Глава 4. Водно-физические свойства почвы.

4.1. Водно-физические свойства почв, их значение и связь с другими показателями почвы.

К общим физическим свойствам почвы относятся плотность твердой фазы почвы, объемная масса, скважность.

Плотность твердой фазы почвы (удельный вес) – это отношение массы твердой фазы сухой почвы к массе равного объема воды при температуре равной 4⁰С. Измеряется в г/см³. Определяется пикнометрическим способом. У разных горизонтов почвы она колеблется от 1,4 (торф) до 2,7 г/см³ (минеральные грунты). Плотность твердой фазы почвы зависит от минералов, слагающих почву, от содержания в ней гумуса и органических компонентов, у которых она содержит 1,4-1,8 г/см³.

Объемная масса почвы (плотность сложения, объемный вес) – это масса единицы объема сухой почвы, взятой в ее естественно не нарушенном состоянии и высушенной до постоянного веса при 105° С. Измеряется в г/см³. Колеблется от 0,15 до 0,4 г/см³ у торфа и от 0,8 до 1,8 г/см³ у минеральных грунтов, всегда меньше чем показатель плотности твердой фазы почвы, так как масса почвы учитывается с порами. Объемная масса зависит от механического состава почвы, от содержания в ней органического вещества, от структуры, от обработки почвы. Почва, которая приобретает постоянную плотность, не изменяющуюся во времени называют равновесной. Оптимальная объёмная масса –это масса при которой получаем максимальный урожай (на глинистых почвах 1 - 1.2 г/см³ ,на песчаных и супесчаных 1,2 – 1,3 г/см³).

Общая пористость (скважность) – это совокупность всех пор и пустот. Почва является пористым телом, всегда содержит некоторое количество пор и пустот, которые могут быть заняты водой и воздухом. Зависит от типа почв (у торфяных 80 - 90%, в минеральных грунтах 25% и ниже), от механического состава и от структурности почв. Чем почва более структурная тем больше пористость. Большое значение имеет размер пор (в песчаных они крупнее чем в глинистых). В зависимости от размера пор различают капиллярную и некапиллярную пористость. Капиллярная пористость - объём мелких пор(капилляров), в них задерживается вода менисковыми силами. Некапиллярная пористость – объем крупных пор в промежутках между агрегатами, они заняты воздухом, вода в них стекает под действием сил гравитации. Лучшим соотношением капиллярной и некапиллярной пористостей считается 1:1 или на долю капиллярной пористости должно приходиться 55-65% от общей пористости.

Пористость аэрации – суммарный объем пор и пустот, занятых воздухом. Выражается в процентах от общего объема почвы. Снижение пористости аэрации ухудшает рост растений, в минеральных почвах при пористости аэрации 15% затрудняется снабжение почвы ,а при 8% прекращается рост и начинается отмирание корней, а в почве начинается оглеение, в торфяных почвах критическим значением является пористость 30-40%.

К водным свойствам почвы относятся: водоудерживающая способность, водопроницаемость почвы и водоподъёмная способность.

Водоудерживающая способность - свойство почвы удерживать в своей толще воду под действием сорбционных или капиллярных сил, характеризуется влагоемкостью – максимальным количеством воды, удерживаемым в почве теми или иными силами. Различают пять видов влагоемкости:

• Полная (максимальная) влагоемкость (ПВ) или вместимость почвы – это количество влаги, удерживаемое почвой при ее полном насыщении, когда все поры заняты водой. На участках с полным насыщением влагоемкости воздух сохраняется в виде защемленного в комочках почвы. Оптимальная влажность для растений составляет 50 - 60% от полной влагоемкости.

• Полевая влагоемкость почвы (предельная полевая влагоемкость – ППВ) или наименьшая влагоемкость (НВ) или общая влагоемкость (ОВ) – максимальное количество капиллярно подвешенной влаги, которая остается в почве после стекания гравитационной влаги, при условии отсутствия подпора от грунтовых вод. Полевая влагоемкость показывает запас продуктивной влаги, доступной для растений, зависит от механического состава (НВ в песчаных и супесчаных почвах 5 – 20%, в глинистых и суглинистых 25 – 40%)), от содержания гумуса (чем больше гумуса тем больше НВ), структуры и других факторов. Оптимальная влажность почвы для растений соответствует 70 – 100%. Разность между величиной НВ и фактической влажностью почвы называется дефицитом влаги в почве. При высыхании почвы сплошное заполнение капилляров водой прерывается, снижается доступность ее растениям, такое состояние называют влажностью разрыва капилляров (ВРК), которая характеризует нижний предел оптимальной влажности почвы и составляет примерно 50 -70 % от НВ.

• Капиллярная влагоемкость – максимальное количество воды, которое может удержать почва при насыщении ее снизу от грунтовых вод. Зависит от уровня грунтовых вод, механического состава почвы, ее структурности и скважности.

• Максимальная молекулярная влагоемкость (ММВ) – это наибольшее количество рыхлосвязанной (пленочной) влаги в почве. Зависит в основном от механического состава – чем больше илистых частиц тем она больше. В песчаных и супесчаных почвах она достигает 10%, а в глинистых и суглинистых примерно 30%. При влажности близкой к ММВ растения начинают устойчиво завядать, поэтому такую влагоемкость называют влажностью устойчивого завядания (ВЗ) или мертвым запасом влаги. Устойчивым завяданием называется такое состояние растений, когда они не могут восстановить жизнедеятельность при помещении в среду, насыщенную парами воды. ВЗ равна 1,34 (1,5) мг.

• Максимальная адсорбционная влагоемкость (МАВ) – максимальное количество прочносвязанной воды, которая удерживается почвой на поверхности частиц адсорбционными силами.

Водопроницаемость почвы – способность почвы впитывать и пропускать через себя воду. Измеряется объемом воды, протекающим через единицу площади (см²) в единицу времени (час). Процесс водопроницаемости делят на две стадии – впитывание и фильтрация. Впитывание – поглощение воды почвой, заполнение почв и пустот. Фильтрация (просачивание) – передвижение воды в почве под действием сил тяжести. Зависит от механического состава, структуры, складности. Наилучшая проницаемость 100 – 500 мм/ч (по Качинскому при напоре воды 5 см и температуре равной 10˚ С) .

Водоподъёмная способность – свойство почвы обеспечивать восходящее передвижение влаги под воздействием капиллярных сил. Наиболее интенсивный подъём происходит при диаметре пор 0,1 – 0,003 мм. Высота подъёма зависит от механического состава, структуры, пористости. В песчаных почвах она составляет 0,5 – 0,8 м и поднимается быстро. В глинистых – 3 - 6 м, поднимается медленно. Снижается при разрыве капилляров. Способность почвы поглощать воду при соприкосновении с ней называется сосущей силой почвы.

4.2. Анализ водно-физических свойств исследуемой почвы.

Плотность твердой фазы почвы (рис.4.2.1) определяется пикнометрическим способом - отношение массы твёрдой фазы определённого объёма к массе воды того же объёма при +4 С.

ρ=(m*1/Kb)/(A+m*1/Kb-C),

где ρ – плотность твердой фазы, г/см^3

m – навеска воздушной почвы, г;

А – масса пиктометра с водой

С – масса пиктометра с водой и почвой, г;

Kb – коэффициент пересчета на абсолютно – сухую навеску

График 4.1.:Изменение плотности твердой фазы почвы

Из графика 4.1. видно, что плотность твёрдой фазы увеличивается с глубиной. Наибольшую плотность твёрдой фазы имеет горизонт (ВС) Наименьшее значение плотность твёрдой фазы достигает в минеральных горизонтах (С), которые содержат наименьшее количество гумуса, и больше всего минеральных веществ.

Объемная масса почвы зависит от минералогического и механического состава, структуры почвы и от степени гумусированности. Она определяется при помощи стального бура. Объемная масса вычисляется по формуле:

ОМ= m/V

График 4.2.: Изменение объемная масса почвы

По графику 4.2. можно оценить объемную массу. Из рисунка 4.2 видно, что наименьшая объемная масса находится в горизонте а₀, т.к. это верхний органический горизонт, имеющий рыхлое строение. В этом горизонте много опада, в связи с этим большая пористость. В нижележащих горизонтах объемная масса увеличивается, это связано с более тяжелым механическим составом, т.е. с увеличением содержания физической глины в этих горизонтах. Оптимальные значения объемной массы для большинства сельскохозяйственных культур 1,1 - 1,2 г/см³ на суглинистых и 1,2 - 1,3 г/см³ на песчаных почвах. При плотности сложения > 1,25 г/см³ требуется внесение торфа.

Общая пористость и пористость аэрация.

Пористость зависит от механического состава, структурности, деятельности почвенной фауны, содержания органического вещества, в пахотных горизонтах - от частоты и приемов обработки почв. Общая пористость вычисляется по формуле: Р = 100 · (1 - ОМ/ ρ), где ρ – плотность твердой фазы почвы.

Рис.4.2.3. Изменение общей пористости.

Пористость в почвенном профиле уменьшается при переходе от верхних горизонтов к нижним. Пористость в горизонте А₀ (31,9%). Далее общая пористость по профилю уменьшается сверху вниз. Общая пористость в горизонте А₂ равна 50 % - пористость удовлетворительная для пахотного слоя. Значение пористости в горизонте В_Fe составляет 54 %, в горизонте В₂ составляет 42%, в горизонте ВС составляет 54,4%, в горизонте С составляет 41% - эти значения считаются неудовлетворительными.

Содержание и запас продуктивной влаги. При вычислении запасов продуктивной влаги следует подставлять в формулу средневзвешенные значения объемной массы почвы и содержания доступной влаги для слоя 100 см. Их рассчитывают по формулам:

ОМ_ср = ОМ₁ * Н₁ + ОМ₂ * Н₂ + ….+ ОМ_n * H_n (г/см³) =

100 _(см)

= 0,2*6 +0,81*37+1,85*29+1,71*28 (г/см³) = 1,26(г/см³)

100

W_дост = ОМ₁ · Н₁ · W₁ + ОМ₂ · Н₂ · W₂ + ….+ ОМ_n · H_n · W_n (%) =

ОМ₁ · Н₁ + ОМ₂ · Н₂ + ….+ ОМ_n · H_n

=0,2*6*133,99+0,81*37*43,12+1,85*29*9,3+1,71*28*10,42 =12,43%

0,2*6 +0,81*37+1,85*29+1,71*28