Почвенно-гидрологические константы

Перечисленные формы влаги не являются постоянными по количественному содержанию воды и изменяются в зависимости от уровня влажности почвы. В практике для оценки почв и для почвенно-гидрологических расчетов пользуются константными категориями, постоянными для каждой почвы и ее горизонтов.

Почвенно-гидрологическими константами называют граничные значения влажности, при которых количественные изменения в подвижности и свойствах воды переходят в качественные.

Максимальная гигроскопичность (МГ) — максимально возможное содержание в почве гигроскопической воды. Соответствует уровню влажности, когда почва полностью насыщена из атмосферы с относительной влажностью воздуха 94–99%. Глинистые почвы характеризуются величинами МГ 12—20%, суглинистые — 6—12%, легкие почвы - менее 6% от веса. Вода в состоянии максимальной гигроскопичности недоступна растениям. Это «мертвый запас влаги».

Влажность завядания растений (ВЗ) или коэффициент завядания — уровень влажности в почве, при котором начинается устойчивое завядание растений. Влажность завядания служит нижней границей продуктивной влаги. Ее определяют непосредственно, фиксируя влажность почвы, при которой растения начинают завядать. Используются также величины максимальной гигроскопичности:

ВЗ = К х МГ,

где МГ — максимальная гигроскопичность; К — коэффициент завядания, зависящий от растения и типа почвы. В среднем К = 1,50 для тяжелых почв и 1,25 — для легких.

Влажность разрыва капилляров (ВРК). Капиллярно-подве­шенная вода при испарении передвигается в жидкой форме к испаряющей поверхности в пределах всей промоченной толщи по капиллярам, сплошь заполненным водой. Но при определенном снижении влажности, характерном для каждой почвы, восходящее передвиже­ние этой воды прекращается или резко затормаживается. Потеря способности к такому передвижению объясняется тем, что в почве при испарении исчезает сплошность заполнения капилляров водой, т. е. в ней не остается систем пор, сплошь заполненных влагой и прони­зывающих промоченную часть почвенной толщи. Эта критическая величина влажности названа влажностью разрыва капиллярной связи (ВРК). При этом вода неподвижна, но физиологически доступна растениям.

ВРК называют также критической влажностью, так как при влажности ниже ВРК рост растений замедляется и их продуктивность снижается. В почвах и грунтах эта величина варьирует довольно сильно, составляя в среднем около 50—60% от наименьшей влагоемкости почв. На содержание воды, соответствующей ВРК, по­мимо гранулометрического состава почв, существенное влияние оказывает их структурное состояние. В бесструктурных почвах запасы воды расходуются на испарение значительно быстрее, чем в почвах с агрономически ценной структурой. Поэтому в них влажность будет быстрее достигать ВРК, т. е. обеспеченность влагой растений снижаться будет быстрее.

Максимальная молекулярная влагоёмкость почвы (ММВ). Максимальная молекулярная влагоёмкость почвы (ММВ)характеризует область перехода (является границей) между плёночной рыхло связанной и капиллярной свободной водой (Воронин, 1984, 1986). Величину ММВ определяют, подвергая насыщенный водой до тестообразного состояния образец почвенного горизонта давлению в 1 мПа. Кроме того, имея данные о ММВ, мы можем с достаточной степенью точности получить и такую важную характеристику почвы, какой является её удельная поверхность:

S_уд = 3, 6232×ММВ, м²/грамм.

Наименьшая влагоемкость (НВ) — максимально возможное количество влаги в почве, которое остается в ней после оттока гравитационной воды. При глубоком залегании грунтовых вод НВ – это максимально возможное содержание капиллярно подвешенной влаги. НВ изменяется в различных по­чвах в довольно широких пределах: от 5 до 10% от массы у легких почв до 55% у некоторых тяжелых почв. Полевую влагоемкость не следует путать с полевой влажностью, которая представляет количество воды в почве определяемое в конкретный момент.

НВ является важнейшей почвенно-гидрологической величиной, характеризующей способность почвы накапливать влагу и удерживать её в поле действия гравитационных сил.

Полная влагоемкость (ПВ) — это влажность, при которой все поры почвы заполнены водой, т. е. полная водовместимость почвы.

Анализ гидрологических констант позволяет оценивать количественно запасы продуктивной влаги в почвах. Обычно это вода, находящаяся в пределах двух констант — от ВЗ до НВ.

Влажность почвы, ее влагоемкость и константы выражают в процентах от массы почвы, или в процентах от объема, что удобно сопоставлять с объемом почвенных пор, учитывая, что плотность воды равна единице. Выражается влагоемкость также в кубических метрах на гектар. В данном случае ее удобно сопоставлять с нормами орошения. Кроме того, количество воды в почвах часто рассчитывают в миллиметрах, что дает возможность сравнивать количество почвенной влаги с атмосферными осадками и объемом воды на определенной площади (1 мм равен 10 м³ воды на 1 га).

Важной характеристикой водных свойств почвы является ее водопроницаемость. Водопроницаемость — способность почвы воспринимать и пропускать через себя объем воды в единицу времени через единицу поперечного сечения почвы. Различают две стадии водонепроницаемости — впитывание и фильтрацию. Если поры почвы лишь частично заполнены водой, то при поступлении воды наблюдается ее впитывание в толщу почвогрунта; когда почвенные поры полностью насыщены водой, происходит фильтрация воды, т. е. движение в условиях сплошного потока жидкости.

В природе чаще наблюдается движение влаги при неполном насыщении пор водой. Фильтрация может проявиться лишь при выпадении большого количества осадков, бурном снеготаянии или при орошении большими нормами.

Водопроницаемость зависит от пористости почв, их гранулометрического состава, структурного состояния. Пески быстро фильтруют воду, а глины медленно. Структурный глинистый чернозем хорошо водопроницаем, а глыбистый бесструктурный солонец практически является водоупором.

Н.А. Качинским предложена градация почв по водопроницаемости. Если почва пропускает за час 1000 мм воды, водопроницаемость считается провальной, от 1000 до 500 мм — излишне высокой, от 50С до 100 — наилучшей, от 100 до 70 — хорошей, от 70 до 30 — удо­влетворительной; менее 30 мм – неудовлетворительной.

Коэффициент фильтрации. Коэффициент фильтрации (K_f) определяют на компрессионно-фильрационном приборе из полевой лаборатории Литвинова или с использованием монолитов. Это количество воды профильтровавшееся через слой почвы единичной длины единичной площадью сечения потока в единицу времени при единичном напоре.

Отметим лишь, что при лабораторных определениях величины НВ на почвенных монолитах время, необходимое для полного стекания гравитационной влаги (а следовательно, и время определения НВ), будет зависеть от величины коэффициента фильтрации (K_f) исследуемого горизонта почвы, что учтено в таблице 7.

Таблица 7.

Зависимость времени определения величины НВ от значений коэффициента фильтрации почвенного горизонта.

Категории влаги и почвенно-гидрологические константы (по Роде):

МАВ – максимальная адсорбированная влага, МГ – максимальная гигроскопическая влага, ВЗ – влажность завядания, ВРК – влажность разрыва капилляров, НВ – наименьшая влагоемкость, ПВ – полная влагоемкость.

Водоподъемная способность почв