8 месяцев назад
Нету коментариев

Все рассмотренные водные константы, за исключени­ем водопроницаемости и коэффициента фильтрации, выражаются в процентах от веса сухой почвы или грунта.

Выше было указано и на то, что водные константы должны определяться в почвенно-грунтовой толще пос­лойно. Между тем растения охватывают своими корнями всю почвенную толщу. Поэтому при решении некоторых вопросов почвенной гидрологии, связанных с выращива­нием растений, например с влагообеспеченностью послед­них, мы должны владеть методами, позволяющими оха­рактеризовать ту или иную водную константу применительно ко всему корнеобитаемому слою, ко всей почве, а иногда и ко всей почвенно-грунтовой толще до глуби­ны залегания грунтовых вод.

При решении таких задач можно было бы, казалось, прибегнуть к вычислению среднего значения соответст­вующих констант из значений, относящихся к отдельным слоям или генетическим горизонтам почвы. Такие средние величины были бы, однако, чисто фиктивными, так как они относились бы к толще, заведомо неоднородной в от­ношении интересующих нас свойств. Кроме того, процент­ное содержание влаги не дает представления о том общем количестве влаги, которое может быть использовано ра­стениями или, наоборот, остается для них недоступным или трудно доступным.

Поэтому мы в таких случаях прибегаем к другому способу выражения водных констант и влажности почвы или грунта — к методу вычисления запасов влаги, соответствующих той или иной константе, с которыми можно сопоставить запас влаги в почве или грунте в тот или иной момент.

Основными величинами, которые необходимы для та­ких расчетов, являются:

1) удельный вес почвы или грунта (УВ);

2) объемный вес почвы или грунта (ОВ), выра­жается в г/см3 при естественном сложении почвы или грунта;

3) порозность почвы (П), выражается в процентах от объема почвы или грунта;

4) максимальная гигроскопичность (МГ), выражает­ся в процентах от веса сухой почвы или грунта;

5) влажность разрыва капиллярной связи (ВРК), вы­ражается так же;

6) наименьшая влагоемкость (НВ), выражается так же;

7) влажность завядания (ВЗ), выражается так же;

8) полная влагоемкость (ПВ), выражается так же;

9) полевая влажность в данный момент (В), выра­жается так же;

10) диапазон активной влажности (ДАВ), выражается так же.

Все эти величины, как мы уже знаем, принято опреде­лять для каждого 10-сантиметрового слоя почвы или грунта с учетом границ генетических горизонтов почв или отдельных членов наноса грунтовой толщи. Глубина, до которой должны быть определены эти величины, зависит от типа почвы, целей исследования и природных условий, В условиях лесной зоны эта глубина по большей части может ограничиваться 1,5 м, самое большее — 2 м. В условиях лесостепной, степной и полупустынной зон, учитывая глубину проникновения корней некоторых трав, а также древесных растений, эта глубина должна достигать 3—4 м, а иногда и более. При залегании уров­ня грунтовых вод на глубине не свыше 6 — 8 мобразцы берутся до этой глубины, в особенности при почвенно-мелиоративных исследованиях.

Из перечисленных выше величин непосредственно определяются удельный и объемный веса почвы, макси­мальная гигроскопичность, влажность завядания, на­именьшаявлагоемкость и полевая влажность в данный момент.

Порозность почвы и полная влагоемкость вычисляют­ся по удельному и объемному весам почвы.

Если влажность завядания определяется эксперимен­тально, то максимальную гигроскопичность определять не обязательно. Максимальная гигроскопичность может слу­жить для косвенного определения влажности завядания, для чего МГ умножают на эмпирический коэффициент. Диапазон активной влажности вычисляется по разности между наименьшей влагоемкостью и влажностью завя­дания.

Возьмем 1 см3 почвы или грунта в их естественном сложении. Он весит [ОВ] г., а удельный вес почвы или грунта равен [УВ]. Следовательно, объем, занимае­мый твердыми частицами в 1 см3, будет равен [ОВ]/[УВ]см3, а объем, занимаемый порами, 1 — [ОВ]/[УВ] см3. Умножив эту величину на 100, получаем величину порозности [П] в процентах от объема почвы:

[П]=[1 — [ОВ]/[УВ]]100%

Зная порозность, мы можем вычислить и полную вла­гоемкость [ПВ] .B 100 см3 почвы с ненарушенным есте­ственным сложением поры занимают [1 — [ОВ]/[УВ]]100 см3. Вода, которая может занять эти поры при влажности, равной [ПВ], будет весить, очевидно, [1 — [ОВ]/[УВ]]100 г = [П] г. Объемный вес почвы равен [ОВ] г/см3. Сле­довательно, 100 см3 почвы весят [ОВ]100 г. Отсюда [ПВ] = [П]/[ОВ]100% от веса сухой почвы или [ПВ][1 — [ОВ]/[УВ]]100/[ОВ]100=[ОВ]—[УВ]/[ОВ]•[УВ]100% от веса сухой почвы.

Если [ВЗ] не определялась экспериментально, ее можно вычислить из величины [МГ]. Для этого последнюю умножают на эмпирический коэффициент, равный отно­шению [ВЗ]/[МГ]Величина этого отношения различна для разных почв и разных культур. Однако чаще всего она лежит в пределах 1,2—1,5. Поэтому эмпирический коэф­фициент обычно принимают равным 1,35 или 1,50.

Теперь все интересующие нас водные свойства имеют количественную характеристику, будучи выражены в процентах от веса сухой почвы.

В табл. 5 в графах 6—10 приводятся эти данные для мощного чернозема Курской области, который взят в качестве примера.

T_005

T_005_a

Переходим теперь к вопросу о вычислении запасов влаги. Они могут выражаться либо в м3/га, либо в мил­лиметрах водного слоя. Последний способ удобнее, так как получающиеся величины, во-первых, не зависят от площади, а во-вторых, могут непосредственно сопостав­ляться с величинами атмосферных осадков, которые, как известно, тоже выражаются в миллиметрах водного слоя.

Вычисление запаса влаги производится следующим образом:

Пусть [К] есть константа, для которой мы хотим сде­лать расчет, выраженная в процентах от веса сухой поч­вы, а [М] — мощность слоя почвы в сантиметрах, для которого определена величина [К].

Представим себе призму почвы с основанием в 1 дм2 и высотой [М] ом. Ее объем будет, очевидно, равен 100 [М] см3, а вес сухой почвы в этом объеме 100•[М]•[ОВ] г. Если константа равна [К]% от веса сухой почвы, то при влажности почвы, равной [К], в призме будет содержаться:

100•[М]•[ОВ]•[К]/100=[М]•[0М]•[К] г или смводы

При площади призмы, равной по условию 100 см2, эта вода занимает слой толщиной

[М]•[0М]•[К]/100 см или

[М]•[0М]•[К]•10/100=[М]•[0М]•[К]/10 мм.

Такие вычисления необходимо сделать для каждого слоя и для каждой водной константы. Подставляя в эту формулу вместо [К] величины [ВЗ], [НВ], [ВРК] и т. д., выраженные в процентах от веса сухой почвы, получим величины запасов влаги в данном слое, соответствующие этим константам. Совершенно так же вычисляется и за­пас влаги, соответствующий естественной влажности в тот или иной интересующий нас момент.

Полученные величины мы может теперь просуммиро­вать для слоя почвы или грунта любой мощности. В табл. 5 (графы 11 —15) эти суммы даны по полуметро­вым слоям.

Величины запасов влаги, вычисленные в миллимет­рах водного слоя, очень легко пересчитать в м3/га. Так как 1 мм водного слоя на 1 га соответствует 10 м3, то, умножив величину запаса, выраженную в миллиметрах водного слоя, на 10, мы получим запас влаги в м3/га.

Сопоставляя величины запаса влаги в почве в то или иное время с величинами запасов, соответствующими водным константам, в особенности ВЗ и НВ, мы можем объективно количественно охарактеризовать степень обес­печенности растений влагой.

Пример такой характеристики дается в табл. 5 (графы 16— 19).

В графе 16 дается влажность почвы в процентах от веса сухой почвы в момент сильной засухи. В графе 17 даны общие запасы влаги в этот же момент. Величины запаса получены путем умножения влажности, выражен­ной в процентах от веса почвы, на объемный вес и на мощность слоя в сантиметрах.

Однако по величинам общих запасов влаги нельзя судить о влагообеспеченности растений, ибо мы не знаем, сколько в этом запасе имеется доступной для растений влаги. Для ответа на этот вопрос в графе 18 вычислен за­пас влаги доступной. Эти величины получены путем вы­читания из общего запаса влаги (графа 17) запаса, соот­ветствующего величине ВЗ (графа 12). Сопоставляя за­пасы доступной влаги с запасами, соответствующими ДАВ, мы видим, что во всей 2,5-метровой толще ее оста­лось всего лишь 162 мм, при ДАВ, равном 503 мм. Сле­довательно, примерно, две трети всей доступной влаги, которая может удерживаться почвой, к этому моменту из 2,5-метровой толщи были израсходованы. При этом в слое 0 — 50 см запас доступной влаги равен 7 мм, т. е. почти не отличается от нуля. В слое 50 — 100 см он весьма мал и достигает лишь 20 мм. В глубже лежащих слоях величина его постепенно возрастает, но даже в слое 200 — 250 см осталось лишь немногим больше половины запаса, соответствующего ДАВ (54 из 96 мм).

Последняя графа (19) таблицы показывает, сколько влаги не хватает до запаса, соответствующего НВ, т. е. до наибольшего запаса, который может быть удержан почвой.

Эти цифры говорят о том, сколько влаги нужно вве­сти в почву, например, путем орошения, чтобы довести влагообеспеченность до возможного максимума, кото­рый в этих условиях является одновременно и оптиму­мом. Если в соответствии с потребностями культуры и присущей ей мощности корнеобитаемого слоя окажется необходимым довести запас влаги до максимальной вели­чины в слое, например, 150 см, то нужно дать полив в размере 116 + 79 + 55 = 250 мм, т. е. 2500 м3/га.

Фактическая поливная норма должна быть несколько выше за счет потерь на испарение во время полива, на фильтрацию в подводящей сети и т. д.

Помимо почвенно-гидрологических подсчетов, пример которых мы только что приводили, водные константы почв и грунтов бывают необходимы для суждения о ка­честве влаги, содержащейся в почве или грунте при данной влажности.

Представим себе такой случай, когда слой песка под­стилается слоем суглинка. Влажность песчаного слоя пусть равна 7%, а суглинка — 15%. В каком направле­нии будет двигаться влага — из песка в суглинок или на­оборот?

Судя по приведенным цифрам, суглинок как будто «влажнее» песка и поэтому «более сухой» песок должен, казалось бы, высасывать влагу из суглинка. Однако на самом деле это не так. Сопоставим названные влажности с такой константой, как наименьшая влагоемкость. Ее величины, допустим, равны: для песка — 5%, для су­глинка — 20%. Следовательно, влажность песка выше, чем НВ, а суглинка — ниже. Значит, в песке есть свобод­ная гравитационная влага, в суглинке же ее нет и имеется только влага связанная. Поэтому влага будет передвигаться из песка в суглинок, хотя первый из них и является как будто более сухим, судя по величинам ве­совой влажности.

Из этого примера видно, что о свойствах и поведении влаги в почвах и грунтах нельзя судить по цифрам абсо­лютной влажности. Эти цифры не могут дать нам истин­ного представления о том, какая почва «суше» или «влаж­нее». Поясним, что в данном случае, говоря о «сухо­сти» или «влажности» почвы, мы имеем в виду величину той силы, с которой влага удерживается в почве при дан­ной влажности. Чем почва влажнее, тем эта сила мень­ше. Она становится равной нулю при влажности почвы, равной ПВ, и, наоборот, достигает своей наибольшей ве­личины в почве совершенно сухой.

Можно считать, что при влажности, равной той или иной константе, влага в различных почвах удерживает­ся, примерно, с одной и той же силой, независимо от свойств почвы и абсолютной величины влажности.

Иными словами, мы должны уметь вычислять не только абсолютную влажность почв и грунтов (которая выражается в процентах от веса сухой почвы), но и их относительную влажность: по ней мы судим о той силе, с которой влага удерживается в почве. Прямое измерение этих сил возможно, но довольно слож­но. Проще определять относительную влажность путем сопоставления влажности с величинами водных констант. Для этого приходится пользоваться такими константами, как МГ, ВЗ, ВРК, НВ и ПВ.

Наиболее простым случаем является тот, когда срав­ниваемые влажности лежат в различных интервалах это­го ряда, как это имело место в рассмотренном выше при­мере, где влажность песка находилась в интервале НВ — ПВ, а влажность суглинка в интервале ВЗ — НВ. В тех случаях, когда сравниваемые влажности лежат в од­ном и том же интервале, приходится прибегать к рас­чету, определяя, в какой части интервала лежит каждая из них.

Приведем пример такого расчета.

Допустим, что сравнивается влажность двух суглин­ков. Для них известны влажности завядания, равные 6% для первого и 12% для второго, и величины НВ, равные соответственно 18% и 22%. Сравниваемые величины абсолютных влажностей равны 13% для первого и 16% для второго. Какой из суглинков относительно влажнее?

Вычислим, в каких частях интервалов ВЗ — НВ ле­жат влажности этих суглинков.

У первого суглинка абсолютная влажность превышает ВЗ на 13 — 6 = 7%, а весь интервал НВ—ВЗ равен 18 — 6 = 12%. Следовательно, влажность этого суглин­ка превышаетВЗ на 7/12, что равно 0,58 всей величины интервала. Для второго суглинка таким же путем найдем величину, равную 16-12/22-12= 0,4 интервала НВ—ВЗ.

Следовательно, первый суглинок относительно влажнее, хотя его абсолютная влажность и ниже.

comments powered by HyperComments