Восходящее движение почвенной влаги при испарении в черноземе выщелоченном

54

Аграрный вестник Урала

№ 6 (42), 2007 г.

Агрономия. Почвоведение

ВОСХОДЯЩЕЕ ДВИЖЕНИЕ ПОЧВЕННОЙ ВЛАГИ ПРИ ИСПАРЕНИИ В ЧЕРНОЗЕМЕ ВЫЩЕЛОЧЕННОМ

Л.А. СЕНЬКОВА

кандидат биологических наук, доцент,

Институт агроэкологии - филиал Челябинского ГАУ

Ключевые слова: почвенная влага, чернозем, микробиологическая деятельность, мелиоративные мероприятия, порог влажности почвы.

Цель и методика исследований

Процесс движения почвенной влаги имеет практическое и теоретическое значение. С особенностями движения воды в почвенном профиле связаны снабжение растений влагой, характер микробиологической деятельности, условия обеспечения корней растений пищей; поэтому знание закономерностей движения влаги, в том числе восходящего движения при испарении, необходимо для обоснования и разработки рациональных приемов использования почв, направленных на сокращение потерь почвенной влаги как в богарном, так и в орошаемом земледелии.

Особенности поведения влаги при испарении рассмотрены в трудах многих почвоведов-гидрологов. Так, в песчаных почвах эти вопросы исследовали А.Ф. Лебедев [1 ], A.A. Роде [2,3], Н.С. -Орешкина [4], которые установили, что процесс испарения в этих почвах происходит без фронтального движения почвенной влаги к поверхности испарения, путем послойного высыхания почвы.

В суглинистых почвах, напротив, при достаточно высоком их увлажнении происходит интенсивное восходящее передвижение капиллярно-подвешенной влаги при испарении из всей промоченной толщи [2,3,5,6].

Как показали исследования сибирских почвоведов, процесс движения влаги к испаряющей поверхности в профиле различных почв протекает своеобразно в зависимости от генетических свойств почв и характера их хозяйственного использования.

Так, в супесчаных почвах Центральной Кулунды [7] восходящее передвижение капиллярно-подвешенной влаги выражено слабо, проявляется через непродолжительное время после прома-чивания почвы и осуществляется на коротком расстоянии. Процесс физического испарения в супесчаных каштановых почвах не вызывает, в отличие от почв суглинистого гранулометрического состава, фронтального восходящего движения влаги по всей длине промоченной толщи. При этом потери влаги из почвы происходят, в основном, путем ее испарения на месте и передвижения в парообразной форме.

При изучении восходящего передви-

жения влаги при испарении в легкосуглинистом южном черноземе Западной Сибири [8] выяснилось, что по сравнению с супесчаными почвами восходящий поток в нем более интенсивный, однако уступает по выраженности среднесуглинистым черноземам, в которых почвенная влага обладает сплошностью в широком интервале увлажнения почвы и способна в течение 20 дней фронтально передвигаться к поверхности испарения [6].

Черноземы Южного Урала не изучались в отношении движения их влаги при испарении. Между тем закономерности этого процесса необходимо учитывать, в частности, при определении глубины и степени увлажнения почвы при поливах.

В условиях лесостепи (Красноармейский район Челябинской области), где имеются оросительные системы, мы поставили специальный полевой опыт в изолированной с боков почвенной призме (1,5х1,5х1,5 м) с естественной, ненарушенной структурой чернозема выщелоченного для изучения передвижения влаги при испарении по методике А.А. Роде [2,3]. Почва в призме была промочена до состояния, соответствующего НВ (28,1% для слоя 0-100 см), влага в почве удерживалась в капиллярно-подвешенном состоянии. От атмосферных осадков поверхность почвы в призме была защищена. Перераспределение влаги в профиле чернозема выщелоченного и ее расход вызывались лишь физическим испарением, а боковой сток и расход влаги на десукцию исключались. Результаты опыта по передвижению влаги при испарении в выщелоченном тяжелосуглинистом черноземе представлены на рисунке 1.

За первые сутки испарения влажность почвы уменьшилась: в слое 020 см на 2%, в слое 20-50 см - на 1% массы почвы, а глубже 60 см она не изменилась. Это свидетельствует о том, что передвижение влаги шло в этот срок вверх к поверхности испарения. В следующие сроки опыта (пять суток от начала испарения) продолжалось фронтальное передвижение влаги вверх с той же интенсивностью, вплоть до 20-х суток от начала испарения. Иссушение поверхностного слоя почвы интенсифи-

цировало капиллярный поток влаги из влажных нижних слоев, что также наблюдала в среднесуглинистой почве М.М. Абрамова [6].

В сроки опыта 20 и 30 суток наблюдается постоянная влажность в профиле выщелоченного чернозема, что позволяет говорить о том, что к 20-му дню испарения во всем профиле этой почвы до глубины 100 см установилась влажность, соответствующая влажности разрыва капиллярной связи (ВРК). После установления ВРК лишь поверхность почвы несколько иссушалась, несмотря на интенсивное нагревание почвы и большие градиенты температур в поверхностных слоях, во всей нижележащей части профиля почвы влажность не изменялась.

Таким образом, состояние увлажнения выщелоченного чернозема, когда нарушается сплошность влаги, характеризуется почвенно-гидрологической константой ВРК, которая составляет для корнеобитаемого слоя 0-50 см 20,9%

Влажность, %

.... 2 — 3 ----4

Рисунок 1 - Распределение влаги по профилю чернозема 1 - НВ; 2 - через двое суток испарения; 3 - через пять суток; 4 - через двадцать суток; 5 - через тридцать суток испарения

Soil moisture, chernozem, microbiological activity, meliorative actions, threshold of humidity of ground.

№ 6 (42), 2007 г.

Аграрный вестник Урала

55

Агрономия. Почвоведение

Таблица 1

Почвенно-гидрологические константы чернозема выщелоченного тяжелосугл ини стого

Почвенно- гидрологические константы Слой почвы, см W, % % от НВ Запасы влаги, мм

НВ 0-50 28,3 100 171

0-100 28,0 100 362

ВРК 0-50 20,9 73,9 125

0-100 20,4 72,9 262

ВЗ 0-50 13,0 46,0 78

0-100 11,0 39,3 153

ДАВ 0-50 15,3 54,1 93

0-100 17,0 60,7 209

Таблица 2

Предполивной порог увлажнения чернозема выщелоченного тяжелосугл ини стого

Слой Оптимальный Допустимый Труднодоступная влага

почвы, % от % запасы % от % запасы, % от % запасы,

см массы от мм массы от мм массы от мм

почвы НВ почвы НВ почвы НВ

0-50 7,4 26,1 46 15,3 54,0 93 7,9 27,9 47

0-100 7,6 27,1 100 17,0 60,7 209 9,4 33,6 109

(таблица 1).

Природой удержания влаги, соответствующей ВРК в изучаемой почве, являются силы капиллярной природы. Вода удерживается в почвенных порах за счет разности давлений нижних и верхних менисков. Разность давлений возникает при увеличении кривизны верхних менисков в процессе испарения, поэтому уменьшение их поверхностного давления в результате появившихся градиентов влажности и всасывающего давления вызывает движение воды вверх к поверхности почвы. При ВРК подвешенные скопления влаги перемещаются вместе с влагой, адсорбированной поверхностью почвенных частиц, которая имеет более высокое всасывающее давление, чем капиллярная влага, поэтому она менее подвижна, чем капиллярная вода.

Значение ВРК - это предел оптимального увлажнения почвы, ниже которого (до влажности завядания - ВЗ) доступность влаги растениям резко падает, отражаясь на урожайности.

Расход влаги в корнеобитаемом слое в результате десукции, транспирации и физического испарения может интенсифицировать капиллярный подток влаги из резервного слоя 50-100 см в корнеобитаемый, если влажность в нем превышает ВРК.

Имея представление о явлении восходящего движения влаги в почве и используя экспериментально полученную константу ВРК при разработке режима орошения, можно узнать, способна ли подниматься влага из резервного слоя в корнеобитаемый и рассчитать оптимальный порог предполивного снижения влажности почвы (таблица 2).

Таким образом, хотя диапазон активной влаги (ДАВ) у чернозема выщелоченного тяжелосуглинистого широкий (таблица 1), диапазон труднодоступной влаги для растений в нем в виде отдельных манжет в капиллярах почвы в интервале ВРК-ВЗ высок и составляет около 50% ДАВ (таблица 2). Эти данные указывают причину недостаточно высокой эффективности орошаемого земледелия, если поливы назначаются при снижении влажности почвы ниже ВРК.

На Южном Урале развитие орошаемого земледелия является важным фак-

тором интенсификации сельскохозяйственного производства в связи с ирригационным освоением черноземных почв и, особенно, в условиях усиливающейся аридизации климата. При этом не менее важно сохранение естественного плодородия ценных пахотных черноземных земель, исключение их вторичного засоления и заболоченности.

Выводы

Представленные экспериментальные материалы дают возможность сделать ряд конкретных выводов, имеющих принципиальное значение для развития почвоохранной теории и практики орошения черноземных почв, которая подразумевает научно обоснованные режимы увлажнения с контролем мощности увлажняемого слоя, соблюдением оптимального порога предполивного снижения влажности почвы.

Эти условия для суглинистых почв, обладающих хорошо выраженным свойством движения влаги в профиле черноземов Западной Сибири и Южного Урала, обоснованы [9,10].

Что касается рациональной глубины промачивания почвы при вегетационных поливах, то она составляет 0-40 см,

что объясняется природными условиями развития корневой системы растений - приуроченность ее к верхним слоям почв. Интенсивное восходящее движение влаги позволяет увеличивать мощность увлажняемого слоя при орошении, что снижает количество вегетационных поливов.

Поливные нормы для тяжело- и среднесуглинистых выщелоченных черноземов Южного Урала составляют в режиме увлажнения НВ - ВРК (70% НВ) для слоя 0-50 см 460 м3/га. Изучение поведения влаги в профиле почвы дает возможность разрабатывать их дифференцированные поливы по глубине и степени увлажнения. Сроки предпосевного и вегетационных поливов будут зависеть от конкретных погодных условий года.

Таким образом, на зональных, разобщенных крупных однородных массивах черноземов, естественно, удовлетворительно дренированных, соблюдение научно обоснованных норм полива пресной оросительной водой с подачей ее по закрытым трубопроводам даже без искусственного дренажа не должно привести к ухудшению агромелиоративных свойств почв.

Литература

1. Лебедев А.Ф. Почвенные и грунтовые воды. - М. - Л.: Изд-во АН СССР, 1936. - 316 с.

2. Роде А.А. Почвенная влага. - М.: Изд-во АН СССР, 1952. - 454 с.

3. Роде А.А. Основы учения о почвенной влаге. - Т.1. - М.: Гидрометиздат, 1965. - 663 с.

4. Орешкина Н.С. Экспериментальное изучение водоудерживающей способности песчаных и пылеватых фракций / Исследования в области генезиса почв. - М.: Изд-во АН СССР, 1963. - С. 107-138.

5. Большаков А.Ф. Водный режим богарных почв Узбекистана / Тр. / Почв. ин-т АН СССР - Т. 32 - М., 1950. - С. 297-349.

6. Абрамова М.М. Передвижение воды в почве при испарении / Тр. / Почв. ин-т АН СССР - Т.41. - М., 1953. - С. 71-146.

7. Панфилов В.П., Чащина Н.И. Водоудерживающая способность супесчаных каштановых почв Кулундинской степи // Почвоведение. - 1970. - № 12. - С. 62-72.

8. Сенькова Л.А. Водные свойства и водный режим черноземов южных легкосуглинистых в связи с орошением. Авто-реф. дис. ... канд. биол. наук. Новосибирск, 1987. - 17 с.

9. Сенькова Л.А. Динамика и запасы влаги в черноземе выщелоченном при различных сроках посева яровой пшеницы / Проблемы аграрного сектора Южного Урала и пути их решения. - Челябинск: ЧГАУ, 2006. - С. 158-166.

10. Панфилов В.П., Шапорина Н.А. Зависимость водного режима выщелоченных среднесуглинистых черноземов от мощности увлажняемого слоя / Черноземы: свойства и особенности орошения. - Новосибирск: Наука, 1988. - С. 193-232.