И полную.
Максимальная адсорбционная влагоемкость (МАВ) — наибольшее количество воды, которое может быть удержано сорбционными силами на поверхности почвенных частиц. Соответствует прочносвязанной (адсорбированной) воде, содержащейся в почве.
Максимальная молекулярная влагоемкость (ММВ) — характеризует верхний предел содержания в почвах рыхлосвязанной (пленочной) воды, т. е. воды, удерживаемой силами молекулярного притяжения на поверхности почвенных частиц.
ММВ определяется в основном гранулометрическим составом почв. В глинистых почвах она может достигать 25—30%, в песчаных — не превышает 5—7%.
Капиллярная влагоемкость (KB) — наибольшее количество капиллярно-подпертой воды, которое может удерживаться в слое почвы, находящемся в пределах капиллярной каймы.
Определяется она в основном скважностью почв и грунтов. Кроме того, она зависит и от того, на каком расстоянии слой насыщенной влаги находится от зеркала грунтовых вод. Чем больше это расстояние, тем меньше КВ. При близком залегании грунтовых вод (1,5—2,0 м), когда капиллярная кайма смачивает толщу до поверхности, капиллярная влагоемкость наибольшая (для 1,5 м слоя среднесуглинистых почв 30—40%). KB не постоянна, так как находится в зависимости от уровня грунтовых вод.
Наименьшая влагоемкость (НВ) — наибольшее количество капиллярно-подвешенной влаги, которое может удержать почва после стекания избытка влаги при глубоком залегании грунтовых вод.
Термину наименьшая влагоемкость соответствуют термины полевая влагоемкость (ПВ), общая влагоемкость (ОВ) и предельная полевая влагоемкость (ППВ).
Наименьшая влагоемкость зависит главным образом от гранулометрического состава почв, от их оструктуренности и плотности (сложения). В почвах тяжелых по гранулометрическому составу, хорошо оструктуренных НВ почвы составляет 30—35. в почвах песчаных она не превышает 10—15%.
Наименьшая влагоемкость почв является очень важной гидрологической характеристикой почвы. С ней связано понятие о дефиците влаги в почве, по НВ рассчитываются поливные нормы.
Дефицит влаги в почве представляет собой величину, равную разности между наименьшей влагоемкостью и фактической влажностью почвы.
Оптимальной влажностью считается влажность почвы, составляющая 70—100% наименьшей влагоемкости.
Полная влагоемкость (ПВ) — наибольшее количество влаги, которое может содержаться в почве при условии заполнения ею всех пор, за исключением пор с защемленным воздухом, которые составляют, как правило, не более 5—8% от общей порозности.
Полная влагоемкость колеблется в пределах 40—50%, в отдельных случаях она может возрасти до 80 или опуститься до 30%.
1.2.2.Водоподъемная способность
Водоподъемная способность — свойство почвы вызывать капиллярный подъем влаги. Стенки почвенных капилляров хорошо смачиваются водой, поэтому в них создаются вогнутые мениски, на поверхности которых развивается поверхностное натяжение. Величина его зависит от радиуса капилляров.
Водоподъемная способность определяется агрегатностью, механическим составом и сложением почвы, обусловливающими ее пористость. Чем тоньше поры почв, тем выше поднимается в них вода.
Максимальная высота капиллярного подъема для песчаных почв 0,5—0,7 м, для суглинистых 3—6 м.
Благодаря капиллярным явлениям и водоподъемной способности почв грунтовые воды оказывают большое влияние на почвообразование и развитие агрономических свойств почв.
Грунтовые воды могут ухудшать плодородие почв. В случае переувлажнения (в результате капиллярного подтока влаги) в почвах развиваются восстановительные процессы, приводящие к частичному или сплошному оглеению их горизонтов. Повышенная минерализация грунтовых вод может вызвать при их капиллярном подъеме засоление почв.
1.2.3.Водопроницаемость
Водопроницаемость - способность почвы воспринимать и пропускать через себя воду.
В процессе водопроницаемости различают впитывание влаги и ее фильтрацию (просачивание).
Впитывание — это поступление воды в почву, не насыщенную влагой;
фильтрация же начинается с момента, когда большая часть пор почвы данного слоя заполнена водой.
Водопроницаемость измеряется количеством влаги, поступившей в почву с ее поверхности. В первый период она обычно очень велика, а затем постепенно уменьшается и к моменту полного насыщения, т. е. к началу фильтрации, становится почти постоянной.
Свойство водопроницаемости может играть как положительную, так и отрицательную роль. При недостаточной водопроницаемости влага застаивается на поверхности почвы или стекает по уклону местности.
В первом случае создаются условия для вымочек посевов, во втором — происходит смыв и размыв почвы, т. е. ее эрозия.
При очень высокой водопроницаемости влага выпадающих осадков быстро опускается за пределы корневой системы растений и становится для них бесполезной. Особенно отрицательно сказывается высокая водопроницаемость почвы в районах орошаемого земледелия, где она приводит к большой потере воды из водоемов и каналов, вызывает повышение уровня грунтовых вод, что приводит к засолению и заболачиванию почв.
Водопроницаемость зависит от механического состава, структуры, сложения и минералогического и катионного состава почв. Лучше всего она выражена на почвах легкого механического состава, хуже — в суглинистых и глинистых, особенно если последние бесструктурны.
Суглинистые и глинистые почвы, имеющие водопрочную структуру, обладают высокой водопроницаемостью.
Сильно снижают водопроницаемость так называемая плужная подошва, солонцеватые и солонцовые горизонты. Весной при таянии снега и в период оттепелей снижает водопроницаемость наличие мерзлоты или мерзлых прослоек в почве, в результате чего значительная часть талых вод, не впитываясь, стекает по поверхности почвы.
1.3.Почвенно-гидрологические константы
Граничные значения влажности, характеризующие пределы появления различных категорий и форм почвенной влаги, называют почвенно-гидрологическими константами.
Они представляют собой точки на шкале влажности почвы, при которых количественные изменения в подвижности воды переходят в качественные отличия, называют почвенно-гидрологическими константами.
В агрономической практике величинами почвенно-гидрологических констант характеризуются пределы доступности влаги для растений. Выражают в процентах от массы или объема почвы.
Основными почвенно-гидрологическими константами являются:
Максимальная адсорбционная влагоемкость (МАВ),
максимальная гигроскопичность (МГ),
влажность завядания (ВЗ),
влажность разрыва капилляров (ВРК),
наименьшая влагоемкость (НВ),
полная влагоемкость (ПВ).
Максимальная гигроскопичность (МГ) — характеризует предельно возможное количество парообразной воды, которое почва может поглотить из воздуха, почти насыщенного водяным паром. Это «мертвый запас влаги».
Влажность устойчивого завядания, или влажность завядания (ВЗ), — влажность, при которой растения проявляют признаки устойчивого завядания, т. е. такого завядания, когда его признаки не исчезают даже после помещения растения в благоприятные условия. Численно ВЗ равна примерно 1,5 максимальной гигроскопичности. Эту величину называют также коэффициентом завядания.
Содержание воды в почве, соответствующее влажности завядания, является нижним пределом доступной для растений влаги
Так, в глинах ВЗ составляет 20—30%, в суглинках— 10—12, в песках—1—3, у торфов — до 60—80%.
Влажность разрыва капилляров (ВРК) Влажность разрыва капилляров — это влажность, при которой подвижность капиллярной воды в процессе снижения влажности резко уменьшается. Вода, однако, остается в мельчайших порах, в углах стыка частиц (мениски стыковой влаги). Эта влага неподвижна, но физиологически доступна корешкам растений.
1.4. Водный режим
Водным режимом почвы называется совокупность происходящих в ней процессов поступления, передвижения, физического превращения, удержания и расхода воды. Количественно его выражают с помощью расчетов баланса воды.
Баланс воды в почве — это соотношение между количеством влаги, которое поступает в почву за определенный период времени, и количеством воды, которое расходуется из нее за то же время.
1.5.Типы водного режима и его регулирование
Основным показателем, характеризующим водный режим почв различных климатических зон, является коэффициент увлажнения (КУ) — отношение количества осадков, выпадающих на поверхность почвы в течение одного года, к количеству воды, испаряющейся из нее за тот же период.
Коэффициент увлажнения почв разных почвенно-климатических зон находится впределах 0,1—3. Чем он выше, тем большими запасами влаги обладает почва. В зависимости от коэффициента увлажнения различают
мерзлотный, водозастойный, периодически водозастойный, промывной, периодически промывной, непромывной, аридный, выпотной и ирригационный и другие типы водного режима почв, которые в свою очередь могут делиться на подтипы.
Мерзлотный тип.Характерен для районов, в которых распространена многолетняя мерзлота. В таких условиях оттаивает только верхняя часть почвы, под которой находится замерзший слой почвогрунта.
Этот слой не пропускает через себя воду, и поэтому оттаявшая часть почвы практически весь вегетационный период насыщена водой.
Водозастойныйтип. Присущ для болотных почв атмосферного или некоторых болотных почв грунтового увлажнения. При таком типе водного режима влажность почвы в течение всего года находится в пределах полной влагоемкости и лишь в некоторые отдельные годы опускается до наименьшей влагоемкости.
Периодическиводозастойный тип. Наблюдается в болотных почвах грунтового увлажнения, для которых свойственны сезонные колебания уровня грунтовых вод, при этом влажность почвы изменяется от полной до наименьшей влагоемкости. В отдельные годы влажность верхнего горизонта может опускаться ниже наименьшей влагоемкости.
Промывной тип.Распространен на территориях, где сумма годовых остатков значительно превышает количество воды, испаряющейся из почвы (КУ > 1). Именно в почвах этих территорий нисходящие потоки воды преобладают над восходящими. Каждую весну и осень вся толща таких почв промачивается до грунтовых вод. В условиях Беларуси это приводит к развитию подзолообразовательного процесса и выщелачиванию многих продуктов почвообразования.
При КУ > 1 и близком залегании грунтовых вод или плохой водопроницаемости почвенно-грунтовой толщи формируется болотный подтип водного режима. Он характерен, например, для болотных и подзолисто-болотных почв.
Периодически промывной тип.При периодически промывном водном режиме КУ находится в пределах 0,8—1,2. Он, как правило, характеризуется ограниченным промачиванием почвенно-грунтовой толщи.
Сквозное промачивание почвы избыточным количеством осадков наблюдается 1—2 раза в течение нескольких лет. Такой тип водного режима присущ влажным тропическим саваннам.
Непромывной тип.Характерен для районов, в которых осадки распределяются только в верхних горизонтах почв и не достигают грунтовых вод.
Связь между влагой, поступившей в почву из атмосферы, и грунтовыми водами осуществляется в почве через слой, влажность которого близка к влажности устойчивого завядания растений (КУ < 1). Примером таких почв служат черноземы степной зоны, бурые полупустынные и серо-бурые пустынные почвы.
Аридный тип.Встречается в полупустынях и пустынях. В течение года влажность всего почвенного профиля близка к влажности завядания.
Выпотной тип.Характеризуется коэффициентом увлажнения, значительно меньшим единицы. Он проявляется в засушливых районах при близком стоянии грунтовых вод.
При выпотном типе водного режима вода грунтовых вод поступает по капиллярам к поверхности почвы и испаряется. Возникает ее восходящий ток.
Если при этом грунтовые воды отличаются высокой степенью минерализации, то после их испарения в верхнем горизонте почвы могут накапливаться растворимые в воде соли.
Десуктивно-выпотной тип. В отличие от выпотного типа водного режима, капиллярная кайма грунтовых вод не выходит на поверхность и испаряется не физически, а через отсос влаги корнями растений. Присутствующие в грунтовых водах соли накапливаются не на поверхности почвы, а на некоторой глубине в почвенном профиле.
Такой тип водного режима характерен для лугово-черноземных, лугово-каштановых инекоторых других полугидроморфных почв.
Паводковый тип.Свойствен почвам, периодически затапливаемым речными, склоновыми, дождевыми или иными водами.
Амфибиальный тип.Формируется в постоянно затопленных участках дельт рек, морских и озерных мелководий или в периодически затопляемых приливными водами манграх. Несмотря на то что поверхностные воды на некоторое время могут стекать, почвы в таких условиях находятся в постоянном переувлажнении.
Ирригационный тип.Создается человеком при поливе почв. Отличается частой сменой нисходящих и восходящих токов воды. Оптимизация водного режима почв достигается за счет искусственного изменения приходных и расходных статей баланса воды. При этом учитывается как потребность сельскохозяйственных растений в воде, так и особенности почвенных и климатических условий зоны.
Осушительный тип.Характерен для искусственно осушенных болотных и заболоченных почв. В условиях Беларуси улучшение водного режима территорий, с одной стороны, направлено на их осушение, а с другой — на дополнительное обеспечение влагой.
Регулирование водного режима почв
Регулирование водного режима почвосуществляется комплексом приемов, направленных на устранение неблагоприятных условий водоснабжения растений. Искусственно изменяя приходные и особенно расходные статьи водного баланса, можно существенно влиять на общие и 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 оптимальных условий роста и развития культурных растений необходимо стремиться к уравниванию количества влаги, поступающей в почву, с ее расходом на транспирацию и физическое испарение, т. е. созданию коэффициента увлажнения, близкого к единице. Это достигается осушением избыточно влажных почв и орошением почв засушливых областей.
Регулируя плотность пахотного слоя, можно либо сохранить влагу в почве, либо увеличить расход ее путем физического испарения.
В конкретных почвенно-климатических условиях разрабатываются способы регулирования водного режима почв. Почвы болотного типа, а также участки почв с близким залеганием грунтовых вод нуждаются в осушительных мелиорациях — устройстве закрытого дренажа или использовании открытых дрен для отвода избыточной влаги.
Улучшению водного режима слабодренированных территорий зоны избыточного увлажнения способствуют планировка поверхности почвы и нивелировка микро- и мезопонижений, в которых весной и после летних дождей наблюдается длительный застой воды.
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.
Все приемы окультуривания почвы (создание глубокого пахотного слоя, улучшение агрегатности, увеличение общей пористости, рыхление подпахотного горизонта и др.) повышают ее влагоемкость и способствуют накоплению больших продуктивных запасов влаги в корнеобитаемом слое.
В зоне неустойчивого увлажнения регулирование водного режима направлено на максимальное накопление влаги в почве и на рациональное ее использование. Одним из наиболее распространенных способов влагонакопления является задержание снега и талых вод.
Для уменьшения поверхностного стока воды применяются зяблевая вспашка поперек склонов, обвалование, ячеистая обработка почвы и другие приемы.
Исключительная роль в накоплении почвенной влаги принадлежит полезащитным лесным полосам.
2.Почвенный раствор
Почвенный раствор — жидкая фаза почвы — служит непосредственным источником питательных веществ для растений, и поэтому их рост и развитие непосредственно зависят от его состава и концентрации.
Он имеет большое значение в перемещении продуктов почвообразования по профилю, участвует в динамике разнообразных почвенных процессов.
Методы выделения почвенного раствора затруднительны и несовершенны. В сравнительно неизменном виде его можно выделить:
1) давлением сжатого газа;
2) прессом;
3) замещением различными жидкостями (этиловым спиртом);
4) центробежной силой.
Практически применяются второй и третий методы. Центрифугирование возможно лишь для почв с влажностью, близкой к полной влагоемкости. Это первая группа методов.
Вторая группа методов включает лизиметрические методы, когда собирают просачивающуюся через почву атмосферную влагу в специальном приемнике. Для этого применяют различные лизиметры.
Третья группа включает методы выделения почвенного раствора водой. На основе водной вытяжки из почвы можно получить лишь относительное представление о содержании в ней водорастворимых веществ. Чаще применяют водные вытяжки при соотношении почва : вода =1:5. Они широко используются для определения легкодоступных для растений питательных элементов и легкорастворимых токсичных солей.
Почвенные растворы — подвижная система, состав которой меняется по сезонам года, что связано с сезонными изменениями тепла и влаги, поступлением органических остатков и процессов их трансформации.
Состав почвенного раствора, его реакция и концентрация определяются всей совокупностью происходящих в почве процессов и характера поступления воды в те или иные горизонты почв, поэтому состав и концентрация почвенного раствора отличаются непостоянством, динамичностью и разнообразием.
В него входят органические, минеральные и органоминеральные соединения как в состоянии истинных, так и коллоидных растворов.
Концентрация почвенного раствора невелика: около 0,1— 0,3 г/л и редко достигает 1 г/л.
3.Окислительно-восстановительные процессы в почвах
В почве широко развиты окислительно-восстановительные процессы, и в этом отношении ее можно рассматривать как сложную окислительно-восстановительную систему. Как известно, процессами окисления называются:
1) присоединение кислорода:
2) отдача водорода:
3) отдача электронов без участия водорода и кислорода:
Обратные процессы объединяются в понятие «восстановление». В общей схеме обычно окисление принято рассматривать как отдачу электронов, а восстановление — как их присоединение:
Окислительные процессы широко развиты при явлениях превращения органического вещества в почве. Так, в почве возможно окисление смол и соединений непредельного ряда; окисление дубильных веществ, сахаров, аминокислот, белков и других соединений, входящих в состав растительных остатков. Гумификация представляет собой в целом процесс окислительный.
Главными условиями, определяющими интенсивность и направленность окислительно-восстановительных процессов, являются состояние увлажнения и аэрации почв, а также содержание в них органического вещества и температура, при которой протекают биохимические реакции.
Ухудшение аэрации в результате повышения влажности почвы, ее уплотнения, образования корки и других причин ведет к снижению окислительно-восстановительного потенциала. Наиболее резко он падает в почвах при влажности, близкой к полной влагоемкости, когда нарушается нормальный газообмен почвенного воздуха с атмосферным.
Для количественной характеристики окислительно-восстановительного состояния почвы пользуются определением величины окислительно-восстановительного потенциала, который отражает суммарный эффект разнообразных окислительно-восстановительных систем почвы в данный момент.
При количественной характеристике окислительно-восстановительного состояния почвы через Eh величину ОВ потенциала выражают вмилливольтах.
Различные почвы характеризуются своими особенностями в развитии окислительно-восстановительных процессов.
Сезонная изменчивость водно-воздушного, температурного и микробиологического режимов определяет динамику окислительно-восстановительных процессов в почвах, т. е. их окислительно-восстановительный режим.
Под окислительно-восстановительным режимом почв следует понимать соотношение окислительно-восстановительных процессов в почвенном профиле в годичном цикле почвообразования.
Различают следующие типы - окислительно-восстановительного режима почв:
1) почвы с абсолютным господством окислительной обстановки — автоморфные почвы степей, полупустынь и пустынь (черноземы, каштановые серо-коричневые, бурые полупустынные, сероземы, серо-бурые и др.).
2) почвы с господством окислительных условий при возможном проявлении восстановительных процессов в отдельные влажные годы
или сезоны (автоморфные почвы таежно-лесной зоны, влажных субтропиков, лиственно-лесной и буроземно-лесной зон);
3) почвы с контрастным окислительно-восстановительным режимом (полугидроморфные почвы различных зон).
Наиболее контрастной динамикой окислительно-восстановительных процессов характеризуются почвы с явлениями временного избыточного увлажнения.
Такие почвы широко распространены среди подзолистых, дерново-подзолистых, бурых лесных, солодей, солонцов и других типов почв;
4) почвы с устойчивым восстановительным режимом (болотные и гидроморфные солончаки).
Окислительно-восстановительные процессы оказывают большое влияние на почвообразовательный процесс и плодородие почв.
С этими процессами тесно связаны превращение растительных остатков, темпы накопления и состав образующихся органических веществ, а следовательно, и формирование профиля почв.
Избыточное увлажнение и низкие значения ОВ потенциала замедляют разложение растительных остатков, способствуют образованию наиболее подвижных и активных форм органических веществ, переходу гуминовых кислот в фульвокислоты. С развитием окислительно-восстановительных процессов связано также превращение соединений азота, серы, фосфора, железа, марганца в почвах.
Знание величины ОВ потенциала почв позволяет судить об общей направленности окислительно-восстановительных процессов и определять необходимость применения мероприятий по регулированию окислительно-восстановительного режима почвы.
4.Почвенный воздух
Являясь антагонистом воды, воздух всегда занимает поры, свободные от почвенного раствора. Поэтому его количество в почве зависит как от размера пор, так и от влажности почвы.
С увеличением влажности вода начинает вытеснять почвенный воздух и содержание воздуха в почве уменьшается. В сухих почвах содержание воздуха максимально и в зависимости от пористости может колебаться в пределах 25—90% от объема почвы.
В почву поступает воздух из атмосферы, однако по своему газовому составу значительно отличается от нее. Это отличие в первую очередь объясняется тем, что корни растений, обитающие в почве животные и аэробные микроорганизмы дышат. Они используют кислород почвенного воздуха и выделяют углекислый газ.
Для того чтобы это дыхание было непрерывным, количество кислорода в почвенном воздухе должно постоянно пополняться из приземных слоев атмосферы.
Это происходит в результате обмена почвенного воздуха на атмосферный. Такой процесс называется газообменом или аэрацией почвы.
Воздух — это очень важная составная часть почвы. Без него, ив первую очередь без кислорода, угнетаются растения, замедляется рост корней, ухудшается потребление растениями воды ирастворенных в ней питательных веществ.
В почве начинают протекать восстановительные процессы, резко снижается ее плодородие, поэтому вопросам аэрации почвы должно уделяться большое внимание. При этом необходимо четко представлять формы, в которых воздух может находиться в почве, знать особенности его газового состава, свойства и пути регулирования воздушного режима.
3.1.Формы почвенного воздуха
Воздух может находиться в почве в четырех состояниях — свободном, свободном защемленном, адсорбированном и растворенном.
Свободный почвенный воздух.Это воздух, который свободно перемещается по почвенным порам и обменивается с атмосферой. Именно за счет него происходит аэрация почвы.
Свободный защемленный почвенныйвоздух. При увлажнении почвы часть свободного воздуха может быть изолирована с помощью водяных пробок. Такой воздух называется защемленным.
Его объем зависит от гранулометрического состава почвы и может быть найден по разности между общей пористостью почвы и объемом пор, занятых водой.
В среднем объем защемленного воздуха колеблется от 5 до 8%, достигая своего максимума (12%) в глинистых почвах с плотной упаковкой. Вследствие изолированности эта форма воздуха почти не участвует в аэрации почвы.
Адсорбированный почвенный воздух.Эта форма воздуха представлена газами, адсорбированными на поверхности почвенных частиц. Его количество зависит от гранулометрического состава почвы и содержания в ней органического вещества. Чем меньше размер почвенных частиц и в почве больше гумуса, тем больше адсорбированного воздуха может находиться в ней.
Растворенный почвенный воздух.Это газы, которые растворены в почвенной влаге. Они почти не участвуют в газообмене с атмосферой, так как их диффузия в водной среде происходит очень медленно.
Тем не менее растворенный почвенный воздух играет важную роль как в обеспечении многих физико-химических процессов, происходящих в самой почве, так и в обеспечении физиологических потребностей растений, микроорганизмов и почвенных животных.