, обеднения почвы питательными элементами не происходит. Устанавливается их относительное природное равновесие, характерное для разных типов почв. На пахотных же землях после уборки урожая в почву возвращается только часть поглощенных растениями минеральных элементов. Кроме азота и зольных элементов, называемых в агрономической практике макроэлементами, в составе растений присутствуют микроэлементы, содержание которых составляет приблизительно 0,001 % сухой массы тканей (В, Сu, Со, Zn, Мо и др.). Они играют очень важную роль в обмене веществ растительного организма. Валового калия (К в почвах больше, чем азота и фосфора, вместе взятых, - 1,5-2,5 % (30-50 т/га в пахотном слое), что зависит от минералогического, гранулометрического составов и содержания гумуса. Основное количество калия находится в трудно доступных для питания растения формах. Главным источником усвояемого калия служат обменно-поглощенные и водорастворимосолевые его формы. Обменный калий составляет 0,5-1,5 % валового. Растения усваивают 10-20 % калия от его обменных форм. Микроэлементы (бор, марганец, медь, цинк, кобальт, молибден, йод и др.) играют важную биохимическую и физиологическую роль в жизни растений, а также животных и человека. Неблагоприятным является как недостаток микроэлементов в питании, так и их избыток. В почве содержатся также токсичные для растений элементы: хлор, натрий, марганец, алюминий. Повышенное их содержание делает почву засоленной. В небольших количествах в почве представлены радиоактивные элементы, обуславливающие её природную и искусственную радиоактивность. Природная радиоактивность почвы зависит от содержания в ней урана, тория, радия и др. Искусственная радиоактивность вызвана использованием человеком атомной энергии, средств химической защиты и пр.
1. Тұзданған топырақтарды мелиорациялауда жүзеге асатын химиялық және физико-химиялық процесстер.
Химическая мелиорация – система мер химического воздействия на почву для улучшения её свойств и повышения урожайности сельскохозяйственных культур. При химической мелиорации из корнеобитаемого слоя почвы удаляются вредные для сельскохозяйственных растений соли, в кислых почвах уменьшается содержание водорода и алюминия, в солонцах - натрия, присутствие которых в почвенном поглощающем комплексе ухудшает химические, физико-химические и биологические свойства почвы и снижает почвенное плодородие. Способы химической мелиорации: · Известкование почв (в основном в нечернозёмной зоне) – внесение известковых удобрений для замены в почвенном поглощающем комплексе ионов водорода и алюминия ионами кальция, что устраняет кислотность почвы; · Гипсование почв (солонцов и солонцовых почв) – внесение гипса, кальций которого заменяет в почве натрий, для снижения щёлочности; · Кислование почв (с щелочной и нейтральной реакцией) – подкисление почв, предназначенных для выращивания некоторых растений (например, чая) при внесении серы, дисульфата натрия и др. К химической мелиорации относят также внесение органических и минеральных удобрений в больших дозах, приводящее к коренному улучшению питательного режима мелиорируемых почв, например песчаных. К химической мелиорации приходится прибегать в тех случаях, когда необходимо быстро изменить их неблагоприятные для растений свойства, повысить плодородие. Для этого в почву вносят химические соединения, улучшающие или изменяющие ее свойства. В сельском хозяйстве наиболее часто применяют известкование кислых почв и гипсование, а иногда кислование щелочных. Химическую мелиорацию целесообразно применять и для улучшения свойств солонцовых почв. Солонцовые почвы отличаются крайне неблагоприятными для растений свойствами, обусловленными присутствием в почвенном поглощающем комплексе (ППК) этих почв значительных количеств ионов натрия. Именно повышенное содержание в почве ионов натрия вызывает процесс осолонцевания почв, в результате чего образуются солонцы, обладающие плохими водно-физическими свойствами. Эти почвы отличаются высокой вязкостью, липкостью, сильным набуханием во влажном состоянии и способностью к уплотнению при иссушении, а также слабой физиологической доступностью влаги. 2. Магмалық жыныстар және олардың SiO 2 мөлшері бойынша жіктелуі.
В земной коре минералы группируются в естественные ассоциации - горные породы. Выделяют магматические, осадочные и метаморфические породы. Магматические (изверженные) горные породы. Они образуются при остывании расплавленных магм, поднимающихся из глубин Земли к ее поверхности. Различают глубинные породы, если магма застыла на глубине, и излившиеся, если остывание произошло уже на поверхности. Магматические породы состоят преимущественно из силикатов и алюмосиликатов, наиболее важными компонентами которых являются кремнезем и глинозем. Дальнейшая классификация ведется, прежде всего, в зависимости от содержания в породе кремнезема - ангидрида кремниевой кислоты (табл. 2.9). Таблица 2.9.
Деление магматических пород по содержанию диоксида кремния
3. Коллоидтардың пептизациялану үрдісі.
Коллоиды в почве представлены минеральными, органическими и органо-минеральными соединениями. К минеральным коллоидам
относят глинистые минералы, коллоидные формы кремнезема и полутораоксиды. Поверхность глинистых минералов может нести отрицательный заряд вследствие нарушения связей на краях кристаллов, изоморфных замещений в сетках тетраэдров и октаэдров. Отрицательный заряд у кристаллических глинистых минералов не зависит от рН. Коллоиды, несущие только отрицательный заряд, называют ацидоидами, а несущие только положительный заряд - базоидами. Органические коллоиды
почвы представлены преимущественно веществами гумусовой и белковой природы. Кроме того, в почвах могут быть полисахариды и другие соединения, находящиеся в коллоидно-дисперсном состоянии. И те и другие-амфолитоиды, однако у гумусовых веществ вследствие более выраженной кислотной природы более сильно, чем у белков, проявляются свойства ацидоидов. Базоидные свойства органических коллоидов связаны с наличием в них активных аминогрупп. Для гумусовых коллоидов характерна высокая емкость катионного обмена, достигающая 400-500 м-экв. на 100 г и более воздушно-сухого препарата. Органические коллоиды находятся в почве преимущественно в осажденном состоянии вследствие связывания с поливалентными катионами (в виде гелей). Их п е п т и з а ц и я, т. е. переход в состояние коллоидного раствора (золя), происходит под влиянием щелочей за счет образования гумусовых солей щелочных металлов. Органо-минеральные коллоиды
представлены преимущественно соединениями гумусовых веществ с глинистыми минералами и осажденными формами полутораоксидов. По степени сродства к воде различают гидрофильные (высокое сродство) и гидрофобные (низкое сродство) коллоиды. Гидрофобные свойства почвенным коллоидам, проявляющиеся, в частности, в пониженной смачиваемости, могут придавать органические вещества типа липидов, если они покрывают поверхность почвенных частиц. Известно, что гидрофильность почвенных коллоидов снижается при переосушке торфяных почв. Это уменьшает их смачиваемость и ухудшает водно-физические свойства. Коагуляция и пептизация коллоидов. Коллоиды могут находиться в двух состояниях: золя (коллоидного раствора) и геля (коллоидного осадка). Коагуляцией называется процесс перехода коллоидов из состояния золя в состояние геля. Слипание коллоидов в агрегаты происходит под влиянием электролитов. Коагуляция ацидоидов вызвана катионами электролита, базоидов - анионами. Свертывание (слипание) коллоидов может происходить при взаимодействии противоположно заряженных коллоидных систем. При высушивании или замораживании почвы наблюдаются дегидратация (обезвоживание) гидрофильных коллоидов и повышение концентрации электролита почвенного раствора, что также вызывает коагуляцию коллоидов. При коагуляции коллоидов происходит склеивание элементарных почвенных частиц в комочки, в результате чего улучшаются физические свойства почвы. Коагуляцию вызывают двухвалентные катионы, особенно Са 2+ . Кальций называют «стражем почвенного плодородия», так как он способствует образованию структуры и уменьшает кислотность почв. Пептизация - это обратный процесс коагуляции, при котором коллоиды переходят из геля в золь. Пептизация происходит при воздействии растворов щелочных солей. Например, под влиянием одновалентного катиона натрия наблюдается усиленная гидратация коллоидов и переход их в состояние золя. При пептизации почвенных коллоидов разрушается ценная структура и ухудшаются свойства почвы. Так, столбчатый горизонт солонцовых почв, насыщенный гидратированными катионами натрия, вовлажном состоянии набухает, а при высыхании растрескивается на крупные отдельности. Роль коллоидов в почве исключительно велика: от содержания коллоидной фракции зависят связность, водопроницаемость, буферность и другие свойства почвы. 4. Топырақ бетінен және өсімдіктерден судың булануы.
Испарением
называют переход вещества из жидкого или твердого состояния в газообразное. Испарение является одним из основных звеньев в круговороте воды на земном шаре, а также важнейшим фактором теплообмена в растительных и животных организмах. Величину скорости испарения
можно вычислить по зависимости Формула
(доступно при скачивании полной версии учебника) где К – коэффициент пропорциональности; Нужно различать фактическое испарение и испаряемость. Испаряемостью
называют максимально возможное испарение, не ограниченное запасами влаги. Величина испаряемости характеризует, насколько погода и климат в данной местности благоприятствуют процессу испарения. Для почвы с недостаточным увлажнением величина фактического испарения меньше испаряемости, так как может просто не хватать влаги в почве, которая могла бы испаряться. Состояние воды в почве отличается высокой динамичностью. Под влиянием различных факторов (природных и антропогенных) влажность почвы непрерывно изменяется как во времени, так и в пределах почвенного профиля, почвенная влага переходит из одних форм в другие. Совокупность всех явлений поступления влаги в почву, ее передвижения и расхода, изменение ее физического состояния называют водным режимом почвы. Количественной характеристикой водного режима почвы служит ее водный баланс, учитывающий приходные и расходные статьи влаги. В зависимости от колебания погодных условий значения водного баланса существенно варьируют и запас воды в расчетном слое почвы в конце каждого конкретного года увеличивается или уменьшается. Однако если не происходит прогрессирующего изменения климата, то запасы воды в почвенной толще в начале и в конце среднемноголетнего цикла считают равными: W 0 = W 1 . Количество влаги, поступившей в почву в результате конденсации водяных паров, очень мало по сравнению с другими статьями водного баланса, и в практических расчетах его не учитывают. На плоских возвышенных территорий (плато, равнинах) отсутствуют поверхностный и боковой притоки влаги, а на склоновых элементах рельефа поверхностный и боковой притоки влаги уравновешиваются поверхностным и боковым стоками. После этих допущений уравнение водного баланса принимает следующий вид: Например, корни лесной растительности проникают на глубину до 6-10 м, у злаковых и зерновых бобовых культур они достигают глубины 1-2 м, у подсолнечника - более 3 м. В первый год жизни люцерны ее корни проникают на глубину 2-3 м, а в последующие годы - до 10 м. Поэтому при залегании грунтовых вод на глубине 5-10 м корни некоторых растений сильно влияют на водный баланс почвы благодаря ее водоподъемной способности, достигающей у суглинистых разновидностей 3-5 м. В этом случае водный баланс составляют для всей почвенно-грунтовой толщи от поверхности до уровня грунтовых вод. Когда грунтовые воды залегают глубоко, баланс составляют для слоя, который ежегодно промачивается атмосферными осадками. Типы водного режима
. Формирование водного режима почв происходит под воздействием различных факторов: климатических условий, особенностей рельефа местности, литологии почвообразующих пород, растительности, глубины залегания уровня грунтовых вод, водно-физических свойств почвы, деятельности человека. Характер сочетания и степень выраженности этих факторов обусловливают количественное соотношение приходных и расходных статей водного баланса. От этого зависят масштабы влагозапасов и преимущественное направление передвижения влаги в почвенном профиле в сезонных и годовых циклах. т. е. тип водного режима. Основы учения о водном режиме почв и его типах заложил Г.Н.Высоцкий. Он выделял четыре типа водного режима - промывной, непромывной, выпотной и водозастойный. Дальнейшее развитие эта проблема получила в работах А. А. Роде, который выделял шесть типов водного режима, дополнительно подразделяя их на подтипы. В настоящее время выделяют следующие типы водного режима почв. М е р з л о т н ы й т и п
характерен для почв, формирующихся в области распространения многолетней мерзлоты. Большую часть года почвенная влага находится в форме льда. В теплый период под оттаявшей частью почвенного профиля присутствует мерзлый слой почвогрунта, служащий водоупором. Над ним образуется водоносный горизонт - надмерзлотная верховодка. Благодаря этому в течение большей части вегетационного периода в оттаявшем слое влажность почвы поддерживается в интервале от предельно-полевой влагоемкости до полной вдагоемкости. Водонасыщающий, иди водозастойный, тип характерен для болотных почв. В обычные по увлажнению годы влажность почвы находится на уровне полной влагоемкости. В засушливые годы она снижается до уровня предельно-полевой влагоемкости и даже ниже. П р о м ы в н о й
тип формируется в том случае, когда количество осадков, выпавшее за год, превышает величину испаряемости за тот же период, т. е. при Ку > 1. В годовом и многолетних циклах влагооборота нисходящие токи влаги преобладают над восходящими. Весной и осенью происходит ежегодное сквозное промачивание почвенной толщи вплоть до грунтовых вод, благодаря чему происходит активный вынос всех растворимых и геохимически подвижных продуктов выветривания и почвообразования за пределы почвенного профиля. Водный режим такого типа характерен для почв лесных зон подзолистых, дерново-подзолистых, бурых лесных и др. В весенний период верхняя часть профиля этих почв часто находится в переувлажнённом состоянии и на некоторой глубине образуется верховодка, в нижней части профиля влажность практически никогда не бывает меньше предельно-полевой влагоёмкости. Периодически промывной тип
соответствует климатическим условиям со среднемноголетней сбалансированностью осадков и испаряемости (КУ=
1), как, например, в северной части лесостепной зоны, где формируются оподзоленные и выщелоченные черноземы. Сквозное промачивание почвенного профиля (промывной тип водного режима) имеет место только во влажные годы (1-2 раза в 10-15 лет). В обычные по увлажнению и засушливые годы происходит ограниченное промачивание почвы, что характерно для непромывного типа водного режима, влагооборот осуществляется в пределах почвенного профиля. В нижней части профиля почва периодически иссушается до влажности разрыва капилляров, в верхней - до влажности завядания. Н е п р о м ы в н о й т и п
формируется в почвах степной и сухостепной зон (обыкновенные и южные черноземы, каштановые почвы), где средняя годовая норма осадков меньше величины испаряемости (КУ<1). Мощность почвенного профиля, вовлекаемая в годовой влагооборот, чаще всего не превышает 2 м. При этом атмосферные осадки не достигают верхней границы капиллярной каймы грунтовых вод. Связь между атмосферной (почвенной) и грунтовой влагой осуществляется через слой с постоянно низкой влажностью, близкой к влажности завядания. Этот слой Г.Н.Высоцкий назвал мертвым горизонтом. Передвижение воды через мертвый горизонт в том или ином направлении осуществляется в форме пара или пленочной влаги. В верхней части профиля влажность почв, формирующихся в условиях водного режима непромывного типа, колеблется в соответствии с выпадающими атмосферными осадками от полной влагоемкости до влажности завядания. В нижних горизонтах влажность почв в течение всего года находится между влажностью завядания и влажностью разрыва капилляров. Почвы, сформировавшиеся в условиях водного режима непромывного типа, отличаются от почв с водным режимом периодически промывного и промывного типов меньшей выщелоченностью от подвижных продуктов почвообразования. В профиле таких почв всегда выделяют горизонты, обогащённые водорастворимыми соединениями (гипсом, карбонатами кальция и др.), расположенными ниже той глубины, на которую происходит среднемноголетнее промачивание почвы атмосферными осадками. Аридный или сухой тип
характерен для почв пустынь и полупустынь – бурых, серо-бурых и др. В таких почвах величина испаряемости существенно выше, чем годовая норма осадков (КУ=0,1-0,3). На протяжении всего года влажность почвы в пределах профиля находятся на уровне влажности завядания или даже ниже. Спорадически в верхних горизонтах отмечается более высокий уровень влажности. В ы п о т н о й т и п
формируется в почвах при неглубоком залегании уровня грунтовых вод в степной и особенно полупустынной и пустынной зонах, т. е. там, где испаряемость заметно превышает количество выпадающих осадков. В таких условиях происходит интенсивное восходящее передвижение влаги по капиллярам от грунтовых вод к поверхности почвы и ее последующее испарение. Если грунтовые воды минерализованные, то верхние горизонты обогащаются водорастворимыми солями, что ведет к формированию обширной группы засоленных почв и луговых солончаков разного химизма и степени засоления. Десуктивно-выпотной тип
отличается от выпотного тем, что влагу, поступающую от грунтовых вод по капиллярам, на той или иной глубине почвенного профиля поглощают корневые системы растений. На этой же глубине происходит выпадение солей, содержащихся в грунтовой воде. Водный режим такого типа характерен для луговых и полугидроморфных почв. В режиме влагооборота выделяют два периода. После обильного увлажнения почвенный профиль промачивается до уровня грунтовых вод. В этот период преобладает нисходящий ток влаги и почвы характеризуются высокой влажностью в пределах всего профиля. По мере последующего подсыхания почвы нисходящий ток влаги сменяется восходящим, доминирующим во втором периоде, когда капиллярная кайма грунтовых вод достигает корнеобитаемого слоя и испаряется на той или иной глубине. В нижней части почвенного профиля влажность остается на высоком уровне, а верхние горизонты могут иссушаться до влажности, меньшей, чем влажность завядания. П а в о д к о в ы й т и п
характерен для почв, периодически затапливаемых речными, склоновыми, дождевыми водами, В этом случае в зависимости от зоны, геоморфологического положения почвы (пойма реки, под, шлейф склона), глубины залегания грунтовых вод периодическое паводковое затопление почвы сменяется в межпаводковый период водным режимом другого типа. И р р и г а ц и о н н ы й т и п
формируется при искусственном орошении и отличается большим разнообразием категорий в зависимости от вида полива (аэрозольное орошение, дождевание, поверхностный полив, субирригация) и поливной нормы, глубины сезонных колебаний уровня грунтовых вод, наличия и характера искусственного дренажа. Водный режим этого типа подразделяют на: · ирригационно-непромывной
, при котором КУ>1 с учётом поливов. Сквозное промачивание почвенного профиля после очередных проливов отсутствует; · ирригационно-периодический промывной,
при котором КУ=1. После поливов в отдельных случаях происходит сквозное промачивание почвенного профиля. · Ирригационно-промывной,
при котором КУ>1. Сквозное промачивание почвенного профиля наблюдается после каждого полива и способствует быстрому подъёму уровня грунтовых вод. О с у ш и т е л ь н ы й т и п
формируется на искусственно осушаемых заболоченных и болотных почвах. Его конкретная характеристика определяется видом дренажа и степенью регулирования. Рассмотренные типы водного режима отражают общие закономерности влагооборота в многолетних циклах. В любой почвенной зоне условия водного режима в отдельные периоды года могут существенно отличаться от среднегодовых т. е. в годовом цикле будет совмещено несколько типов водного режима. Например, в таежно-лесной зоне в подзолистых и почвах в годовом цикле влагооборота преобладает водный режим промывного типа. В то же время в ранневесенний период в результате снеготаяния и выпадения атмосферных осадков в этих почвах возникает различный по продолжительности водозастойный режим, а в летние месяцы они находятся преимущественно в условиях водного режима непромывного типа. Эти особенности важно учитывать при оценке процессов, протекающих в почвах, и оптимизации водного режима почв. Регулирование водного режима. Оптимизация водного режима - важнейшее звено в комплексе мероприятий, направленных на создание условий, благоприятных для роста и развития сельскохозяйственных культур. Без устойчивого снабжения влагой, даже при оптимальном сочетании всех остальных факторов жизни, растения не в состоянии полностью реализовать свой биологический потенциал и, следовательно невозможно получить высокие урожаи растениеводческой продукции. Оптимальные условия для роста и развития культурных растений создаются в том случае, когда количество влаги, постуггаюiцей в почву, уравновешивает ее расходом на транспирацию и физическое испарение. При регулировании водного режима учитывают климатические, литолого-геоморфологические и почвенные условия а также особенности водопотребления возделываемых культур. Чтобы создать оптимальный водный режим регулируют поверхностный сток, улучшают водно-физические свойства почв, применяют орошение. осушение, лесомелиорацию, различные агротехнические приемы. Обычно проводят комплекс мероприятий, направленных на искусственное изменение приходных и расходных статей водного баланса и соответственно общих и продуктивных запасов влаги в почве. В зоне избыточного увлажнения улучшение водного режима слабодренированных территорий связано с удалением свободной гравитационной влаги с помощью агромелиоративных мероприятий по ускорению поверхностного и внутрипочвенного стока. Для ускорения поверхностного стока осуществляют планировку и профилирование поверхности, проводят узкозагонную вспашку, нарезку гребней и гряд. С помощью планировки осуществляют нивелирование понижений на местности, в которых весной и после обильных летних дождей долго застаивается влага. Профилирование поверхности заключается в придании ей направленного уклона, благодаря чему удаляется свободная гравитационная влага. При узкозагонной вспашке между формирующимися широкими грядами образуются разъемные борозды, по которым поверхностные воды, если имеется необходимый уклон, отводятся за пределы осушаемого поля. Гребневание и грядование - способы интенсивного локального дренажа поверхностных горизонтов и увеличения их испаряющей способности. По бороздам между грядами и гребнями проиеходит поверхностный сток воды за пределы поля. Для ускорения внутрипочвенного стока применяют кротование и глубокое мелиоративное рыхление. Кротование - устройство земляных дрен, при котором осуществляется перераспределение избыточной влаги из поверхностных во внутрипочвенные слои профиля и их аэрация. В результате глубокого мелиоративного рыхления разрушаются уплотненные водоупорные горизонты, обеспечиваются оптимальные плотность сложения и водопроницаемость верхней части почвенного профиля мощностыо не менее 0,6 м. Регулирование водного режима почв болотного типа, а также минеральных заболоченных почв (болотно-подзолистых, дерново-глеевых) осуществляют с помощью осушительных мелиораций - устройства закрытого или открытого дренажа для отвода избыточной влаги за пределы осушаемого массива. Вместе с тем регулирование водного режима в зоне избыточного увлажнения нельзя рассматривать лишь как одностороннее мероприятие по отводу избытка влаги. Это обусловлено тем, что здесь периоды сильного переувлажнения почвы могут сменяться периодами ее интенсивного иссушения. Так, в зоне суглинистых дерново-подзолистых почв всегда имеет место летняя засуха. Ее продолжительность в пределах европейской части страны в зависимости от обеспеченности осадками может достигать 2-5 нед. При этом верхняя часть профиля почв может иссушаться вплоть до влажности завядания растений. В песчаных и супесчаных почвах, отличающихся меньшей влагоемкостью, период е отчетливо выраженным дефицитом доступной для растений влаги еще более продолжительный. В связи с этим в Нечерноземной зоне эффективным способом оптимизации влагообеспеченности культурных растений служит двухстороннее регулирование водного режима. При избытке влаги в почве ее отводят с полей по дренажным трубам в специальные водоприемники, а при необходимости – подают обратно на поля по тем же трубам или с помощью дождевальных установок. Для оптимизации водного режима важное значение имеют все мероприятия направленные на окультуривание почв, поскольку они способствуют накоплению и сохранению продуктивных запасов влаги в корнеобитаемом слое. К таким мероприятиям относят: увеличение мощности пахотного слоя и улучшение его агрофизических свойств (структурного состояния пористости, плотности сложения), известкование, внесение органических и минеральных удобрений, сидерацию, рыхление подпахотного слоя и др. В зоне неустойчивого увлажнения и в засушливых регионах регулирование водного режима в первую очередь направлено на максимальную аккумуляцию в почве влаги атмосферных осадков и последующее ее рациональное использование. Поскольку к концу лета в таких регионах запасы доступной для растений влаги в корнеобитаемом слое почвы снижаются до чрезвычайно низкого уровня, особое значение имеют мероприятия по накоплению в почве осадков осенне-зимнего периода, на долю которых приходится до 70 % от их годового количества. Поэтому осадки осенне-зимнего периода играют определяющую роль в формировании урожая, для их накопления проводят лущение стерни вслед за уборкой зерновых культур, раннюю зяблевую вспашку, щелевание, снегозадержание, весеннее чересполосное протаивание снега. Высокой эффективностью характеризуется почвозащитная система земледелия, разработанная под руководством А.И.Бараева. В ее основе лежит плоскорезная обработка, после проведения которой на поверхности почвы сохраняется до 80% стерни. Благодаря наличию стерни уменьшается испарение и лучше аккумулируются выпадающие осадки, накапливается и более равномерно распределяется снег на пашне, почва меньше промерзает и лучше впитывает весной талые воды, вследствие чего существенно ограничиваются поверхностный сток и эрозия почвы. Влагонакопительный эффект усиливается при посеве кулис из высокостебельных растений. Важную роль в системе влагонакопительных мероприятий по улучшению водного режима играют чистые пары, наибольший эффект от которых проявляется в степной зоне. При надлежащем уходе к весне в чистых парах в метровом слое почвы накапливается 130-160 мм и более доступной для растений влаги, что обеспечивает устойчивое водоснабжение сельскохозяйственных культур, высеваемых по парам. В некоторых районах вместо чистых более предпочтительны кулисные пары. Эффективный прием по накоплению и сохранению влаги почве - создание системы полезащитных лесных полос, способствующих заметной гумидизации микроклимата. По сравнению с открытой степью на полях, защищенных лесными полосами, накапливается больше снега (на 25-30%) и уменьшается глубина промерзания почвы. Весной почва быстрее оттаивает, благодаря чему увеличивается инфильтрация талых вод. Поэтому значительно сокращается или прекращается вообще поверхностных сток, а количество продуктивной влаги увеличивается на 80-100 мм. На полях, защищенных лесными полосами, скорость ветра снижается на 30-40%, а температура воздуха летом на 2-3 0 С, в результате чего уменьшается непродуктивное испарение влаги с поверхности почвы. Наибольший эффект отмечается в случае создания ажурных и ажурно-продуваемых лесных полос. Особое значение влагонакопительные мероприятия приобретают на склоновых территориях, где существует реальная опасность потери влаги в результате поверхностного стока. На таких участках зяблевую вспашку проводят поперек склона, применяют полосное размещение посевов, лункование, щелевание, прерывистое бороздование, буферные полосы из многолетних трав и другие приемы. В весенний период важное значение имеет сохранение влаги, накопленной в почве от физического испарения, потери за счет которого могут составлять 60% и более от суммы осадков. Так, в степных районах за один жаркий день с гектара незаборонованной зяби теряется до 40-45 т воды. Для предотвращения непродуктивных потерь влаги применяют поверхностное рыхление, способствующее мульчированию верхнего слоя, и боронование. При нарушении сплошного водного тела почвы самый верхний слой ее высыхает и предохраняет влагу нижележащей части почвенного профиля от испарения. Эффективным приемом регулирования водного режима служит орошение, при применении которого можно оперативно устранять дефицит влаги в почве и поддерживать на оптимальном уровне микроклиматические условия в течение вегетационного периода. В то же время в степной и тем более в лесостепной зоне орошение нужно рассматривать лишь как прием, дополняющий весь комплекс агротехнических мероприятий по накоплению и сохранению в почве влаги атмосферных осадков. В аридных регионах, где выпадает незначительное количество атмосферных осадков, применять самые прогрессивные влагонакопительные агротехнологии недостаточно для аккумуляции в почве необходимого количества влаги. Поэтому в таких регионах для регулирования водного режима используют орошение. При этом первостепенное значение приобретает система мероприятий по предотвращению непродуктивного расхода поливной влаги, особенно на инфильтрацию, чтобы не допустить подъёма уровня минерализованных грунтовых вод и вторичного засоления орошаемых почв. Водным режимом называют всю совокупность явлений поступления влаги в почву, ее передвижения, удержания в почвенных горизонтах и расхода из почвы. Водный режим почв характеризует поступление воды в почву и расход ее из почвы на отток в грунтовые воды или другие элементы рельефа, на испарение и транспирацию. Последние два явления объединяют часто единым термином суммарное испарение (эвапотранспирация) - в связи с трудностью определения их по отдельности. Обычно водный режим характеризуют следующими параметрами: режим влажности (изменение содержания воды в почве в зависимости от погодных условий и воздействия растений) и водный баланс почв (оценка прихода и расхода воды в почвах в годовом цикле). В последнее время к этим известным параметрам прибавили характеристику гидрологического профиля и гидрологических горизонтов почв. Водный режим важен для понимания генезиса почв, их экологических функций, которые проявляются в поддержании определенного растительного покрова в данных условиях. Водный баланс, характеризующий приход воды в почву и расход из нее количественно выражается формулой: где Во запас влаги в почве в начале наблюдений; Вос - сумма осадков за период наблюдений; Вгр - количество поступившей из грунтовых вод влаги; Вк - количество конденсирующейся влаги; Впр - поверхностный приток влаги; Вбок - боковой приток почвенно-грунтовых вод; В 1 - количество влаги в почве в конце наблюдений; Вс - количество влаги бокового стока; Ви - количество инфильтрировавшейся влаги; Вп - количество влаги поверхностного стока; Еисп - количество испарившейся влаги; Етр - количество влаги на транспирацию (десукция). Левая часть - приходные статьи, правая - расходные. В большинстве случаев прогрессирующего иссушения или увлажнения территории не происходит и уравнение водного баланса равно нулю. Водный баланс характеризуется годовыми циклами с повторяющимися процессами поступления и расхода влаги. Отметая слабозначимые и компенсирующие составляющие баланса можно записать уравнение приближенно В естественных почвах водный баланс в многолетнем цикле компенсированный, т.е. расход и приход воды в годовом отрезке времени в среднем равны. Он не компенсирован лишь в ряде поливных почв, где вода может поступать в грунтовые воды и увеличивать их мощность и запас воды в почвенно-грунтовой толще, и при направленном изменении климата. Просмотреть маршруты ночных автобусов Питера вы сможете на сайте Peterburg.ru Таким образом, водный баланс характеризует главную черту водного режима почв, его цикличность, и общий объем воды, проходящий через почву в данных условиях. Любой запас влаги, существующий в данной почве, восстанавливается через определенное время, в пределах которого расход и приход воды в конечном итоге уравнивается. Поэтому оценка водного режима почв по балансу влаги не может служить достоверной его характеристикой. Она говорит лишь об объеме воды, прошедшей через почву в течение гидрологического года. Для ельника мшистого, расположенного в 3 км от дубо-ельника, ниже по очень пологой катене, уравнение водного баланса выглядит несколько иначе: 755 (осадки) = 323 (отток) + 88 (эвапотранспирация) + 88 (увлажнение почв после иссушения до НВ) + 236 (задержано пологом растений, потеря на смачивание деревьев и мохового яруса). Главный итог оценки водного баланса исследованных экосистем в том, что удалось выявить количество воды, идущее на водоснабжение растений
. Оно равно 80-120 мм в зависимости от типа парцеллы (экосистемы). Водный баланс может быть составлен применительно к разным почвенным слоям, всей толще почвы или доопределенной глубины. Чаще всего запасы влаги, статьи расхода и прихода выражают в мм водного слоя или в м 3 /га. Содержание влаги вычисляют отдельно для каждого генетического горизонта, так как влажность и плотность сильно меняются по различным слоям почвенного профиля. Запасы воды в отдельном горизонте определяют по формуле: где а - полевая влажность, %; ОМ - объемная масса (плотность); н - мощность горизонта, см Для пересчета запасов воды, вычисленных в м 3 /га, в миллиметры водного слоя надо ввести коэффициент 0,1. Запасы воды в почве, которые учитываются в течение всего вегетационного периода, позволяют судить о обеспеченности культурных растений влагой. В агрономической практике полезно учитывать общий и полезный запасы воды. Общий запас воды - суммарное количество на заданную мощность почвы, выражается уравнением: Полезный запас воды в почве - суммарное количество продуктивной, или доступной для растений влаги в толще почвогрунта. Чтобы рассчитать полезный запас влаги в почве, нужно вычислить общий запас влаги и запас труднодоступной влаги, который рассчитывается аналогично предыдущей формуле, но вместо полевой влажности берется влажность устойчивого завядания растений. Разность дает количество полезной влаги в почве. ПЗВ=ОЗВ-ЗТВ Для слоя 0-20см запасы более 40 мм считаются хорошими, 20-40 - удовлетворительными, менее 20 - неудовлетворительными. Для слоя 0-100см запасы более 160 мм считаются очень хорошими, 130-160 - хорошими, 90-130 - удовлетворительными, 60-90 - плохими, менее 20 - очень плохими. Типы водного режима. Водный баланс складывается неодинаково для различных почвенно-климатических зон и отдельных участков местности. В зависимости от соотношения основных статей годового баланса может быть несколько типов водного режима. Практически характер водного режима определяют по соотношению средних осадков и испаряемости. Испаряемость - наибольшее количество влаги, которое может испариться с открытой водной поверхности или с поверхности постоянно переувлажненной почвы в данных климатических условиях (мм). Отношение годовой суммы осадков к годовой испаряемости именуют коэффициент увлажнения (КУ). Он колеблется от 0,1 до 3 в различных природных зонах. Тип водного режима определяет особенности перемещения веществ в почве, степень разрушения минералов и обломков горных пород в почвах, само сохранение определенных типов минералов. Так, почвы с промывным типом водного режима отмыты в большинстве случаев от растворимых солей и карбонатов. На Русской и Американской равнинах прослеживается закономерность снижения глубины залегания карбонатов на 30 см при повышении суммы годовых осадков на 100 мм. Напротив, выпотные почвы, как правило, оглеены и могут быть обогащены растворимыми солями. При этом состав солей определяется типом водного режима плакоров (водоразделов и пологих склонов). В аридной зоне - это хлориды, сульфаты и карбонаты кальция, натрия, магния, в гумидной - карбонаты кальция, соединения железа. Водный режим определяет содержание воды в почве в течение года и отдельных его периодов, ее движение в системе грунтовые воды-почва-растение-атмосфера. Водный режим влияет на рост растений (обычно в сельскохозяйственном производстве на 1 т продукции затрачивается 1000 т и более воды). С водным режимом связаны химический состав почв, их кислотность. Так, наиболее вероятны значения рН для верхних горизонтов (А, В) почв, обладающих промывным водным режимом, - менее 6. Водный режим определяет судьбу загрязненных почв. Промывной режим может постепенно привести к самоочищению почв, в условиях непромывного режима загрязнение становится постоянным фактором. Г.Н. Высоцкий выделял 4 типа водного пежима, А.А. Роде развил его учение, выделив 6 типов. 1. Мерзлотный тип. Имеет место в районах распространения вечной мерзлоты. Мерзлый слой грунта, являясь воодоупором, обуславливает наличие надмерзлотной верховодки, поэтому верхняя часть оттаявшей почвы в течение вегетационного периода насыщена водой. Почва оттаивает на глубину 1-4м. Годовой водооборот охватывает лишь почвенный слой. 2. Промывной тип (КУ > 1). Характерен для местностей, где сумма годовых осадков больше величины испаряемости. В годовом цикле водооборота нисходящие токи преобладают над восходящими. Почвенная толща ежегодно подвергается сквозному промачиванию до грунтовых вод, что приводит к интенсивному выщелачиванию продуктов почвообразования. Годовой влагооборот охватывает всю почвенную толщу. В более засушливых регионах он имеет место лишь при легком гранулометрическом составе. В таких условиях формируются почвы подзолистого типа, красноземы и желтоземы. Болотный подтип водного режима развивается при близком к поверхности залегании грунтовых вод, либо слабой водопроницаемости почвообразующих пород. 3. Периодически промывной тип (КУ= 0,8-1,2; в среднем 1) характеризуется средней многолетней сбалансированностью осадков и испаряемости. Годовой влагооборот охватывает только почвенную толщу (непромывные условия) в сухой год и весь слой до грунтовых вод (промывные условия) во влажный год. Промывание бывает раз в несколько лет. Такой водный режим характерен для серых лесных почв, черноземов выщелоченных и оподзоленных. 4. Непромывной тип водного режима (КУ менее 1) свойственен местностям, где влага осадков распределяется только в верхних горизонтах и не достигает грунтовых вод. Связь между атмосферной и грунтовой водой осуществляется через слой с очень низкой влажностью, близкой к ВЗ (мертвый слой). Обмен влагой происходит путем передвижения воды в форме пара. Такой водный режим характерен для степных почв - черноземов и каштановых, бурых полупустынных и серо-бурых пустынных почв. В указанном ряду почв уменьшается количество осадков и растет испаряемость. Коэффициент увлажнения уменьшается от 0,6 до 0,1. Годовым влагооборотом охвачена толща почвогрунтов от 4 м в степях до 1 м в пустынях. Запасы влаги, накопленные в степных почвах к весне за счет позднеосенних осадков и талой воды, интенсивно расходуются на транспирацию и физическое испарение, становясь к осени ничтожными. В полупустынной и пустынной областях без орошения земледелие невозможно. Расход влаги идет преимущественно на транспирацию, поэтому преобладают нисходящие токи влаги. Вся инфильтрующаяся влага возвращается в атмосферу. 5. Выпотной (десуктивно-выпотной) тип водного режима (КУ менее 1) проявляется в степной, особенно полупустынной и пустынной зонах при близком залегании грунтовых вод. Характерно преобладание восходящих потоков влаги в почве за счет ее подтока по капиллярам от грунтовых вод. Верхняя часть капиллярной каймы входит в почвенный слой. Почвенно-грунтовые воды аллохтонные, т.е. имеющие дополнительное грунтовое питание. Годовой водооборот охватывает всю почвенно-грунтовую толщу. При высокой минерализации грунтовых вод в почву попадают легкорастворимые соли и почва засоляется. Выпотной тип водного режима проявляется и в некоторых районах Беларуси, преимущественно на Полесье. Собственно выпотной тип наблюдается при очень близком, в пределах почвенного профиля, залегании грунтовых вод. Верхняя граница капиллярной каймы выходит на дневную поверхность. В этом случае преобладает не транспирация, а физическое испарение. 6. Иригационный тип создается при дополнительном увлажнении почвы оросительными водами. При орошении в разные периоды проявляются разные типы водного режима. В период полива имеет место промывной тип, сменяющийся непромывным и даже выпотным, то есть в почве периодически преобладают то восходящие, то нисходящие потоки влаги. Выделяют также подтипы по источнику увлажнения: Атмосферное Грунтово-атмосферное Атмосферное с дополнительным поверхностным Грунтово-атмосферное с дополнительным поверхностным Атмосферное с дополнительным паводковым Грунтово-атмосферное с дополнительным паводковым Так, при осушении торфяных почв режим из промывного с атмосферным питанием и полным насыщением (болотный) сменяется дренажным таежным типом. Мелиорированные почвы - особые типы водного режима. Для каждого типа почвы характерны определенные режимы влажности, т.е. смены почвенно-гидрологических условий. Принято выделять 5 классов влажности: 1) Полное насыщение - водоносный горизонт большую часть вегетационного периода находится в пределах почвенного профиля; влажность изменяется от ПВ до КВ вверху и » ПВ в нижней части профиля; капиллярная кайма находится у дневной поверхности. 2) Капиллярное насыщение - водоносный горизонт иногда в почвенном профиле; капиллярная кайма в пределах профиля; влажность - от КВ до НВ-ВРК вверху, от ПВ до КВ внизу. 3) Периодическое капиллярное насыщение - водоносный горизонт в профиле лишь после снеготаяния, бывает капиллярная кайма в профиле; влажность от КВ до ВРК вверху и от КВ до нВ внизу. 4) Сквозное наименьшее насыщение - весной почва проомачивается насквозь до НВ; нет водоносного горизонта и капиллярной каймы; влажность меняется от нВ-Вз вверху до НВ-ВРК(ВЗ) внизу. 5) Несквозное наименьшее насыщение - весной почва промачивается на некоторую глубину до НВ, ниже всегда находится слой с ВЗ; влажность в пределах НВ-ВЗ. В дерново-подзолистых и подзолистых почвах КУ обычно 1,2-1,4; режим промывной. В апреле-июле КУ менее 1. Режим влажности обычно периодически капиллярное насыщение. Под культурными растениями, особенно многолетними травами, мощность слоя летнего иссушения - до 1м, а зерновые используют влагу до 0,6-0,7м. В 6-10% случаев бывают засухи, а 1 раз в 3 года на дерново-подзолистых почвах бывает недостаточное обеспечение растений влагой. Регулирование водного режима - обязательное мероприятие в районах интенсивного земледелия. При этом осуществляется комплекс приемов, направленных на устранение неблагоприятных условий водоснабжения растений. Искусственно меняя приходные и расходные статьи водного баланса, можно существенно влиять на общие о полезные запасы воды в почвах и этим способствовать получению высоких и устойчивых урожаев сельскохозяйственных культур. Регулирование водного режима основывается на учете климатических и почвенных условий, а также потребностей выращиваемых культур в воде. Для создания оптиманых условий роста и развития растений необходимо стремиться к уравниванию количества влаги, поступающей в почву, с ее расходом на транспирацию и физическое испарение, то есть созданию коэффициента увлажнения, близкого к 1. В конкретных почвенно-климатических условиях способы регулирования водного режима имеют свои особенности. Улучшению водного режима слабодренированных территорий зоны достаточного и избыточного увлажнения способствуют планировка поверхности почвы и нивелировка микро- и мезопонижений, в которых весной и летом может наблюдаться длительный застой влаги. На почвах с временным избыточным увлажнением для удаления избытка влаги целесообразно с осени делать гребни. Высокие гребни способствуют увеличению физического испарения, а по бороздам происходит поверхностный сток воды за пределы поля. Почвы болотного типа и минеральные заболоченные нуждаются в осушительных мелиорациях - устройстве закрытого дренажа или отводе избыточной влаги с помощью открытой сети. Регулирование водного режима почв во влажной зоне с большим количеством годовых осадков не ограничивается осушительной направленностью. В ряде случаев даже на дерново-подзолистых почвах летом возникает недостаток влаги и потребность в дополнительном количестве воды. Эффективное средство улучшения влагообеспеченности растений в Нечерноземной зоне - двустороннее регулирование влаги, когда избыток влаги отводится с полей по дренажным трубам, а при необходимости подается на поля по тем же трубам или дождеванием. Все приемы окультуривания почвы (создание глубокого пахотного слоя, улучшение структурного состояния, увеличение общей пористости, рыхление подпахотного горизонта) повышают ее влагоемкость и способствуют накоплению и сохранению продуктивных запасов влаги в корнеобитаемом слое. В зоне неустойчивого увлажнения и засушливых районах регулирование водного режима направлено на максимальное накопление влаги в почве и на рациональное ее использование. Один из наиболее распространенных способов - влагозадержание снега и талых вод. Для этого используют стерню, кулисные растения, валы из снега… Для уменьшения поверхностного стока воды применяют зяблевую вспашку поперек склонов, обваловывание, прерывистое бороздование, щелевание, полосное размещение культур, ячеистую обработку почвы и др. Исключительная роль в накоплении почвенной влаги принадлежит полезащитным лесным полосам. Предохраняя снег от сдувания в зимнее время, они способствуют увеличению запасов влаги в метровом слое почвы к началу вегетационного периода на 50-80 мм и до 120 мм в отдельные годы. Под влиянием лесных полос сокращается непродуктивное испарение влаги с поверхности почвы, что также улучшает водообеспеченность полей. Наиболее эффективны ажурные и продувные лесные полосы. Большое значение в улучшении водного режима почв имеет введение чистых паров, особенно черных. Наибольший эффект чистого пара как агротехнического приема накопления влаги, проявляется в степной зоне и южной лесостепи. Накоплению и сохранению влаги в почве способствуют многие агротехнические приемы. Поверхностное рыхление почвы весной или закрытие влаги боронованием позволяет избежать ненужных потерь ее в результате физического испарения. Послепосевное прикатывание почвы изменяет плотность поверхностного слоя пахотного горизонта по сравнению с остальной его массой. Создавшаяся разность плотностей почвы вызывает капиллярный подток влаги из нижележащего слоя и способствует конденсации водяных паров почвенного воздуха. В сочетании с увеличением контакта семян с почвенными частицами, все явления, связанные с прикатыванием, усиливают прорастание семян и обеспечивают потребность растений в воде ранней весной. Применение органических и минеральных удобрений способствует более экономному расходованию почвенной влаги. В овощеводстве для сохранения влаги широко используют мульчирующие материалы. В пустынной и полупустынной зонах основной способ улучшения водного режима - орошение. Очень важным вопросом здесь является борьба с непродуктивным расходованием почвенной влаги в целях предотвращения вторичного засоления. Заключение. Водные свойства, наряду с климатом, погодными условиями, типом экосистемы, определяют водный режим почв и, следовательно, их экологическую функцию - водоснабжение растений. Известно, что по отношению к воде все растения можно разделить на гигрофиты (обитающие в воде), гидрофиты (требующие увлажненных почвы), мезофиты (обитающие на почвах с достаточным увлажнением) и ксерофиты, произрастающие на сухих почвах. Именно в этих требованиях растений к воде скрыта основа глобальной зональности растений. Формирование разных климатических поясов с разным водным режимом почв приводит к произрастанию на этих почвах разных ассоциаций растений. Выделяют гумидный пояс (тундра и лесная зона умеренной зоны, тропические дождевые и муссонные леса, субальпийские и альпийские горные пояса, горно-лесной пояс), семиаридные зоны (степная и лесостепная, саванны в тропиках, леса и кустарниковые заросли средиземноморского типа: маквис, чапараль, буш), аридные регионы (сухие степи, полупустыни и пустыни). Именно влажность почвы определяет разное распределение растений в пределах катены, по микрорельефу, в поймах и на плакоре (водоразделе). В пределах одного ландшафта распределение растений связано прежде всего с водным режимом почв - одной из главных их характеристик. План лекции
: 1. Вода – незаменимый фактор формирования урожая; 2. Продуктивная влага и ее определение; 3. Использование расчетного водопотребления для программирования урожаев; 4. Определение действительно возможной урожайности по биогидротермическому потенциалу. 1. Вода - незаменимый фактор формирования урожая
Для растения вода имеет первостепенное значение. Цитоплазма на 85 – 90 % состоит из воды. Без воды не протекают биохимические процессы, прекращается жизнедеятельность растительного организма. Вода необходима растению во все периоды жизни; потребность в воде только для прорастания семян составляет примерно 30 – 100 % их веса, дальнейшем на образование 1 г сухого органического вещества растениям требуется от 200 до 1000 г воды. Количество воды в граммах, израсходованное на накопление растением 1 г сухого вещества, называется транспирационным коэффициентом. При этом незначительная часть (менее 5 %) поглощенной растениями воды участвует в процессе фотосинтеза и образует органическое вещество, а остальная идет на транспирацию. Потребность растений в воде зависит от многих условий: от биологических особенностей самих растений, почвы, уровня и количества удобрений, агротехнических и мелиоративных мероприятий. Источником воды для возделываемых растений могут быть атмосферные осадки, грунтовые воды, воды орошения. Определяющее значение, безусловно, имеет количество атмосферных осадков. Учет уровня влагообеспеченности, наряду с показателями теплообеспеченности, необходим при районировании территории, организации орошения и осушения, для установления величины климатически обеспеченного урожая. Практически всю воду растения поглощают из почвы, при этом различные культуры предъявляют неодинаковые требования к запасам воды в почве, что следует учитывать при определении агротехнических и гидромелиоративных мероприятий для выращивания запрограммированных урожаев. Находящаяся в почве вода по-разному связана с твердыми почвенными частицами, что определяет степень её подвижности и доступности растениям. Обычно выделяют следующие формы воды в почве
: 1. Парообразная вода
- содержится в виде водяного пара в почвенном воздухе, нередко насыщая его до 100 %, передвигается от мест с большей упругостью в места с меньшей упругостью водяных паров, в снабжении растений водой значения практически не имеет. 2. Кристаллизационная вода
- входит в состав минералов, неподвижна, растениям недоступна. 3. Прочносвязанная (гигроскопическая) вода
- образуется в результате адсорбции почвенными коллоидными частицами водяных паров из воздуха, покрывает эти частицы тонкими (слой в 1 - 3 молекулы) пленками, растениям недоступна. Максимальное количество гигроскопической воды, которое может поглотить и удержать почва, будучи помещена в атмосферу, насыщенную водяными парами (около 96 %), называется максимальной гигроскопичностью (МГ). Величина МГ позволяет определить обеспеченность растений водой: обычно полуторная - двойная максимальная гигроскопичность соответствует влажности устойчивого завядания растений (ВЗ), или «мертвому запасу» воды в почве, и учитывается при расчете норм полива. 4. Рыхлосвязанная (пленочная) вода
- образует вокруг почвенных частиц толстые (слой в несколько десятков молекул) пленки, удерживается на поверхности частиц в основном силой ориентированных молекул воды, слабо подвижна и малодоступна для растений. 5. Свободная вода (капиллярная и гравитационная)
- передвигается под действием капиллярных и гравитационных сил. Капиллярная вода - в капельно-жидком состоянии находится в капиллярах почвы, растениям доступна. Это наиболее благоприятная для растений форма почвенной влаги. Различают капиллярно-подвешенную и капиллярно-подпертую воду. Максимальное количество капиллярно-подвешенной влаги называется наименьшей, или предельной полевой влагоемкостью (НВ или ППВ), а капиллярно-подпертой - капиллярной влагоемкостью (КВ). Гравитационная вода
- занимает все некапиллярные промежутки между агрегатами (поры, пустоты) в почве, вытесняя воздух, растениям доступна, но, создавая анаэробные условия, вызывает угнетение, гибель растений из-за недостатка кислорода воздуха, заболачивание почвы. Наибольшее количество воды, которое содержится в почве при заполнении всех ее пор, пустот, называется полной влагоемкостью (ПВ). Регулирование водного режима при выращивании запрограммированных урожаев сельскохозяйственных культур на различных по увлажнению территориях осуществляют, используя комплекс технологических, arpo - и лесомелиоративных, гидромелиоративных (осушение, орошение) и других приемов. Количество и распределение атмосферных осадков, величина гидротермического коэффициента, а также нормы поливов учитываются при планировании урожайности сельскохозяйственных культур. Действительно возможный урожай - это урожай, который теоретически может быть обеспечен генетическим потенциалом сорта или гибрида и основным лимитирующим фактором. ДВУ всегда ниже ПУ. Определяют ДВУ по следующей формуле: УДВУ=http://po-teme.com.ua/images/adIIIin/image002_0_afbb2d280dcb85738c05a012d07de943.gif" alt="" width="29" height="29 src="> где, W - количество продуктивной для растений влаги, мм; Кв - коэффициент водопотребления, мм - га/ц. Коэффициент водопотребления (Кв) - количество влаги, затрачиваемое на формирование единицы сухой биомассы. Размерность (мм га/ц) взята произвольно. Этот коэффициент специфичен для каждой культуры и меняется в зависимости от климатических особенностей вегетационного периода, уровня почвенного плодородия, доз удобрений и других факторов. В частности, в определенных пределах справедливо утверждение, что растение затрачивает на создание единицы сухого вещества тем меньше воды, чем полнее удовлетворяются его потребности в других факторах жизнеобеспеченности. Чем ниже уровень агротехники и почвенного плодородия, тем коэффициент водопотребления в среднем выше. При отсутствии данных, которые отвечают условиям хозяйства (или еще лучше - поля, участка), можно пользоваться средними коэффициентами водопотребления. Для озимых пшеницы, ржи, ячменя, овса, а также для картофеля этот коэффициент равен 350 - 400, для кормовой свеклы, моркови, капусты, кукурузы, викоовсяной смеси на зеленый корм - 300 - 400, для многолетних трав на сено - 500 - 700. 2. Продуктивная влага и ее определение.
Количество продуктивной влаги определяют по данным выпадаемых в течение года осадков. Для этого месячные суммы осадков по агроклиматическим районам области суммируют и вычитают из полученной суммы непроизводительные расходы влаги. Годовое количество осадков не полностью используется растениями. Непроизводительные расходы влаги бывают за счет стока с талыми водами и во время ливневых осадков с полей, имеющих значительный уклон, а также испарения с поверхности почвы, не занятой растениями. По обобщенным данным, использование годового количества осадков на различных по механическому составу почвах колеблется от 42 до 88%. Остальные 12 - 58% составляют непроизводительные расходы. Болотные почвы обладают большей влагоемкостью, чем другие типы, и в них накапливается больше продуктивной влаги. Песчаные почвы имеют низкую влагоемкость, в них содержится лишь 42 - 48% влаги от годового количества осадков. Различная влагоемкость почв обусловливает и значительные колебания продуктивной влаги по агроклиматическим районам Московской области. Из-за неравномерности выпадающих осадков по территории области расчет действительно возможных урожаев по влагообеспеченности следует проводить дифференцированно для каждого хозяйства, а в дальнейшем и для каждого поля с учетом почвенных особенностей и рельефа местности. Следует отметить, что на нижней трети склона содержание влаги в почве всегда будет на 30% выше, чем на возвышенных полях. Такими же условиями влагообеспеченности обладают и пойменные почвы. Часто достоверные данные по урожайности получают, когда продуктивную влагу определяют как сумму: запасы доступной для растений влаги в метровом слое почвы в период сева или возобновления активной вегетации озимых культур и многолетних трав (\¥0) плюс влага осадков (Ос), которые выпадают за вегетационный период культуры. Количество продуктивной для растений влаги рассчитывают по формуле W
=
W
0
+ ОС
Например, к моменту возобновления вегетации озимой пшеницы в метровом слое суглинистых дерново-подзолистых почв содержится 212 мм продуктивной влаги (Wо). За период с третьей декады апреля по 1 августа в этом районе выпадает в среднем 220 мм осадков. Подставляя эти значения в формулу, определяют, что в большинстве лет на участках под пшеницей за вегетационный период накапливается 432 мм продуктивной влаги (W). Этот показатель близок к тому, который приведен в таблице. Продуктивная влага для растений - один из важнейших показателей урожайности. Поэтому ее используют для определения ДВУ. 1.
Использование расчетного водопотребления для программирования урожаев.
Для ряда районов причиной низких урожаев сельскохозяйственных культур является превышение расходов влаги почвой и растениями (суммарное водопотребление) над приходом ее с осадками. При программировании урожая наиболее важным и сложным моментом является определение водопотребления с целью установления дефицита водного баланса. Режим потребления воды растениями (Алпатьев, 1954) необходимо рассматривать с учетом двух взаимосвязанных факторов: в связи с ритмами развития растений и с учетом влияния экологических факторов. Суммарное водопотребление выражается формулой Е = Еисп +
E
тр.,
где, Еисп - испарение воды почвой, мм; Етр - расход воды на транспирацию, мм. Соотношение между указанными величинами постоянно меняется и зависит от густоты стояния растений, техники полива, механического состава почвы, прихода солнечной радиации и т. д. С целью расчета потребности растений в воде используют коэффициент водопотребления, который является отношением суммарного водопотребления (эвапотранспирация) к величине урожая: K =
Е/У
м3/т,
где, Е - эвапотранспирация за период вегетации, м3/га; У - величина урожая, т/га. Применяются следующие модификации коэффициента водопотребления (Кв): фазовый коэффициент водопотребления - Квф = ∑Eв/∆Уф биологический коэффициент водопотребления - Квб = ∑Ев/Убиол. продуктивный коэффициент водопотребления - Квт = ∑Ев/У хоз где ∑Ев - расход воды на суммарное испарение за период, фазу или вегетацию; ∆Уф - прирост вегетативной массы за период фазы; Убиол. - масса биологического урожая за период вегетации; Ухоз - масса товарной (хозяйственной) части урожая. В свою очередь суммарное водопотребление определяют по формуле Е = Кв∙У,
где: Е - суммарное водопотребление за период вегетации, м3/га; Кв - коэффициент водопотребления, м3/т; У - расчетная (планируемая) величина урожайности, т/га. Например, при Кв = 550 м3/т и планируемой величине урожайности зерна 5 т/га суммарное водопотребление составит Е = 550 5 = 2750 м3/га. Коэффициент водопотребления любой сельскохозяйственной культуры зависит от ряда факторов: он уменьшается или увеличивается в зависимости от уровня всего комплекса агротехники, в том числе от режима орошения, минерального питания, содержания междурядий у пропашных культур, от сорта и т. д. Пример расчета орошения рассмотрим по рекомендациям по выращиванию урожаев зерна кукурузы при орошении. В связи с повышенной требовательностью к теплу и свету и высокой транспирацией кукуруза очень отзывчива на орошение. Суммарное водопотребление ее на программируемый урожай определяется по формуле где Е - суммарное водопотребление, м3/га; Кв - коэффициент водопотребления, м3/ц; У - программируемый урожай, ц/га. При программируемой урожайности зерна 100 ц/га и коэффициенте водопотребления 50 - 60 суммарное водопотребление составит Е = 60 -100 = 6000 м3/га. Для условий Кубани потребность кукурузы в воде на 45 - 50% обеспечивается атмосферными осадками и запасом продуктивной влаги в почве. Нормы и сроки поливов определяются по влажности почвы: n
= 100
h
а (ППВ-В)
где: n - поливная норма, м3/га; h - активный слой почвы, м; а - объемная масса почвы, г/см3; ППВ - предельная поливная влажность к массе абсолютно сухой почвы, %; В - влажность почвы перед поливом к массе абсолютно сухой почвы, %. Наиболее активный корнеобитаемый слой почвы для кукурузы составляет 0,6 - 0,7 м. Для поддержания оптимальной влажности не ниже 75 – 80 % от ППВ (НВ) в указанном горизонте необходимо четыре - шесть поливов с нормой 500 - 600 м3/га. 4. Определение действительно возможной урожайности по биогидротермическому потенциалу
Существует тесная связь между приходом солнечной радиации, коэффициентом скрытой теплоты испарения и необходимым количеством воды, на основании которой можно рассчитать величину урожая. Солнечная радиация, влагообеспеченность и почвенные условия составляют единый комплекс по влиянию на величину урожая. A. M. Рябчиков предложил формулу, которая позволяет определить продуктивность фитомассы: Кр=
WTν
/36
R
где, Кр - биогидротермический потенциал продуктивности, балл; W - запас продуктивной влаги, мм; 36 - число декад в году; R - радиационный баланс за этот период (ккал/см); Tv - период вегетации (декады). Основные показатели, входящие в эту формулу, находят в сборниках «Агроклиматические ресурсы» и для каждого конкретного случая определяют потенциальные климатические возможности местности в формировании урожаев биомассы. Например, в Московской области посевы озимой пшеницы имеют запас продуктивной влаги 420 мм, радиационный баланс за период вегетации составляет 25,5 ккал/см2, число декад от весеннего отрастания до созревания 10. Подставив эти значения в формулу, получим Кр = 420∙10/36∙25,5 = 4,5 балла. Рассчитав балл продуктивности фитомассы по графику, находим величину биологической массы, которая составляет 11,5 т/га, при влажности 14 % - 13,11 т/га, при соотношении зерна к соломе 1:1,5 урожайность зерна составит 5,24 т/га. Породы
Содержание SiO, %
Характерные породы
Глубинные
Излившиеся
Ультраосновные
Менее 40
Дунит, пироксенит, перидотит
-
Основные
40-52
Габбро
Базальт, долерит
Средние
52-65
Диорит
Андезит
Кислые
Более 65
Гранит, гранодиорит
Дацит, липарит
Состав, строение и условия залегания горных пород зависят от формирующих их геологических процессов, происходящих в определённой обстановке внутри земной коры или на её поверхности. В соответствии с главными геологическими процессами, приводящими к образованию горных пород, среди них различают три генетических типа: магматические, осадочные и метаморфические.
Магматические породы
образовались непосредственно из магмы (расплавленной массы преимущественно силикатного состава), в результате ее охлаждения и застывания. В зависимости от условий застывания различают интрузивные (глубинные) и эффузивные (излившиеся) горные породы.
Скорость испарения с поверхности почвы
в первую очередь зависит от ее температуры, а также от влажности воздуха, скорости ветра, содержания воды в почве, ее физических свойств, состояния поверхности и наличия растительности. С увеличением влажности почвы при прочих равных условиях испарение возрастает. Темные почвы сильнее нагреваются солнцем и поэтому испаряют больше воды, чем светлые. Растительность, затеняя почву от солнечных лучей и ослабляя перемешивание воздуха, значительно уменьшает скорость испарения с поверхности почвы.
Es – упругость насыщения при температуре испаряющей поверхности;
е – фактическая упругость водяного пара в воздухе;
p – атмосферное давление.
Скорость испарения воды растениями
определяется в основном теми же факторами, что и скорость испарения с поверхности почвы, но благодаря своим регулирующим системам растения могут экономить воду, уменьшая транспирацию. Однако общий расход воды на транспирацию очень велик. На образование 1 кг сухого вещества растения тратят от 300 до 800 кг воды.
Сумма испарения воды с поверхности почвы и растениями называется суммарным испарением
. Суммарное испарение сельскохозяйственных полей обусловлено также мощностью растительного покрова, биологическими особенностями растений, глубиной корнеобитаемого слоя, агротехническими приемами возделывания растений и т.д.
Общее уравнение водного баланса имеет вид:
Левая часть уравнения включает приходные статьи водного баланса, правая расходные. Водный баланс характеризуется годовым циклом, после которого все процессы прихода и расхода влаги, слагающие его, повторяются хотя при необходимости водный баланс составляют для любого периода наблюдений.Во+Вос+Вгр+Вк+Впр+Вбок=В 1 +Вс+Ви+Вп+Еисп+Етр
Во+Вос+Вгр+Впр=В 1 +Ви+Вп+Еисп+Етр
В=а*ОМ*Н
ОЗВ = а 1 *ОМ 1 *Н 1 +а 2 *ОМ 2 *Н 2 +а 3 *ОМ3 3 *Н 3…. + аn
*ОМn
*Нn