И полную. Максимальная адсорбционная влагоемкость (МАВ) — наибольшее количество воды, которое может быть удержано сорбционными силами на поверхности почвенных частиц

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 в пределах 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.

Водозастойный тип. 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.

Периодически водозастойный 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. Каж дую 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 и некоторых 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 почв осуществляется 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 почвенный воздух. 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 почвенны й 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.