<<
>>

4.5.1. Сравнительная характеристика кривых водоудерживае- мости и коэффициент влагопроводности типичных черноземов

Кривые водоудерживающей способности являются общей интегральной характеристикой, отражающей динамическую связь между качественным (энергетическим) состоянием и количественным содержанием влаги в почве, определяемой структурной организацией порового пространства.

Тесная связь водоудерживающей способности как с минералогическим и химическим составом почв, так и с их удельной поверхностью, гранулометрическим, микроагрегатным составом позволяет использовать ее для контроля состояния, анализа динамики и прогноза изменения физического состояния черноземов, находящихся в сельскохозяйственном использовании (Глобус, 1969; Судницин, 1973; Воронин, 1980).

При определении кривой водоудерживаемости мы использовали только одну ветвь гистерезисной петли - ветвь иссушения, так как в природных условиях увлажнение, как правило, происходит быстро (осадки, поливы), а процесс иссушения занимает значительное время. В полулогарифмических координатах зависимости Р (W) исследуемых черноземов имеют одинаковую форму (рис. 4.22), отличаясь друг от друга величиной смещения относительно осей координат, что говорит об их подобии.

При низких потенциалах почвенной влаги различия между водоудерживающей способностью генетических горизонтов внутри почв как агроценозов, так и естественных ценозов невелики и объясняются близкими значениями их удельной поверхности.

Смещение кривой в горизонте А1ВК в сторону больших влажностей при одном и том же потенциале, что и в АПах, указывает на утяжеление гранулометрического состава. Хорошая макро- и микро- агрегированность верхних горизонтов степи и леса приводит к более высокому содержанию воды в области высоких давлений.

В то же время, с утяжелением гранулометрического состава и увеличением эффективной удельной поверхности верхних горизонтов агроценозов возрастает содержание воды в диапазоне низких потенциалов, т.е.

в области труднодоступной, прочной и рыхлосвязанной воды, что приводит к сокращению продуктивной влаги, в особенности, в пахотном горизонте 40-летнего пара.

Для пахотных слоев при уменьшении потенциала от 0 до 2,3 pF происходит существенное уменьшение влажности с 42 % до 28 %. В горизонте А1ВК , при этих же значениях потенциала, влажность

снижается с 48 % до 32 %. Такая выположенность кривой водоудер- живаемости (значительные изменения влажности при малых изменениях потенциала) указывает на возрастающую межагрегатную по- розность - 48-52 %.

По-видимому, основное снижение влаги идет не только за счет высокой естественной порозности агрегатов, но и за счет потери воды из макропор на фоне общей усадки при иссушении. Дальнейшее уменьшение влажности на 5-8 % влечет за собой резкое снижение потенциала почвенной влаги до pF = 3. Это указывает на пониженное содержание количества доступной растениям влаги в агроценозах.

Исходя из почвенно-гидрологических «констант», определенных по кривым водоудерживающей способности, сельскохозяйственное использование в разной степени влияет на агротехнические, почвенно-мелиоративные и технологические показатели.

В области перехода прочносвязанной пленочно-адсорбционной воды в пленочно-стыковую (WaC) эти различия незначительны. Однако, с увеличением потенциала почвенной влаги эти различия возрастают. Так, в области перехода пленочно-стыковой воды в пленочнокапиллярную (Wc) в пахотных черноземах наблюдается закономерное смещение в сторону более низких влажностей.

Это имеет существенное значение, поскольку с этой областью влажностей связаны важнейшие агротехнические и технологические показатели: влажность разрыва капиллярной связи, влажность оптимального структурообразования и липкость почвы.

Потенциалу почвенной влаги Wc соответствует переход почвы из полутвердой консистенции в пластическую.

Рыхление и перемешивание почвы почвообрабатывающими орудиями при влажностях выше или ниже Wc приводит к увеличению плотности упаковки почвенных частиц и соответственно, к возрастанию плотности сложения почвы. Существенно возрастают и энергозатраты сельскохозяйственных машин на обработку почв при таких влажностях. При влажностях, близких к Wc, происходит не только оптимальное крошение почвы, но и отмечается минимальное удельное сопротивление обрабатывающим механизмам.

Как следует из рисунка 4.22, «физическая спелость» в культурных ценозах наступает раньше, чем в естественных, однако, диапазон влажностей, благоприятных для обработки почв, в них существенно сокращается. В особенности это заметно на почвах 40-летнего пара и орошаемого чернозема.

Область перехода пленочно-капиллярной воды в капиллярную соответствует по кривой водоудерживаемости WMKcD. Величина максимальной капиллярно-сорбционной влагоемкости достаточно хорошо совпадает с полевой влагоемкостью, которую мы определяли в полевых условиях.

Максимальное различие между кривыми водоудерживаемости достигается в области перехода капиллярной воды в капиллярногравитационную. При максимальной толщине водных пленок силы сцепления между почвенными частицами ослабевают настолько, что при смещении относительно друг друга связь между ними нарушается и почва переходит в состояние текучести.

Влажности текучести (Wt), определенные по Атторбергу, имеют завышенные значения, но в общем соответствуют влажностям, определенным по кривым водоудерживаемости. Эти различия обусловлены особенностями методик подготовки образцов для определения WT.

В условиях интенсивного сельскохозяйственного использования черноземов наблюдается уменьшение их водоудерживающей способности, в сравнении с естественными угодьями, и эти различия наиболее существенны в интервале высоких давлений почвенной влаги. «Физическая спелость» культурных ценозов наступает раньше, чем естественных, однако, диапазон влажностей, благоприятных для обработки почв, при этом существенно сокращается.

Изменение реологического состояния почвы закономерно связано с энергетическим состоянием воды (Воронин, 1984). В интервале влажностей, соответствующих капиллярно-гравитационной воде, почва в основных чертах удовлетворяет характеристикам текучего вязкого тела. Переход от текучего к вязко-пластическому состоянию завершается по достижении величины потенциала -14.7 дж/кг, pF = 2.18. Консистенция вязко-пластического тела с постепенным усилением регидности, прочности, сохраняется почвой при дальнейшем иссушении до достижения почвенной влагой Wc - первого критического потенциала (рис. 4.22).

Максимум проявления липкости приурочен к потенциалу WMkcb. В интервале от WMKcb до Wac почва соответствует модели вязкохрупкого тела, с переходом в область прочно-связанной воды к твердо-хрупкому состоянию.

По кривым водоудерживаемости (рис. 4.22) видно, что в верхних горизонтах культурных ценозов гидравлическая проводимость при высоких влажностях ниже, чем в естественных ценозах степи и леса.

В агроценозах монотонное понижение гидравлической проводимости начинается при влажности перехода от капиллярной воды к пленочно-капиллярной, которая близка к величине полевой влагоем- кости.

При дальнейшем понижении влажности гидравлическая проводимость понижается, и отмечается лишь незначительный перелом на кривой этой зависимости при влажностях, соответствующих первому критическому потенциалу, т.е. в области перехода пленочностыковой воды в пленочно-рыхлосвязаную. Уменьшение содержания воды в диапазоне низких потенциалов, т.е. в области труднодоступной, прочно и рыхло связанной воды приводит к сокращению продуктивной влаги в плохо агрегированных и уплотненных горизонтах пахотных черноземов.

Передвижение влаги и растворенных питательных веществ в почвенном профиле и к поверхности корня растений в основном происходит по существующим капиллярам в почве. Растения лесостепной зоны основную часть жизни произрастают на почве, увлажненной меньше полевой влагоемкости, поэтому обеспечение их водой и питательными веществами происходит в ненасыщенных условиях.

Поверхностное увлажнение летними дождями также вызывает поток влаги в ненасыщенной почве, который, как правило, изменяется во времени и пространстве. Коэффициент влагопроводности находится в степенной зависимости от характеристического размера водного тела - распределения заполненных пор по размерам и толщины водных пленок. Он также чрезвычайно чувствителен к плотности, сложению и структуре почвы, особенно при высоких значениях ее влажности. Поэтому определение зависимости коэффициента влагопроводности типичных черноземов, находящихся в различных условиях использования, от потенциала почвенной влаги имеет очень существенное значение.

Определение динамики вытекания влаги из почвенного монолита в зависимости от потенциала почвенной влаги проводили на мембранном прессе (Воронин, Березин и др., 1983), который позволяет в постоянном автоматическом режиме измерять скорость вытекания воды и, соответственно, контролировать влажность почвы на основании гидростатического взвешивания. Надежность и точность этих измерений повышается за счет быстрого самоудаления диффундирующего воздуха на границе мембрана-свободная вода и постоянства контроля непрерывности гидравлического контакта мембраны с окружающей ее водной средой.

Образец почвы перед определением вакуумировали и тщательно насыщали влагой, сначала на керамической мембране путем подпитки, а затем полностью заливали водой на двое суток. Из насыщенного образца кольцом, диаметр, которого - 4 см и высота - 1 см, вырезали монолит и помещали в мембранный пресс, затем создавали небольшое (0.1 кПа) избыточное давление и фиксировали количество жидкости, вытекшее из пресса к моменту установления равновесия.

После этого создавали первую ступень давления Р, регистрируя на самописце скорость вытекания воды, а также ее полный выход (Q) за данную ступень. По установлению равновесия создавали новое избыточное давление и т.д. В конце опыта весовым методом определяли влажность почвы и путем обратного пересчета устанавливали влажность почвы, соответствующую началу каждой ступени.

Расчет коэффициента влагопроводности (Кн) проводили по Гарднеру (Глобус, 1987) для мембранного пресса, который основан на представлении нестационарного потока в виде суммы стационарных этапов.

Полученные зависимости Кн (Р) имеют довольно сложный вид. Общей чертой для всех почв является быстрое уменьшение Ки при снижении W и Р. Это объясняется как специфичностью геометрии порового пространства, так и законами движения воды в калш? лярах и пленках. При уменьшении потенциала почвенной влаги происходит сокращение поперечного сечения водного тела, проводящего влагу, возрастание вязкого трения внутри жидкости по мере уменьшения пленки^ увеличивается неравномерность водных пленок и капилляров по толщине (Долгов, 1948; Мичурин и др., 1983).

Каждая исследуемая почва имеет свои отличительные особенности. Прежде всего, следует отметить, что при высоких значениях потенциала почвенной влаги почвенные горизонты степи и леса с низкой плотностью характеризуются повышенными значениями Кн по сравнению с пахотными горизонтами агроценозов.

Действительно, в рыхлых почвенных горизонтах много пор крупного размера и мало мелких пор по сравнению с плотными почвенными слоями. Однако это различие в величинах Кн не столь велико как различие почв по плотности. Вероятно, при высоких влажностях это несоответствие объясняется хорошо выраженной структурностью естественных ценозов, приводящей к «разрыву» единого капиллярного водного тела на отдельные фрагменты. В точках таких «разрывов» вода передвигается лишь по тонким пленкам, что и приводит к значительному снижению влагопроводности (Глобус, 1969).

Невысокая уплотненность пахотных горизонтов агроценозов способствует повышению коэффициента влагопроводности при влажностях, близких к полевой влагоемкости. С уменьшением потенциала почвенной влаги существенного различия между Кн не наблюдается. По-видимому, с понижением влажности вероятность существования заполненных протяженных капиллярных путей в почве быстро убывает, и в соответствии с этим влияние плотности почвы на проводимость жидкой фазы уменьшается. 

<< | >>
Источник: Щербаков А.П., Васенёв И.И. (ред.). Агроэкологическое состояние чернозёмов ЦЧО. 1996

Еще по теме 4.5.1. Сравнительная характеристика кривых водоудерживае- мости и коэффициент влагопроводности типичных черноземов:

  1. § 2. Краткая сравнительная характеристика грамматических явлений родного и иностранного языков
  2. РАЗДЕЛ 2. Способы измерения дифференциации доходов. Кривые Лоренца
  3. Расстройства памяти.
  4. СПЕЦИФИЧНОСТЬ ВИДА И ВИДООБРАЗОВАНИЕ
  5. Литература
  6. Занятие 6.1 ИССЛЕДОВАНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК ИЗБИРАТЕЛЬНОСТИ ВНИМАНИЯ МЕТОДОМ КОРРЕКТУРНОЙ ПРОБЫ
  7. ОБЩИЕ ВОПРОСЫ ПСИХОЛОГО-ПЕДАГОГИЧЕСКОЙ ДИАГНОСТИКИ
  8. 3.7 . Художественные элементы журналистского произведения: пейзаж, деталь, портретная характеристика (на примере очерка)
  9. ГЛАВА ДЕВЯТАЯ. СРАВНИТЕЛЬНАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ПСИХОЛОГИИ НЕКОТОРЫХ НАРОДОВ ДАЛЬНЕГО ЗАРУБЕЖЬЯ
  10. 1.Начальный этап развития сравнительно-педагогических исследований
  11. 1. Предмет, задачи и функции сравнительной педагогики на современном этапе ее развития
  12. СРАВНИТЕЛЬНАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫСООРУЖЕНИЙ ПО ОЧИСТКЕ ПРОМЫШЛЕННЫХ И БЫТОВЫХ СТОЧНЫХ ВОД
  13. Лекция 57. МИРОВАЯ ТРАНСПОРТНАЯ СИСТЕМА
  14. Реологическая характеристика черноземов парных разрезов
  15. 4.4. Физическая характеристика типичных черноземов с разной степенью агрогенной нагрузки
  16. 4.5.1. Сравнительная характеристика кривых водоудерживае- мости и коэффициент влагопроводности типичных черноземов
  17. Сравнительная характеристика форм предтестовых заданий
  18. Производство щелочи и хлора. Характеристика отходов
  19. Краткая характеристика физических аналитических методов
  20. 2.2. ПРЕДУПРЕЖДЕНИЕ ДЕСТРУКТИВНЫХ КОНФЛИКТОВ В КОЛ-ЛЕКТИВЕ КАК УСЛОВИЕ ЭФФЕКТИВНОГО СОТРУДНИЧЕСТВА В РАЗ-ВИТИИ САМОУПРАВЛЕНИЯ