Агрофак

ПОМОЩНИК АГРОНОМА

  • Увеличить размер шрифта
  • Размер шрифта по умолчанию
  • Уменьшить размер шрифта
Home Почвоведение Свойства почв Нисходящие движения гравитационной воды

Нисходящие движения гравитационной воды

Проницаемость. Она выражается скоростью впитывания гравитационной воды и тем выше, чем больше некапиллярная порозность. Это легко объяснить, если вспомнить, что гравитационная вода заполняет некапиллярные пустоты в почве.

Последние исследования продемонстрировали первостепенную по сравнению с механическим составом роль структуры в формировании проницаемости. Почвы с устойчивой структурой в общем хорошо проницаемы, в то время как слитые почвы или почвы с раздельночастичной структурой мало проницаемы. Особенно заметна роль структуры у почв с неблагоприятным механическим составом: малогумусные почвы легко распыляются (распыленные земли), песчаные в некоторых случаях (закупорка крупных пор пылеватыми фракциями) могут превратиться в малопроницаемые. Подобные факты описывались рядом исследователей: Федоров отмечает, что помещенный в колонку песок, обильно увлажненный сверху, не смог потерять свою воду в течение 5 месяцев.

Эвальд наблюдал неравномерное впитывание дождевых вод в песчаных почвах. Наконец, Периго обращает внимание на низкую проницаемость гидроморфного, обесцвеченного, очень песчанистого горизонта А2 некоторых псевдоглеев.

Лесные типы гумуса обычно водопроницаемы, однако эта проницаемость сильно колеблется в зависимости от начальной величины влажности: во влажном состоянии они сильно разбухают и сохраняют дождевую воду. Горизонты А0 грубого гумуса благодаря своей ярко выраженной водоудерживающей способности перехватывают почти всю дождевую воду, так что минеральный субстрат оказывается едва увлажненным. У мюллевого гумуса такие свойства отсутствуют.

После длительного сухого периода проницаемость высушенных гумусовых горизонтов, будь то мюллевые или грубогумусные, резко повышается благодаря очень замедленному смачиванию органического вещества.

Непроницаемость минеральных горизонтов может привести к полному насыщению водой почвенных пор, особенно во влажный период. Обедненная воздухом среда становится восстановительной, часть железа переходит в двухвалентные формы (явление мраморизации), почва или горизонт, затопленные водой, приобретают особые свойства, называемые гидроморфными.

Различают два вида временного гидроморфизма, связанного с непроницаемостью,— поверхностный и глубинный.

При поверхностном гидроморфизме непроницаемость наблюдается с поверхности, и верхние слои пересыщаются водой во влажный период (нисходящая мраморизация).

Подобный гидроморфизм характерен для тяжелых почв со слитой структурой. Образующийся при этом поверхностный слой воды быстро исчезает в результате испарения; вода по капиллярам постепенно спускается вниз, заполняя поры. Количество воды в почве с глубиной уменьшается в отличие от хорошо оструктуренных почв без крупных пор.

Глубинный гидроморфизм (при наличии верховодки) характерен для почв с двучленным профилем, верхний горизонт их обладает более легким механическим составом, сравнительно оструктурен благодаря присутствию органического вещества (мюлль) и отличается относительно высокой некапиллярной порозностью, а нижний горизонт — глинистый или пылевато-глинистый с распыленной структурой и почти лишен некапиллярной порозности; проницаемость этого горизонта чрезвычайно низка, что во влажный период затрудняет сток свободной гравитационной воды верхнего горизонта. Она застаивается и образует зеркало почвенных вод, исчезающее вследствие испарения в сухой период (рис. 18). Процесс мраморизации начинается от уровня верховодки и двигается к поверхности (восходящая мраморизация).

В почвах с временным гидроморфизмом корни не проникают глубоко в плотные горизонты, так как они попеременно пребывают в состоянии анаэробиоза (при насыщении водой) и иссушения (при иссушении профиля).

Некоторые факторы, не зависящие непосредственно от почвы, такие, как уклон поверхности (боковой дренаж) и проницаемость материнской породы, заметно влияют на движение гравитационной воды. Например, почвы, развивающиеся на плотных трещиноватых известняках, содержат значительно меньше воды, чем почвы на мергелистых компактных известняках.

Отметим, что после продолжительных дождей проницаемость падает, что связано, с одной стороны, с частичным обесструктуриванием и, с другой — с разбуханием некоторых гумусовых соединений и глин типа монтмориллонита. Конечно, подобное явление хуже выражено в песчаных почвах по сравнению с глинистыми или сильно гумусированными. К вопросу о сезонных колебаниях проницаемости, иногда весьма значительных, мы еще вернемся.

Методы измерения водопроницаемости почв. Существует ряд полевых и лабораторных методов, причем последние являются скорее косвенными и основаны на оценке структурной устойчивости; они не дают представления о скорости инфильтрации in situ.

Полевые методы. Метод Бюргера представляет собой усовершенствованный метод Мюнца, в основу которого положено определение времени стекания заданного объема воды в цилиндр известного сечения при постоянной толщине слоя почвы в 3 см.

Швейцарскими методами регистрируется время стекания 1 л воды в цилиндр, частично погруженный в почву (на 10 см при площади сечения 1 кв. дм).

Упрощенный метод Порше заключается в том, что в почве выкапывается круглое отверстие диаметром 10—15 см и заполняется водой; затем измеряется скорость проникновения воды на различные по глубине уровни. Получают характерную кривую проницаемости.

Неудобством полевых методов измерения водопроницаемости является зависимость результатов от первоначального содержания воды в почве. Сравнение полученных данных возможно лишь в тех случаях, когда измерения проводились в близкое время на соседних участках.

Совсем недавно Пьоже, по сообщению Дюрана, усовершенствовал метод Бюргера следующим образом. Цилиндр помещается в другой, большего диаметра, и в промежутке между ними поддерживается тот же постоянный уровень воды, что и в центральном цилиндре. Поэтому вода вынуждена проникать в виде вертикальных токов в зону измерений; последовательные уровни воды, являющиеся функцией времени и глубины смачивания почвы, измеряют в конце эксперимента; затем с помощью кривой скорости инфильтрации и простого расчета получают величину С, характеризующую почву. О подробностях метода можно узнать в работах Дюрана.

Лабораторные методы. Мы принимаем метод Энена (Henin, 1958) с некоторыми упрощениями в аппаратуре (рис. 19). Метод позволяет получить коэффициент К (высота инфильтрирующегося столба воды в час с поверхности почвы при нулевой нагрузке), характерный для данной почвы. Интересно проследить колебания К во времени, когда наблюдается уменьшение его значений в связи с разбуханием коллоидов или растворением флокулирующих солей. Эти колебания дают представление об устойчивости структуры.

В целях унификации измерения К производят в воздушно-сухой почве, однако интересно бывает сравнить величины К для сухого и влажного образцов. Заметны большие различия в проницаемости, все яснее обнаруживающиеся с течением времени. Отчасти это можно объяснить тем, что некоторые мюллевые типы гумуса, вообще хорошо фильтрующие, после высушивания долго восстанавливают свою водопроницаемость, которая заметно снижается по сравнению с аналогичными типами, но во влажных образцах. Это указывает на важное значение сезонных изменений структуры и водопроницаемости, обусловленных переменой состояния коллоидов, которое очень быстро модифицируется посредством регидратации.

Методика. Подготовка образца производится очень осторожно во избежание разрушения агрегатов. Образец высушивается на воздухе и осторожно вручную просеивается на двухмиллиметровом сите с квадратными отверстиями. Затем из нескольких мест берутся навески по 50 г почвы, которые смешивают вместе.

Заполнение цилиндров. Для изучения просачивания употребляют стеклянные колонки со средним диаметром в 3,5 см, высотой 16 см имеющие кран с широким внутренним отверстием. Сначала в них закладывается немного стеклянной ваты, слегка уплотняемой стеклянной палочкой с пробкой на конце для получения ровной поверхности; далее открывают кран и колонку медленно погружают в сосуд с дистиллированной водой, стараясь избавиться от пузырьков воздуха, захваченных стеклянной ватой. Чтобы проверить, не слишком ли уплотнена вата, проверяют интенсивность стекания. Уровень воды доводят до высоты 2 см над поверхностью ваты (1 см для почв, богатых гидрофобными коллоидами или органическими частицами).

Вначале вносят примерно 1/5 объема образца (в указанном случае меньше) с помощью воронки с широким горлышком, стараясь опускать почву в середину колонки. Доливают сверху по стенкам колонки дистиллированной воды и 2—3 резкими встряхиваниями разравнивают почву в колонке. Эту операцию повторяют, пока не перенесут весь образец.

Закончив заполнение, колонку соединяют с сосудом с постоянным притоком дистиллированной воды. Открывают кран, сливают воду, прошедшую за первые 10 минут, и собирают в градуированный стакан фракцию, стекающую за промежуток времени t=10 мин. и t1 = 70 мин.

Результаты. Вычисляют скорость инфильтрации в час по формуле

Где С — высота колонки земли, см; V — объем собранной в течение часа воды, куб. см; Н — высота столба воды; 5 — внутреннее сечение колонки, кв. см.

Распределение дождевых вод в почве. Часть дождевых вод быстро возвращается в атмосферу путем прямого испарения или через транспирацию растений. Инфильтрующаяся вода, не поглощенная корневой системой, распределяется между различными по глубине слоями почвы, создавая так называемый гидрологический профиль. Кривые, изображающие такой профиль, можно получить, откладывая по ординате глубины почвы, а по абсциссе величины влажности.

В хорошо оструктуренной почве влажность после дождя оказывается более или менее постоянной до определенной глубины, начиная с которой она резко уменьшается (глубина проникновения осадков). Эти постоянные величины влажности сначала превышают водоудерживающую способность почвы, но затем приближаются к ней в результате стекания неудерживаемой гравитационной воды. Очевидно, что при одинаковом количестве дождевых вод глубина их проникновения в песчаных почвах больше, чем в глинистых, что связано с их слабой водоудерживающей способностью. Как видно на рис. 20, вода через песчаную почву проходит быстрее, чем через глинистую.

Практически можно считать, что мощность смачиваемого дождем слоя почвы равна количеству выпавшего дождя, умноженному на 5 при хорошей структуре почвы и на 2, если почва обладает распыленной структурой. В первом случае обеспеченность растений водой сохраняется от 2 до 3 недель в зависимости от типа почвы.

В почвах умеренного климата (особенно теплого умеренного климата, например средиземноморского) содержание воды в почве летом ниже величин водоудерживающей способности; следовательно, летние дожди увлажняют почву лишь на определенную, более или менее значительную, глубину (глубину проникновения дождей) и редко достигают грунтовых вод.

Зимой, напротив, содержание воды в почве близко к величинам водоудерживающей способности. Гравитационная вода находится в избытке, проникает на большую глубину и поддерживает уровень грунтовых вод.

 

Кто на сайте

Сейчас 35 гостей онлайн