Определение влажности почвы
Основным показателем содержания влаги в почве является ее влажность. Под влажностью почвы понимают содержание влаги в почве, выраженное в процентах к массе абсолютно сухой почвы или к единице объема. Все методы определения влажности делятся на две группы. Первая включает взятие почвенных образцов в поле и определение в них влажности в лаборатории. Вторая - косвенная, с помощью различных приборов, установленных непосредственно в почве при естественном ее залегании. К ним относятся: радиометрический, электрометрический, тензиаметрический, фоторефлек-тометрический и т.д.
Основным методом определения влажности является термостатно-весовой. По этому методу специальным буром производят отбор проб почвы через определенный интервал глубины (обычно через 10 см). Существует несколько конструкций буров для отбора почвенных образцов: БП-50, АМ-16, Измаильского, Качинского, Некрасова, Смяртина, Розанова, мотобур и т.д. Они изготавливаются в двух модификациях: трубчатые и сверлильные, которые имеют определенные недостатки и преимущества. Основной недостаток трубчатых буров - трудность погружения их в почву на большую глубину, особенно при низкой влажности, а сверлильных - перемешивают почву, которая трудно удерживается в буре. Последние широко используются в засушливых зонах. Они отличаются сравнительной мягкостью погружения в почву на значительную глубину. Достоинством трубчатых буров является то, что они, не нарушая естественного сложения почвы, обеспечивают большую достоверность результатов для каждой глубины.
Следует отметить, что взятые образцы влажной почвы должны быть немедленно герметезированы и как можно быстрее взвешены. Для этого из нижней трети бурового стакана почву переносят в алюминиевые стаканчики и закрывают крышками. В таком виде их быстро доставляют в лабораторию или же взвешивают непосредственно в поле с точностью до 0,01 г. Перед взятием пробы записывают номер стаканчика и его массу в соответствии с глубиной взятия образца.
После взвешивания стаканчики с влажной почвой в открытом состоянии ставят в термостат, и при температуре 105ºС пробы почвы высушивают до постоянной массы. Первое взвешивание производится по истечении 6 часов сушки, повторное - после двухчасовой контрольной сушки. При этом достигается высокая точность, но требуется много времени. Поэтому при проведении массовых определений влажности почвы можно пользоваться методом ускоренной сушки при температуре 150оС в течение 4 часов с последующим досушиванием продолжительностью в 1 час [2].
Влажность почвы вычисляют в процентах от массы абсолютно сухой почвы по той же формуле, что и максимальную гигроскопичность.
Иногда влажность почвы вычисляют в процентах от объема почвы:
P = W d, (44)
где Р - влажность почвы в % от объема почвы;
W - влажность почвы в % от массы абсолютно сухой почвы;
d - объемная масса почвы, г/см3.
В связи с тем, что выпадающие осадки измеряются в миллиметрах водного столба, целесообразно запасы влаги в почве выражать в этих же единицах. Вычисление производят по формуле:
W h d,
В = --------------- , (45)
где В - запасы влаги в почве, мм;
W - влажность почвы в % от массы абсолютно сухой почвы;
d - объемная масса почвы, г/см3;
h - толщина определяемого слоя почвы, см.
Запасы воды в исследуемой толще почвы иногда в практике выражают в тоннах или кубометрах на 1 га. Для этого запасы воды в мм умножают на коэффициент 10, так как 1 мм влаги на площади 1 га составляет 10 тонн или 10 м3 воды.
Поступление влаги в растения, как было сказано ранее, зависит от водоудерживающих сил почвы и сосущей силы корней. Поэтому находящуюся в почве влагу можно разделить на продуктивную и непродуктивную.
Та часть влаги, которая обеспечивает формирование урожая культурных растений, является продуктивной влагой. Та влага, которая удерживается в почве силой, превышающей сосущую силу корней растений, является непродуктивной. При одинаковой фактической влажности на разных почвах растения будут обеспечены водой в различной степени. Поэтому объективную оценку влагообеспеченности сельскохозяйственных культур, произрастающих на разных почвах, можно производить только по запасам продуктивной влаги. Для ее определения используют следующую формулу:
Впр = 0,1(W - ВУЗ) dh, (46)
где Впр - запасы продуктивной влаги, мм;
d - объемная масса, г/см3;
h - толщина анализируемого слоя почвы,см;
W - влажность почвы в % от массы абсолютно сухой почвы;
ВУЗ - влажность устойчивого завядания, %;
0,1 - коэффициент перевода высоты слоя воды из сантиметров в мм.
Оценку запасов продуктивной влаги в метровом слое почвы можно производить по следующей шкале.
7. Шкала оценки запасов продуктивной влаги в метровом слое почвы [4]
| Степень увлажнения | Количество продуктивной влаги, мм |
| Высокая | 150 и более |
| Хорошая | 120-150 |
| Средняя | 90-120 |
| Низкая | 60-90 |
| Очень низкая |
Статистический анализ показывает высокую зависимость урожайности яровой пшеницы от весенних запасов продуктивной влаги в слое почвы 0-100 см (коэффициент корреляции на черноземах для мягкой пшеницы составляет 0,61, на каштановых 0,75). Обычно для получения удовлетворительного урожая яровой пшеницы в условиях производства необходима глубина промачивания почвы не менее 70-80 см. Снижение запасов продуктивной влаги в пахотном слое почвы до 15 мм следует считать началом засушливого периода, а до 9 мм - сухого.
Выполнение заданий
В соответствии с индивидуальным шифром студент выписывает исходные данные, которые представлены в таблицах 18 и 19.
Рассмотрим пример по шифру 052. В таблице 18 на пересечении предпоследней и последней цифр шифра находим: Астана; в числителе цифра 1 означает культуру - яровая пшеница, а вторая цифра – урожайность, которая составляет 16,7 ц/га. Цифра 35 в знаменателе означает номер задания по водно-физическим свойствам, которые представлены в таблице 19. Согласно этому номеру задание имеет следующие данные: темно-каштановая тяжелосуглинистая почва с удельной массой твердой фазы в пахотном и метровом слоях соответственно 2,68 и 2,71 г/см3. Максимальная гигроскопичность составляет в пахотном слое 7,99%, в метровом 8,02%. Наименьшая влагоемкость соответственно по слоям равна 28,5 и 23,4%. Влажность почвы перед уходом в зиму составляет 13,5%, перед посевом яровой пшеницы - 18,3% и в конце вегетации - 11,2%.
Сведения о температуре воздуха, количестве осадков и об относительной влажности воздуха студенты находят в метеорологических справочниках или бюллетнях, которые выдаются на занятиях в качестве раздаточного материала. При отсутствии этих материалов по годам в учебных целях допускается использование средних многолетних данных, которые приведены в приложениях 7, 8 и 9.
1. Определение запасов продуктивной влаги в пахотном и метровом слоях почвы при ВРК, НВ и заданной влажности перед посевом культур.
а) Пример расчета запасов продуктивной влаги в пахотном слое почвы при ВРК.
Расчет производится по формуле:
Впр = 0,1 (ВРК - ВУЗ) d h.
Влажность разрыва капиллярной связи представляет среднее значение между наименьшей влагоемкостью и влажностью устойчивого завядания в пахотном слое почвы, а влажность устойчивого завядания - максимальную гигроскопичность, взятую с коэффициентом 1,34.
ВУЗ = 7,99 х 1,34 = 10,7%;
28,5 + 10,7
ВРК = ------------------- = 19,6% .
Объемную массу почвы находим в приложении 1 (строка 12). Она для пахотного слоя равна 1,16 г/см3 (можно пользоваться и данными, полученными на предыдущих занятиях).
Впр = 0,1 (19,6 - 10,7) х 1,16 х 20 = 20,6 мм.
В пахотном слое тяжелосуглинистой темно-каштановой почвы при влажности капиллярной связи содержится 20,5 мм или 205 тонн продуктивной влаги.
б) Пример расчета продуктивной влаги в пахотном слое почвы при наименьшей влагоемкости.
Впр = 0,1 (28,5 - 10,7) х 1,16 х 20 = 41,2 мм.
В пахотном слое тяжелосуглинистой темно-каштановой почвы при влажности наименьшей влагоемкости содержится 41,2 мм или 412 тонны воды.
Аналогично рассчитываются запасы продуктивной влаги в метровом слое почвы.
2. Определение необходимой мощности снежного покрова для насыщения метрового слоя почвы до наименьшей влагоемкости влагой.
Разность между запасами влаги при НВ (Внв) и осенним ее содержанием в почве (В1) представляет собой дефицит насыщения до наименьшей влагоемкости почвы влагой (Дн):
Дн = Внв - В1
Расчет необходимой мощности снежного покрова производится по формуле [3]:
(Внв - В1) 1,25
Н = ---------------------- , (47)
10 d
где Н – необходимая мощность снежного покрова, см;
Внв - запасы продуктивной влаги в метровом слое почвы при наименьшей влагоемкости, мм;
В1 - запасы продуктивной влаги в метровом слое почвы перед уходом в зиму, мм;
d - плотность снега, г/см3;
10 - коэффициент перевода сантиметры в миллиметры;
1,25 - поправочный коэффициент на испарение и сток (25%).
В нашем примере запасы продуктивной влаги в метровом слое почвы при НВ (Внв) составляет (формула 46):
Внв = 0,1[23,4-(8,02 х 1,34)] х 1,39 х 100 = 175,9 мм.
Перед уходом в зиму в метровом слое почвы продуктивной влаги содержалось:
Внв = 0,1(13,5 - (8,02 х 1,34)) х 1,39 х 100 = 38,3 мм.
Дефицит насыщения влагой до НВ составляет:
Дн = 175,9 -38,9 = 137,6 мм.
Плотность снега (d) в момент его схода составляет в среднем 0,3 г/см3.
Подставляя значения в формулу, получим:
137,6 х 1,25
Н = ------------------- = 57,3 см.
10 х 0,3
С учетом возможного испарения и стока влаги необходим снежный покров мощностью 57,3 см.
Несколько иная методика расчета необходимой мощности снежного покрова предложена Н.М.Бакаевым и И.А.Васько [3].
Основным показателем накопления влаги является водовместимость почвы или объем своодных от воды почвенных пор. Для того, чтобы вычислить объем свободных пор, надо определить объем твердой фазы почвы, ее влажность и удельную массу. С этой целью отбираются осенью перед уходом в зиму почвенные образцы цилиндром с площадью основания 500 см2. Расчеты проводятся в следующей последовательности:
1. Определяется масса сырой почвы (m) как разность масс цилиндра с сырой почвой и пустого цилиндра (г).
m 100
2. Массу сухой почвы (М) вычисляют по формуле М = ---------------- ,
100 + W
где W - влажность почвы, %.
3. Влажность почвы определяется по общепринятой методике, используя формулу:
(m - М) 100
W = --------------------.
М
4. Удельная масса почвы (у) определяется по общепринятой методике.
5. Объем твердой фазы почвы в цилиндре (V1) равен: М/γ (см3).
6. Общий объем почвенных пор V2 = V - V1 (V - объем цилиндра или образца почвы).
7. Объем пор, занятых водой V3 = m - М (г или см3).
8. Объем свободных пор V4 = V2 - V3 (см3)
9. Водовместимость V5 = 0,2 V4 (м3/га).
V5
10. Необходимая мощность снежного покрова Н = ---------- , (48)
10 d
где d - плотность снега, г/см3.