Полная влагоемкость грунта: Please Wait… | Cloudflare

Влагоемкость грунта полная — Справочник химика 21

    Пористость (полная влагоемкость) грунта равная отношению объема пор к объему всего грунта (т. е. частиц и пор вместе), находится по формуле  [c.27]

    Пористость (полная влагоемкость) породы Естественная влажность Молекулярная влагоемкость грунта Капиллярная влагоемкость грунта Свободная пористость породы Дефицит насыщения Водоотдача породы Водопоглощение породы Капиллярный вакуум Удельная поверхность породы Толщина пленки молекулярно-связанной воды Гидравлический радиус породы [c.14]


    Весь объем грунта с опилками и минеральными удобрениями трижды перемешивался ковшом экскаватора. При переходе к следующему участку обработанный грунт сталкивался назад в траншею для предотвращения ее пересыхания. Вносимый объем активного ила позволял поддерживать влажность на уровне не менее 60% от полной влагоемкости.
[c.51]

    Для большинства материалов, погруженных в виде образцов в воду или водные растворы электролитов, при диффузии со всех сторон сравнительно быстро устанавливается подвижное равновесие. При этом даже в случае насыщения грунта влагой до полной влагоемкости и выше частицы грунта, непосредственно примыкающие к наружной поверхности покрытия, уменьшают градиент концентрации влаги по сравнению с испытаниями в воде. В натурных условиях при одностороннем процессе диффузии грунтовой влаги в покрытие время установления подвижного равновесия несколько больше. После установления подвижного равновесия поток диффундирующего вещества в покрытие будет стационарным . [c.56]

    Во избежание скапливания гравитационной влаги на дне ячейки в случае, если влажность грунта больше полной влагоемкости, в боковую поверхность ее врезаны два патрубка 19, через которые при помощи резиновых шлангов, выводимых наружу из термостата, вода стекает в сосуд 20. В зависимости от вида грунта (например, в случае связных грунтов) вместо патрубков 19 с сосудом 20 в нижней части ячейки под трубой прорезают прямоугольные отверстия с двух сторон ячейки, 

[c. 38]

    Поэтому в рассматриваемом случае осутпения грунта фильтрация происходит в капиллярной зоне, и притом в условиях, когда высота этой зоны больше максимального значения капиллярного вакуума Н . В соответствии с этим в (11.46) введен коэффициент капиллярной фильтрации к,.. При полном насыщении капиллярной зопы водой / к = /с, а при частичном ес насыщении Як опыт заканчивается (опускание фронта до к = Н , как это видно из (11.47), достигается. тишь при ( оо). Затем малая трубка с образцом грунта приподнимается выше уровня воды в большой трубке и оставляется в таком положении до полного стенания всей свободной влаги из образца грунта. В течение всего этого времени регистрируется объем воды, вытекающей из пробы грунта. Зная массу малой трубки с грунтом после длительного свободного отекания воды из нее и массу той же трубки с тем же грунтом без воды g2, найдем молекулярную влагоемкость грунта 

[c.40]

    Интенсивность впитывания зависит не только от водных свойств почво-грунтов, но в значительной степени определяется и их влажностью. Если почва сухая, она обладает большой инфильтрацион-ной способностью и в первый период времени после начала дождя интенсивность впитывания близка к интенсивности дождя. С увеличением влажности почво-грунтов интенсивность инфильтрации постепенно уменьшается и при достижении полной влагоемкости в стадии фильтрации становится постоянной, равной коэффициенту фильтрации (см. 92) данного почво-грунта. [c.192]


    По миопию А. Я. Туровской, механизм формирования грунтовых вод в лёссовых грунтах прп наличии неглубоко залегающего водо-упора представляется следующим образом. При постоянном поступлении воды в толщу пород граница ее распространения постепенно перемещается в глубину и в Jopoны. Прохождение первых порций воды вызывает повыптение влажности лить за счет пленочной влаги. Последующая инфильтрация увеличивает влажность до значения, соответствующего полевой влагоемкости, а затем и полной влагоем-кости. 
[c. 7]

Влагоемкость почвы

ВЛАГОЕМКОСТЬ ПОЧВЫ -способность почвы удерживать алагу; выражается в процентах от объема или от массы почвы.[ …]

ВЛАГОЕМКОСТЬ ПОЧВЫ. Предельное количество воды, которое почва способна удержать. Полная влагоемкость почвы — максимальное количество воды, которое может содержаться в почве при положении водного зеркала на одном уровне с поверхностью почвы, когда весь почвенный воздух замещен водой. Капиллярная влагоемкость почвы — го количество воды, которое почва м -жет удерживать за счет капиллярного поднятия над уровнем свободной водной поверхности. Наименьшая полевая влагоемкость почвы — то количество воды, которое почва может задерживать, когда зеркало свободной водной поверхности лежит глубоко и залегающий над ним слой капиллярного насыщения не достигает корнеобитаемого слоя почвы.[ …]

Влагоемкость почвы — величина, количественно характеризующая водоудерживающую способность почвы. В зависимости от условий удержания влаги различают влагоемкость общую, полевую, предельную полевую, наименьшую, капиллярную, максимальную молекулярную, адсорбционную максимальную, из которых основные наименьшая, капиллярная и полная. [ …]

Легкие почвы с большим содержанием, например, песка или извести высыхают очень быстро. Частое внесение хорошо перегнившего органического материала — перепревших листьев, торфа или компоста — повышает влагоемкость почвы, не вызывая ее заболачивания за счет образования гумуса, обладающего высокой поглотительной способностью.[ …]

Свойства почвы меняются в зависимости от насыщения ее тем или другим катионом. Хотя в природных условиях нет почв, насыщенных каким-нибудь одним катионом, однако, для того чтобы определить более резкие различия в характере действия различных катионов, исследования свойств таких почв представляют большой интерес. Исследования показали, что по сравнению с кальцием магний понижал фильтрацию, замедлял капиллярный подъем воды, увеличивал дисперсность и на-бухаемость, влажность и влагоемкость почвы [95]. Следует, однако, отметить, что действие магния на эти свойства почвы значительно слабее, чем действие натрия.[ …]

ВЛАЖНОСТЬ ПОЧВЫ. Содержание воды в почве.

Определяется как отношение веса воды к весу сухой почвы, в процентах. Измеряется взвешиванием пробы почвы до и после высушивания до постоянного веса. См. влагоемкость почвы.[ …]

Влажность почвы определяют высушиванием в сушильном шкафу при 105°С до постоянного веса. Рассчитывают влагоемкость почвы.[ …]

Наибольшей влагоемкостью обладают торфяники (до 500—700%). Величина влагоемкости выражается в процентах к весу сухой почвы. Гигиеническое значение влагоемкости почвы связано с тем, что большая влагоемкость вызывает отсырение почвы и находящихся на ней зданий, уменьшает проходимость почвы для воздуха и воды и мешает очищению сточных вод. Такие почвы относятся к нездоровым, сырым и холодным.[ …]

Для определения влагоемкости почвы при капиллярном насыщении от уровня грунтовых вод отбирают образцы на влажность из разреза или бурением до уровня грунтовых вод с последующим высушиванием до постоянной массы.[ …]

Определение полевой влагоемкости почвы. Для определения полевой влагоемкости (ПВ) на выбранном участке двойным рядом валиков огораживают площадки размером не менее 1×1 м.

Поверхность площадки выравнивают и покрывают крупным песком слоем 2 см. Выполняя данный анализ, можно использовать металлические или плотные деревянные рамы.[ …]

Увеличение глубины обработки почвы способствует лучшему поглощению выпадающих осадков. Чем глубже обработана почва, тем большее количество влаги она может поглотить за короткое время. Поэтому с увеличением глубины обработки почвы создаются условия для уменьшения поверхностного стока, а с сокращением объема стока, в свою очередь, снижается потенциальная опасность эрозии почвы. Однако противоэрозионная эффективность глубокой вспашки зависит от многочисленных факторов: характера выпадения осадков, формирующих поверхностный сток вод, состояния водопроницаемости и влагоемкости почв в период стока, крутизны склона и др.[ …]

Ход анализа. Из воздушно-сухой почвы удаляют крупные корни. Почву слегка разминают, просеивают через сито с отверстиями 3 мм и насыпают в стеклянную трубку диаметром 3—4 см, высотой 10—20 см, нижний конец которой обвязывают хлопчатобумажной тканыо или марлей с фильтром. Величины капиллярной влагоемкости тем больше, чем ближе залегает слой почвы к зеркалу подачи воды, и, наоборот, чем дальше почва от уровня воды, тем влагоемкость меньше. Поэтому длину трубки надо брать соответственно размеру сосудов, в которых ведется опыт. Насыпают почву, уплотняя ее легким постукиванием дна о стол так, чтобы высота столбика почвы оказалась на 1—2 см ниже верхнего конца ее. Все последующие операции и расчет такой же, что и в методе определения влагоемкости почвы ненарушенного строения.[ …]

Картофель любит хорошо дренируемую почву, поэтому полив требуется только после внесения сухих удобрений, в засушливый период лета (один раз в 7-10 дней), а самое главное, во время образования клубней, которое начинается в фазе бутонизации и цветения. В эти периоды влажность почвы должна быть не ниже 80-85% от полной влагоемкости почвы.[ …]

Метод установления нитрификационной способности почвы по Кравкову основан на создании в исследуемой почве наиболее благоприятных условий для нитрификации и последующем определении количества нитратов. Для этого навеску почвы в лаборатории компостируют в течение двух недель при оптимальных температуре (26—28°) и влажности (60% капиллярной влагоемкости почвы), свободном доступе воздуха, в хорошо вентилируемом термостате. По окончании компостирования в водной вытяжке из почвы определяют колориметрически количество нитратов.[ …]

Общая (по Н. А. Качинскому) или наименьшая (по А. А. Роде) влагоемкость почвы или предельная полевая (по А. П. Розову) и полевая (по С. И. Долгову)—количество влаги, которое почва удерживает после увлажнения при свободном оттоке гравитационной воды. Разноименность этой важной гидрологической константы вносит много путаницы. Неудачен термин «наименьшая влагоемкость», так как он противоречит факту максимального содержания при этом влаги в почве. Не совсем удачны и два других термина, но, поскольку нет более подходящего названия, впредь мы будем использовать термин «общая влагоемкость». Название «общая» Н. А. Качинский объясняет тем, что влажность почвы при этой гидрологической константе включает в себя все основные категории почвенной влаги (кроме гравитационной).

Константу, характеризующую общую влагоемкость, широко используют в мелиоративной практике, где ее называют полевой влагоемкостью (ПВ), что наряду с общей влагоемкостью (ОБ)—наиболее распространенный термин.[ …]

С повышением влажности почвы гербицидная активность препаратов, как правило, повышалась, но в различной степени и до определенного предела. Наибольшая фитотоксичность препаратов при их заделке в почву проявилась при влажности 50—60% полной влагоемкости почвы.[ …]

Зеленое удобрение, как и другие органические удобрения, запаханное в почву, несколько снижает ее кислотность, уменьшает подвижность алюминия, повышает буферность, емкость поглощения, влагоемкость, водопроницаемость, улучшает структуру почвы. О положительном влиянии зеленого удобрения на физические и физико-химические свойства почвы свидетельствуют данные многочисленных исследований. Так, в песчаной почве Новозыбковской опытной станции к концу четырех ротаций севооборота с чередованием пар — озимые — картофель — овес, в зависимости от использования люпина в виде самостоятельной культуры в пару и пожнивной культуры после озимых, содержание гумуса и величина капиллярной влагоемкости почвы были различны (табл. 136).[ …]

Сосуды поливали из расчета 60% от полной влагоемкости почвы. Опыт был заложен 8 мая 1964 г.[ …]

Действенный агрохимический прием увеличения плодородия эродированных почв и защиты их от эрозии, особенно на смытых почвах, — возделывание на них культур на зеленое удобрение. В разных зонах России для этого используют однолетний и многолетний люпин, люцерну, клевер, кормовые бобы, горчицу белую, вику и др. Эффект достигается при запашке зеленой массы, когда повышается водопроницаемость и влагоемкость почв, усиливаются микробиологические процессы, улучшаются агрофизические свойства земель.[ …]

Влажность в сосудах с отверстиями в дне поддерживается на уровне полной влагоемкости почвы. Для этого сосуды ежедневно поливают до протекания в поддонник первой капяи жидкости. Во время дождя поливать не надо; следует даже заботиться о том, чтобы дождь не переполнил поддонника, ибо тогда питательный раствор будет потерян. Именно поэтому объем поддонника должен быть не менее 0,5 л, лучше — до 1 л. Прежде чем поливать сосуд, в него переливают всю жидкость из поддонника. Если ев слишком много, переливают до просачивания первой капли.[ …]

Подготовительной работой является определение гигроскопической воды и влагоемкости почвы.[ …]

Затем определяют поливную норму, величина которой зависит в основном от полевой влагоемкости почвы, влажности ее перед поливом и глубины увлажняемого слоя. Величину влагоемкости почвы берут из пояснительной записки к почвенно-мелиоративной карте. В хозяйствах, где водно-физические свойства не определяли, для расчета поливной нормы используют справочный материал (влагоемкость большинства орошаемых почв хорошо известна).[ …]

Установлено, что оптимальной влажностью для нитрификации является 50—70% от полной влагоемкости почвы, оптимальной температурой является 25—30°.[ …]

При размещении клевера в севообороте следует учитывать, что он резко снижает урожай на кислых почвах. Хорошие условия для клевера создаются на нейтральных влагоемких почвах. Как влаголюбивое растение клевер плохо растет на рыхлых песчаных почвах, слабоудерживающих влагу. Непригодны для него кислые торфяные и избыточно увлажненные почвы с высоким уровнем грунтовых вод.[ …]

После установления постоянного тока воды прибор-разъединяют с мерным цилиндром и извлекают из почвы. Для этого часть почвы около ограждающего элемента удаляют и лопаточкой подрезают образец почвы снизу. Прибор извлекают, придерживая почву в нем лопаточкой. Осторожно наклоняют прибор и сливают из него воду через отверстие в крышке поплавковой камеры. Затем прибор вместе с лопаточкой ставят на стол, отсоединяют поплавковую камеру и помещают ее для просушки в термостат. Ограждающий элемент снизу закрывают тампоном из 2—3 слоев марли и ставят на воздушно-сухую, предварительно просеянную через сито с отверстиями 0,25 или 0,5 мм почву на 1 ч для отсасывания из нее легкоподвижиой воды. По истечении часа патрон с почвой снимают и взвешивают вместе с поплавковой камерой.. После этого маленьким буром берут пробу для определения влажности (капиллярной влагоемкости) почвы; так же, как и при насыщении почвы в патронах снизу. На этом все взвешивания заканчивают, прибор освобождают от почвы, моют, сушат и смазывают.[ …]

Закладка компостов. Подготовительная работа при закладке компостов сводится к отбору образцов почвы в поле (см. стр. 79), определению влажности почвы (см. стр. 81) и ее влагоемкости, тарированию стаканов, анализу и отвешиванию удобрений и проверке колебаний температуры в термостате. Методы определения влагоемкости почвы уже известны студентам техникума из практических занятий по почвоведению. Ниже описано, как узнать капиллярную влагоемкость (см. стр. 253).[ …]

Потенциальную активность азотфиксации определяют в свеже-отобранных или воздушно-сухих образцах почв. Для этого 5 г освобожденной от корешков и просеянной через сито с диаметром ячеек 1 мм почвы помещают в пенициллиновый флакон, вносят 2% глюкозы (от массы абсолютно сухой почвы) и увлажняют стерильной водопроводной водой до влажности примерно 80% от полной влагоемкости. Почву тщательно перемешивают до получения однородной по влажности массы, закрывают флакон ватной пробкой и инкубируют в течение суток при 28°С. [ …]

Определение ОВ в образцах нарушенного сложения. При постановке вегетационных опытов необходимо знать влагоемкость почвы, так как влажность почвы в сосудах задают в процентах от влагоемкости и в течение опыта поддерживают ее на определенном уровне.[ …]

Формирование микробиологических ценозов и интенсивность деятельности микроорганизмов зависят от гидротермического режима почвы, ее реакции, количественного и качественного ¿остава органического вещества в почве, условии аэрации и минерального питания. Для большинства микроорганизмов оптимум гидротермических условий в почве характеризуется температурой 25—35 °С и влажностью около 60 % полной влагоемкости почвы.[ …]

Если воду подавать снизу, то после капиллярного насыщения образца до постоянной массы можно таким же образом установить капиллярную влагоемкость почвы.[ …]

Значительная часть торфяных болот Севера возникла на месте прежних сосновых и еловых лесов. На некоторой стадии выщелачивания лесных почв древесной растительности начинает не хватать питательных веществ. Появляется не требовательная к условиям питания моховая растительность, постепенно вытесняющая древесную. Нарушается водно-воздушный режим в поверхностных слоях почвы. В результате под пологом леса, особенно при ровном рельефе, близком залегании водоупора и влагоемких почвах, создаются благоприятные для заболачивания условия. Предвестниками заболачивания лесов часто являются зеленые мхи, в частности кукушкин лен. Их сменяют различные виды сфагнового мха — типичного представителя болотных мхов. Старые поколения деревьев постепенно отмирают, на смену им приходит типичная болотная древесная растительность.[ …]

Повторность опыта с яровой пшеницей 6-ти кратная, с сахарной свеклой—10-ти кратная. Растения поливали водопроводной водой до 60% от полной влагоемкости почвы через один день по весу.[ …]

Существуют два типа сосудов: сосуды Вагнера и сосуды Митчерлиха. В металлических сосудах первого типа полив производится по весу до 60 — 70% от полной влагоемкости почвы через впаянную сбоку трубку, в стеклянных сосудах — через стеклянную трубку, вставленную в сосуд. В сосудах Митчерлиха на дне имеется продолговатое отверстие, закрытое сверху желобом.[ …]

Вес снаряженного стакана, который он должен иметь после поливки, вычисляют следующим образом. Допустим, тара (стакан с трубкой и стеклом) весит 180 г, навеска почвы (при влажности 5,6%) — 105,6 г, вес воды (при капиллярной влагоемкости почвы 40%) для доведения почвы до влажности 24%, что отвечает 60% приведенной влагоемкости,— 24 г, но приливают в стакан с почвой несколько меньше (за вычетом количества воды, уже находящейся в почве,— 5,6 г) — 18,4, или всего 304 г.[ …]

Избыточное увлажнение можно устранить созданием мощного, хорошо окультуренного пахотного слоя и рыхлением подпахотного горизонта, что обеспечивает повышение влагоемкости почвы и просачивание влаги в нижние слои. Эта влага в засушливые критические периоды вегетации служит дополнительным резервом для выращиваемых растений.[ …]

Содержание влаги резко возрастает, начиная с верхней границы капиллярной каймы и до уровня грунтовых вод. В верхней границе каймы оно обычно соответствует общей или предельной полевой влагоемкости. Однако для ирригационных целей необходимо определять влагоемкость почвы и при подаче воды сверху.[ …]

После впитывания всей воды площадку и защитную полосу закрывают полиэтиленовой пленкой, а сверху соломой, опилками или другим мульчирующим материалом. В дальнейшем через каждые 3—4 дня отбирают пробы для определения влажности почвы через каждые 10 см на всю глубину изучаемого слоя до тех пор, пока в каждом слое установится более или менее постоянная влажность. Эта влажность и будет характеризовать полевую влагоемкость почвы, которую выражают в процентах к массе абсолютно сухой почвы, в мм или м3 в слое 0—50 и 0—100 см на гектар.[ …]

В целях сохранения СЕДО оставляют нез астроенными прибрежные территории водотоков, сезонных стоков, водоемов, заболоченностей и участков местности с уклоном не более 1—2 %, которые затапливаются при половодьях и ливнях, включая участки с влагоемкими почвами.[ …]

Опыты ставились в вегетационном домике Института биологии. Посев проводился семенами яровой пшеницы сорта ’’Лютесценс 758”. Опытные растения выращивались в сосудах емкостью по 8 кг почвен-но-песчаной смеси. Поливка проводилась по весу, из расчета 65% от полной влагоемкости почвы.[ …]

Гумус определяется как комплексная и довольно устойчивая смесь коричневых или темно-коричневых аморфных коллоидных материалов, которые образуются из тканей многочисленных отмерших организмов вещества — из остатков разложившихся растений, животных и микроорганизмов. Своеобразные физико-химические свойства делают гумус важнейшим компонентом почвы, определяющим ее плодородие; он служит источником азота, фосфора, серы и микроудобрений для растений. Кроме того, гумус повышает катионообменную емкость, воздухопроницаемость, фильтруемость, влагоемкость почвы и препятствует ее эрозии [ 1 ].[ …]

Очень важной операцией по уходу за растениями в вегетационном опыте является полив. Сосуды поливают ежедневно, в ранние утренние или вечерние часы, в зависимости от темы опыта. Следует отметить, что полив водопроводной водой не годится при проведении опытов с известкованием. Полив проводят по весу до установленной для опыта оптимальной влажности. Для установления необходимой влажности почвы предварительно определяют полную влагоемкость и влажность ее при набивке сосудов. Вес сосудов к поливу вычисляют, исходя из желательной оптимальной влажности, которая обычно составляет 60—70% полной влагоемкости почвы, суммируя веса тарированного сосуда, песка, добавленного снизу и сверху сосуда при набивке и посеве, каркаса, сухой почвы и необходимого количества воды. Вес сосуда к поливу пишут на этикетке, наклеенной на чехле. В жаркую погоду приходится поливать сосуды дважды, один раз давая определенный объем воды, а другой раз доводя до заданного веса. Чтобы иметь более одинаковые условия освещения для всех сосудов, их ежедневно во время поливки меняют местами, а также передвигают на один ряд вдоль вагонетки. Сосуды помещают обычно на вагонетки; в ясную погоду их выкатывают на открытый воздух под сетку, а на ночь и в непогоду увозят под стеклянную крышу. Сосуды Митчерлиха устанавливают на неподвижно закрепленных столах под сеткой.[ …]

Полевое определение наименьшей влагоемкости почвы. Влагоёмкость почвы Полная влагоемкость почвы

ВЛАГОЕМКОСТЬ ПОЧВЫ, величина, количественно характеризующая водоудерживающую способность почвы; способность почвы поглощать и удерживать в себе от стекания определенное количество влаги действием капиллярных и сорбционных сил. В зависимости от условий, удерживающих влагу в почве, различают несколько видов В. п.: максимальную адсорбционную, капиллярную, наименьшую и полную.

Максимальная адсорбционная ВЛАГОЕМКОСТЬ ПОЧВЫ, связанная влага, сорбированная влага, ориентировочная влага — наибольшее количество прочно связанной воды, удерживаемое сорбционными силами. Чем тяжелее гранулометрический состав почвы и выше содержание в ней гумуса, тем больше доля связанной, почти недоступной винограду и др. культурам влаги в почве.

Капиллярная ВЛАГОЕМКОСТЬ ПОЧВЫ — максимальное количество влаги, удерживаемое в почвогрунте над уровнем грунтовых вод капиллярными (менисковыми) силами. Зависит от мощности слоя, в котором она определяется, и его удаленности от зеркала грунтовых вод. Чем больше мощность слоя и меньше его удаление от зеркала грунтовых вод, тем выше капиллярная В. п. При равном удалении от зеркала ее величина обусловлена общей и капиллярной пористостью, а также плотностью почвы. С капиллярной В. п. связана капиллярная кайма (слой подпертой влаги между уровнем грунтовых вод и верхней границей фронта смачивания почвы). В условиях достаточного тепла и пресных грунтовых вод допускается размещение винограда, особенно столовых сортов, при наличии капиллярной каймы в нижней части корнеобитаемого слоя. При засоленных грунтовых водах капиллярная кайма должна быть ниже корнеобитаемого слоя, чтобы не происходило его засоление, вредное для винограда. Капиллярная В. п. характеризует культурное состояние почвы. Чем почва менее оструктурена, тем больше в ней происходит капиллярный подъем влаги, ее физич. испарение и, зачастую, накопление в верхней части легкорастворимых, в т.ч. и вредных для винограда, солей.

Наименьшая ВЛАГОЕМКОСТЬ ПОЧВЫ, полевая ВЛАГОЕМКОСТЬ ПОЧВЫ — количество воды, фактически удерживаемое почвой в природных условиях в состоянии равновесия, когда устранено испарение и дополнительный приток воды. Эта величина зависит от гранулометрич., минералогич. и химического состава почвы, ее плотности и пористости. Применяется при расчете поливных норм. Полная В. п., водовместимость почвы — содержание влаги в почве при условии полного заполнения всех пор водой. При полной В. п. влага, находившаяся в крупных промежутках между частицами почвы, непосредственно удерживается зеркалом воды или водоупорным слоем. Водовместимость почвы рассчитывается по ее общей пористости. Значение величины полной В. п. необходимо при подсчете способности водовпитывания без образования поверхностного стока, для определения способности водоотдачи почвы, высоты подъема грунтовых вод при обильных дождях или орошении виноградников.
Литература: Роде А. А. Основы учения о почвенной влаге. — Л., 1992-1969.
— Ч. 1-2; Почвоведение / Под ред. И. С. Кауричева. — 3-е изд., — Москва,
1982.

Одним из основных водных свойств почвы является влагоемкость, под которой понимают количество воды, удерживаемые почвой. Она выражается в % от массы абсолютно сухой почвы или от ее объема.

Важнейшей характеристикой водного режима почв является ее наименьшая влагоемкость, под которой понимается наибольшее количество подвешенной влаги, которую почва способна удерживать после обильного увлажнения и стекания гравитационной воды. При наименьшей влагоемкости количество доступной влаги для растений достигает максимально возможной величины. Количество воды в почве, за вычетом той ее части, которая составляет так называемый мертвый запас, Э.Митчерлих назвал «физиологически доступной почвенной влагой».

Наименьшую влагоемкость определяют в полевых условиях при естественном сложении почвы методом заливаемых площадок. Суть метода заключается в том, что почву насыщают водой до тех пор, пока ею не будут заполнены все поры, а затем дают избытку влаги стечь под действием силы тяжести. Установившаяся равновесная влажность будет соответствовать НВ. Она характеризует водоудерживающую способность почвы. Для определения НВ выбирают площадку размером не менее 1 х 1 м, вокруг которой создают защитный бортик, обволакивают ее двойным кольцом уплотненных земельных валиков высотой 25-30 см или устанавливают деревянные или металлические рамки. Поверхность почвы внутри площадки выравнивают и покрывают крупным песком слоем 2 см для предохранения почвы от размыва. Рядом с площадкой по генетическим горизонтам или отдельным слоям берут образцы почвы для определения ее пористости, влажности и плотности. По этим данным определяют фактический запас воды в каждом из горизонтов (слоев) и пористость. Вычитая из общего объема пор объем, занятый водой, определяют количество воды, необходимое для заполнения всех пор в изучаемом слое .

Пример расчета. Площадь заливной площадки S = 1 х 1 = 1 м 2 . Установлено, что мощность пахотного слоя равна 20 см или 0,2 м, влажность почвы W — 20%; плотность d — 1,2 г/см 3 ; порозность Р — 54%.

а) объем пахотного слоя: V пах = hS = 0,2 х 1 = 0,2 м 3 = 200 л.

б) объем всех пор в исследуемом слое:

V пор = Vпах (Р/100) = 200 (54/100) = 108 л

в) объем пор, занятых водой при влажности, равной 20%

V вод = Vпах (W/100) S = 200 (20/100) · 1 = 40 л

г) Объем свободных от воды пор

V своб = Vпор — Vвод = 108 — 40 = 68 л.

Для заполнения всех пор в пахотном слое почвы в пределах заливной площадки потребуется 68 л воды.

Таким образом рассчитывают количество воды для заполнения почвенных пор до той глубины, на которую определяют НВ (обычно до 1-3 м).

Для большей гарантии полного промачивания количество воды увеличивают в 1,5 раза на боковое растекание.

Определив требуемое количество воды, приступают к заливке площадки. Струю воды из ведра или шланга направляют на какой-нибудь твердый предмет, чтобы избежать нарушения сложения почвы. Когда весь заданный объем воды впитается в почву, поверхность ее накрывают пленкой, чтобы исключить испарение.

Время для стекания избытка воды и установления равновесной влажности, соответствующей НВ, зависит от механического состава почвы. Для песчаных и супесчаных почв оно составляет 1 сутки, для суглинистых 2-3, для глинистых 3-7 суток. Точнее это время можно установить, наблюдая за влажностью почвы на участке в течение нескольких дней. Когда колебания влажности почвы во времени будут незначительными, не превышающими 1-2%, то это и будет означать достижение равновесной влажности, т.е. НВ.

В условиях лаборатории НВ для почв с нарушенным сложением можно определить методом насыщения почвенных образцов водой сверху по аналогии определения строения пахотного слоя почвы.

Вода в почве является одним из основных факторов почвообразования и одним из главнейших условий плодородия. В мелиоративном отношении особенно важное значение вода приобретает как физическая система, находящаяся в сложных взаимоотношениях с твердой и газообразной фазой почвы и растением (рис. 9). Недостаток воды в почве губительно отражается на урожае. Лишь при необходимом для нормального роста и развития растений содержании жидкой воды и элементов питания в почве при благоприятных воздушных и термических условиях можно получить высокий урожай. Основной источник воды в почве — выпадающие осадки, каждый миллиметр которых на гектаре составляет 10м3, или 10т воды. На Земле непрерывно совершается круговорот воды. Это постоянно протекающий геофизический процесс, включающий следующие звенья: а) испарение воды с поверхности мирового океана; б) перенос паров воздушными потоками в атмосфере; в) образование облаков и выпадение осадков над океаном и сушей; г) движение воды на поверхности Земли и в недрах ее (аккумуляция осадков, сток, инфильтрация, испарение). Содержание воды в почве определяется климатическими условиями зоны и водоудерживающей способность почвы. Роль почвы во внешнем влагообороте и внутреннем влагообмене повышается в результате ее окультуривания, когда заметно увеличиваются влажность, водопроницаемость и влагоемкость, но сокращаются поверхностный сток и бесполезное испарение.

Влажность почвы

Содержание воды в почве колеблется в пределах от сильного иссушения (физиологической сухости) до полного насыщения и переувлажнения. Количество воды, находящейся в данный момент в почве и выраженное в весовых или объемных процентах по отношению к абсолютной сухой почве, называется влажностью почвы. Зная влажность почвы, нетрудно определить запас почвенной влаги. Одна и та же почва может быть неодинаково увлажнена на разных глубинах и в отдельных участках почвенного разреза. Увлажненность почвы зависит от физических свойств ее, водопроницаемости, влагоемкости, капиллярности, удельной поверхности и других условий увлажнения. Изменение влажности почв и создание благоприятных условий увлажнения в течение вегетационного периода достигаются приемами агротехники. Каждая почва имеет свою динамику влажности, меняющуюся по генетическим горизонтам. Различают влажность абсолютную, характеризующуюся валовым (абсолютным) количеством влаги в почве в данной точке на данный момент, выраженном в процентах от веса или объема почвы, и влажность относительную, исчисляемую в процентах от пористости (полной влагоемкости). Влажность почвы определяется разными методами.

Влагоемкость почв

Влагоемкость — свойство почвы поглощать и удерживать то максимальное количество воды, которое в данное время соответствует воздействию на нее сил и условиям внешней среды. Это свойство зависит от состояния увлажненности, пористости, температуры почвы, концентрации и состава почвенных растворов, степени окультуренности, а также от других факторов и условий почвообразования. Чем выше температура почвы и воздуха, тем меньше влагоемкость, за исключением почв, обогащенных перегноем. Влагоемкость меняется по генетическим горизонтам и высоте почвенной колонны. В почвенной колонне как бы заключена водная колонна, форма которой зависит от высоты столба почвенного грунта над зеркалом и от условия увлажнения с поверхности. Форма такой колонны будет соответствовать природной зоне. Эти колонны в природных условиях меняются по сезонам года, а также от погодных условий и колебания влажности почвы. Водная колонна изменяется, приближаясь к оптимальной, в условиях окультуривания и мелиорации почвы. Различаются следующие виды влагоемкости: а) полная; б) максимальная адсорбционная; в) капиллярная; г) наименьшая полевая и предельная полевая влагоемкость. Все виды влагоемкости меняются с развитием почвы в природе и еще более — в производственных условиях. Даже одна обработка (рыхление спелой почвы) может улучшить ее водные свойства, увеличивая полевую влагоемкость. А внесение в почву минеральных и органических удобрений или других влагоемких веществ может на длительное время улучшить водные свойства или влагоемкость. Это достигается заделкой в почву навоза, торфа, компоста и других влагоемких веществ. Мелиорирующее действие может оказывать внесение в почву влагоудерживающих высокопористых влагоемких веществ типа перлитов, вермикулита, керамзита.

Кроме основного источника лучистой энергии, в почву поступает тепло, выделяемое при экзотермических, физико-химических и биохимических реакциях. Однако тепло, получаемое в результате биологических и фотохимических процессов, почти не изменяет температуру почвы. В летнее время сухая нагретая почва может повышать температуру вследствие смачивания. Эта теплота известна род названием теплоты смачивания. Она проявляется при слабом смачивании почв, богатых органическими и минеральными (глинистыми) коллоидами. Весьма незначительное нагревание почвы может быть связано с внутренней теплотой Земли. Из других второстепенных источников тепла следует назвать «скрытую теплоту» фазовых превращений, освобождающуюся в процессе кристаллизации, конденсации и замерзании воды и т. д. В зависимости от механического состава, содержания перегноя, окраски и увлажнения различают теплые и холодные почвы. Теплоемкость определяется количеством тепла в калориях, которое необходимо затратить, чтобы поднять температуру единицы массы (1г) или объема (1 см3) почвы на 1оС. Из таблицы видно, что с увеличением влажности теплоемкость меньше возрастает у песков, больше у глины и еще больше у торфа. Поэтому торф и глина являются холодными почвами, а песчаные — теплыми. Теплопроводность и температуропроводность. Теплопроводность — способность почвы проводить тепло. Она выражается количеством тепла в калориях, проходящего в секунду через площадь поперечного сечения 1 см2 через слой 1 см при температурном градиенте между двумя поверхностями 1оС. Воздушно-сухая почва обладает более низкой теплопроводностью, чем влажная. Это объясняется большим тепловым контактом между отдельными частицами почвы, объединенными водными оболочками. Наряду с теплопроводностью различают температуропроводность — ход изменения температуры в почве. Температуропроводность характеризует изменение температуры на единице площади в единицу времени. Она равна теплопроводности, деленной на объемную теплоемкость почвы. При кристаллизации льда в порах почвы проявляется кристаллизационная сила, вследствие чего закупориваются и расклиниваются почвенные поры и возникает так называемое морозное пучение. Рост кристаллов льда в крупных порах вызывает подток воды из мелких капилляров, где в соответствии с уменьшающимися их размерами замерзание воды запаздывает .

Источники поступающего в почву тепла и расходования его — неодинаковые для различных зон, поэтому тепловой баланс почв может быть и положительным и отрицательным. В первом случае почва получает тепла больше, чем отдает, а во втором — наоборот. Но тепловой баланс почв любой зоне с течением времени заметно изменяется. Тепловой баланс почвы поддается регулированию в суточном, сезонном, годичном и многолетнем интервале, что позволяет создать более благоприятный термический режим почв. Тепловым балансом почв природных зон можно управлять не только через гидромелиорации, но и соответственными агромелиорациями и лесомелиорациями, а также некоторыми приемами агротехники. Растительный покров усредняет температуру почвы, уменьшая ее годовой теплооборот, способствуя охлаждению приземного слоя воздуха вследствие транспирации и излучения тепла. Большие водоемы и водохранилища умеряют температуру воздуха. Весьма простые мероприятия, например культура растений на гребнях и грядах, дают возможность создать благоприятные условия теплового, светового, водно-воздушного режима почвы на Крайнем Севере. В солнечные дни среднесуточная температура в корнеобитаемом слое почвы на гребнях на несколько градусов выше, чем на выровненной поверхности. Перспективно применение электрического, водяного и парового отопления, используя промышленные отходы энергии и неорганические природные ресурсы.

Таким образом, регулирование теплового режима и теплового баланса почвы вместе с водно-воздушным имеет весьма большое практическое и научное значение. Задача заключается в том, чтобы управлять тепловым режимом почвы, особенно уменьшением промерзания и ускорением оттаивания ее.

Капиллярная влагоемкость — способность почв и грунтов удерживать в своей толще максимально возможное количество капиллярной воды (без перехода ее в гравитационную форму), выраженное в весовых или объемных процентах или в кубических метрах на 1 га. Капиллярная влагоемкость, таким образом, представляет собой верхний предел водоудерживающей способности почв, обусловленный капиллярно-менисковыми силами. Поэтому и величина капиллярной влагоемкости (капиллярной водоудерживающей способности) в общем соответствует капиллярной скважности почв и грунтов. Поскольку граница и различия между капиллярной и некапиллярной скважностью в почвах условны и представлены рядом переходов, постольку и величина капиллярной влагоемкости несколько условна, она изменяется в зависимости от ряда факторов.
При близком залегании (1,5-2,0 м) уровня грунтовых вод, когда капиллярная кайма смачивает толщу почвы до поверхности, капиллярная влагоемкость почвы характеризуется наибольшими величинами, так как капиллярная влагоемкость в данном случае обусловлена суммарной всасывающей деятельностью менисков тонких и крупных пор и капилляров. В этом случае капиллярная влагоемкость соответствует максимально возможной величине содержания в почве капиллярно-подпертой воды. Наиболее точно величина капиллярной влагоемкости определяется в этом случае в поле путем установления послойной влажности от поверхности почвы до уровня грунтовых вод. Для 1,5-метрового слоя среднесуглинистых почв это соответствует 30-40 об.%, или около 4500- 6000 м3/гa.
В случае глубокого залегания уровня грунтовых вод капиллярная влагоемкость почвы связана только с работой сравнительно тонких пор и капилляров. В этом случае ее величина соответствует максимально возможному объему удержанной в почве капиллярно-подвешенной воды. Величина влагоемкости в случае капиллярно-подвешенной воды колеблется в зависимости от структуры и механического состава почв в пределах 20-35 об.%, что составляет для 1-метрового слоя 2000-3500 м3/га, а для 1,5-метрового — 3000-5250 м3/га.
Очень часто влагоемкость в отношении капиллярно-подвешенной воды называют наименьшей влагоемкостью (HB). Этот термин, введенный П.С. Коссовичем, основан на идее о том, что в почвах глубокого уровня грунтовых вод нет подпирающего влияния восходящей капиллярной каймы и пористая почвенная система удерживает то наименьшее количество влаги, которая остается после свободного оттока гравитационной воды.
Капиллярная влагоемкость может быть определена на монолите в лаборатории или в полевых условиях методом предварительного длительного увлажнения почвы таким объемом воды, который заведомо превышает водоудерживающую способность почвы. Переувлажненная почва оставляется на известное время защищенной от испарения. Гравитационной воде в течение нескольких дней предоставляется возможность свободно стечь из почвенных горизонтов. Затем определяется количество влаги, удержанной в почве. Эта величина и будет соответствовать капиллярной (подвешенной) влагоемкости (наименьшей влагоемкости) почвы. Капиллярная влагоемкость, определенная для полевых конкретных условий, называется полевой влагоемкостью (полевой предельной влагоемкостью, полевой водоудерживающей способностью) почвы.
Почва в естественных условиях залегания не может удержать капиллярной воды больше этого «предельного» количества. Возрастание влажности почвы сверх ее водоудерживающей способности вызывает образование гравитационной воды, стекающей в нисходящем направлении или питающей грунтовые воды.
Понятие «предельная полевая влагоемкость» (ППВ) почв является важной гидрологической характеристикой, широко используемой в практике водных мелиораций. Величина предельной полевой влагоемкости зависит от ряда факторов.
Почвы глинистого тяжелого механического состава имеют большую величину полевой влагоемкости — 3500-4000 м3/га для 1-метрового слоя, почвы легкого супесчаного и песчаного механического состава — 2000-2500 м3/га. Почвы с хорошо развитой комковато-зернистой структурой обычно имеют умеренные средние показатели полевой влагоемкости — 2500-3000 м3/га для 1-метрового слоя; бесструктурные почвы характеризуются более высокой величиной полевой влагоемкости. Ниже приводятся величины полевой влагоемкости почв различного механического состава в % от скважности:


Как это ясно из предыдущего изложения, полевая влагоемкость зависит также от положения грунтовых вод, сильно возрастая в случаях близкого уровня грунтовых вод (капиллярная кайма в пределах почвенного профиля) и уменьшаясь при глубоком положении грунтовых вод. Так, при близких (1,5-2 м) грунтовых водах с углублением на каждые 10 см глубже 50 см величина полевой влагоемкости возрастает на 2-3%, а при очень глубоких грунтовых водах — уменьшается на каждые 10 см на ту же величину.
Неоднородность и слоистость почв по профилю, в частности смена механического состава и структурного состояния грунта, способствуют увеличению суммарной величины полевой влагоемкости всего профиля. Это объясняется тем, что вблизи поверхности раздела между соседними слоями вышележащий слой имеет повышенную влажность за счет образования дополнительных менисков и дополнительной водоудерживающей способности (капиллярно-посаженная вода).
Зная величину предельной влагоемкости почвы и сопоставляя с ней величину влажности, зафиксированной в почве на определенный момент, можно оценить состояние и форму воды и определить направление движения влаги. В тех случаях, когда влажность почвы выше величины предельной полевой влагоемкости, имеют место нисходящие токи гравитационной воды. В случае, когда влажность верхних горизонтов меньше полевой влагоемкости, поток капиллярной воды направлен обычно кверху от зеркала грунтовых вод.
Многочисленными исследованиями на опытных станциях и в производственных условиях установлено, что оптимальная влажность почв для развития сельскохозяйственных растений в условиях орошения колеблется в пределах от 100 до 70-75% от полевой влагоемкости. Отсюда следует, что в межполивные периоды относительная влажность почв перед очередным поливом не должна опускаться ниже 70-75% от полевой влагоемкости.
Разность между величиной полевой влагоемкости и фактической влажностью почвы перед очередным поливом называется дефицитом влажности до полевой влагоемкости.
Дефицит влажности до полевой влагоемкости в условиях орошаемого хозяйства должен быть не больше, чем разность между полевой влагоемкостью и величиной 70-75% полевой влагоемкости (на глинах и солончаках 80-85%). Если величина фактической влажности перед поливом ниже 70-75% от полевой влагоемкости (например, 60-50%), то растения будут испытывать депрессию в развитии, что вызовет снижение урожая. Хлопчатник в таких случаях сбрасывает свои плодовые органы (бутоны, завязи, коробочки).
Таким образом, по полевой влагоемкости устанавливаются рациональные нормы поливов. Если при очередном поливе подача воды превысит величину дефицита влаги до полевой влагоемкости, запас воды в почве превысит ее водоудерживаюшую способность, появится свободная гравитационная вода, которая начнет двигаться в нисходящем направлении и пополнять запасы грунтовой воды, повышая их уровень.
В практике орошаемого земледелия иногда применяют поливы без норм, большими количествами воды, в 1,5-2 раза превышающими дефицит до полевой влагоемкости. Такие поливы вызывают интенсивный подъем уровня грунтовых вод, приближение их к дневной поверхности, развитие процессов заболачивания и засоления. Особенно часто это происходит на полях орошаемого риса, где нередко за вегетационный период дается 30-40 тыс. м3/га поливной воды.
Рационально рассчитанная норма полива для незасоленных почв должна представлять собой величину, не превышающую дефицит влажности до полевой влагоемкости, чтобы свести к минимуму фильтрацию избыточной свободной воды в грунтовые воды.
Величина поливной нормы выражается следующим простейшим равенством:

M = П — м + к,


где M — поливная норма; П — полевая влагоемкость; м — фактическая влажность перед поливом; к — потери воды на испарение в момент полива.
Поскольку известно, что при орошении обычных полевых культур влажность почвы не должна перед очередным поливом опускаться ниже 70-75% от полевой влагоемкости, то величина дефицита влажности П — м в большинстве случаев должна быть не выше 25-30% П, что для почв суглинистого механического состава для 1-метровой толщи составит 800-1200 м3/га.
Поясним это на следующем примере. Полевая влагоемкость незасоленной почвы равна 20 вес.%, объемный вес почвы 1,4. Требуется установить оптимальный дефицит До полевой влагоемкости, который и будет представлять оптимальную величину поливной нормы воды для 1-метрового слоя.
Полевая влагоемкость в абсолютном выражении будет составлять П = 2800 м3/га; допустимая влажность до полива — 70% от П, т. е. 1960 м3/га. Тогда дефицит, а следовательно, и поливная норма, составляя разность между полевой влагоемкостью и допустимым запасом воды перед поливом (2800-1960 м3/га), будут равны 840 м3/га.
Зная величину полной влагоемкости и полевой влагоемкости, можно всегда представить себе вероятную величину свободной гравитационной воды, образующейся в почве в случае естественного или искусственного снижения уровня грунтовых вод. Эта величина называется водоотдачей грунта.
Водоотдача грунта — количество свободной гравитационной воды, образующейся в грунте при снижении уровня грунтовых вод, выраженное в процентах от скважности (полной влагоемкости), от объема грунта или в виде коэффициента. Коэффициент водоотдачи сильно колеблется в зависимости от структуры, механического состава и скважности почв и грунтов. Об этом можно судить по данным табл. 6.


Зная величину коэффициента водоотдачи, можно предвидеть вероятный подъем уровня грунтовых вод при поступлении в грунт свободной гравитационной воды. Вероятный подъем уровня грунтовых вод h (в см) при поступлении в них гравитационной воды равен слою просочившейся воды b (в см), деленному на коэффициент водоотдачи Q:

Из величин коэффициента водоотдачи видно, что при поступлении гравитационной воды интенсивность подъема уровня грунтовых вод возрастает тем больше, чем тяжелее механический состав грунта. Так, в глинах каждый миллиметр просочившейся и поступившей в грунтовые воды гравитационной, воды может повысить уровень грунтовой воды на 3-10 см, в суглинках — на 2-3 см, в песках значительно меньше — на 0,3-0,5 см.
Зная дефицит влажности до полевой влагоемкости, можно установить то количество свободной гравитационной воды, которое появляется в толще горизонтов почвы при ее увлажнении сверх водоудерживающей способности. Количество гравитационной воды, образующейся при этом в толще грунта, представляет собой разность между объемом поданной воды и объемом дефицита до полевой влагоемкости, что может быть показано следующим выражением:

В = М — (П — м),


где В — гравитационная вода; M — вода, поступившая на почву сверху; П — полевая влагоемкость; м — запас воды в почве.
Таким образом, капиллярная влагоемкость и ее разновидность для почв, находящихся в культуре, так называемая полевая (предельная) влагоемкость, являются важнейшими почвенно-гидрологическими характеристиками, на знании которых и правильном применении должно базироваться рациональное регулирование водного режима почв и осуществление водных мелиораций.

Влагоемкость почвы – величина, которая количественно характеризует водоудерживающую способность почвы. Как и влажность, влагоемкость определяется в % к весу сухой почвы. В зависимости от сил, удерживающих влагу в почвах, различают три основные категории влагоемкости: полная, наименьшая и капиллярная.

Полная влагоемкость – это максимальное количество воды, которое может удерживать почва с использованием всех влагоудерживающих сил.

Наименьшая влагоемкость – это максимальное количество воды, которое почва может удерживать в химических связях и коллоидных системах.

Капиллярная влагоемкость – это максимальное количество воды, которое почва может удеживать в своих капиллярах.

Материалы и оборудование

1) стеклянные цилиндры без дна; 2) марля; 3) ванночки; 4) фильтровальная бумага; 5) технические весы; 6) образцы почвы.

Ход работы

Стеклянный цилиндр без дна обвязывают марлей с нижнего конца. В предварительно взвешенный на технических весах цилиндр насыпают, слегка уплотняя постукиванием, почву на высоту 10 см. Определяют массу цилиндра с почвой. Далее цилиндр с почвой помещают в специальную ванночку с водой – так, чтобы дно цилиндра стояло на фильтровальной бумаге, концы которой опущены в воду.

Вода по порам бумаги передается почве, производя ее капиллярное насыщение. Через каждые сутки цилиндр взвешивают на технических весах до тех пор, пока его масса не перестанет возрастать. Это укажет на то, что почва достигла полного капиллярного насыщения. Капиллярную влагоёмкость рассчитывают по формуле:

где КВ – капиллярная влагоёмкость, %;В – масса почвы в цилиндре после насыщения, г;

М – масса абсолютно сухой почвы, г.

Поскольку в цилиндр помещается воздушно-сухая навеска, а расчеты производятся на массу абсолютно сухой почвы, поэтому массу абсолютно сухой почвы предварительно надо вычислить, используя значение коэффициента пересчёта, полученное в предыдущей работе (все лабораторные работы выполняются с тем же почвенным образцом) по формуле:

где М – масса абсолютно сухой почвы,b – вес воздушно-сухой почвы,

k H 2 O ‑ коэффициент гигроскопичности.

Полученные результаты занести в таблицу.

Лабораторная работа № 7

Определение кислотности почвы

Основные сведения по теме работы

Кислотность почв – это их способность обуславливать кислую реакцию почвенного раствора за счет наличия в ней катионов водорода. Наиболее распространенным источником кислотности почв являются фульвокислоты, которые образуются при разложении растительных остатков. Кроме них в почве присутствуют многие низкомолекулярные кислоты – органические (масляная, уксусная) и неорганические (угольная, серная, соляная).

Кислотность – это диагностический параметр, оказывающий значительное влияние на жизнь обитателей почвы и произрастающих на ней растений. Для большинства сельскохозяйственных культур оптимальные диапазоны кислотности близки к нейтральным, однако многие естественные почвы являются щелочными или кислыми, поэтому возникает необходимость оценки и, при необходимости, коррекции их кислотности.

Избыточная кислотность прямо или косвенно оказывает негативное влияние на растения. Подкисление почв приводит к нарушению их структуры, что в свою очередь вызывает резкое ухудшение аэрации и капиллярных свойств почвы. Избыточная кислотность подавляет жизнедеятельность полезных микроорганизмов (особенно нитрификаторов и азотфиксаторов), усиливает связывание фосфора алюминием, что нарушает ионообменные процессы в корнях растений. В конечном счете, эти процессы приводят к закупорке корневых сосудов и отмиранию корневой системы.

Различают две формы кислотности — актуальную и потенциальную.

    Актуальная кислотность обусловлена наличием в почвенном растворе свободных ионов водорода, образовавшихся в результате диссоциации водорастворимых органических и слабых минеральных кислот, а также гидролитически кислых солей. Она непосредственно влияет на развитие растений и микроорганизмов.

    Потенциальная кислотность характеризуется наличием в почвенно-поглотительном комплексе ионов Н + и Al 3+ , которые при взаимодействии твердой фазы с катионами солей вытесняются в почвенный раствор и подкисляют его.

Определение кислотности почвы как правило проводится потенциометрическим методом. Он основан на измерении электродвижущей силы в цепи, состоящей из двух полуэлементов: электрода измерения, погруженного в испытуемый раствор, и вспомогательного электрода с постоянным значением потенциала. Прибор для измерения рН называется потенциометром или рН-метром.

Результаты потенциометрического измерения рН почвы оцениваются по стандартным шкалам. В практическом почвоведении используется классификация почв по уровню рН водной вытяжки (актуальная кислотность) или солевой вытяжки (потенциальная кислотность) (табл. 6).

Табл. 6. Классификация почв по уровню кислотности

Тип почвы

Очень сильнокислые

Сильнокислые

Слабокислые

Близкие к нейтральным

Нейтральные

Слабощелочные

Щелочные

Сильнощелочные

Очень сильнощелочные

Материалы и оборудование

1) химические стаканчики на 100-150 мл, 2) 1 N раствор КСl, 3) потенциометр (рН-метр), 4) технические весы; 5) образцы почвы.

Ход работы

Для определения актуальной кислотности следует на технических весах взвесить 20 г воздушно-сухой почвы. Навеску поместить в химический стакан на 100-150 мл и прилить 50 мл дистиллированной воды. Содержимое перемешивать 1-2 мин и оставить стоять 5 мин. Перед определением суспензию еще раз перемешать, после чего полностью погрузить в нее электрод измерения и электрод сравнения. Через 30-60 сек. отсчитать по шкале потенциометра значение рН, соответствующее измеряемой кислотности почвенной суспензии.

Для определения потенциальной кислотности к навеске почвы 20 г приливают 50 мл 1N р-ра КСl. Дальнейший ход анализа тот же, что и при определении актуальной кислотности.

Результаты работы занести в таблицу:

Лабораторная работа № 8

Физические свойства глинистых грунтов » Строительный портал


Основными физическими свойствами грунтов вообще, глинистых в частности, являются: влажность w, плотность (удельная масса) твердых частиц рs и плотность (удельная масса) грунта р.
Влажность грунта характеризуется содержанием в нем количества воды, определяемого удалением при его высушивании до постоянной массы при температуре T=100—105°С. Влажностью грунта w = m2/m1, в долях единицы, называют отношение массы воды m2 к массе твердых частиц m1, содержащихся в данном его объеме.
Влажность грунта при естественном его залегании называется естественной (природной).
В зависимости от вида воды (гигроскопической, пленочной, капиллярной или свободной) влажностными характеристиками грунта служат также: гигроскопическая влажность wh, максимальная гигроскопичность wmh, максимальная молекулярная влагоемкость wmm, капиллярная влагоемкость wcap и полная влагоемкость wf.
Отношение объема воды в грунте ко всему объему грунта называют объемной влажностью wV, а относительное содержание воды в порах грунта (отношение объема поровой воды к объему пор), характеризующее степень заполнения пор водой, — степенью водонасыщен и я Sr.
Влажность глинистых грунтов w определяют по ГОСТ 5180—75. Максимальную молекулярную влагоемкость, т. е. влажность при наибольшем количестве в грунте гигроскопической и пленочной (рыхлосвязанной) воды, определяют методом «влагоемких сред» А.Ф. Лебедева, усовершенствованным А.М. Васильевым.
Полную влагоемкость Wf, степень водонасыщения Sr, объем воды Vw в единице объема грунта вычисляют по приведенным ниже соотношениям (1.10)—(1.13).
Физическое состояние глинистых грунтов в значительной степени обусловлено их влажностью. В зависимости от ее величины глинистые грунты могут находиться в твердом, пластичном и текучем состояниях. В пластичном состоянии глинистые грунты хорошо формируются и деформируются необратимо, без существенного изменения объема. Уменьшение влажности по отношению к указанному состоянию вначале превращает грунт в полутвердое, а затем в твердое тело. Увеличение влажности приводит грунт в текучее состояние.
Состояние глинистых грунтов по влажности (консистенции) характеризуется пределами текучести wL и раскатывания (нижним пределом пластичности).
В интервале изменения влажности, между пределами текучести и раскатывания, глинистые грунты находятся в пластичном состоянии. Причем, чем больше содержание в грунте глинистых частиц, тем больше разница между влажностями указанных пределов. Доказано, что отношение влажностей пределов раскатывания и текучести примерно равно wP/wL = 0,5—0,6, a wP по величине совпадает с величиной максимальной молекулярной влагоемкости, тогда 0,13 0,24, максимальная молекулярная влагоемкость меньше предела раскатывания. Разность между двумя предельными значениями влажности глинистых грунтов принято называть числом пластичности Ip:

Число пластичности Iр, которое для глинистых грунтов является классификационным показателем, у супесей изменяется в пределах 0,01 0,17.
Консистенция глинистых грунтов оценивается показателем IL:

где w0 — естественная (природная) влажность.
В зависимости от величины показателя консистенции IL глинистые грунты могут иметь следующие состояния (СНиП 11-15—74).


Указанный способ оценки состояния глинистых грунтов естественного (ненарушенного) сложения не свободен от недостатков. Во многих случаях можно получить ложное представление о действительном состоянии грунта, так как этот способ не учитывает влияния структуры грунта на его состояние.
Существует несколько методов определения пределов текучести и раскатывания, которые в определенной степени являются условными величинами. Их условность прежде всего обусловлена тем, что wP и wL не характеризуют имеющего место в природе постепенного перехода грунта из одного состояния в другое.
Пределы текучести и пластичности глинистых грунтов по методам балансирного конуса и их раскатывания в шнур диаметром 3 мм приведены в ГОСТ 5183—77.
Плотность (удельная масса) твердых частиц грунта рs = g1/V1, т. е, равна отношению массы твердых частиц к их объему V1.
Величина плотности частиц р, обусловлена минеральным составом грунта, а также плотностью основных породообразующих минералов (ps = 2400—2800 кг/м3) и органических веществ (ps = 1250—1400 кг/м3). Плотность частиц глинистых грунтов изменяется в пределах 2400—2800 кг/м3, а в некоторых случаях достигает величины 3000 кг/м3.
По данным Д.Е. Польшина, плотность частиц супесей, не содержащих органических веществ, изменяется в пределах 2680— 2720 кг/м3, суглинков — 2690—2730 кг/м3, а глин — 2710— 2760 кг/м3. Плотность частиц диатомитовых глин, содержащих органические вещества, изменяется в пределах 2360—2590 кг/м3, торфа 500—800 кг/м3.
Зная ps, можно определить удельный вес частиц грунта ys по формуле

где g — ускорение свободного падения (g=9,81 м/с2 = 10 м/с2).
Плотность (удельная масса) грунта, или масса грунта в единице объема p = g0/V0, равна отношению массы образца g0 к его объему V0. Плотность совершенно сухого грунта называют плотностью (удельной массой) скелета рd и определяют по соотношению массы твердых частиц к объему грунта V0, или

Плотность грунта под водой р’ равна отношению массы грунта q0′, облегченного массой вытесненного им объема воды, к объему грунта V0 (1.15).
По аналогии с (1.2) удельный вес грунта у определяют по следующему соотношению:

а удельный вес скелета

Пористость является важнейшим физическим свойством, характеризующим уплотненность грунта, — плотность упаковки частиц, обусловливающей его прочностные и деформационные свойства. Это переменная величина, изменяемая под действием как силовых, так и влажностных факторов (набухание, усадка).
Пористостью n принято называть объем пор в единице объема грунта, а коэффициентом пористости е — отношение объема пор n к объему твердых частиц n в единице объема (1.7)—(1.9).
Зная три основные характеристики физических свойств грунтов — влажность w, плотность твердых частиц рs и плотность грунта р, а также используя понятие плотности скелета рd, все остальные показатели физических свойств вычисляют по формулам (1.7)-(1.15).
Методы определения показателей физических свойств глинистых грунтов подробно изложены в специальной литературе, а также в соответствующих ГОСТах.
Характеристики физических свойств грунтов, вычисляемые по данным опытов, следующие.
1. Относительная пористость (коэффициент пористости):

2. Объем твердых частиц в единице объема грунта:

3. Объем пор в единице объема грунта:

4. Полная влагоемкость:

5. Степень водонасыщения:

6. Объем воды в единице объема грунта при влажности w:

7. Объем воды в единице объема полностью водонасыщенного грунта (Sr=1):

8. Объем газа (воздуха) в единице объема грунта при влажности w:

9. Плотность облегченного в воде двуфазного грунта (Sr=1):

где рм — плотность (удельная масса) воды.

Капиллярная влагоемкость почвы. Капиллярная влагоемкость почв (KB). Определение кислотности почвы

ВЛАГОЕМКОСТЬ ПОЧВЫ -способность почвы удерживать алагу; выражается в процентах от объема или от массы почвы.[ …]

Полная влагоемкость (ПВ) — наибольшее количество воды, которое может вместить почва при полном заполнении всех пор водой. Если гравитационная вода не подпирается грунтовыми водами, то она стекает в более глубокие горизонты. Наибольшее количество воды, которое остается в почве после обильного увлажнения и стекания всей гравитационной воды при отсутствии слоистости почвы и подпирающего действия грунтовых вод, называется наименьшей или предельно-полевой влагоемкостью (НВ или ППВ).[ …]

Высокой влагоемкостью обладают лесная подстилка и почва. Наименьшая водопроницаемость свойственна солонцовым почвам, а также сильно подзолистым суглинистым и глинистым, наибольшая — темно-серым почвам и особенно черноземам.[ …]

Наименьшая влагоемкость (НВ) — это максимальное количество капиллярно-подвешенной влаги, которое способна длительное время удерживать почва после обильного ее увлажнения и свободного стекания воды при условии исключения испарения и капиллярного увлажнения за счет грунтовой воды.[ …]

Под динамической влагоемкостью понимают количество воды, удерживаемое почвой после полного насыщения и стекания свободной воды при данном уровне грунтовых вод. Динамическая влаго-емкость тем ближе к предельной полевой, чем глубже от дневной поверхности залегает зеркало грунтовых вод. Динамическую влаго-емкость целесообразно определять на монолитах при стоянии грунтовых вод на глубине 45-50 см, 70-80 и 100-110 см.[ …]

Благодаря высокой влагоемкости и поглотительной способности торф является прекрасным материалом для использования на подстилку животным. Он может поглощать воды в несколько раз больше своего веса. Особенно ценные для подстилки верховые торфы со степенью разложения до 15% и зольностью не выше 10%. Содержание влаги не должно превышать 50%.[ …]

Полная капиллярная влагоемкость песка или почвы — это количество воды, удерживаемое капиллярными силами в 100 г абсолютно сухого песка или почвы. Для определения влагоемкости служат специальные металлические цилиндры диаметром 4 см, высотой 18 см. Цилиндр имеет сетчатое дно, расположенное на расстоянии 1 см от его нижнего края. На дно цилиндра кладут двойной кружок влажной фильтровальной бумаги, взвешивают цилиндр на технических весах и насыпают в него почти доверху песок, слегка постукивая по стенкам цилиндра, благодаря чему песок будет лежать более плотно. Цилиндры ставят на дно кристаллизатора с небольшим слоем воды. Уровень воды в кристаллизаторе должен быть на 5 — 7 мм выше уровня сетчатого дна. Для уменьшения испарения воды всю установку или только цилиндры закрывают стеклянным колпаком. После того как вода поднимется до поверхности песка, что заметно по изменению его цвета, цилиндры вынимают из воды, обсушивают снаружи и ставят на фильтровальную бумагу. Как только вода перестанет стекать, цилиндры взвешивают на технических весах и на 1 — 2 ч помещают в кристаллизатор под колпак и вновь взвешивают. Эту операцию повторяют до тех пор, пока вес цилиндра с почвой, поглотившей воду, не станет постоянным. Нельзя после первого взвешивания ставить цилиндр в воду на длительное время, так как тогда может произойти сильное уплотнение почвы. Определение влагоемкости проводят в двукратной повторности. Одновременно берут две пробы для определения влажности.[ …]

Полная (максимальная) влагоемкость (ПВ), или водовмести-мость, — это количество влаги, удерживаемое почвой в состоянии полного насыщения, когда все поры (капиллярные и некапиллярные) заполнены водой.[ …]

Максимальная молекулярная влагоемкость (ММВ) соответствует наибольшему содержанию рыхлосвязанной воды, удерживаемой сорбционными силами или силами молекулярного притяжения.[ …]

Общая (по Н. А. Качинскому) или наименьшая (по А. А. Роде) влагоемкость почвы или предельная полевая (по А. П. Розову) и полевая (по С. И. Долгову)-количество влаги, которое почва удерживает после увлажнения при свободном оттоке гравитационной воды. Разноименность этой важной гидрологической константы вносит много путаницы. Неудачен термин «наименьшая влагоемкость», так как он противоречит факту максимального содержания при этом влаги в почве. Не совсем удачны и два других термина, но, поскольку нет более подходящего названия, впредь мы будем использовать термин «общая влагоемкость». Название «общая» Н. А. Качинский объясняет тем, что влажность почвы при этой гидрологической константе включает в себя все основные категории почвенной влаги (кроме гравитационной). Константу, характеризующую общую влагоемкость, широко используют в мелиоративной практике, где ее называют полевой влагоемкостью (ПВ), что наряду с общей влагоемкостью (ОБ)-наиболее распространенный термин.[ …]

При длительном состоянии насыщения почв водой до полной влагоемкости в них развиваются анаэробные процессы, снижающие ее плодородие и продуктивность растений. Оптимальной для растений считается относительная влажность почв в пределах 50- 60 % ПВ.[ …]

Значительно различаются почвы исследованных групп ТЛУ и по общей влагоемкости основного корнеобитаемого слоя: в I группе полевая или наименьшая влагоемко сть составляет 50-60 мм, во II — 90-120 мм, в III — 150-160 мм. Диапазон доступной влаги равен соответственно 39-51 мм, 74-105 мм и 112-127 мм. Такая разница связана как с мощностью почв, так и в большей степени с возрастанием влагоемкости верхних горизонтов. Наибольшей влагоемкостью обладает верхний 10-санти-метровый слой почвы. С глубиной влагоемкость, как правило, снижается, а диапазон доступной влаги уменьшается во всех случаях. В почвах I группы ТЛУ в верхнем 10-сантиметровом слое содержится до 60 % всех запасов влаги при полевой влагоемкости, а в почвах III группы эта доля снижается до 30 %.[ …]

Подготовительной работой является определение гигроскопической воды и влагоемкости почвы.[ …]

Влажность в сосудах с отверстиями в дне поддерживается на уровне полной влагоемкости почвы. Для этого сосуды ежедневно поливают до протекания в поддонник первой капяи жидкости. Во время дождя поливать не надо; следует даже заботиться о том, чтобы дождь не переполнил поддонника, ибо тогда питательный раствор будет потерян. Именно поэтому объем поддонника должен быть не менее 0,5 л, лучше — до 1 л. Прежде чем поливать сосуд, в него переливают всю жидкость из поддонника. Если ев слишком много, переливают до просачивания первой капли.[ …]

На дно сосуда слоем 1-1,5 см помещают чистый песок, увлажненный до 60% своей влагоемкости (15 мл воды на 100 г). На сосуд берут около 200 г песка.[ …]

Если в тяжелосуглинистой почве влажность завядания составляет 12%, а общая влагоемкость равна 30%, то диапазон активной влаги «(¥дав = 30 — 12 = 18%.[ …]

Для почв нормального увлажнения состояние влажности, соответствующее полной влагоемкости, может быть после снеготаяния, обильных дождей или при поливе большими нормами воды. Для избыточно влажных (гидроморфных) почв состояние полной влагоемкости может быть длительным или постоянным.[ …]

Установлено, что оптимальной влажностью для нитрификации является 50-70% от полной влагоемкости почвы, оптимальной температурой является 25-30°.[ …]

Использование торфа на подстилку. Торф — прекрасный подстилочный материал. Высокая влагоемкость его обусловливает максимальное поглощение жидких выделений животных, а кислотность и большая емкость поглощения — сохранение аммиачного азота.[ …]

Количество гравитационной воды определяют как разность между водовместимостью и общей влагоемкостью (№в-ОВ).[ …]

Вначале (несколько дней) растения поливают во всех сосудах равным количеством воды, в дальнейшем — до 60 — 70% от влагоемкости абсолютно сухого песка. Зная вес абсолютно сухого песка в сосуде, рассчитывают, какое количество воды должно быть в нем. На этикетке сосуда пишут вес для полива. Он является суммой следующих величин: веса тарированного сосуда, веса абсолютно сухого песка, веса воды.[ …]

Допустим, что на площади в 1 га плотность (удельная ¡масса) почвы слоем от 0 до 10 см в глубину составляет 1100 ¡кг/м3, а влагоемкость — не менее 27,4 весового процента. Для одного гектара это соответствует 301 м3 воды. Если доступная влага в данном случае составляет 19,8 весового процента, для рассматриваемого слоя почвы это будет соответствовать 218 м3 воды (такое количество воды равно 21,8 мм доступных осадков). Поверхностно внесенный гербицид, растворяясь в дополнительных осадках и почвенном растворе, проникает в почву за счет диффузионного переноса последнего, т. е. этому -процессу способствует ¡почвенная влага. В почве, где содержание воды намного ниже капиллярной влагоемкости, растворение и проникание гербицидов затрудняется. И наоборот, если почва насыщена влагой и ее верхний слой не высох, для обеспечения проникания и диффузии гербицидов достаточно осадков меньше расчетного уровня.[ …]

Гравий (3-1 мм) — обломки первичных минералов, водопроницаемость провальная, водоподъемная способность отсутствует, влагоемкость очень низкая ([ …]

Максимальное количество капиллярно-подпертой влаги, которое может содержаться в почве над уровнем грунтовых вод, называется капиллярной влагоемкостью (КВ).[ …]

Существуют два типа сосудов: сосуды Вагнера и сосуды Митчерлиха. В металлических сосудах первого типа полив производится по весу до 60 — 70% от полной влагоемкости почвы через впаянную сбоку трубку, в стеклянных сосудах — через стеклянную трубку, вставленную в сосуд. В сосудах Митчерлиха на дне имеется продолговатое отверстие, закрытое сверху желобом.[ …]

Ухудшение аэрации в результате повышения влажности почвы приводит к снижению ОВ-потенциала. Наиболее резко он падает при влажности, близкой к полной влагоемкости (>90 % ПВ), когда сильно нарушается нормальный газообмен почвенного воздуха с атмосферным. При повышении влажности с 10 до 90 % ПВ снижение потенциала в большинстве почв происходит медленно.[ …]

Для растений не так важно общее количество почвенной влаги, как доступность. Уровень доступной растениям воды находится между точкой устойчивого завядания и полевой влагоемкостью. Эту воду часто называют капиллярной. В почве она удерживается в тонких порах, где ее стеканию препятствуют капиллярные силы, а также в виде пленок вокруг почвенных частиц (рис. 60). Почвы различаются по своей способности удерживать влагу, что связано с их механическим составом (табл. 8). Хотя песчаные почвы лучше дренированы и аэрированы, но они обладают более низкой водоудерживающей способностью, чем глинистые почвы. Общее количество капиллярной воды в песчаных почвах может быть увеличено путем повышения содержания в них органического вещества. Количество доступной для растений воды зависит от многих факторов, в том числе от типа и глубины почвы, глубины залегания корневой системы культуры, скорости потери воды на испарение и транспирацию, температуры и скорости поступления дополнительной воды. Кроме того, содержание доступной растениям воды имеет значение само по себе. Чем меньше воды в почве, тем прочнее она удерживается. Прочность измеряется в атмосферах давления, требующегося для отнятия воды. При полевой влагоемкости вода удерживается силой примерно 15 атм.[ …]

Опытными данными установлено, что благодаря внесению в почву гуматов от 0,1 до 3% массы грунта формируется в течение от 2 недель до 3 месяцев характерная почвенная структура. Влагоемкость в глинистых грунтах возрастает на 15-20%, в суглинистых — на 20-30%, в супесчаных и песчаных грунтах- в 5-10 раз. Устойчивость грунтов к водной эрозии увеличивается в 4-8 раз при хорошем развитии растительности .[ …]

Для пояснения терминов, применяемых в табл. 5.2.1 и при описании водного режима почв, ниже приведена краткая характеристика выделяемых категорий почвенной влаги. Наименьшая влагоемкость (НВ) — наибольшее количество впитавшейся в почву воды, удерживаемой в капиллярах почвы после стекания свободной гравитационной влаги. Капиллярная влага, содержащаяся в почве при НВ, имеет высокую степень подвижности и доступности для растений. При влажности 80-100% от НВ в почве складываются наиболее благоприятные условия для влагоснабжения растений.[ …]

В бесструктурной распыленной почве тяжелого механического состава складывается неблагоприятный физический режим. Вода и воздух в ней являются антагонистами. Порозность и влагоемкость представлены малыми величинами. Вследствие плохой водопроницаемости бесструктурная почва плохо впитывает воду, сток ее по поверхности приводит к эрозии. Плохая водопроницаемость, малая влагоемкость не обеспечивают достаточных запасов воды. Весной и осенью поры в такой почве бывают заполнены водой, а воздух в них отсутствует. С повышением же температуры благодаря тонкопористому сложению происходит интенсивное испарение воды и просушивание почвы на большую глубину. Растения в этот период страдают от засухи. После дождя или полива поверхность бесструктурной почвы заплывает, резко повышается липкость. При высыхании такая почва сильно уплотняется, на поверхности поля образуется плотная корка, что затрудняет рост и развитие растений. При сильном просушивании образуются глубокие трещины и при этом корни растений могут быть порваны. Требуются повторные рыхления после дождя и поливов. Распыленные почвы легко подвергаются ветровой эрозии.[ …]

Зеленое удобрение, как и другие органические удобрения, запаханное в почву, несколько снижает ее кислотность, уменьшает подвижность алюминия, повышает буферность, емкость поглощения, влагоемкость, водопроницаемость, улучшает структуру почвы. О положительном влиянии зеленого удобрения на физические и физико-химические свойства почвы свидетельствуют данные многочисленных исследований. Так, в песчаной почве Новозыбковской опытной станции к концу четырех ротаций севооборота с чередованием пар — озимые — картофель — овес, в зависимости от использования люпина в виде самостоятельной культуры в пару и пожнивной культуры после озимых, содержание гумуса и величина капиллярной влагоемкости почвы были различны (табл. 136).[ …]

Очень важно при проведении опыта поддерживать во всех сосудах одинаковую (и достаточную) влажность почвы. Для установления желательной влажности необходимо знать водные свойства почвы, в частности ее влагоемкость и влажность при набивке сосудов. Влажность почвы в сосудах доводят обычно до 60-70% ее капиллярной влагоемкости и поддерживают на этом уровне в течение всей вегетации растений. Регулирование ее в сосудах осуществляют ежедневным поливом растений по весу сосуда.[ …]

Количество воды в почве может быть выражено различными способами. Для некоторых целей влажность почвы определяют в миллиметрах на гектар. При определении физических условий почвы влажность выражают термином «полевая влагоемкость», которая имеет большое значение для сельского хозяйства. Под полевой влагоемкостью понимают максимальное количество воды, удерживаемое почвой после стекания внесенной на ее поверхность воды и после того, как невпитавшаяся (свободная вода) под действием силы тяжести удалится из почвы1.[ …]

Гравий (3-1 мм) — состоит из обломков первичных минералов. Высокое содержание гравия в почвах не препятствует обработке, но придает им неблагоприятные свойства — провальную водопроницаемость, отсутствие водоподъемной способности, низкую влагоемкость. Влагоемкость гравия ([ …]

Чтобы обеспечить постоянную работоспособность сушильного агента, необходимо удалять из камеры часть насыщенного влагой воздуха, а взамен него подавать свежий воздух, который при нагревании становится более сухим и, смешиваясь с рабочим сушильным агентом, повышает влагоемкость последнего. Он должен совершаться непрерывно в течение всего процесса сушки, за исключением начальной стадии — периода прогрева материала и тепловлагообработки.[ …]

При НВ в почве 55-75 % пор заполнено водой, создаются оптимальные условия влаго- и воздухообеспеченности растений. Величина НВ зависит от гранулометрического состава, содержания гумуса и сложения почвы. Чем тяжелее почва по гранулометрическому составу, чем больше в ней гумуса, тем выше ее наименьшая влагоемкость. Очень рыхлая и сильноплотная почвы имеют меньшую влагоемкость (НВ), чем почвы средней плотности. Для суглинистых и глинистых почв величина НВ колеблется от 20 до 45 % абсолютной влажности почв. Наибольшие значения НВ характерны для гумусированных почв тяжелого гранулометрического состава с хорошо выраженной макро- и микроструктурой.[ …]

В заключение можно отметить, что физические свойства подстилки на незаболоченных вырубках и на вырубках начальной стадии заболачивания (мощность подстилки до 13- 15 см) очень близки. Но в это время создаются сильные различия в водно-воздушном режиме. Торфянистая подстилка под кукушкиным льном в силу большей влагоемкости имеет менее благоприятный воздушный режим, особенно весной, и значительно более высокий запас влаги.[ …]

С повышением влажности почвы гербицидная активность препаратов, как правило, повышалась, но в различной степени и до определенного предела. Наибольшая фитотоксичность препаратов при их заделке в почву проявилась при влажности 50-60% полной влагоемкости почвы.[ …]

ДЦЭ а ДДД (рис. 2) обнаруживала тенденцию я исчезновению из почвы независимо от ее влажности. В условиях залива почвы водой или недостаточной аэрации продукты первоначального распада ДДГ — ДЯЭ и ДДД оказались более стойкими, чем 4,41-ДДТ. На-, против, при влажности почвы, оптимальной для развития растений и аэробной микрофлоры (60% от полной влагоемкости), более стойким соединением оказывался 4,41-ДДТ.[ …]

Типичные черноземы имеют большей частью глинистый и тяжелосуглинистый механический состав. Удельный вес твердой фазы в них колеблется в интервале 2,38-2,59 г/см3; объемный вес — 0,93-0,99 г/см3; общая порозность сравнительно высокая, доходит до 63%, причем более 50% приходится на долю некапиллярной. Типичные черноземы отличаются хорошей водопроницаемостью. Полевая влагоемкость этих почв равна 39-41% (Гарифуллин, 1969).[ …]

АБИОТИЧЕСКИЕ ФАКТОРЫ В ЭКОСИСТЕМАХ — факторы, разделяющиеся на радиацию (космическая, солнечная) с ее вековой, годовой и суточной цикличностью: на зональные, высотные и глубинные факторы распределения тепла и света с градиентами и закономерностями циркуляции воздушных масс; факторы литосферы с ее рельефом, различным минеральным составом и гранулометрией, тепло- и влагоемкостью; факторы гидросферы с градиентами ее состава, закономерностями водо- и газообмена.[ …]

Одно из наиболее важных физических свойств почвы — ее механический состав, т.е. содержание частиц разного размера. Установлены четыре градации механического состава: песок, супесь, суглинок и глина. От механического состава зависят водопроницаемость почвы, ее способность удерживать влагу, проникновение в нее корней растений и др. Кроме того, каждая почва характеризуется плотностью, тепловыми свойствами, влагоемкостью и вла-гопроницаемостью. Большое значение имеет аэрация, т.е. насыщение почвы воздухом и способность к такому насыщению.[ …]

Интенсивность впитывания зависит не только от водных свойств почво-грунтов, но в значительной степени определяется и их влажностью. Если почва сухая, она обладает большой инфильтрацион-ной способностью и в первый период времени после начала дождя интенсивность впитывания близка к интенсивности дождя. С увеличением влажности почво-грунтов интенсивность инфильтрации постепенно уменьшается и при достижении полной влагоемкости в стадии фильтрации становится постоянной, равной коэффициенту фильтрации (см. § 92) данного почво-грунта.[ …]

Очень важной операцией по уходу за растениями в вегетационном опыте является полив. Сосуды поливают ежедневно, в ранние утренние или вечерние часы, в зависимости от темы опыта. Следует отметить, что полив водопроводной водой не годится при проведении опытов с известкованием. Полив проводят по весу до установленной для опыта оптимальной влажности. Для установления необходимой влажности почвы предварительно определяют полную влагоемкость и влажность ее при набивке сосудов. Вес сосудов к поливу вычисляют, исходя из желательной оптимальной влажности, которая обычно составляет 60-70% полной влагоемкости почвы, суммируя веса тарированного сосуда, песка, добавленного снизу и сверху сосуда при набивке и посеве, каркаса, сухой почвы и необходимого количества воды. Вес сосуда к поливу пишут на этикетке, наклеенной на чехле. В жаркую погоду приходится поливать сосуды дважды, один раз давая определенный объем воды, а другой раз доводя до заданного веса. Чтобы иметь более одинаковые условия освещения для всех сосудов, их ежедневно во время поливки меняют местами, а также передвигают на один ряд вдоль вагонетки. Сосуды помещают обычно на вагонетки; в ясную погоду их выкатывают на открытый воздух под сетку, а на ночь и в непогоду увозят под стеклянную крышу. Сосуды Митчерлиха устанавливают на неподвижно закрепленных столах под сеткой.[ …]

Значительная часть торфяных болот Севера возникла на месте прежних сосновых и еловых лесов. На некоторой стадии выщелачивания лесных почв древесной растительности начинает не хватать питательных веществ. Появляется не требовательная к условиям питания моховая растительность, постепенно вытесняющая древесную. Нарушается водно-воздушный режим в поверхностных слоях почвы. В результате под пологом леса, особенно при ровном рельефе, близком залегании водоупора и влагоемких почвах, создаются благоприятные для заболачивания условия. Предвестниками заболачивания лесов часто являются зеленые мхи, в частности кукушкин лен. Их сменяют различные виды сфагнового мха — типичного представителя болотных мхов. Старые поколения деревьев постепенно отмирают, на смену им приходит типичная болотная древесная растительность.

Влагоемкость почвы – величина, которая количественно характеризует водоудерживающую способность почвы. Как и влажность, влагоемкость определяется в % к весу сухой почвы. В зависимости от сил, удерживающих влагу в почвах, различают три основные категории влагоемкости: полная, наименьшая и капиллярная.

Полная влагоемкость – это максимальное количество воды, которое может удерживать почва с использованием всех влагоудерживающих сил.

Наименьшая влагоемкость – это максимальное количество воды, которое почва может удерживать в химических связях и коллоидных системах.

Капиллярная влагоемкость – это максимальное количество воды, которое почва может удеживать в своих капиллярах.

Материалы и оборудование

1) стеклянные цилиндры без дна; 2) марля; 3) ванночки; 4) фильтровальная бумага; 5) технические весы; 6) образцы почвы.

Ход работы

Стеклянный цилиндр без дна обвязывают марлей с нижнего конца. В предварительно взвешенный на технических весах цилиндр насыпают, слегка уплотняя постукиванием, почву на высоту 10 см. Определяют массу цилиндра с почвой. Далее цилиндр с почвой помещают в специальную ванночку с водой – так, чтобы дно цилиндра стояло на фильтровальной бумаге, концы которой опущены в воду.

Вода по порам бумаги передается почве, производя ее капиллярное насыщение. Через каждые сутки цилиндр взвешивают на технических весах до тех пор, пока его масса не перестанет возрастать. Это укажет на то, что почва достигла полного капиллярного насыщения. Капиллярную влагоёмкость рассчитывают по формуле:

где КВ – капиллярная влагоёмкость, %;В – масса почвы в цилиндре после насыщения, г;

М – масса абсолютно сухой почвы, г.

Поскольку в цилиндр помещается воздушно-сухая навеска, а расчеты производятся на массу абсолютно сухой почвы, поэтому массу абсолютно сухой почвы предварительно надо вычислить, используя значение коэффициента пересчёта, полученное в предыдущей работе (все лабораторные работы выполняются с тем же почвенным образцом) по формуле:

где М – масса абсолютно сухой почвы,b – вес воздушно-сухой почвы,

k H 2 O ‑ коэффициент гигроскопичности.

Полученные результаты занести в таблицу.

Лабораторная работа № 7

Определение кислотности почвы

Основные сведения по теме работы

Кислотность почв – это их способность обуславливать кислую реакцию почвенного раствора за счет наличия в ней катионов водорода. Наиболее распространенным источником кислотности почв являются фульвокислоты, которые образуются при разложении растительных остатков. Кроме них в почве присутствуют многие низкомолекулярные кислоты – органические (масляная, уксусная) и неорганические (угольная, серная, соляная).

Кислотность – это диагностический параметр, оказывающий значительное влияние на жизнь обитателей почвы и произрастающих на ней растений. Для большинства сельскохозяйственных культур оптимальные диапазоны кислотности близки к нейтральным, однако многие естественные почвы являются щелочными или кислыми, поэтому возникает необходимость оценки и, при необходимости, коррекции их кислотности.

Избыточная кислотность прямо или косвенно оказывает негативное влияние на растения. Подкисление почв приводит к нарушению их структуры, что в свою очередь вызывает резкое ухудшение аэрации и капиллярных свойств почвы. Избыточная кислотность подавляет жизнедеятельность полезных микроорганизмов (особенно нитрификаторов и азотфиксаторов), усиливает связывание фосфора алюминием, что нарушает ионообменные процессы в корнях растений. В конечном счете, эти процессы приводят к закупорке корневых сосудов и отмиранию корневой системы.

Различают две формы кислотности — актуальную и потенциальную.

    Актуальная кислотность обусловлена наличием в почвенном растворе свободных ионов водорода, образовавшихся в результате диссоциации водорастворимых органических и слабых минеральных кислот, а также гидролитически кислых солей. Она непосредственно влияет на развитие растений и микроорганизмов.

    Потенциальная кислотность характеризуется наличием в почвенно-поглотительном комплексе ионов Н + и Al 3+ , которые при взаимодействии твердой фазы с катионами солей вытесняются в почвенный раствор и подкисляют его.

Определение кислотности почвы как правило проводится потенциометрическим методом. Он основан на измерении электродвижущей силы в цепи, состоящей из двух полуэлементов: электрода измерения, погруженного в испытуемый раствор, и вспомогательного электрода с постоянным значением потенциала. Прибор для измерения рН называется потенциометром или рН-метром.

Результаты потенциометрического измерения рН почвы оцениваются по стандартным шкалам. В практическом почвоведении используется классификация почв по уровню рН водной вытяжки (актуальная кислотность) или солевой вытяжки (потенциальная кислотность) (табл. 6).

Табл. 6. Классификация почв по уровню кислотности

Тип почвы

Очень сильнокислые

Сильнокислые

Слабокислые

Близкие к нейтральным

Нейтральные

Слабощелочные

Щелочные

Сильнощелочные

Очень сильнощелочные

Материалы и оборудование

1) химические стаканчики на 100-150 мл, 2) 1 N раствор КСl, 3) потенциометр (рН-метр), 4) технические весы; 5) образцы почвы.

Ход работы

Для определения актуальной кислотности следует на технических весах взвесить 20 г воздушно-сухой почвы. Навеску поместить в химический стакан на 100-150 мл и прилить 50 мл дистиллированной воды. Содержимое перемешивать 1-2 мин и оставить стоять 5 мин. Перед определением суспензию еще раз перемешать, после чего полностью погрузить в нее электрод измерения и электрод сравнения. Через 30-60 сек. отсчитать по шкале потенциометра значение рН, соответствующее измеряемой кислотности почвенной суспензии.

Для определения потенциальной кислотности к навеске почвы 20 г приливают 50 мл 1N р-ра КСl. Дальнейший ход анализа тот же, что и при определении актуальной кислотности.

Результаты работы занести в таблицу:

Лабораторная работа № 8

Капиллярная влагоемкость — способность почв и грунтов удерживать в своей толще максимально возможное количество капиллярной воды (без перехода ее в гравитационную форму), выраженное в весовых или объемных процентах или в кубических метрах на 1 га. Капиллярная влагоемкость, таким образом, представляет собой верхний предел водоудерживающей способности почв, обусловленный капиллярно-менисковыми силами. Поэтому и величина капиллярной влагоемкости (капиллярной водоудерживающей способности) в общем соответствует капиллярной скважности почв и грунтов. Поскольку граница и различия между капиллярной и некапиллярной скважностью в почвах условны и представлены рядом переходов, постольку и величина капиллярной влагоемкости несколько условна, она изменяется в зависимости от ряда факторов.
При близком залегании (1,5-2,0 м) уровня грунтовых вод, когда капиллярная кайма смачивает толщу почвы до поверхности, капиллярная влагоемкость почвы характеризуется наибольшими величинами, так как капиллярная влагоемкость в данном случае обусловлена суммарной всасывающей деятельностью менисков тонких и крупных пор и капилляров. В этом случае капиллярная влагоемкость соответствует максимально возможной величине содержания в почве капиллярно-подпертой воды. Наиболее точно величина капиллярной влагоемкости определяется в этом случае в поле путем установления послойной влажности от поверхности почвы до уровня грунтовых вод. Для 1,5-метрового слоя среднесуглинистых почв это соответствует 30-40 об.%, или около 4500- 6000 м3/гa.
В случае глубокого залегания уровня грунтовых вод капиллярная влагоемкость почвы связана только с работой сравнительно тонких пор и капилляров. В этом случае ее величина соответствует максимально возможному объему удержанной в почве капиллярно-подвешенной воды. Величина влагоемкости в случае капиллярно-подвешенной воды колеблется в зависимости от структуры и механического состава почв в пределах 20-35 об.%, что составляет для 1-метрового слоя 2000-3500 м3/га, а для 1,5-метрового — 3000-5250 м3/га.
Очень часто влагоемкость в отношении капиллярно-подвешенной воды называют наименьшей влагоемкостью (HB). Этот термин, введенный П.С. Коссовичем, основан на идее о том, что в почвах глубокого уровня грунтовых вод нет подпирающего влияния восходящей капиллярной каймы и пористая почвенная система удерживает то наименьшее количество влаги, которая остается после свободного оттока гравитационной воды.
Капиллярная влагоемкость может быть определена на монолите в лаборатории или в полевых условиях методом предварительного длительного увлажнения почвы таким объемом воды, который заведомо превышает водоудерживающую способность почвы. Переувлажненная почва оставляется на известное время защищенной от испарения. Гравитационной воде в течение нескольких дней предоставляется возможность свободно стечь из почвенных горизонтов. Затем определяется количество влаги, удержанной в почве. Эта величина и будет соответствовать капиллярной (подвешенной) влагоемкости (наименьшей влагоемкости) почвы. Капиллярная влагоемкость, определенная для полевых конкретных условий, называется полевой влагоемкостью (полевой предельной влагоемкостью, полевой водоудерживающей способностью) почвы.
Почва в естественных условиях залегания не может удержать капиллярной воды больше этого «предельного» количества. Возрастание влажности почвы сверх ее водоудерживающей способности вызывает образование гравитационной воды, стекающей в нисходящем направлении или питающей грунтовые воды.
Понятие «предельная полевая влагоемкость» (ППВ) почв является важной гидрологической характеристикой, широко используемой в практике водных мелиораций. Величина предельной полевой влагоемкости зависит от ряда факторов.
Почвы глинистого тяжелого механического состава имеют большую величину полевой влагоемкости — 3500-4000 м3/га для 1-метрового слоя, почвы легкого супесчаного и песчаного механического состава — 2000-2500 м3/га. Почвы с хорошо развитой комковато-зернистой структурой обычно имеют умеренные средние показатели полевой влагоемкости — 2500-3000 м3/га для 1-метрового слоя; бесструктурные почвы характеризуются более высокой величиной полевой влагоемкости. Ниже приводятся величины полевой влагоемкости почв различного механического состава в % от скважности:


Как это ясно из предыдущего изложения, полевая влагоемкость зависит также от положения грунтовых вод, сильно возрастая в случаях близкого уровня грунтовых вод (капиллярная кайма в пределах почвенного профиля) и уменьшаясь при глубоком положении грунтовых вод. Так, при близких (1,5-2 м) грунтовых водах с углублением на каждые 10 см глубже 50 см величина полевой влагоемкости возрастает на 2-3%, а при очень глубоких грунтовых водах — уменьшается на каждые 10 см на ту же величину.
Неоднородность и слоистость почв по профилю, в частности смена механического состава и структурного состояния грунта, способствуют увеличению суммарной величины полевой влагоемкости всего профиля. Это объясняется тем, что вблизи поверхности раздела между соседними слоями вышележащий слой имеет повышенную влажность за счет образования дополнительных менисков и дополнительной водоудерживающей способности (капиллярно-посаженная вода).
Зная величину предельной влагоемкости почвы и сопоставляя с ней величину влажности, зафиксированной в почве на определенный момент, можно оценить состояние и форму воды и определить направление движения влаги. В тех случаях, когда влажность почвы выше величины предельной полевой влагоемкости, имеют место нисходящие токи гравитационной воды. В случае, когда влажность верхних горизонтов меньше полевой влагоемкости, поток капиллярной воды направлен обычно кверху от зеркала грунтовых вод.
Многочисленными исследованиями на опытных станциях и в производственных условиях установлено, что оптимальная влажность почв для развития сельскохозяйственных растений в условиях орошения колеблется в пределах от 100 до 70-75% от полевой влагоемкости. Отсюда следует, что в межполивные периоды относительная влажность почв перед очередным поливом не должна опускаться ниже 70-75% от полевой влагоемкости.
Разность между величиной полевой влагоемкости и фактической влажностью почвы перед очередным поливом называется дефицитом влажности до полевой влагоемкости.
Дефицит влажности до полевой влагоемкости в условиях орошаемого хозяйства должен быть не больше, чем разность между полевой влагоемкостью и величиной 70-75% полевой влагоемкости (на глинах и солончаках 80-85%). Если величина фактической влажности перед поливом ниже 70-75% от полевой влагоемкости (например, 60-50%), то растения будут испытывать депрессию в развитии, что вызовет снижение урожая. Хлопчатник в таких случаях сбрасывает свои плодовые органы (бутоны, завязи, коробочки).
Таким образом, по полевой влагоемкости устанавливаются рациональные нормы поливов. Если при очередном поливе подача воды превысит величину дефицита влаги до полевой влагоемкости, запас воды в почве превысит ее водоудерживаюшую способность, появится свободная гравитационная вода, которая начнет двигаться в нисходящем направлении и пополнять запасы грунтовой воды, повышая их уровень.
В практике орошаемого земледелия иногда применяют поливы без норм, большими количествами воды, в 1,5-2 раза превышающими дефицит до полевой влагоемкости. Такие поливы вызывают интенсивный подъем уровня грунтовых вод, приближение их к дневной поверхности, развитие процессов заболачивания и засоления. Особенно часто это происходит на полях орошаемого риса, где нередко за вегетационный период дается 30-40 тыс. м3/га поливной воды.
Рационально рассчитанная норма полива для незасоленных почв должна представлять собой величину, не превышающую дефицит влажности до полевой влагоемкости, чтобы свести к минимуму фильтрацию избыточной свободной воды в грунтовые воды.
Величина поливной нормы выражается следующим простейшим равенством:

M = П — м + к,


где M — поливная норма; П — полевая влагоемкость; м — фактическая влажность перед поливом; к — потери воды на испарение в момент полива.
Поскольку известно, что при орошении обычных полевых культур влажность почвы не должна перед очередным поливом опускаться ниже 70-75% от полевой влагоемкости, то величина дефицита влажности П — м в большинстве случаев должна быть не выше 25-30% П, что для почв суглинистого механического состава для 1-метровой толщи составит 800-1200 м3/га.
Поясним это на следующем примере. Полевая влагоемкость незасоленной почвы равна 20 вес.%, объемный вес почвы 1,4. Требуется установить оптимальный дефицит До полевой влагоемкости, который и будет представлять оптимальную величину поливной нормы воды для 1-метрового слоя.
Полевая влагоемкость в абсолютном выражении будет составлять П = 2800 м3/га; допустимая влажность до полива — 70% от П, т. е. 1960 м3/га. Тогда дефицит, а следовательно, и поливная норма, составляя разность между полевой влагоемкостью и допустимым запасом воды перед поливом (2800-1960 м3/га), будут равны 840 м3/га.
Зная величину полной влагоемкости и полевой влагоемкости, можно всегда представить себе вероятную величину свободной гравитационной воды, образующейся в почве в случае естественного или искусственного снижения уровня грунтовых вод. Эта величина называется водоотдачей грунта.
Водоотдача грунта — количество свободной гравитационной воды, образующейся в грунте при снижении уровня грунтовых вод, выраженное в процентах от скважности (полной влагоемкости), от объема грунта или в виде коэффициента. Коэффициент водоотдачи сильно колеблется в зависимости от структуры, механического состава и скважности почв и грунтов. Об этом можно судить по данным табл. 6.


Зная величину коэффициента водоотдачи, можно предвидеть вероятный подъем уровня грунтовых вод при поступлении в грунт свободной гравитационной воды. Вероятный подъем уровня грунтовых вод h (в см) при поступлении в них гравитационной воды равен слою просочившейся воды b (в см), деленному на коэффициент водоотдачи Q:

Из величин коэффициента водоотдачи видно, что при поступлении гравитационной воды интенсивность подъема уровня грунтовых вод возрастает тем больше, чем тяжелее механический состав грунта. Так, в глинах каждый миллиметр просочившейся и поступившей в грунтовые воды гравитационной, воды может повысить уровень грунтовой воды на 3-10 см, в суглинках — на 2-3 см, в песках значительно меньше — на 0,3-0,5 см.
Зная дефицит влажности до полевой влагоемкости, можно установить то количество свободной гравитационной воды, которое появляется в толще горизонтов почвы при ее увлажнении сверх водоудерживающей способности. Количество гравитационной воды, образующейся при этом в толще грунта, представляет собой разность между объемом поданной воды и объемом дефицита до полевой влагоемкости, что может быть показано следующим выражением:

В = М — (П — м),


где В — гравитационная вода; M — вода, поступившая на почву сверху; П — полевая влагоемкость; м — запас воды в почве.
Таким образом, капиллярная влагоемкость и ее разновидность для почв, находящихся в культуре, так называемая полевая (предельная) влагоемкость, являются важнейшими почвенно-гидрологическими характеристиками, на знании которых и правильном применении должно базироваться рациональное регулирование водного режима почв и осуществление водных мелиораций.
Влагоемкость почвы — величина, количественно характеризующая водоудерживающую способность почвы. В зависимости от условий удержания влаги различают влагоемкость общую, полевую, предельную полевую, наименьшую, капиллярную, максимальную молекулярную, адсорбционную максимальную, из которых основные наименьшая, капиллярная и полная.
Определение полевой влагоемкости почвы. Для определения полевой влагоемкости (ПВ) на выбранном участке двойным рядом валиков огораживают площадки размером не менее 1×1 м. Поверхность площадки выравнивают и покрывают крупным песком слоем 2 см. Выполняя данный анализ, можно использовать металлические или плотные деревянные рамы.
Рядом с площадкой по генетическим горизонтам или отдельным слоям (0-10, 10-20 см и т. д.) бурами берут образцы почвы для определения ее пористости, влажности и плотности. По этим данным определяют фактический запас воды и пористость почвы в каждом ее отдельном слое и в общей толще изучаемой почвы (50 или 100 см). Вычитая из общего объема пор объем их, занятый водой, определяют количество воды, необходимое для заполнения всех пор в изучаемом слое воды. Для гарантии полного промачи- вания количество воды увеличивают в 1,5 раза.
Вычисленное количество воды равномерно подают на площадку и защитную полосу так, чтобы слой ее на поверхности почвы был толщиной 2-5 см.
После впитывания всей воды площадку и защитную полосу закрывают полиэтиленовой пленкой, а сверху соломой, опилками или другим мульчирующим материалом. В дальнейшем через каждые 3-4 дня отбирают пробы для определения влажности почвы через каждые 10 см на всю глубину изучаемого слоя до тех пор, пока в каждом слое установится более или менее постоянная влажность. Эта влажность и будет характеризовать полевую вла- гоемкость почвы, которую выражают в процентах к массе абсолютно сухой почвы, в мм или м3 в слое 0-50 и 0-100 см на 1 га.
Записи и расчеты при определении ПВ ведут по форме, установленной для определения влажности почвы весовым методом. Значение ПВ в дальнейшем используется для расчета поливной нормы воды. Если известны ПВ и запас воды в пахотном слое почвы Вп (м3), то поливная норма Пн = ПВ — Вп.
По этим же данным можно определить и промывную норму для засоленных почв.
Определение влагоемкости в лабораторных условиях. Влагоем- кость в лабораторных условиях определяют на монолитах объемом 1000-1500 см3 с естественным сложением почвы. Монолиты помещают в ванночку или на стол, покрытый клеенкой, так, чтобы поверхности их приняли горизонтальное положение, и закрывают фильтровальной бумагой. Затем монолит поливают сверху водой так, чтобы она не застаивалась на его поверхности и не стекала по бокам. После промачивания образца почвы на 3/4 его высоты полив прекращают, закрывают монолит клеенкой и оставляют в таком положении для стекания гравитационной воды в нижнюю часть его. Продолжительность стекания воды зависит от механических свойств почвы и ее плотности: для песчаных почв достаточно 0,5 ч, для легких и средних суглинков — 1-3, для тяжелых суглинков и глин — 8-16 ч.

Еще по теме ВЛАГОЕМКОСТЬ ПОЧВЫ И МЕТОДЫ ЕЕ ОПРЕДЕЛЕНИЯ:

  1. Определение активности а-амилазы в сыворотке крови, моче, дуоденальном содержимом амилоклассическим методом со стойким крахмальным субстратом (метод Каравея).

Вода в почве является одним из основных факторов почвообразования и одним из главнейших условий плодородия. В мелиоративном отношении особенно важное значение вода приобретает как физическая система, находящаяся в сложных взаимоотношениях с твердой и газообразной фазой почвы и растением (рис. 9). Недостаток воды в почве губительно отражается на урожае. Лишь при необходимом для нормального роста и развития растений содержании жидкой воды и элементов питания в почве при благоприятных воздушных и термических условиях можно получить высокий урожай. Основной источник воды в почве — выпадающие осадки, каждый миллиметр которых на гектаре составляет 10м3, или 10т воды. На Земле непрерывно совершается круговорот воды. Это постоянно протекающий геофизический процесс, включающий следующие звенья: а) испарение воды с поверхности мирового океана; б) перенос паров воздушными потоками в атмосфере; в) образование облаков и выпадение осадков над океаном и сушей; г) движение воды на поверхности Земли и в недрах ее (аккумуляция осадков, сток, инфильтрация, испарение). Содержание воды в почве определяется климатическими условиями зоны и водоудерживающей способность почвы. Роль почвы во внешнем влагообороте и внутреннем влагообмене повышается в результате ее окультуривания, когда заметно увеличиваются влажность, водопроницаемость и влагоемкость, но сокращаются поверхностный сток и бесполезное испарение.

Влажность почвы

Содержание воды в почве колеблется в пределах от сильного иссушения (физиологической сухости) до полного насыщения и переувлажнения. Количество воды, находящейся в данный момент в почве и выраженное в весовых или объемных процентах по отношению к абсолютной сухой почве, называется влажностью почвы. Зная влажность почвы, нетрудно определить запас почвенной влаги. Одна и та же почва может быть неодинаково увлажнена на разных глубинах и в отдельных участках почвенного разреза. Увлажненность почвы зависит от физических свойств ее, водопроницаемости, влагоемкости, капиллярности, удельной поверхности и других условий увлажнения. Изменение влажности почв и создание благоприятных условий увлажнения в течение вегетационного периода достигаются приемами агротехники. Каждая почва имеет свою динамику влажности, меняющуюся по генетическим горизонтам. Различают влажность абсолютную, характеризующуюся валовым (абсолютным) количеством влаги в почве в данной точке на данный момент, выраженном в процентах от веса или объема почвы, и влажность относительную, исчисляемую в процентах от пористости (полной влагоемкости). Влажность почвы определяется разными методами.

Влагоемкость почв

Влагоемкость — свойство почвы поглощать и удерживать то максимальное количество воды, которое в данное время соответствует воздействию на нее сил и условиям внешней среды. Это свойство зависит от состояния увлажненности, пористости, температуры почвы, концентрации и состава почвенных растворов, степени окультуренности, а также от других факторов и условий почвообразования. Чем выше температура почвы и воздуха, тем меньше влагоемкость, за исключением почв, обогащенных перегноем. Влагоемкость меняется по генетическим горизонтам и высоте почвенной колонны. В почвенной колонне как бы заключена водная колонна, форма которой зависит от высоты столба почвенного грунта над зеркалом и от условия увлажнения с поверхности. Форма такой колонны будет соответствовать природной зоне. Эти колонны в природных условиях меняются по сезонам года, а также от погодных условий и колебания влажности почвы. Водная колонна изменяется, приближаясь к оптимальной, в условиях окультуривания и мелиорации почвы. Различаются следующие виды влагоемкости: а) полная; б) максимальная адсорбционная; в) капиллярная; г) наименьшая полевая и предельная полевая влагоемкость. Все виды влагоемкости меняются с развитием почвы в природе и еще более — в производственных условиях. Даже одна обработка (рыхление спелой почвы) может улучшить ее водные свойства, увеличивая полевую влагоемкость. А внесение в почву минеральных и органических удобрений или других влагоемких веществ может на длительное время улучшить водные свойства или влагоемкость. Это достигается заделкой в почву навоза, торфа, компоста и других влагоемких веществ. Мелиорирующее действие может оказывать внесение в почву влагоудерживающих высокопористых влагоемких веществ типа перлитов, вермикулита, керамзита.

Кроме основного источника лучистой энергии, в почву поступает тепло, выделяемое при экзотермических, физико-химических и биохимических реакциях. Однако тепло, получаемое в результате биологических и фотохимических процессов, почти не изменяет температуру почвы. В летнее время сухая нагретая почва может повышать температуру вследствие смачивания. Эта теплота известна род названием теплоты смачивания. Она проявляется при слабом смачивании почв, богатых органическими и минеральными (глинистыми) коллоидами. Весьма незначительное нагревание почвы может быть связано с внутренней теплотой Земли. Из других второстепенных источников тепла следует назвать «скрытую теплоту» фазовых превращений, освобождающуюся в процессе кристаллизации, конденсации и замерзании воды и т. д. В зависимости от механического состава, содержания перегноя, окраски и увлажнения различают теплые и холодные почвы. Теплоемкость определяется количеством тепла в калориях, которое необходимо затратить, чтобы поднять температуру единицы массы (1г) или объема (1 см3) почвы на 1оС. Из таблицы видно, что с увеличением влажности теплоемкость меньше возрастает у песков, больше у глины и еще больше у торфа. Поэтому торф и глина являются холодными почвами, а песчаные — теплыми. Теплопроводность и температуропроводность. Теплопроводность — способность почвы проводить тепло. Она выражается количеством тепла в калориях, проходящего в секунду через площадь поперечного сечения 1 см2 через слой 1 см при температурном градиенте между двумя поверхностями 1оС. Воздушно-сухая почва обладает более низкой теплопроводностью, чем влажная. Это объясняется большим тепловым контактом между отдельными частицами почвы, объединенными водными оболочками. Наряду с теплопроводностью различают температуропроводность — ход изменения температуры в почве. Температуропроводность характеризует изменение температуры на единице площади в единицу времени. Она равна теплопроводности, деленной на объемную теплоемкость почвы. При кристаллизации льда в порах почвы проявляется кристаллизационная сила, вследствие чего закупориваются и расклиниваются почвенные поры и возникает так называемое морозное пучение. Рост кристаллов льда в крупных порах вызывает подток воды из мелких капилляров, где в соответствии с уменьшающимися их размерами замерзание воды запаздывает .

Источники поступающего в почву тепла и расходования его — неодинаковые для различных зон, поэтому тепловой баланс почв может быть и положительным и отрицательным. В первом случае почва получает тепла больше, чем отдает, а во втором — наоборот. Но тепловой баланс почв любой зоне с течением времени заметно изменяется. Тепловой баланс почвы поддается регулированию в суточном, сезонном, годичном и многолетнем интервале, что позволяет создать более благоприятный термический режим почв. Тепловым балансом почв природных зон можно управлять не только через гидромелиорации, но и соответственными агромелиорациями и лесомелиорациями, а также некоторыми приемами агротехники. Растительный покров усредняет температуру почвы, уменьшая ее годовой теплооборот, способствуя охлаждению приземного слоя воздуха вследствие транспирации и излучения тепла. Большие водоемы и водохранилища умеряют температуру воздуха. Весьма простые мероприятия, например культура растений на гребнях и грядах, дают возможность создать благоприятные условия теплового, светового, водно-воздушного режима почвы на Крайнем Севере. В солнечные дни среднесуточная температура в корнеобитаемом слое почвы на гребнях на несколько градусов выше, чем на выровненной поверхности. Перспективно применение электрического, водяного и парового отопления, используя промышленные отходы энергии и неорганические природные ресурсы.

Таким образом, регулирование теплового режима и теплового баланса почвы вместе с водно-воздушным имеет весьма большое практическое и научное значение. Задача заключается в том, чтобы управлять тепловым режимом почвы, особенно уменьшением промерзания и ускорением оттаивания ее.

Рекомендуем также

Водные свойства пород

Важнейшими свойствами пород по отношению к воде являются влагоемкость, влагоотдача и водопроницаемость.

Влагоемкость —  характеризует способность пород вмещать и удерживать определенное количество воды. Грунты подразделяются по степени влагоемкости на влагоемкие (торф, глины, суглинки), слабовлагоемкие  ( мел, мегрегель, супеси) и невлагоемкие (скальные грунты, пески, гравий).

Гигроскопическая влагоемкость определяет способность породы притягивать из воздуха парообразную влагу и соответствует количеству прочно связанной (гигроскопической) воды.

Максимально — молекулярная влагоемкость соответствует  максимальному количеству  связанной воды в породе, удерживаемой силами молекулярного притяжения.

Капиллярная влагоемкость соответствует максимальному количеству воды в капиллярных порах.

Полная влагоемкость соответствует максимальному количеству воды, удерживаемой породой при полном насыщении ее водой.

Водоотдача —  способность водонасыщенных грунтов отдавать гравитационную воду в виде свободного стока. Для количественной оценки водоотдачи применяют коэффициент водоотдачи

µ = Vв/Vн, 

где Vв — объем вытекающей воды;

Vн — объем осушенной части породы.

Величина коэффициента водоотдачи может быть определена по формуле

µ = n — ρdWм.м.в,

где n — пористость;

ρd — плотность сухого грунта; 

Wм.м.в — максимально — молекулярная влагоемкость.

Наибольшей водоотдачей обладают обладают галечники, гравии, крупнозернистые гравелистые пески(µ = 0.2 — 0.35). У влагоемких грунтов гравитационная водоотдача низка (µ = 0.01 — 0.05).

Разность между  полной влагоемкостью  и естественной влажностью называется дефицитом насыщения.

µн = Wп.в. — W

Недостаток насыщения характеризует то кол-во воды, которое единица объема породы может поглотить при повышении уровня.

Водопроницаемость — способность пород пропускать через себя воду под действием напора.

Водопроницаемость зависит от размера сообщающихся между собой пор и трещин от напора, под действием которого движется вода. На водопроницаемость оказывают влияние также состав породы,  особенности ее сложения, вязкость фильтрующей воды.

Количественно водопроницаемость пород характеризуется коэффициентом фильтрациипород Кф, имеющим размерность м/сут, м/с, см/с.

В зависимости от Кф выделяют породы с высокой водопроницаемостью (больше 1 м/сутки  — песок, гравий, галечник) с невысокой проницаемостью ( от 1 до 0,001 м/сутки — глинистые пески, суглинки) и практически водонепроницаемые (Кф меньше 0,001 м/сутки — глины, монолитные скальные породы)

Водонепроницаемые породы принято назвать водоупорами.  При большой мощности глины практически водоупорны. Однако необходимо помнить, что абсолютно водонепроницаемых пород в природе не существует.

Характеристики грунта, определяемые вычислением » Строительство и ремонт: теория и практика


Зная исходные характеристики грунта уч, уо и W, можно путем расчета найти следующие производные характеристики.
Объемный вес скелета грунта уск — отношение веса образца грунта, высушенного при 100—105°С до постоянного веса, к объему образца в ненарушенном состоянии.
Объемный вес скелета можно найти из соотношения

где W — весовая влажность в долях единицы.
Для разных грунтов величина уск колеблется в пределах от 1,3 до 1,85 т/м3; в среднем уск = 1,5 т/м3.
Пористость грунта n — отношение объема пор Vпор к общему объему грунта (Vск + Vпор),

Здесь Vск — объем скелета грунта во взятом образце грунта, т. е. величина постоянная.

где Vпор — объем пор, который может меняться, например, при естественном высыхании образца.
Коэффициент пористости е — отношение объема пор к объему твердых частиц, т. е. скелета грунта

Коэффициент пористости есть отношение переменной величины Vпор к постоянной Vск во взятом объеме грунта, поэтому пользоваться им удобнее, чем отношением двух переменных величин, каким является пористость.
Под е будем далее понимать коэффициент пористости грунта в природном, т. е. естественном, ненарушенном состоянии.
Песчаные грунты разделяются на плотные, средней плотности и рыхлые, в зависимости от величин коэффициентов пористости, приведенных в табл. 5.

Объемный вес грунта, взвешенного в воде увзв, находится с учетом потери веса частиц скелета грунта по закону Архимеда, по формуле

где Yв — удельный вес воды, равный 1 г/см3.
Для грунтов, все поры которых заполнены водой, увзв можно определить по формуле

Полная влагоемкость грунта — весовая влажность грунта при полном заполнении пор водой

Степень влажности G — доля заполнения объема пор водой

В зависимости от степени влажности грунты могут быть маловлажными, если 0

Объем поля — обзор

6 Движение воды в целых растениях

В свободно просачивающемся растении, укоренившемся в почве на полную мощность, вода испаряется с влажных клеточных стенок эпидермальных клеток и клеток мезофилла внутри листьев и теряется в атмосферу через устьица согласно уравнению 4.11. По мере того, как происходит потеря воды, водный потенциал в апопласте листа падает ниже, чем у клеток листа, а также ниже водного потенциала в ксилеме и почве.Таким образом, вода забирается из соседних клеток листа, вызывая снижение водного потенциала клетки (рис. 4.1). Напротив, хотя существует непрерывность жидкой воды между листом и почвой через ксилему , быстрое выравнивание потенциала воды по всему растению не может произойти, потому что существует сопротивление гидравлическому (массовому) потоку в системе почва / растение. Вместо этого транспирация воды из листьев создает градиент водного потенциала, вниз по которому вода имеет тенденцию течь из почвы к апопласту листа.

Путь движения воды от поверхности корня к месту испарения в листе преимущественно внеклеточный. При низкой транспирационной потребности вода течет радиально внутрь через клеточные стенки и межклеточные пространства эпидермиса и коры корня до энтодермы, где дальнейшее движение апопласта блокируется полосками Каспария в полностью дифференцированных молодых корнях. После этого вода проходит через клетки энтодермы, прежде чем попасть в просвет элементов ксилемы через апопласт стеллярной паренхимы.Маршрут менее определен для более старых и менее проницаемых корней с пробуренной экзодермой или которые подверглись вторичному утолщению; Считается, что вода поступает в апопласт таких корней через чечевиц или трещин.

Появляется все больше свидетельств того, что при более высокой транспирационной потребности сопротивление пути через мембраны корневых клеток и через корневой симпласт может быть снижено благодаря активности аквапоринов (высокоселективные водные каналы в клеточных мембранах, находящиеся под метаболическим контролем; Steudle и Хенцлер, 1995).Такие изменения не только снижают гидравлическое сопротивление симпластического пути, но также увеличивают общую способность корня перемещать воду к ксилеме (Steudle and Peterson, 1998).

Затем этот путь следует по ксилеме корня и стебля в лист, где оболочки пучков и разветвленные сети жилок доставляют воду к апопласту или симпласту в пределах нескольких клеток от места испарения. У некоторых видов поток внутри листа может встречаться с суберизованными клеточными стенками и отводиться в симплазму (O’Dowd and Canny, 1993).В целом, большая часть воды в растении, включая содержимое большинства клеток, фактически находится в автономном режиме и не является частью пути, но обмен действительно происходит с живыми клетками, граничащими с этим путем. Участие таких «автономных» запасов воды в гидравлическом потоке внутри растения можно продемонстрировать путем измерения суточных изменений толщины листа и диаметра стебля; как мы увидим в разделах 4 и 5, хранение такого рода может играть важную роль в выживании растений в засушливых средах и может вносить значительный вклад в ежедневную транспирацию деревьев (Tyree and Ewers, 1991) и суккулентов.

Наибольшее сопротивление гидравлическому потоку у травянистых растений, по-видимому, находится в корневой системе, хотя оно может меняться в зависимости от потребности, а проводимость стебля может резко падать из-за кавитации в элементах ксилемы (рис. 4.3) (гидравлический поток в элементах ксилемы). деревья обсуждаются более подробно в разделе 5). Тем не менее, сопротивление гидравлическому потоку внутри растения обычно мало по сравнению с сопротивлением диффузии водяного пара из листа в объем воздуха. Следовательно, скорость транспирации при данном VPD определяется диффузионным сопротивлением листьев и, более конкретно, устьичным сопротивлением, за исключением неподвижного воздуха.Гидравлическое сопротивление внутри растения обычно не ограничивает скорость транспирации, но сопротивление движению воды к корневой системе из высыхающей почвы может доминировать в водных отношениях растения при определенных обстоятельствах, как описано ниже.

Модифицированная версия классических кривых сушки Slatyer (1967) может дать некоторое представление об относительной важности различных сопротивлений в системе почва / растение / атмосфера. На рис. 4.9 показаны изменения в листовой, корневой поверхности и водном потенциале почвы в течение шести дней истощения почвенной влаги модельным растением , корни которого исследовали весь , однородный , объем почвы .В начале первого дня устьица постепенно открываются в течение нескольких часов в ответ на внешние сигналы (солнечное излучение) или эндогенные ритмы, вызывая постепенное увеличение скорости транспирации. Из-за гидравлического сопротивления растения и почвы вода начинает перемещаться от почвы к листу только после того, как будет установлен градиент водного потенциала. Так как почва находится на уровне поля (Ψ почва = 0), адекватный поток может поддерживаться без снижения водного потенциала листьев ниже -0.6 МПа, тем самым подвергая листья легкому водному стрессу в течение нескольких часов. Из-за низкого гидравлического сопротивления влажной почвы вода течет к корню в ответ на очень небольшую разницу водного потенциала (<0,1 МПа).

Рисунок 4.9. Схематическое изображение изменений потенциала воды в листьях, корнях и массе почвы в почве, а также скорости транспирации, связанных с истощением доступной воды в почве за пятидневный период. См. Полное описание в тексте

(адаптировано из Slatyer, 1967)

Вечером первого дня скорость транспирации падает с постепенным закрытием устьиц, и движение воды вверх к листу начинает превышать скорость потери. .Следовательно, апопласт листа и клетки регидратируются, и разница в водном потенциале между почвой и листом исчезает за ночь. Однако из-за того, что запасы воды в почве истощены, равновесный водный потенциал почвы и растений на рассвете 2-го дня составляет приблизительно -0,1 МПа. Отношения между растением и водой во второй день по существу аналогичны отношениям в первый день, за исключением того, что теперь необходимо снизить водный потенциал листа примерно до -0,9 МПа для поддержания градиента, необходимого для поддержания той же скорости транспирации (которая определяется устьицами). сопротивление).Между тем, гидравлическое сопротивление почвы начинает расти по мере высыхания почвы, так что теперь требуется разница водного потенциала 0,1–0,2 МПа для поддержания потока к поверхности корней.

В начале третьего дня равновесный водный потенциал в почве, корне и листьях упал до –0,4 МПа, и в течение дня возникает необходимость снизить водный потенциал листа до –1,2 МПа. Постепенное увеличение сопротивления почвы имеет два эффекта: во-первых, разность потенциалов между корнем и почвой, необходимая для обеспечения того же количества воды, что и в предыдущие дни, увеличилась до 0.3 МПа, но, что более важно, более медленное движение воды через почву теперь задерживает ночное уравновешивание водного потенциала. Следовательно, листья подвергаются водному стрессу от слабого до умеренного в течение большей части 3 дня.

Эти явления становятся более серьезными на 4 день, когда водный потенциал листа падает ниже -1,5 МПа, частично в результате снижения проводимости ксилемы из-за эмболии. Устьица полностью закрываются на короткий период в середине дня в ответ на эффекты тургора, и впервые нарушается суточный характер транспирации.Наконец, к концу 5-го дня, когда водный потенциал почвы упал до -1,5 МПа (PWP), доступной воды не осталось, на 6-й день растение увядает и в конечном итоге умирает, если почву не поливать повторно.

Этот идеализированный учет отношений растение / вода во время цикла сушки обеспечивает только базовую основу для рассмотрения отношений растение / вода. Он служит для подчеркивания общего вывода о том, что в присутствии доступной почвенной воды , скорость транспирации в значительной степени определяется устьичным сопротивлением, тогда как гидравлическое сопротивление растения определяет снижение водного потенциала листа, необходимого для протекания воды. от почвы при заданном матричном потенциале, а гидравлическое сопротивление почвы контролирует скорость регидратации в ночное время.Однако требуется как минимум три основных модификации.

Во-первых, в зависимости от вида, среды обитания и условий выращивания частичное закрытие устьиц обычно происходит раньше в цикле, по крайней мере, с 3 дня, в ответ на частичную потерю тургора, изменение поступления АБК в лист и / или другие сигналы (Davies and Gowing, 1999). Во-вторых, похоже, что полное уравновешивание водного потенциала в растении в течение ночи может быть не таким универсальным, как считалось ранее (Johnson et al., 1991). В-третьих, в поле высыхание почвы происходит не равномерно, как на рис. 4.9, а с поверхности вниз. Таким образом, по мере использования доступной почвенной воды, когда корни забирают воду из все более глубоких горизонтов, водный потенциал ксилемы корня не должен падать до -1,5 МПа, пока подача воды не станет ограниченной в самом нижнем горизонте, доступном для корневой системы. Фактически, картина водного потенциала корней, показанная на рис. 4.10, предполагает, что водные отношения корней являются плохим индикатором состояния окружающей почвы (Schmidhalter et al., 1998) наблюдение, которое необходимо согласовать с предполагаемой ролью корней в передаче сигналов о начале засухи побегам.

Рис. 4.10. Матричный потенциал почвы (□) и потенциал воды в корнях перед рассветом (■), измеренные на разной глубине под кукурузой в Швейцарии, после 15 и 18 дней высыхания почвы. Горизонтальные полосы указывают s.e.m

(из Schmidhalter, 1994)

ГЛАВА 2 — ПОЧВА И ВОДА

ГЛАВА 2 — ПОЧВА И ВОДА



2.1 Почва
2.2 Поступление воды в почву
2.3 Состояние влажности почвы
2.4 Доступная влажность
2.5 Уровень грунтовых вод
2.6 Водная эрозия почвы



2.1.1 Состав почвы
2.1.2 Профиль почвы
2.1.3 Текстура почвы
2.1.4 Структура почвы


2.1.1 Состав почвы

Когда сухая почва раздавливается рукой, можно увидеть, что она состоит из всевозможных частиц разного размера.

Большинство этих частиц возникает в результате разложения горных пород; их называют минеральными частицами. Некоторые происходят из остатков растений или животных (гниющие листья, кусочки костей и т. Д.), Они называются органическими частицами (или органическими веществами). Кажется, что частицы почвы касаются друг друга, но на самом деле между ними есть промежутки. Эти пространства называются порами. Когда почва «сухая», поры в основном заполнены воздухом. После полива или дождя поры в основном заполняются водой.Живой материал находится в почве. Это могут быть живые корни, а также жуки, черви, личинки и т. Д. Они способствуют аэрации почвы и тем самым создают благоприятные условия для роста корней растений (рис. 26).

Рис. 26. Состав почвы

2.1.2 Профиль почвы

Если вырыть в земле яму глубиной не менее 1 м, можно увидеть различные слои, разные по цвету и составу. Эти слои называются горизонтами. Эта последовательность горизонтов называется профилем почвы (рис.27).

Рис. 27. Профиль почвы

Очень общий и упрощенный профиль почвы можно описать следующим образом:

а. Пахотный слой (толщина от 20 до 30 см): богат органическими веществами и содержит много живых корней. Этот слой подлежит подготовке почвы (например, вспашка, боронование и т. Д.) И часто имеет темный цвет (от коричневого до черного).

г. Глубокий пахотный слой: содержит намного меньше органических веществ и живых корней. Этот слой практически не подвержен нормальным подготовительным работам.Цвет более светлый, часто серый, иногда пестрый с желтоватыми или красноватыми пятнами.

г. Подземный слой: почти нет органических веществ или живых корней. Этот слой не очень важен для роста растений, так как до него доходят лишь несколько корней.

г. Слой материнской породы: состоит из породы, в результате разложения которой образовалась почва. Эту породу иногда называют материнским материалом.

Глубина различных слоев сильно различается: некоторые слои могут вообще отсутствовать.

2.1.3 Текстура почвы

Минеральные частицы почвы сильно различаются по размеру и могут быть классифицированы следующим образом:

Название частиц

Пределы размеров в мм

Отличить невооруженным глазом

гравий

больше 1

очевидно

песок

от 1 до 0.5

легко

ил

от 0,5 до 0,002

еле

глина

менее 0,002

невозможно

Количество песка, ила и глины, присутствующих в почве, определяет структуру почвы.

На крупнозернистых почвах: преобладает песок (песчаные почвы).
В почвах средней текстуры: преобладает ил (суглинистые почвы).
В мелкозернистых почвах: преобладает глина (глинистые почвы).

В поле текстуру почвы можно определить, потерев почву между пальцами (см. Рис. 28).

Фермеры часто говорят о легких и тяжелых почвах. Грунт с крупной структурой легок, потому что с ней легко работать, а с мелкозернистой почвой тяжелее, потому что с ней тяжело работать.

Выражение, используемое фермером

Выражения, используемые в литературе

свет

песчаный

крупное

средний

суглинистый

средний

тяжелая

глинистый

штраф

Текстура почвы постоянная, фермер не может ее модифицировать или изменять.

Рис. 28а. Грунт крупнозернистый. — песчаный. Отдельные частички рыхлые и разваливаются в руке даже во влажном состоянии.

Рис. 28б. Грунт средней текстуры на ощупь очень мягкий (как мука) в сухом состоянии. Его можно легко отжать, когда он влажный, и тогда он станет шелковистым.

Рис. 28c. Грунт с мелкой текстурой прилипает к пальцам во влажном состоянии и может образовывать шарик при нажатии.

2.1.4 Структура почвы

Структура почвы означает группировку частиц почвы (песок, ил, глина, органические вещества и удобрения) в пористые соединения. Это так называемые агрегаты. Структура почвы также относится к расположению этих агрегатов, разделенных порами и трещинами (рис. 29).

Основные типы агрегатов показаны на рис. 30: гранулированная, блочная, призматическая и массивная.

Рис. 29. Структура почвы

Находясь в верхнем слое почвы, массивная структура блокирует вход воды; прорастание семян затруднено из-за плохой аэрации.С другой стороны, если верхний слой почвы зернистый, вода легко проникает внутрь, и семена лучше прорастают.

В призматической конструкции движение воды в почве преимущественно вертикальное, поэтому подача воды к корням растений обычно недостаточна.

В отличие от текстуры, структура почвы непостоянна. С помощью методов обработки почвы (вспашка, рыхление и т. Д.) Фермер пытается получить зернистую структуру верхнего слоя почвы на своих полях.

Фиг.30. Примеры грунтовых конструкций .

ЗЕМЛЯННЫЙ

БЛОКИРОВКА


ПРИЗМАТИЧЕСКИЙ


МАССИВНЫЙ


2.2.1 Проникновение процесс
2.2.2 Скорость инфильтрации
2.2.3 Факторы влияет на скорость инфильтрации


2.2.1 Процесс проникновения

Когда на поле подается дождевая или поливная вода, она просачивается в почву. Этот процесс называется инфильтрацией.

Проникновение можно визуализировать, налив воды в слегка утрамбованный стакан с сухой измельченной почвой. Вода просачивается в почву; цвет почвы темнеет по мере ее увлажнения (см.рис.31).

Рис. 31. Инфильтрация воды в почву

2.2.2 Скорость инфильтрации

Повторите предыдущий тест, на этот раз с двумя стаканами. Один заполнен сухим песком, а другой — сухой глиной (см. Рис. 32а и б).

Вода проникает в песок быстрее, чем в глину. Говорят, что песок имеет более высокую скорость инфильтрации.

Рис. 32а. В каждый стакан подается одинаковое количество воды

Рис.32b. Через час вода просочилась в песок, в то время как некоторое количество воды все еще оставалось на глине

Скорость инфильтрации почвы — это скорость, с которой вода может просачиваться в нее. Обычно измеряется глубиной (в мм) слоя воды, которую почва может поглотить за час.

Скорость инфильтрации 15 мм / час означает, что для просачивания слоя воды толщиной 15 мм на поверхности почвы потребуется один час (см. Рис. 33).

Фиг.33. Почва со скоростью инфильтрации 15 мм / час

Диапазон значений скорости инфильтрации приведен ниже:

Низкая скорость инфильтрации

менее 15 мм / час

средняя скорость инфильтрации

от 15 до 50 мм / час

высокая скорость инфильтрации

более 50 мм / час

2.2.3 Факторы, влияющие на скорость инфильтрации

Скорость инфильтрации почвы зависит от постоянных факторов, таких как текстура почвы. Это также зависит от различных факторов, например от влажности почвы.

и. Текстура почвы

Грунты с крупнозернистой структурой состоят в основном из крупных частиц, между которыми имеются большие поры.

С другой стороны, мелкозернистые почвы в основном состоят из мелких частиц, между которыми имеются мелкие поры (см.рис.34).

Рис. 34. Скорость инфильтрации и структура почвы

В грубых почвах дождевая или поливная вода попадает и перемещается в более крупные поры; для проникновения воды в почву требуется меньше времени. Другими словами, скорость инфильтрации выше для крупнозернистых почв, чем для мелкозернистых почв.

ii. Влажность почвы

Вода проникает быстрее (скорость инфильтрации выше), когда почва сухая, чем когда она влажная (см. Рис.35). Как следствие, когда поливная вода подается на поле, вода сначала легко проникает, но по мере того, как почва становится влажной, скорость инфильтрации снижается.

Рис. 35. Интенсивность инфильтрации и влажность почвы

iii. Структура почвы

Вообще говоря, вода проникает быстро (высокая скорость инфильтрации) в зернистые почвы, но очень медленно (низкая скорость инфильтрации) в массивные и плотные почвы.

Поскольку фермер может влиять на структуру почвы (посредством культурных практик), он также может изменять скорость инфильтрации своей почвы.


2.3.1 Влажность почвы
2.3.2 Насыщенность
2.3.3 Полевая продуктивность
2.3.4 Постоянная точка увядания


2.3.1 Влажность почвы

Содержание влаги в почве указывает количество воды, присутствующей в почве.

Обычно выражается как количество воды (в мм водной глубины), присутствующее на глубине одного метра почвы.Например: когда количество воды (в мм водной глубины) составляет 150 мм на глубине одного метра почвы, влажность почвы составляет 150 мм / м (см. Рис. 36).

Рис. 36. Влагосодержание почвы 150 мм / м

Содержание влаги в почве также может быть выражено в объемных процентах. В приведенном выше примере 1 м 3 почвы (например, с глубиной 1 м и площадью поверхности 1 м 2 ) содержит 0,150 м 3 воды (например.грамм. глубиной 150 мм = 0,150 м и площадью поверхности 1 м 2 ). В результате содержание влаги в почве в объемных процентах составляет:

Таким образом, влажность 100 мм / м соответствует 10 объемным процентам.

Примечание: Количество воды, хранящейся в почве, не является постоянным во времени, но может меняться.

2.3.2 Насыщенность

Во время дождя или полива поры почвы заполняются водой.Если все поры почвы заполнены водой, почва считается насыщенной. В почве не осталось воздуха (см. Рис. 37а). В поле легко определить, насыщена ли почва. Если выжать горсть насыщенной почвы, немного (мутной) воды потечет между пальцами.

Растениям нужен воздух и вода в почве. При насыщении воздуха нет и растение пострадает. Многие культуры не выдерживают насыщенных почвенных условий в течение более 2-5 дней. Рис — одно из исключений из этого правила.Период насыщения верхнего слоя почвы обычно длится недолго. После прекращения дождя или орошения часть воды, присутствующей в более крупных порах, уйдет вниз. Этот процесс называется дренированием или перколяцией.

Вода, стекающая из пор, заменяется воздухом. На крупнозернистых (песчаных) почвах дренаж завершается в течение нескольких часов. В мелкозернистых (глинистых) почвах дренаж может занять несколько (2-3) дней.

2.3.3 Вместимость поля

После прекращения дренажа большие поры почвы заполняются воздухом и водой, в то время как меньшие поры все еще полны водой.На этом этапе считается, что почва полностью заполнена. При урожайности поля содержание воды и воздуха в почве считается идеальным для роста сельскохозяйственных культур (см. Рис. 37b).

2.3.4 Постоянная точка увядания

Постепенно вода, накопленная в почве, поглощается корнями растений или испаряется с верхнего слоя почвы в атмосферу. Если в почву не подается дополнительная вода, она постепенно высыхает.

Чем суше становится почва, тем плотнее удерживается оставшаяся вода и тем труднее корням растений извлекать ее.На определенном этапе потребления воды недостаточно для удовлетворения потребностей растения. Растение теряет свежесть и увядает; листья меняют цвет с зеленого на желтый. В конце концов растение умирает.

Содержание влаги в почве на стадии отмирания растения называется точкой постоянного увядания. Почва все еще содержит немного воды, но корням слишком трудно высосать ее из почвы (см. Рис. 37c).

Рис. 37. Некоторые характеристики влажности почвы

Почву можно сравнить с резервуаром для воды для растений.Когда почва насыщен, резервуар полон. Однако часть воды быстро стекает ниже корневую зону до того, как растение сможет ее использовать (см. рис. 38a).

Рис. 38а. Насыщенность

Когда эта вода стечет, почва будет полностью заполнена. Корни растений вытягивают воду из того, что остается в резервуаре (см. Рис. 38b).

Рис. 38b. Вместимость поля

Когда почва достигает точки постоянного увядания, оставшаяся вода перестает быть доступны для завода (см. рис.38c).

Рис. 38c. Постоянная точка увядания

Количество воды, фактически доступной растению, — это количество воды, хранящейся в почве при заполнении поля, за вычетом воды, которая останется в почве при постоянной точке увядания. Это показано на рис. 39.

Рис. 39. Доступная влажность или влажность почвы

Доступное содержание воды = содержание воды на уровне поля — содержание воды в точке постоянного увядания….. (13)

Доступное содержание воды во многом зависит от текстуры и структуры почвы. Диапазон значений для различных типов почв приведен в следующей таблице.

Почва

Доступное содержание воды в мм глубины воды на 1 м глубины почвы (мм / м)

песок

от 25 до 100

суглинок

от 100 до 175

глина

175–250

Емкость поля, постоянная точка увядания (PWP) и доступная влажность называются характеристиками влажности почвы.Они постоянны для данной почвы, но сильно различаются от одного типа почвы к другому.


2.5.1 Глубина уровень грунтовых вод
2.5.2 Подземные воды таблица
2.5.3 Капиллярный подъем


Часть воды, нанесенной на поверхность почвы, стекает ниже корневой зоны и питает более глубокие слои почвы, которые постоянно насыщаются; верхняя часть насыщенного слоя называется уровнем грунтовых вод или иногда просто уровнем грунтовых вод (см.рис.40).

Рис. 40. Уровень грунтовых вод

2.5.1 Глубина залегания грунтовых вод

Глубина залегания грунтовых вод сильно варьируется от места к месту, в основном из-за изменений топографии местности (см. Рис. 41).

Рис. 41. Вариации глубины уровня грунтовых вод

В одном конкретном месте или поле глубина уровня грунтовых вод может изменяться во времени.

После сильных дождей или орошения уровень грунтовых вод повышается.Он может даже проникнуть в корневую зону и пропитать ее. В случае продолжительного действия такая ситуация может иметь катастрофические последствия для сельскохозяйственных культур, которые не могут противостоять «мокрым ногам» в течение длительного периода. Если уровень грунтовых вод выходит на поверхность, он называется открытым уровнем грунтовых вод. Так обстоит дело в болотистой местности.

Уровень грунтовых вод может быть очень глубоким и удаленным от корневой зоны, например, после продолжительного засушливого периода. Чтобы корневище оставалось влажным, необходимо орошение.

2.5.2 Верхний уровень подземных вод

Слой грунтовых вод может быть найден поверх водонепроницаемого слоя довольно близко к поверхности (от 20 до 100 см).Обычно он охватывает ограниченную территорию. Верхняя часть водного слоя называется возвышающимся уровнем грунтовых вод.

Непроницаемый слой отделяет залегающий слой грунтовых вод от более глубоко расположенного горизонта грунтовых вод (см. Рис. 42).

Рис. 42. Верхний уровень грунтовых вод

Почву с непроницаемым слоем не намного ниже корневой зоны следует орошать с осторожностью, потому что в случае чрезмерного орошения (слишком большого орошения) верхний уровень грунтовых вод может быстро поднимаются.

2.5.3 Капиллярный подъем

До сих пор было объяснено, что вода может двигаться вниз, а также горизонтально (или вбок). Кроме того, вода может двигаться вверх.

Если кусок ткани погрузить в воду (рис. 43), вода будет всасываться тканью вверх.

Рис. 43. Движение воды вверх или капиллярный подъем

Тот же процесс происходит с уровнем грунтовых вод и почвой над ним. Подземные воды могут всасываться почвой вверх через очень маленькие поры, которые называются капиллярами.Этот процесс называется капиллярным подъемом.

В мелкозернистой почве (глина) вода поднимается вверх медленно, но преодолевает большие расстояния. С другой стороны, в крупнозернистой почве (песке) вода поднимается вверх быстро, но покрывает лишь небольшое расстояние.

Текстура почвы

Капиллярный подъем (в см)

крупный (песок)

от 20 до 50 см

средний

от 50 до 80 см

мелкий (глина)

более 80 см до нескольких метров


2.6.1 Листовая эрозия
2.6.2 Овощная эрозия


Эрозия — это перенос почвы из одного места в другое. Климатические факторы, такие как ветер и дождь, могут вызвать эрозию, но также и при орошении.

За короткий период процесс эрозии практически незаметен. Однако он может быть непрерывным, и весь плодородный верхний слой поля может исчезнуть в течение нескольких лет.

Водная эрозия почвы зависит от:

— склон: крутые, пологие поля более подвержены эрозии;
— структура почвы: легкие почвы более чувствительны к эрозии;
— объем или скорость потока поверхностных стоков: большие или быстрые потоки вызывают большую эрозию.

Эрозия обычно наиболее сильна в начале полива, особенно при поливе на склонах. Сухая поверхностная почва, иногда разрыхленная при культивации, легко удаляется проточной водой. После первого полива почва становится влажной и оседает, поэтому эрозия уменьшается. Недавно орошаемые участки более чувствительны к эрозии, особенно на ее ранних стадиях.

Существует два основных типа эрозии, вызываемой водой: пластовая эрозия и овражная эрозия. Их часто комбинируют.

2.6.1 Листовая эрозия

Листовая эрозия — это равномерное удаление очень тонкого слоя или «листа» верхнего слоя почвы с наклонной земли. Это происходит на больших площадях земли и вызывает большую часть потерь почвы (см. Рис. 44).

Рис. 44. Листовая эрозия

Признаками листовой эрозии являются:

— только тонкий слой верхнего слоя почвы; или недра частично обнажены; иногда обнажается даже материнская порода;

— достаточно большое количество крупного песка, гравия и гальки в пахотном слое, более мелкий материал удален;

— обнажение корней;

— отложение эродированного материала у подножия склона.

2.6.2 Эрозия оврагов

Эрозия оврагов определяется как удаление почвы концентрированным водным потоком, достаточно большим для образования каналов или оврагов.

Эти овраги несут воду во время сильного дождя или орошения и постепенно становятся шире и глубже (см. Рис. 45).

Рис. 45. Эрозия оврага

Признаками овражного размыва на орошаемом поле являются:

— неравномерное изменение формы и длины борозд;
— скопление эродированного материала на дне борозд;
— обнажение корней растений.

Содержание

Содержание

Содержание


Предварительная редакция

ФАО — ПРОДОВОЛЬСТВЕННАЯ И СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВЕННАЯ ОРГАНИЗАЦИЯ ОРГАНИЗАЦИИ ОБЪЕДИНЕННЫХ НАЦИЙ

руководство, подготовленное совместно

К. Брауэр
Международный институт мелиорации и улучшения земель
и
А. Гоффо
М.Heibloem
Отдел развития земельных и водных ресурсов ФАО

Используемые обозначения и представление материалов в этой публикации не подразумевают выражение какого-либо мнения со стороны Продовольственной и сельскохозяйственной организации Объединенных Наций относительно правового статуса любой страны, территории, города или района или его властей, или относительно делимитации его границ или границ.

Все права защищены.Никакая часть этой публикации не может быть воспроизведена, сохранена в поисковой системе или передана в любой форме и любыми средствами, электронными, механическими, фотокопировальными или иными, без предварительного разрешения владельца авторских прав. Заявки на получение такого разрешения с указанием цели и объема воспроизведения следует направлять директору отдела публикаций Продовольственной и сельскохозяйственной организации Объединенных Наций по адресу Via delle Terme di Caracalla, 00100 Rome, Италия.

© ФАО 1985

Этот электронный документ отсканирован с использованием оптического распознавания символов. (OCR) и тщательная ручная запись.Даже если качество цифровизации высокий, ФАО снимает с себя всякую ответственность за любые несоответствия, которые могут существуют между настоящим документом и его исходной печатной версией.



ПРЕДИСЛОВИЕ

ГЛАВА 1 — ОСНОВНЫЕ УСЛОВИЯ И РАСЧЕТЫ

1.1 Знакомство с поверхностью площадь

1.1.1 Треугольники
1.1.2 Квадраты и прямоугольники
1.1.3 Ромбы и Параллелограммы
1.1.4 Трапеции
1.1.5 Круги
1.1.6 Метрические преобразования

1,2 Площадь поперечных сечений каналов и ферм

1.2.1 Определение площадей сечений каналов
1.2.2 Определение площади фермы

1.3 Введение в том

1.3.1 Единицы объема
1.3.2 Объем воды на поле

1.4 Введение в расход

1.4.1 Определение
1.4.2 Расчет и единицы

1.5 Введение в процентах и ​​на мил

1.5.1 Процент
1.5.2 Промилле

1.6 Знакомство с графиками

1.6.1 Пример 1
1.6.2 Пример 2

1,7 Проверьте свои знания

1.7.1 Вопросы
1.7.2 Ответы

ГЛАВА 2 — ПОЧВА И ВОДА

2.1 Почва

2.1.1 Состав почвы
2.1.2 Профиль почвы
2.1.3 Текстура почвы
2.1.4 Структура почвы

2.2 Попадание воды в почва

2.2.1 Проникновение процесс
2.2.2 Скорость инфильтрации
2.2.3 Факторы, влияющие на скорость инфильтрации

2.3 Состояние влажности почвы

2.3.1 Влажность почвы
2.3.2 Насыщенность
2.3.3 Полевая продуктивность
2.3.4 Постоянное увядание точка

2,4 Доступная влажность
2,5 Уровень подземных вод

2.5.1 Глубина уровень грунтовых вод
2.5.2 Подземные воды таблица
2.5.3 Капиллярный подъем

2.6 Водная эрозия почвы

2.6.1 Эрозия листа
2.6.2 Эрозия оврага

ГЛАВА 3 — ЭЛЕМЕНТЫ ТОПОГРАФИИ

3.1 Склоны

3.1.1 Определение
3.1.2 Метод выражения склоны
3.1.3 Поперечные склоны

3.2 Высота точки

3.2.1 Определение
3.2.2 Репер и средний уровень моря

3.3 Контурные линии
3.4 Карты

3.4.1 Описание карты
3.4.2 Расшифровка контурных линий на карте
3.4.3 Ошибки в контурные линии
3.4.4 Масштаб карты

ГЛАВА 4 — Дождь и испарение

4.1 Количество осадков

4.1.1 Количество осадков
4.1.2 Интенсивность осадков
4.1.3 Распределение осадков
4.1.4 Эффективное количество осадков

4.2 Эвапотранспирация

4.2.1 Испарение
4.2.2 Транспирация
4.2.3 Эвапотранспирация
4.2.4 Факторы, влияющие на эвапотранспирацию сельскохозяйственных культур

ГЛАВА 5 — ОРОСИТЕЛЬНАЯ СИСТЕМА

5.1 Основное водозаборное сооружение и насосная станция

5.1.1 Основное водозаборное сооружение
5.1.2 Насосная станция

5.2 Транспортировка и распределительная система

5.2.1 Открытые каналы
5.2.2 Сооружения каналов

5.3 Системы полевого применения

5.3.1 Поверхностное орошение
5.3.2 Дождевание
5.3.3 Капельное орошение

5.4 Дренажная система

ГЛАВА 6 — ДРЕНАЖ

6,1 Необходимость дренажа
6,2 Различные типы дренаж

6.2.1 Поверхностный дренаж
6.2.2 Подземный дренаж

ГЛАВА 7 — СОЛИНЫЕ ПОЧВЫ

7.1 Засоление
7.2 Засоление

7.2.1 Минерализация воды
7.2.2 Засоление почвы

7,3 Посевы и засоленные почвы
7,4 Содичность
7,5 Улучшение засоленных и натриевых почв

7.5.1 Улучшение засоленных почв
7.5.2 Улучшение почвы содовые

7.6 Предупреждение засоления

7.6.1 Вода для орошения качество
7.6.2 Орошение управление и дренаж

границ | Вывод гидрологических параметров почвы из электронных записей влажности почвы

Введение

Влага почвы является важным элементом управления гидрологической функцией, поскольку она определяет вертикальные потоки из и в атмосферу, подпитку грунтовых вод и боковые потоки через почву (Loik et al., 2004; Грейсон и др., 2006; Vereecken et al., 2008). Влажность почвы также является отличным показателем эффективности гидрологической модели, поскольку она объединяет временные изменения осадков и испарения и зависит от топографии и физических свойств почвы, определяющих потоки воды (Wood et al., 1992; Cuenca et al., 1996; Rodriguez -Iturbe et al., 1999, 2001; Laio et al., 2001; Western et al., 2004; Seneviratne et al., 2010; Bandara et al., 2013; Or et al., 2015; Paniconi and Putti, 2015 ). Таким образом, определение и количественная оценка физических свойств, которые регулируют способность почвы удерживать воду против гравитационного дренажа, испарения и транспирации, долгое время интересовали агрономов и ученых-физиков (Briggs and McLane, 1907; Buckingham, 1907).Однако измерение соответствующих физических свойств почвы исторически проводилось в лабораториях, что может не отражать поведение воды в полевых условиях. Методы измерения влажности почвы в полевых условиях за последние десятилетия значительно улучшились, и теперь почти непрерывные измерения стали обычным делом. В этой статье мы демонстрируем, как многолетние непрерывные измерения содержания влаги в почве могут улучшить оценки гидрологически значимых свойств почвы.

Физические свойства почв определяют несколько важных пороговых значений в, определяемых как объемная доля воды в единице объема почвы (м 3 м −3 ): Насыщенность почвы обычно определяется как состояние, когда вся пора объем заполнен водой (Θ s ), что обычно происходит только при дополнительном орошении.Точка, при которой гравитационный дренаж эффективно прекращается, была названа полевой емкостью (FC; Veihmeyer and Hendrickson, 1949), а точка, в которой прекращается транспирация, была названа точкой постоянного увядания (PWP; Briggs and Shantz, 1912). Разница в значениях FC и PWP часто используется для оценки доступной для растений воды (Hansen et al., 1980), а разница в значениях Θ s и PWP аналогичным образом используется для оценки запасов корневой зоны (Seneviratne et al. ., 2010). К сожалению, большинство измерений этих важных свойств в полевом масштабе выполняется в лабораториях на небольших образцах.

Преобладающие концепции FC и PWP являются наследием усилий связать гидравлические и гидрологические параметры почвы со стандартизованными измерениями физических свойств почвы. Бриггс и Маклейн (1907) ввели «эквивалент влажности» как массовую долю воды в почве для образцов, которые были высушены на воздухе, просеяны через сито 2 мм, упакованы в цилиндры, пропитаны и вращаются для достижения силы, в 1000 раз превышающей силу гравитации. Позднее эти результаты были расширены для анализа PWP проростков пшеницы в рамках контролируемого исследования в широком диапазоне текстур почвы (Briggs and Shantz, 1912).Мейнзер (1923) позже определил «удельное удерживание» как объемную долю воды, удерживаемой после длительного дренажа от насыщения, которая была определена путем измерения в небольших ячейках нарушенных почв (Hazen, 1892) и in situ, (Ellis and Ли, 1919). Пайпер (1933) сделал правильный вывод, что экспериментальный масштаб и глубина капиллярной каймы оказывают важное влияние на результаты. Впоследствии Ричардс и Уивер (1944) опирались на работу Бэкингема (1907), чтобы систематизировать измерение матричных потенциальных (Ψ)-отношений.Используя технику прижимной пластины, они приравняли при -33 кПа к «эквиваленту влажности» для 71 приповерхностного образца орошаемых почв (Richards and Weaver, 1944). Использование –10 кПа для определения при полевой емкости было зарезервировано для грубых и вулканических почв. Эти достижения привели к разработке соотношений капиллярной проницаемости для изотропных пористых сред (Burdine, Redford, 1952; Brooks, Corey, 1964) и моделей непрерывной-проводимости (Mualem, 1976), которые продолжают использоваться.

Достоверность этих исторических терминов как физических констант подвергалась широкой критике (Miller and McMurdie, 1953), в результате чего были уточнены и добавлены дополнительные термины для использования на полях, выходящих за рамки агрономии.Например, понятно, что насыщение никогда не может быть достигнуто в хорошо дренированных почвах в полевых условиях (Wang et al., 1998). Насыщение поля, фс , учитывает заполненное газом поровое пространство почвы, которое может быть закрыто внутри поровой матрицы примерно при давлении барботажа (Reynolds et al., 2002) и может происходить из-за герметизации воздуха (Fayer and Hillel, 1986). , колебания уровня грунтовых вод (Marinas et al., 2013) и биогенные газы (Morse et al., 2015).

Производительность месторождения подверглась критике, поскольку конечная точка гравитационного дренажа неясна и, возможно, зависит от метода из-за различий в граничных условиях и масштабе (Colman, 1947; Hillel, 1980; Cassel and Nielsen, 1986; Kirkham, 2005).В результате для определения FC были предложены Ψ-значения от -33 до -5 кПа (Richards and Weaver, 1944; Salter and Haworth, 1961; Linsley and Franzini, 1972; Romano and Santini, 2002; Kirkham, 2005; Nemes). и др., 2011). Совсем недавно Ассулин и Ор (2014) предложили метод связи наклона характеристической кривой почвы (n), значения поступления воздуха ( ae ) и остаточной воды в почве (Θ r ) (van Genuchten, 1980) к определенному для почвы FC, основанному на балансе между капиллярными и гравитационными силами.Этот динамический подход стремится выйти за рамки использования статических произвольных значений.

PWP подвергся критике, поскольку фактическая точка увядания зависит от вида и текстуры почвы, и в случае многих местных растений, адаптированных к засушливым условиям, транспирация может прекратиться без увядания при в диапазоне от -3 до -5 МПа для обоих. виды деревьев и трав (Scholes, Walker, 1993; Damesin, Rambal, 1995; Sperry et al., 2002; Rambal et al., 2003). Чтобы решить эти проблемы, Сейфрид и др. (2009) использовали термин «предел извлечения растений» (PEL) вместо PWP для описания Θ, ниже которого растения не могут извлекать воду, а испарение является основным средством потери влаги в почве.Следовательно, при PEL, вероятно, будет равным или больше на границе непрерывности капилляров (Lehmann et al., 2008; Assouline and Or, 2014), поскольку испарение может продолжаться после прекращения использования воды растениями.

Кроме того, между FC и PEL существует диапазон снижения Ψ, при котором стресс растений увеличивается, а эвапотранспирация уменьшается (Rodriguez-Iturbe et al., 1999). Этот диапазон Ψ и связанный с ним диапазон связаны с переходом от эвапотранспирации с ограничением энергии к эвапотранспирации с ограничением потенциала почвенной влаги (Будыко, 1956; Koster et al., 2009). Порог содержания воды между этими состояниями с точки зрения был определен как s * (Laio et al., 2001; Rodriguez-Iturbe et al., 2001), крит (Koster et al., 2004; Seneviratne et al. al., 2010) или Θ ws (Smith et al., 2011) и концептуализирован как точка перегиба в моделях зависимости испарения от влажности почвы. Точно так же Букингем (1907) предположил, что испарение с почвы сначала ограничивается содержанием влаги, а во-вторых, диффузией пара. Различные составы (Idso et al., 1974; Brutsaert and Chen, 1995), и с тех пор использовались методы для определения ограниченного по энергии (этап I) и ограниченного по поставке / транспортировке (этап II) испарения с почв (Salvucci, 1997). Стадия III — диффузионный перенос пара (Metzger, Tsotsas, 2005; Lehmann et al., 2008). На втором и третьем этапах плоскость испарения (например, фронт высыхания) будет двигаться вниз от поверхности почвы по мере испарения (Shokri et al., 2008; Shokri and Or, 2011). Следовательно, годовая конечная точка высыхания почвы может варьироваться от значения меньше FC до точки, близкой к гигроскопической, в зависимости от характеристик местного климата, почвы и растений (Laio et al., 2001).

Нынешняя способность определять гидрологические свойства почвы и масштабы, достаточные для параметризации и проверки распределенных гидрологических моделей, по-прежнему оспариваются относительно ограниченными данными, доступными для определения пространственной неоднородности и эффективных масштабов измерения (Njoku et al., 2003; Reichle et al. , 2007; Huang et al., 2016). Поскольку переходы потоков в агрономических и экогидрологических моделях часто обозначаются FC, Θ ws и PEL либо косвенно (Liang et al., 1996) или напрямую (например, Wigmosta et al., 1994; Boote et al., 2008; Seneviratne et al., 2010; Paniconi and Putti, 2015) и ограничены s (или Θ fs ). и либо PEL, либо некоторый нижний предел для, мы рассматриваем эти важные переменные для гидрологического моделирования. Современные подходы к определению параметров влажности почвы включают обратное моделирование, дистанционное зондирование и другие синтетические подходы (Santanello et al., 2007; Montzka et al., 2011; Bandara et al., 2013). Однако в идеале гидрологические свойства почвы должны определяться полевыми измерениями (Romano and Santini, 2002).Хиллель (1980) рекомендовал, чтобы такие свойства, как FC, необходимо повторно измерять в полевых условиях после того, как вся глубина профиля почвы будет увлажнена, и чтобы лабораторные методы основывались на, эквивалентном -1,5 МПа, -33 кПа или -10 кПа по матрице. потенциал — это произвольные статические измерения, которые не являются репрезентативными для систем с внешним контролем граничных условий почвы, таких как плохой дренаж или испарение.

Учитывая растущую доступность электронных измерений содержания влаги в почве и значительные теоретические и концептуальные разногласия относительно констант содержания влаги в почве, основная цель данной статьи состоит в том, чтобы определить, согласуются ли временные закономерности измеренных значений содержания влаги в почве с концепциями Θ s , FC и PEL.Предлагаемые методы, представленные здесь, предназначены для определения согласованных и физически / экологически значимых оценок этих гидрологических параметров почвы непосредственно на основе долгосрочных полевых измерений Θ. Мы формулируем гипотезу: значения аттракторов данных и перегибы в Θ записях временных рядов представляют изменения в dQ / dt, которые согласуются с концепциями FC, Θ ws и PEL. Это основано на предыдущих наблюдениях, что FC и PEL существуют как квазистабильные состояния (Miller and Klute, 1967; Cassel and Nielsen, 1986; Kirkham, 2005) после периодов осушения и испарения.Эти состояния представлены большей частотой данных (аттракторы данных) при промежуточных и низких значениях Θ. То есть, после входных событий, Θ быстро стремится к FC, где он относительно стабилен из-за капиллярных сил, пока не уменьшится за счет эвапотранспирации или не увеличится входным потоком, превышающим соответствующую ненасыщенную гидравлическую проводимость [K (Θ)]. Затем по мере высыхания почвы они стабилизируются около PEL. Таким образом, FC может быть лучше представлен в отсутствие сильного ET, например, зимой в регионах средних широт, а PEL лучше всего определяется, когда энергия не ограничивает транспирацию.Чтобы проверить гипотезу, мы сначала сравниваем значения гидрологических свойств почвы, определенные четырьмя методами анализа, и затем оцениваем точность расчетных значений со значениями, определенными различными физическими методами при традиционных потенциалах почвенной влаги. Наконец, мы оцениваем применимость протестированных подходов к другим средам.

Настройка

Анализ использует широкий диапазон и регулярные сезонные изменения влажности почвы на участках вблизи Бойсе, США. В полузасушливом средиземноморском климате сезонные закономерности в накоплении влаги в почве и речном стоке следуют сезонным изменениям в осадках, температуре и солнечной радиации (McNamara et al., 2005: Flerchinger et al., 2010; Сейфрид и др., 2011). В этой системе водный год начинается с сухой почвы после ежегодной летней засухи. Когда приходят осенние дожди, почва смачивается вниз от поверхности почвы, и запас воды в почвенном профиле увеличивается в течение длительного влажного периода из-за зимних дождей или таяния снега. Весной потепление приводит к таянию снега и годовому гидрографу. В конце концов, количество осадков уменьшается, а использование воды растениями истощает влагу в почве с наступлением лета. В течение многих лет эти гидрологические условия накладывают разные граничные условия на поверхности почвы в каждый сезон; периодическое поверхностное увлажнение сухой почвы осенью, таяние снега с низким потоком зимой, таяние снега с высоким потоком весной и прогрессирующее высыхание почвы летом (Рисунок 1).

Рис. 1. Годовой временной ряд в Θ для датчиков вблизи поверхности почвы (серый) и в самом нижнем месте измерения (черный) за период записи . Записи данных показаны для Aspen (10, 180 см), High Sage (10, 120 см), Low Sage / W (10, 50 см) Treeline и Lower Weather (15, 100 см). Данные отображаются по водному году, при этом 1 октября является первым днем ​​водного года.

Сайтов

Данные были собраны с пяти участков на двух водоразделах на юго-западе Айдахо, экспериментального водораздела Рейнольдс-Крик (RCEW) и обсерватории критической зоны, находящейся в ведении Исследовательского центра Северо-западного водораздела Министерства сельского хозяйства США и экспериментального водораздела Сухого ручья (DCEW), управляемого Государственным университетом Бойса.Данные для RCEW доступны на http://www.ars.usda.gov/Research/docs.htm?docid=8281 и от Seyfried et al. (2001) и Chauvin et al. (2011). Данные для DCEW доступны по адресу http://earth.boisestate.edu/drycreek/.

Водораздел Верхнего Шип-Крик расположен в экспериментальном водоразделе Рейнольдс-Крик в горах Овайхи на юго-западе штата Айдахо. Площадка находится на высоте от 1840 до 2036 м над уровнем моря и подстилается базальтовыми породами. Среднегодовое количество осадков составляет 426 мм, из них около 60% снега.Снег перераспределяется ветром, в результате чего снежные скопления составляют 3–4 м в сугробах и <15 см в зонах размыва. Характер отложений является устойчивым и приводит к образованию характерных комплексов снег-почва-растительность (Flerchinger et al., 1998; Prasad et al., 2001; Chauvin et al., 2011). Низкий полынный комплекс (Low Sage) встречается на неглубоких (<50 см глубиной) почвах на преимущественно западных склонах и гребнях. Текстура почвы - суглинок в верхних 10–20 см и суглинок и гравий в подпочве ниже аргиллитового горизонта.Комплекс горной полыни (High Sage) расположен на более глубоких почвах, толщиной около 1 м, и в основном на склонах, обращенных к северу. Осиновый комплекс (Aspen) находится на глубоких (> 2 м) почвах и тесно связан со снежными заносами. Почвы в комплексах Высокий Шалфей и Осина сформировались в эоловых отложениях и очень однородны по глубине, в основном относящиеся к категории илистых суглинков. Летом 2007 года Верхний Шип-Крик сгорел в результате запланированного пожара. Район Биг-Сейдж сгорел полностью, и к 2008 году его заменили травами и разнотравьем.К 2009 году осина была вырублена и восстановлена ​​с гидрологической точки зрения.

Участки Treeline и Lower Weather расположены в экспериментальном водоразделе Сухого ручья (DCEW) ​​в предгорьях Скалистых гор на юго-западе штата Айдахо. Высота этих участков составляет 1620 м над уровнем моря на Treeline и 1150 м над уровнем моря в районе Нижней погоды. Оба участка подстилаются выветрившимся гранитом из батолита Айдахо, хотя участок Лоуэр Уэзер находится ниже береговой линии доисторического озера Айдахо. Среднегодовое количество осадков составляет 520 мм в Treeline и 300 мм в Lower Weather.За период измерений снег составлял ~ 50% осадков в Treeline (Kormos et al., 2014), но в Нижнюю Погода в основном идут дожди. Как и в случае с Верхним Шип-Крик, геологические процессы, включая ветер, сформировали более глубокие почвы на северных склонах в Treeline, и накопление снега до 2 м в настоящее время увеличивает весеннюю воду в почве там, где расположены датчики для этого исследования. Растительность на участке типична для перехода между низинными пастбищами и высокогорными лесами; горный большой полынь и кустарники ceanothus, подвиды чернослива, разнотравье и травы.Участок Lower Weather не подвержен заносу из-за ограниченного снегопада на более низкой высоте. Текстура почвы в DCEW представляет собой супесчаный суглинок с глубиной до 1,3 м (Gribb et al., 2009; Tesfa et al., 2009).

Методы

Сбор и обработка данных

Данные о влажности почвы были собраны на репрезентативных участках каждого из пяти почвенно-растительных комплексов. Эти участки представляют собой различные средства контроля текстуры почвы, глубины почвы, растительности и годовых осадков (Flerchinger et al., 2010) на Θ (рис.1). В каждом случае яма выкапывалась вручную до коренной породы или сапролита, и два параллельных профиля приборов для измерения влажности почвы, разделенных на 2 м, устанавливались горизонтально в забой карьера. Сводные данные о глубине датчика, структуре почвы и среднегодовых осадках или расчетном годовом поступлении воды в почву представлены в таблице 1. В Аппер-Шип-Крик ежечасные данные собирались с помощью рефлектометров во временной области (TDR 100, Campbell Sci., Logan UT, США). , со стержнями с 3 зубцами, длиной 30 см. Данные представлены на основе водного года.В Dry Creek ежечасные данные собирались с помощью рефлектометров в частотной области (CS615, Campbell Sci., Logan UT, USA), откалиброванных с использованием менее частых выборок из совмещенных волноводов TDR (Chandler et al., 2004). Данные были подготовлены для анализа путем удаления большей части электронного шума, выходящих за пределы диапазона данных или данных с неисправных датчиков (Nayak et al., 2008; Kormos et al., 2014) и представлены с разбивкой по календарным годам. Очистка данных не включала удаление записей в периоды замерзшей почвы, которые были наиболее заметными в пределах 15 см от поверхности почвы и затрагивали ограниченное количество датчиков.Частотное распределение Θ от отдельных датчиков было выполнено путем построения гистограмм на основе условных данных. Частотный анализ временно совпадающих данных от парных датчиков был выполнен путем объединения данных в двумерные массивы частот с шагом 0,01 Θ для 0,0 <Θ <0,65.

Таблица 1. Расположение датчика, среднегодовое поступление воды в почву (SWI) и текстура почвы .

Ограниченные лабораторные и полевые анализы используются для соотнесения результатов разработанных методов с традиционными методами насыщения капиллярным давлением.Измерения полевого тензиометра 66 кПа, совмещенного с 60-сантиметровым датчиком TDR на участке в Аспене, представляют собой диапазон от условий полевого насыщения сразу после таяния снега 20 мая 2004 г. до момента его удаления 8 августа 2004 г. Лабораторные измерения в диапазонах 1,4–430 кПа (HYPROP, UMS GMBH, Мюнхен, Германия) и Ψ и Θ (с поправкой на объемную плотность) 0,2–115 МПа (психометр точки росы, Decagon Devices, Pullman WA, США) и Θ были сделаны для построения характеристические кривые для образцов почвы, отобранных с глубин 0–3 и 41–43 см.В компании Treeline водный потенциал почвы был ранее измерен в полевом эксперименте для определения FC путем поверхностного орошения из сухих начальных условий. Эксперимент был прерван дождем во время периода осушения и прекращен, когда тензиометр потерял капиллярную связь с почвой при ~ 33 кПа. Водный потенциал почвы контролировался автоматическими тензиометрами (Gribb et al., 2009).

Значения Θ, измеренные во время естественного цикла смачивания и высыхания, предоставляют основные данные, используемые в этом анализе.Во всех случаях почвы хорошо дренированы, поэтому нет аттрактора при насыщении почвы или около нее. Мы определяем аттракторы как значения, которые возникают с большой частотой, и разрабатываем четыре анализа, основанные на наблюдениях, сделанных в климате с четко различимыми годовыми влажными и сухими фазами. Насыщенность поля — это максимальное наблюдаемое значение. Поскольку полное насыщение почвы в хорошо дренированных полевых почвах нечасто, максимальное годовое значение Θ fs , вероятно, будет находиться в диапазоне от FC до Θ s .Емкость поля — это состояние влажности, которое преобладает во влажных условиях с низким потоком. В хорошо дренированных условиях насыщенные почвы быстро истощаются до уровня, близкого к FC, а затем медленнее. Если водный потенциал почвы (Ψ) сезонно зависит от поглощения воды растениями, FC может незначительно изменяться в зависимости от изменения суммарного испарения. И наоборот, сухие почвы увлажняются до Θ несколько выше FC перед началом осушения. Эти два процесса увеличивают частоту локальных данных вблизи FC и приводят к появлению аттрактора данных, который мы определяем как «влажный аттрактор».На рис. 2А показан влажный аттрактор около от 0,20 в течение зимних месяцев, когда дренаж минимален, а транспирация незначительна. Мы предполагаем, что этот аттрактор приблизительно эквивалентен FC. Несколько других описательных и механистических определений FC были разработаны и представлены Assouline и Or (2014), которые предполагают, что стабильность удержания влаги в почве является функцией нарушения непрерывности жидкой фазы. Предел экстракции растений — это Θ, при котором существующая растительность не извлекает воду из почвы транспирацией.Концептуально подобный PWP, PEL допускает вариации среди комбинаций почва-растение и признает, что растительность не обязательно увядает, когда транспирация прекращается (или становится очень медленной). Ожидается, что PEL будет привлекательным в средах с продолжительными засушливыми периодами и многолетней растительностью. В этих условиях Θ снижается в течение засушливого сезона до тех пор, пока не будет достигнута PEL, затем остается неизменной до пополнения новыми дождевыми осадками или таянием снега, за исключением поверхности почвы, которая может подвергаться прямому испарению и может достигать значений меньше, чем PEL.Эти процессы приводят к появлению «сухого аттрактора» в данных. Инициирование водного стресса для растений (Θ ws ) не является аттрактором, а представляет собой снижение потребления воды растениями, которое определяется сложными физиологическими характеристиками, которые контролируют устьичную апертуру (Osakabe et al., 2014), и является изменением данных о влажности почвы. (Rodriguez-Iturbe et al., 1999; Smith et al., 2011) определено как d 2 Q / dt2> 0.

Рис. 2. Четыре предложенных метода определения насыщения поля ( fs ), полевой емкости (FC) инициирования стресса растений ( ws ) и предела экстракции растений (PEL) по Θ данным, измеренным при Treeline в 2001 г .: (A) годовых временных рядов Θ на глубине 15 см с визуальными оценками FC и PEL. (B) Частотный анализ на 15 см с высокими модами, указывающими влажный и сухой аттракторы, и годовой максимум Θ as fs . (C) Парные измерения на расстоянии 15 см с аттракторами данных FC и PEL, идентифицированными по максимальным парным частотам, и Θ фс , определенным как максимальное значение для каждого датчика. (D) Гистерезис Θ на глубине 15 и 100 см с аттракторами данных влажного и сухого состояния и Θ fs , идентифицированный для обеих глубин почвы.График гистерезиса VWC против часовой стрелки показывает отчетливые периоды увлажнения поверхности и увлажнения профиля почвы для датчиков 15 и 100 см и два перегиба в сушильном отростке. Θ крит на глубине 10 см определяется как начало снижения dQ / dt. Панели (A, C, D) отображают 15-минутные данные в виде полупрозрачных маркеров для отображения аттракторов данных путем наложения. Аттракторы «мокрых» данных обозначены овалами в (C, D) .

Методы анализа

Представлены четыре метода анализа для определения параметров PEL, FC и Θ fs .В оставшейся части статьи эти анализы будут называться временными рядами , частотным, парным и гистерезисом , соответственно.

Визуальная проверка Θ записей во временном ряду — это простой подход для определения приблизительных значений каждого параметра для отдельных глубин почвы. На рисунке 2A показан этот подход для данных за год с датчика 15 см в Treeline. На этом участке минимальное совпадение периодов медленного дренажа зимой и стабильно низкого Θ весной и летом.Это позволяет субъективно аппроксимировать влажный и сухой аттракторы и четко показывает максимальное годовое значение Θ и изгиб Θ (t), указывающий на сокращение использования воды растениями.

Частота анализ распределений для отдельных датчиков показывает модальные пики в аттракторах влажности сухой и влажной почвы для водного года (рис. 2B) или периода регистрации данных. Предполагается, что максимальное значение эквивалентно Θ фс .

Парные датчики на одинаковой глубине часто используются для определения среднего значения, увеличения пространственного представления измерения или предоставления избыточных данных в случае отказа прибора.Эти синхронные данные могут быть нанесены на график в виде координат x-y для определения высокочастотных аттракторов и экстремальных значений. На рис. 2C показан пример данных за водный год от парных датчиков на глубине 15 см в почвенных ямах, разделенных расстоянием 2 м. В идеале пары данных Θ от парных датчиков на одинаковой глубине должны попадать на линию 1: 1, ограниченную минимумом и максимумом Θ на глубине датчика. Однако различия во времени смачивания и высыхания приводят к расхождению и растеканию линии 1: 1. В примере для данных за один водный год Θ аттракторов появляются при сухом Θ (≈0.05) и влажного Θ (0,19–0,24) значения аттрактора соответственно и наибольшие измеренные значения Θ (0,30, 0,27) для фс на соответствующих осях каждого датчика. Хотя, как и при частотном анализе, анализ парных датчиков использует в два раза больше точек выборки для каждой точки данных. Использование пар данных снижает влияние ошибочных или экстремальных значений на частоту значений рядом с аттракторами данных на центральном тренде. Кроме того, результирующее отклонение от тренда может дать пользователю более полное представление о диапазоне местной изменчивости гидрологических свойств почвы, чем в случае одного местоположения пробы.

Гистерезис часто наблюдается во временном поведении Θ в сезонные периоды увлажнения и высыхания для датчиков на двух глубинах в вертикальном профиле. Запаздывание периодов смачивания и сушки между двумя глубинами увеличивает относительную частоту влажных и сухих аттракторов вблизи пересечения ветвей смачивания и сушки петли гистерезиса. Например, на Рисунке 2D показан гистерезис между Θ на 15 и 100 см на Treeline. Для климата, о котором идет речь в данном исследовании, водный год начинается ближе к концу засушливого сезона с Θ, близким к минимальным значениям как для поверхности, так и для дна почвенного профиля.Соответственно, след для водного года начинается вблизи низкого аттрактора. По мере увеличения осенних осадков Θ на глубине 15 см на глубине 100 см остается почти постоянным, пока не наступит фронт увлажнения. Для водного года на примере участка горизонтальная кривая увлажнения обеспечивает сильную визуальную поддержку интерпретации низкого аттрактора Θ из небольшого диапазона по оси ординат. Вдоль правой стороны рисунка 2D смачивание на датчике глубины показано в виде вертикального следа до влажного аттрактора, находящегося на пересечении следов смачивания и высыхания и обозначенного черным овалом.Как и выше, максимальные значения по любой оси составляют фс . Наконец, сушильная ветвь заканчивается у аттрактора сухого и обеспечивает визуальную поддержку для идентификации сухого аттрактора по глубине датчика мелководья.

Результаты

Мы нашли влажный и сухой аттракторы в ожидаемых диапазонах FC и PEL каждым из представленных методов, приравняли Θ фс к максимальному значению Θ и интерпретировали перегиб во время фазы сушки, d 2 Q / dt2 как Θ ws .Результаты для временного ряда , частоты, парных датчиков и гистерезиса подходов в целом согласуются, хотя каждый из них имеет различное смещение. Ниже мы сначала представляем подробные графические результаты парного анализа и гистерезиса , чтобы продемонстрировать аттракторы для участков Aspen, Treeline и Low Sage, которые охватывают диапазон текстуры почвы и климата среди исследуемых участков. Затем мы сравниваем значения, определенные этими методами на трех глубинах для каждого участка, с результатами анализа временных рядов и частот .Затем предоставляются примеры данных из экспериментов по физике почвы, выполненных в лаборатории, и из измерений на месте, измерений на участках Aspen и Treeline, чтобы связать экстремальные значения и аттракторы данных с PEL, FC и Θ fs .

Парные датчики

На рис. 3 показаны две визуализации анализа парных датчиков за период исследования для Aspen (90 см), Low Sage (10 см) и Treeline (15 см). Здесь и ниже мы представляем данные, демонстрирующие анализ самого широкого диапазона текстуры почвы, глубины почвы и класса растительности.Для Aspen верхняя панель показывает полупрозрачные точки данных с создателями для представления аттракторов данных, а нижняя панель показывает цветные карты значений частоты данных, преобразованных в журнал. Многие из парных датчиков на глубине, например, в Аспене, 90 см, показывают сильную линейную корреляцию между датчиками (центральный тренд) со случайными следами гистерезиса за пределами центрального тренда. Мелкие парные датчики, такие как Low Sage и Treeline (Рисунок 3), показывают гораздо большую изменчивость Θ вокруг центрального тренда.Эти особенности являются результатом временного локального гистерезиса между датчиками во время входных событий, повторяющегося в течение годового периода изменений Θ.

Рис. 3. Примерные графики Θ данных от парных датчиков на расстоянии 90 см на участке Аспен, 10 см на участке Low Sage и 15 см на участке Treeline за 10-летний рекорд . На верхней панели маркеры данных прозрачны на 99%, чтобы выделить высокочастотные области путем наложения. Круглые маркеры данных размещены в точках максимальной частоты, соответствующих сухому и влажному аттракторам, и максимальным значениям на Θ фс .На нижней панели показаны те же данные, что и на верхней панели, в виде цветных карт логарифмически преобразованных частотных данных для каждой ячейки 0,01 на 0,01 Θ данных с произвольной шкалой от низкой (синий) до высокой (темно-красный) частоты.

Сравнение графиков необработанных данных на верхней панели рисунка 3 с преобразованными логарифмическими частотными цветовыми картами на нижней панели демонстрирует большую визуальную поддержку преобразованных данных для идентификации значений аттрактора. Принимая во внимание, что значения точек могут быть выбраны непосредственно из матрицы значений частот, как это было сделано для определения аттракторов для верхней панели, цветовые карты упрощают интерпретацию матрицы значений частот.На Рисунке 3 (нижняя панель) сухие аттракторы для периода регистрации ясно показаны как темно-красные точки на цветовых картах, часто около минимума, и обычно окружены набором высокочастотных значений, которые могут включать две или три моды. Точно так же период рекордного значения влажного аттрактора часто бывает размытым, со слабыми частотными модами для участков Aspen (илистый суглинок) и Low Sage (суглинок), но с более отчетливым аттрактором для участков Treeline (песчаный). Различия между датчиками простираются до фунтов стерлингов и фунтов стерлингов, которые зависят от глубины и года в большей степени, чем другие парные анализы, поскольку это экстремальное значение.Минимум и максимум годовых оценок (таблица 2) ограничивают период записи оценок и дают приблизительное представление о диапазоне изменчивости определенных значений. Для участка Treeline диапазон годовых оценок для отдельных датчиков в парной конфигурации датчиков составлял от нуля до 0,02 Θ для обоих аттракторов и Θ fs , вероятно, из-за высокого содержания песка на этом участке. На участках Low Sage и Aspen диапазон постепенно увеличивался до 0,01–0,05 Θ и 0–0,11 Θ, соответственно, в основном из-за годовой изменчивости Θ на глубине.Пространственные различия в Θ (t) привели к отклонению от единичного уклона (1,00) для многих участков и глубин, но были аналогичными в пределах класса текстуры почвы: для участков Аспен и Высокий шалфей наклон отношения между парными датчиками увеличился с наклона 1,00–1,03 у поверхности почвы до 1,33 на глубине. У Low sage наклон отношения колеблется от 1,10 до 1,19 на глубине от 10 до 40 см и 1,36 на глубине 50 см в горизонте C, который очень каменистый. Участки Treeline и Lower Weather имеют поверхностную почву с низкой насыпной плотностью, с частыми макропорами, которые представляют собой наклон тренда на глубине 5 см (1.17–1.29) намного больше, чем для более глубоких каменистых почв (1.12).

Таблица 2. Период исследования максимальные и минимальные годовые значения аттракторов влажных и сухих данных (Θ) и Θ фс для датчика пар в диапазоне глубин (см) на выбранных участках .

Гистерезис графиков Θ для данных периода исследования в Aspen, Low Sage и Treeline показывает более сложные аттракторы влажных и сухих данных, чем показано для годового цикла на Рисунке 2D.На рисунке 4 представлены визуализации гистерезиса между глубинами мелкого и среднего профиля, датчиками среднего и глубокого профиля, а также преобразованные в журнал цветовые карты выбранных графиков.

Рис. 4. Примерные графики Θ данных от датчиков на разной глубине в одной почвенной яме в Аспене и Лоу Сейдж и для двух ям в Treeline, с использованием ряда комбинаций глубины датчика . Данные показаны с более глубоким датчиком на оси Y, чтобы поддерживать гистерезис против часовой стрелки для всех графиков. Маркеры данных полупрозрачны, чтобы выделить высокочастотные области путем наложения.Круглые маркеры данных размещены в точках максимальной частоты, соответствующей PEL и FC, и максимальным значениям на Θ фс . Как и на Рисунке 3, значения данных наивысшей частоты Θ отображаются в виде круглых маркеров для сухого и влажного аттракторов и фс . Кадры (B, D) показаны как цветовые карты в кадрах (G, H) . График (I) в яме Treeline 4 отображается для анализа глубины 30 см из-за неисправного датчика в яме 3 для сравнения с данными ямы 3 в (C, F) .Дополнительные наложения данных полевых тензиометров (A, C) поддерживают дальнейшее обсуждение.

Несмотря на различия в глубине почвы, текстуре, годовом поступлении воды от дождя и снега и типах растительного покрова, графики гистерезиса для большинства участков похожи по форме с некоторыми важными отличиями. Все графики гистерезиса с измерением вблизи поверхности (например, рисунки 2D, 4A – C) показывают заметный перегиб в сушильном конце, тогда как графики гистерезиса для более низких глубин (например, рисунки 2D, 4A – C)грамм. Рисунки 4D, E) имеют более треугольную форму, с постоянным наклоном сушильной ветви, простирающейся почти до сухого аттрактора, что указывает на более равномерное высыхание по глубине. Для некоторых участков (например, рис. 4F) график гистерезиса может ежегодно изменяться между этими формами, в зависимости от времени выпадения осадков. В результате диапазон влажного аттрактора по глубине почвенного профиля составляет от 0,13 до 0,08 Θ в Аспене и меньше (0,02–0,07 Θ) в более засушливых местах, таких как Лоу Шалфей и Трилайн (Таблица 3). Точно так же распределение значений частоты внутри петли гистерезиса сильно отличается для Aspen, Low Sage и Treeline (Рисунки 4G – I).Различия в частотности распределения напрямую связаны с различиями в глубине и сроках выпадения осадков и скорости таяния снега и дренажа почвы для разных структур почвы.

Таблица 3. Период исследования максимальные и минимальные годовые значения аттракторов влажных и сухих данных (Θ) и Θ фс для гистерезиса анализ в диапазоне глубин (см) на выбранных участках .

На Рисунке 5 сравнивается диапазон оценочных значений для Θ фс (Рисунок 5A), а также для влажного (Рисунок 5B) и сухого (Рисунок 5C) аттракторов для выбранных глубин почвы на участках исследования.Данные представлены в виде максимумов и минимумов всех оценок для временных рядов, частотного, парного и гистерезисного анализов. Репрезентативные оценочные значения для каждого параметра были определены путем сравнения средних годовых оценочных значений с периодом записи оценочных значений. fs значения приравниваются к максимальному значению Θ, найденному долгосрочным (десятилетним) анализом частоты (рис. 5A), и превышают средние значения из парных анализов и гистерезиса на 0.02–0.16 Θ. Для влажного и сухого аттракторов оценки значений из парных анализов и гистерезиса часто схожи, несмотря на различия в диапазоне, оба из которых уже, чем диапазоны значений для временных рядов и частотного анализа (рисунки 5B , В). Репрезентативное оценочное значение было определено как наиболее распространенное значение среди оценок периода записи, среднее значение годовых оценок парных анализов и среднее значение шести периодов записи гистерезисных оценок .Такой подход обычно приводил к набору значений, которые отличались на <0,02 Θ. Контекст для результатов на Рисунке 5 обеспечивается оценками Θ при 0 кПа, 33 кПа и 1,5 МПа для различных текстур почвы с помощью обычно используемой функции педотрансфера (Saxton and Rawls, 2006).

Рис. 5. Диапазон значений Θ фс (A) , влажный аттрактор (B) и сухой аттрактор (C) для трех глубин почвы на исследуемых участках. Данные представлены в виде максимумов и минимумов всех оценок для временного ряда (треугольник), частотного (ромб), парного (кружок) и гистерезисного (квадрат) анализов.Репрезентативные оценочные значения (крестик) показаны в виде точек, а оценки при 0 кПа, 33 кПа и 1,5 МПа (пунктирные линии) для различных текстур почвы с помощью обычно используемой функции педотрансфера (Saxton and Rawls, 2006) приведены для контекста.

Неопределенность, присущая определению репрезентативных значений аттрактора, осложняется физической неоднородностью свойств почвы и несколько субъективным присвоением одного значения из аттрактора данных, который может быть слабым, иметь несколько максимумов (рисунок 4G) или широкий диапазон значений ( Рисунок 4H).На рисунке 6 представлена ​​сводка результатов аттрактора данных из рисунка 5 с добавлением оценочных значений точек ws , определенных как отдельные значения из анализа временных рядов . Значения Θ ws варьировались от 0,07 до 0,37 между участками, а значения для Treeline и Lower Weather варьировались от 0,06 до 0,10, что немного меньше или равно значениям, определенным Smith et al. (2011) для участков в водоразделе Драй-Крик. Значения Θ ws находились в диапазоне от семи до 38% разницы между PEL и FC.

Рис. 6. Сводка значений Θ fs (синие ромбы), FC (зеленые кружки) и PEL (красные треугольники) и расчетных баллов Θ ws , (фиолетовые квадраты) по методу из Smith et al. (2011) . Результаты показаны для репрезентативных глубин на каждом участке и сравниваются со значениями Θ, оцененными функцией педотрансфера на основе текстуры почвы для 0 кПа (синяя пунктирная линия), 33 кПа (зеленая пунктирная линия) и 1500 кПа (красная пунктирная линия) по Saxton. и Ролз (2006).

Связь предполагаемых значений с физическими измерениями

Таблица 4 сравнивает оценочные значения влажных и сухих аттракторов с данными кривых удержания влаги в почве, полевой тензиометрии и интенсивного орошения почвы, а также эксперимента по дренажу. Мы обнаружили, что примеры сухого и влажного аттракторов для участков Aspen и Treeline эквивалентны FC и PEL соответственно. На рис. 7 показаны кривые влагоудержания почвы для осины для образцов от 1–3 см (синий) и 41–43 см (коричневый), а также данные полевого тензиометра на расстоянии 60 см (черный).Значения влажного аттрактора Θ для обеих глубин в Аспене (0,41, 0,41) почти соответствовали значению Θ (0,42, 0,42) при 10 кПа, обычно используемому в качестве приближения FC. Точно так же значения сухого аттрактора Θ (0,13, 0,13) для обеих глубин в Аспене почти совпадали со значениями 1,5 МПа Θ (0,12, 0,12). Для Treeline на 60 см метод мокрого аттрактора гистерезиса Θ (0,21) хорошо сравнивается с измеренным Θ (0,19), что соответствует значению тензиометра 10 кПа. Хотя эти данные не являются исчерпывающими, они убедительно подтверждают гипотезу о том, что аттракторы данных представляют собой FC и PEL, и что другие важные гидрологические параметры почвы могут быть определены из Θ записей для участков с различными почвами, влажностью и растительным покровом.

Таблица 4. Сравнение расчетных значений гидрологических параметров почвы Θ fs , FC и PEL из Θ записей с помощью частотных, парных датчиков и методов гистерезиса с Θ-значениями, соответствующими обычным потенциалам почвенной влаги, используемым в лабораторных экспериментах .

Рис. 7. Измерения характеристической кривой влажности почвы для участка Осина (60 см), образцов с аналогичных участков суглинка в RCEW и супеси на участке Трилайн (60 см) .Значения напряжения грунтовой воды показаны как pF (log hPa) и обозначены на кривых при 10, 33 и 1500 кПа вертикальными серыми линиями на обеих панелях. Измерения для илистого суглинка включают полевой тензиометр на участке Осины 60 см (черный) и лабораторные измерения с помощью психрометра (фиолетовый) и HYPROP на 0–2 см (коричневый) и 41–43 см (синий) для образцов илистого суглинка с аналогичного участка поблизости. Осина. Измерения супеси участка Treeline показаны для предыдущего эксперимента по определению FC, который был прерван периодом дождя.Лабораторные и модельные оценки r представляют собой образцы почвы с глубины от 24 до 25 см (Gribb et al., 2009). Значения, определенные Θ частотным анализом, показаны черными пунктирными линиями на обеих панелях. Показан диапазон относительно высокочастотных данных, превышающий FC, чтобы указать диапазон оценок этого значения различными методами.

Дополнительная проверка рисунка 7 и результаты частотного анализа Θ представлены здесь, чтобы прояснить интерпретацию s и Θ fs .Для Aspen лабораторный насыщенный (0 кПа) Θ колеблется от Θ с от 0,64 на 1–3 см до 0,50 на глубине 41–43 см. По методу частота оценочное значение фс на глубине 10 см (0,55) находится между этими значениями и существенно меньше с для измерения поверхности почвы. Эта разница, вероятно, связана либо с уменьшением пористости почвы на глубине от 2 до 10 см, либо с разницей между Θ at Θ s и Θ fs . На большей глубине разница между значением метода частота для Θ фс на 60 см (0.51), а значение для 0 кПа при 41–43 см (0,50) пренебрежимо мало, указывая на то, что фс эквивалентно с на этих глубинах. Для песчаных почв на Treeline постоянный орошение достигалось с на 60 см (Θ = 0,39), а после осушения величина поступления воздуха (0,36) была аналогична фс (0,34), как определено методом частоты . .

Обсуждение

Целью данной статьи является оценка четырех подходов для определения того, соответствуют ли временные модели измеренных значений влажности почвы концепциям s , FC, PEL и Θ ws .Этот метод использует растущую доступность электронных данных о почвенной воде для разрешения значительных разногласий, как теоретических, так и концептуальных, относительно констант содержания влаги в почве. Мы обнаружили хорошее соответствие между значениями гидрологических параметров почвы, определенными по аттракторам, найденным в записях датчиков in situ, Θ и обычными лабораторными методами для ограниченного числа образцов, представляющих супесчаные и илисто-суглинистые почвы (Рисунок 7). Эти результаты подтверждают гипотезу о том, что аттракторы данных представляют собой FC и PEL, и что другие важные гидрологические параметры почвы могут быть определены из Θ записей для участков с различными почвами, влажностью и растительным покровом.Мы демонстрируем результаты анализа путем наложения репрезентативных значений параметров на данные временного ряда, из которых были получены эти значения (Рисунок 8), чтобы поддержать обсуждение определения значений для различных гидрологических свойств почвы, применимости этого подхода к другим участкам и предостережения для использования там, где есть мерзлые почвы. В следующих разделах мы прокомментируем ценность подходов к оценке каждого свойства ( s , FC, PEL и Θ ws ), а затем обсудим неопределенность и ошибки.

Рис. 8. Данные временных рядов и значения параметров, определенные с помощью частотного анализа для Θ fs (синие линии), анализа гистерезиса для FC (зеленые линии) и PEL (красные линии), а также анализа временных рядов для ws (фиолетовые линии) . Глубина измерений указана на каждой панели для мелких (серый) и глубоких (черный) датчиков.

Насыщенность (Θ

с )

Насыщенность была необычной для наших данных.Все участки исследования хорошо дренированы, и на них не обнаружено следов грунтовых вод. Поэтому неудивительно, что мы не обнаружили аттрактора вокруг насыщения. Однако приповерхностные трубы и макропоры почвы могут периодически заполняться и появляться как выбросы данных. Это может объяснить, почему максимальные измеренные значения Θ могут сильно отличаться от оценок насыщенности функцией педотрансфера, особенно вблизи поверхности почвы. Результаты нашего анализа для участков Aspen и Treeline показывают максимальные значения Θ (Θ fs ), равные 0.55, 0,51 и 0,34 (таблица 4) из контролируемых экспериментов и значения 0,64, 0,50 и 0,39 из полевых измерений. Разница в пиковом насыщении для неглубокой почвы в Аспене может возникать из-за различий в пористости между поверхностью 3 см и на глубине 10 см или большей способностью поглощать почвенный газ под очень плотным слоем мелких корней над минеральной почвой. Отметим, что полное насыщение почв требует обширного орошения, будь то поле (Ellis, Lee, 1919; Hillel et al., 1972) или лаборатории (Hazen, 1892; Watson, 1966), чтобы обеспечить почти полное удаление газа из пор почвы. Анализ лабораторных и полевых измерений следует повторить для нескольких глубин профиля почвы.

На большинстве площадок насыщение поля фс является переходным состоянием, достигаемым в нечастые периоды высокого магнитного потока, и может варьироваться от FC до с в годовых записях (рис. 8). Предполагая постоянное распределение пор по размеру во времени, логично выбрать наибольшее зарегистрированное значение in situ как фс либо в качестве хвоста частотного анализа за период регистрации.Этот выбор требует суждения, чтобы определить, является ли экстремальное значение допустимой точкой измерения или артефактом измерения. Это, вероятно, подходящее значение прокси (рис. 5A) для большинства целей моделирования, пока сайт остается свободно истощающим. Θ fs уменьшается с глубиной для всех участков, кроме Low Sage (который имел сильный текстурный контраст), предположительно в ответ на снижение пористости, уменьшение органического вещества, увеличение объема поглощенного гравием или ослабление потока из-за накопления.Эти эффекты сводятся к представленному здесь подходу. Из-за зависимости от потока для хорошо дренированных участков определение Θ фс , вероятно, улучшится с более длинными рядами данных и данными с более короткими временными шагами, особенно для полузасушливых или более засушливых участков.

Вместимость поля (FC)

Наиболее согласованное представление FC часто соответствовало пересечению ветвей смачивания и высыхания петель гистерезиса (Рисунок 2D) и около нижнего края аттрактора влажных данных в парном анализе, как показано для Aspen и Treeline (Рисунок 3 ).Эти ограничения на выбор FC признают, что этот аттрактор требует, чтобы за увлажнением почвы следовало несколько дней без испарения. Таким образом, FC наиболее очевиден после выпадения осадков в прохладный сезон, которые преобладают в исследуемой среде. Во время таяния снегов радиация и температурные режимы вызывают сильные колебания потока талой воды в почву, что может привести к положительному смещению в оценке FC.

Мы обнаружили очень похожие значения FC на всех глубинах в пределах Aspen, Treeline и Lower Weather, но изменчивость FC с глубиной на High Sage и Low Sage (Рисунок 6).Хотя текстура является элементом управления первого порядка для FC, значения из нашего анализа часто сильно отличались от прогнозов функции педотрансфера, и даже от той же текстуры: FC в High Sage колеблется от 74 до 82% FC в Aspen для поверхности. и глубинные датчики, соответственно, что примечательно, учитывая близость и почти идентичные почвы на этих участках. Разница в значениях аттрактора между Aspen и High Sage связана с разными условиями поступления воды в почву. Участок осины расположен под сезонным снежным заносом, обычно глубиной 3 м.Это приводит к продолжительным периодам, в течение которых ежедневное поступление воды в результате таяния снега поддерживает содержание влаги в почве на уровне, превышающем FC. Зимний снежный покров на участке High Sage обычно составляет 50 см. Поэтому он тает намного раньше и подвержен периодическим дождям в прохладный сезон, которые позволяют дренаж в FC, таким образом смещая аттрактор вниз до значения, более соответствующего концепции FC. Прогнозы функции педотрансфера кажутся разумными (задним числом) для сайтов, отличных от Aspen (Рисунок 6), но, по-видимому, лучше соответствуют значениям Θ fs , представленным для Low Sage и Treeline.Эти различия в представлении фракции подвижной воды в почве, вероятно, связаны с взаимодействием почвенных растений, таких как подстилка и вторичная структура почвы, и важны для тщательной параметризации экогидрологических моделей.

Предел экстракции растений (PEL)

PEL, как и Θ ws , представляет собой экогидрологический параметр, который представляет собой взаимодействие между фенологией растений, балансом поверхностной энергии и водным потенциалом почвы. Для этого исследования в поверхностном покрове земли преобладает многолетняя растительность с разной степенью подстилки и обнаженной почвы на разных участках, поступление воды в почву в основном происходит за счет весеннего таяния снега, что приводит к продолжительному засушливому вегетационному сезону, а пик ПЭТ приходится на июль (Seyfried et al. al., 2011). Эти условия в сочетании с низким среднегодовым количеством осадков за пределами снежных заносов способствуют очень сухому состоянию почвы, необходимому для развития аттрактора в PEL. Значения сухого аттрактора в этом исследовании были, как правило, немного меньше, чем предсказанные функцией педотрансфера, и наоборот, от фс , как правило, увеличивались с глубиной.

Наша первоначальная предпосылка заключалась в том, что PEL на любой глубине представлен постоянным значением в течение длительного периода в течение вегетационного периода, как показано для Treeline и Low Sage (Рисунок 8).Для других участков PEL не может быть последовательно представлен по годам ни для мелководных, ни для глубинных датчиков по двум причинам: во-первых, Aspen часто имеет ограниченную энергию и удерживает воду на глубине в большинстве лет, достигая PEL только в 2003, 2007 и 2012 годах ( Рисунок 8). Точно так же на других участках, где недостаточно энергии для испарения среднегодовых осадков, вряд ли удастся достичь PEL на глубине. Во-вторых, Θ меньше, чем PEL, обычно встречается в приповерхностных почвах. Записи Treeline и Lower Weather показывают Θ всего за 0.01 для датчиков на глубине 5 см, но PEL от 0,06 до 0,08 на глубине (Рисунок 8). Высыхание испарением вблизи поверхности почвы может снизиться на Θ ниже PEL. В этом случае, когда потенциал испарения на поверхности листа уравновешивается или превышается напряжением воды в почве, использование воды растениями незначительно, а испарение регулируется диффузией пара (Buckingham, 1907; Salvucci, 1997). Этот переход от вязкого капиллярного (S1) к пародиффузионному (S2) контролю за испарением (Brutsaert and Chen, 1995; Lehmann et al., 2008) очевиден в данных и усложняет интерпретацию сухого аттрактора и PEL.

Таким образом, интерпретация диапазона сухого аттрактора требует рассмотрения, как и влажного аттрактора. Нижняя Погода получает наибольшее количество энергии и наименьшее количество осадков среди исследуемых участков, а также имеет крупнозернистую почву с почти голой поверхностью, что делает его хорошим примером для сухих почв. Первоначальные оценки сухого аттрактора Θ варьируются от 0,04 на 15 см до 0,08 на 100 см (рис. 8). Значительно более низкие значения сухого аттрактора для 5-сантиметровых датчиков при 0,00 <Θ <0,02 (рис. 8), вероятно, представляют собой предел испарения за счет диффузии пара у поверхности для доступной сезонной энергии.Мы обнаружили, что градиент 0,00 <Θ <0,08 развивается на глубине от 5 до 100 см в ответ на градиент диффузии пара над PEL на глубине 100 см. Эти наблюдения приводят к выводу, что вблизи поверхности почвы переход от эвапотранспирации к испарению ниже PEL трудно отличить с помощью аттрактора данных.

Водный стресс на заводе (Θ

ws )

Важные особенности высыхания почвы ниже FC включают инициирование водного стресса растений, Θ ws , конечную точку использования воды растениями, PEL, и переход к испарительной сушке за счет диффузии пара.Мы обнаружили, что полузасушливый климат исследуемых участков обеспечивает идеальные условия для высыхания почвы весной и летом, о чем свидетельствует почти постоянная тенденция к высыханию примерно в средней половине диапазона Θ для всех участков (кроме Low Sage). Тем не менее, заметная разница очевидна между схемами высыхания для неглубоких и глубоких расположений датчиков: почвы на глубине 15 см или менее высыхают первыми и быстрее всего в почти устойчивом состоянии снизу от FC до около PEL (Рисунок 8). Для почв ниже 15 см функция сушки Θ (t) была квазисинусоидальной между FC и PEL, с переходом к более быстрой сушке, когда датчик мелкой глубины достигал Θ ws .Мы связываем это первоначальное увеличение скорости глубокого высыхания почвы с постоянным (ограниченным по энергии) использованием воды растениями из меньшего объема хранилища после высыхания поверхности ниже Θ ws . Для всех участков, Θ ws происходило ежегодно для малых глубин датчика, но было менее согласованным для глубоких датчиков. Например, Θ записи глубинных датчиков Aspen и High Sage регулярно показывают линейное снижение примерно до 1 октября, когда водный год заканчивается с наступлением отрицательных ночных температур воздуха и внезапным прекращением использования воды растениями на этих высокогорных участках, например.g., WY 2008–2010 (Рисунок 8). Таким образом, поскольку s не может быть постоянно достигнуто из-за скоростей поверхностной инфильтрации, которые редко превышают поток дренажа почвенного профиля, ws не может быть постоянно достигнуто из-за недостаточной сезонной энергии. Тем не менее, периодические засушливые годы (например, WY 2006) в Аспене и Хай-Сейдж явно ограничены водой и достаточны для оценки ws для высокогорных участков. Низкий шалфей и более низкие, высокие участки Treeline и Lower Weather ежегодно ограничены водой и показывают постоянные изгибы, указывающие Θ ws в течение июля и августа со значениями в диапазоне от 0.20 для глубоких глинистых почв при Low Sage до 0,07 для глубоких почв на Treeline (Рисунки 6, 8).

Неопределенность и ошибки

Один из подходов к неопределенности при оценке одновременного состояния влажности почвы состоит в том, чтобы визуализировать Θ (z) с временным шагом от ежедневного к недельному. На Рисунке 9 показано Θ (z) для периодов увлажнения и высыхания в течение одного водяного года в Аспене и Трилайне. Хотя этот подход довольно сложно реализовать в течение нескольких лет, он дает представление о градации гидрологических свойств почвы с глубиной и различной динамике увлажнения и высыхания на разных участках.Этот тип диаграмм является обычным в текстах, но обычно фокусирует внимание на динамике увлажнения и высыхания, а не на преобладающем состоянии влажности почвы. Для обоих участков вертикальный профиль в FC появляется после того, как фронт увлажнения достигает основания почвы. Тем не менее, Θ (z) может не достигать фс, как определено из долгосрочных рекордов для любой глубины в данном году. Во время высыхания почвы аналогичные возрастающие градиенты Θ (z) появляются немного ниже FC на обоих участках в ответ на использование растениями воды и указывают на быстрое снижение высыхания, связанное с Θ ws , около PEL.Гораздо более резкий перегиб Θ (z) у поверхности почвы в Treeline, чем в Аспене, отражает разницу в испарении с поверхности между участками. Наконец, гораздо более широкая полоса перекрытия профилей Θ (z) на Treeline отражает более длительный период и большую глубину водного стресса растений на этом участке.

Рис. 9. Последовательности профилей влажности почвы для Aspen (вверху) и Treeline (внизу), показывающие последовательности увлажнения (слева) и высыхания (справа) . Профили пятидневных интервалов показаны черным цветом, а экстремальные значения сухих (красный) и влажных (синий) условий на каждой глубине почвы.Значения аттрактора для Осины (около 0,40) и Treeline (около 0,20) по глубине профилей почвы появляются там, где наблюдается значительное перекрытие линий 5-дневных интервалов в последовательности увлажнения для обоих участков после увлажнения глубоких почв. Аналогичное перекрытие происходит для Θ как функции глубины для PEL, которая колеблется от 0,07 до 0,10 для Aspen и 0,05–0,07 для Treeline.

Каждый подход к определению гидрологических свойств почвы имеет разную систематическую ошибку, но все они в целом согласны.Применимость данных измерений для параметризации этой модели зависит от характера рассматриваемой динамики почвенных вод. Выбор конкретных значений для влажных и сухих аттракторов с помощью анализа временных рядов более субъективен, чем анализ частот , так как он зависит от выбора одного значения из диапазона вблизи крайних значений. Метод двух глубин гистерезиса обеспечивает оценки, которые близко соответствуют стандартным значениям водного потенциала почвы, обычно используемым для определения FC и PEL.Улучшение по сравнению с другими методами определения этих влажных и сухих аттракторов связано с уменьшением перекрытия между достоверными данными, а также с неверными данными и ошибками данных, которые могут исказить частотное распределение аттрактора. В частности, сопоставление Θ для датчика глубины (a) со стабильным Θ с датчиком на другой глубине (b) либо с увеличением, либо с уменьшением Θ образует линейный след в направлении точки перегиба, где скорость изменения датчика a увеличивается, а датчик b уменьшается.Относительно низкая скорость изменения вблизи перегиба увеличивает частоту (a, b) данных на аттракторе. Значения ошибок имеют тенденцию падать на границах петли гистерезиса, что снижает искажение ошибок основных аттракторов (например, рисунок 4). В отличие от анализа гистерезиса, подход с парным датчиком может также зависеть от любого временного лага в глубине фронта смачивания между датчиками.

Глубина почвы и влияние покрова четко представлены в представленных анализах. Мы обнаружили, что участки с очень хорошо дренированной почвой (Treeline, Lower Weather) показали меньшую неопределенность в Θ fs и FC в нижней части профиля почвы (Рисунок 5), вероятно, в результате более быстрого времени прохождения и меньшего удерживания.Точно так же контроль за испарением поверхностного покрова в целом четко представлен на всех участках. PEL не является строго свойством почвы, но также зависит от растительности, в которой активны корни. Почва в High Sage имеет ту же структуру, что и Aspen, но поверхностный покров представляет собой густой кустарник на высоте 0,5–1,5 м с подстилкой 2–5 см и голыми промежутками, что связано с уменьшением значений PEL на 60 см (0,10) и 10 см. (0,08). Это покрытие эффективно ограничивает испарение с поверхности. Low Sage имеет текстурный градиент почвы от илистого суглинка до глинистого суглинка и голую поверхность почвы и приводит к самому сильному градиенту PEL (0.07–0,14) на наименьшую глубину почвы 50 см. Treeline и Lower Weather — это песчаные участки с кустарниковым покровом и поверхностью с низкой насыпной плотностью, что способствует интенсивному высыханию. Разница в PEL после удаления растительности предписанным пожаром в 2007 году очевидна на участках Аспен и Хай Шалфей.

Есть два основных эффекта. Во-первых, электронные датчики влажности почвы основаны на соотношении измеренной диэлектрической проницаемости с содержанием жидкой воды, что обычно является надежной зависимостью, поскольку диэлектрическая проницаемость жидкой воды (80) намного больше, чем диэлектрическая проницаемость почвы (5) или воздуха (1).Однако диэлектрическая проницаемость льда (3.1) очень похожа на диэлектрическую проницаемость воздуха, поэтому мерзлая почва, по-видимому, имеет меньшее содержание воды и эффективно приближается к содержанию жидкой воды в почве (Seyfried and Murdock, 1996). Этот эффект очевиден, когда драматические «высыхания» зимой проявляются в виде шума и отклонения от аттрактора FC. Эффекты замораживания очевидны на всех четырех панелях на Рисунке 2 и могут быть ясно видны при сравнении трендов влажности почвы на 15 см и 30 см на Рисунке 9. Во-вторых, замораживание эффективно снижает водный потенциал почвы.Когда приповерхностный грунт замерзает, нормальный гидравлический градиент, направленный вниз, меняется на противоположный, и вода движется вверх по направлению к фронту промерзания. Это может вызвать увеличение или уменьшение измеренного содержания влаги в почве в зависимости от близости датчика к фронту промерзания (Hillel, 1980). Они наиболее выражены у поверхности почвы, которая обычно замерзает в этой среде. В этом исследовании фронт замерзания редко превышал 30 см. Есть свидетельства случайных эффектов восходящего градиента, проявляющихся глубже в почвенном профиле.Эти артефакты могут привести к ошибочным данным в анализе. Это более проблематично для парного анализа частоты и парного анализа , в котором датчики поверхности, вероятно, будут подвергаться аналогичному воздействию, но менее важно для анализа гистерезиса . Мы предлагаем использовать записи температуры почвы, которые обычно собираются вместе с TDR или другими измерениями влажности почвы, для цензуры данных в периоды заморозков почвы перед проведением представленных анализов.

Выводы

Мы демонстрируем новый подход к извлечению важных гидрологических параметров почвы непосредственно из полевых данных. Подход использует преимущества увеличивающейся доступности постоянно контролируемых Θ. Поскольку он основан на данных in-situ , результаты напрямую связаны с местным климатом, почвами и растительностью и не зависят от предполагаемых функций педотрансфера или косвенных измерений, таких как. Подход основан в первую очередь на концепциях Θ s , FC и PEL, унаследованных от орошаемого земледелия, но рассматривает эти количества с точки зрения количества воды, удерживаемой в почве, а не с точки зрения потенциала почвенной влаги.Этот подход согласуется со схемами массового моделирования и обеспечивает детализацию для оценки других дополнительных переходных и экстремальных состояний Θ fs , Θ ws . Однако применимость данных измерений для параметризации этой модели зависит от характера рассматриваемой динамики почвенных вод. Неявные предположения заключаются в том, что дренаж от с или фс до FC происходит относительно быстро при отсутствии поступления воды в почву, а ниже этого порогового значения ненасыщенный поток 1D в основном отвечает за поглощение воды растениями, которое постепенно уменьшается ниже Θ ws. и заканчивается на PEL.Конечная точка сушки в любом годовом цикле может варьироваться от значения, превышающего PEL, до фунтов стерлингов, в зависимости от типа растений, текстуры почвы и глубины. Эти предположения подтверждаются наблюдениями и данными с участков, включенных в это исследование, которые указывают на прогрессирование нисходящего фронта увлажнения при каждом значительном выпадении дождя или таяния снега, а также на регулярные и продолжительные периоды увлажнения и высыхания почвы. Ожидается, что применение разработанного подхода в более влажном климате или при наличии устойчивой фреатической поверхности улучшит оценку Θ s , но может дать небольшое руководство по PEL или Θ ws .Предпочтительный поток специально не рассматривается, но отличные от единицы наклоны в парном анализе указывают на то, что переменные скорости продвижения фронта увлажнения могут усложнить интерпретацию этого подхода. Точно так же вертикальный байпасный поток в отдельных профилях датчика может усложнить интерпретацию FC и Θ ws , но не PEL.

Мы обнаружили, что частота измеренных значений, как правило, была наибольшей около наблюдаемых «аттракторов», которые соответствуют конкретным интересующим гидрологическим параметрам.Из четырех проанализированных подходов мы обнаружили, что подход гистерезисного анализа является наиболее надежным предсказателем аттракторов данных, а частотный анализ — самым простым подходом для определения экстремальных значений. Тем не менее, мы считаем построение двумерной Θ частотной матрицы наиболее эффективным и практичным подходом к идентификации значений параметров. Этот подход позволяет проводить анализ на основе одного профиля датчиков и обеспечивает максимальную визуальную поддержку для оценки значений параметров.Представленные здесь данные и анализ ясно показывают, насколько приповерхностный Θ часто отличается от более глубокого грунта на многих участках из-за различий в макропористости, промерзании почвы, гистерезисе увлажнения. Эти меры контроля над хранением почвенного профиля могут затруднить попытки измерить накопление почвенного профиля с помощью методов дистанционного зондирования, и возможности преодоления некоторых из этих препятствий будут рассмотрены в следующей статье.

Авторские взносы

DC: Основным автором была задуманная концепция исследования и анализ, полевые исследования.МС: Участвовал в разработке концепции исследования, проводил полевые и лабораторные эксперименты, был вторым автором. JM: Участвовал в разработке концепции исследования, проводил полевые исследования, соавтор. KH: Задуманная концепция исследования и анализ.

Заявление о конфликте интересов

Авторы заявляют, что исследование проводилось при отсутствии каких-либо коммерческих или финансовых отношений, которые могут быть истолкованы как потенциальный конфликт интересов.

Благодарности

Авторы хотели бы поблагодарить двух рецензентов, которые предоставили обширные и ценные комментарии к рукописи и результаты, полученные от USDA NRI Grant 2001-35102-11031, USDA SGP award 2005-34552-15828.

Список литературы

Ассулин, С., и Ор, Д. (2014). Пересмотр концепции полевой емкости: определение внутренних статических и динамических критериев для динамики внутреннего дренажа почвы. Водный ресурс. Res. 50, 4787–4802. DOI: 10.1002 / 2014WR015475

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Бандара, Р., Уокер, Дж. П., и Рюдигер, К. (2013). На пути к извлечению свойств почвы из космоса: одномерный эксперимент с близнецами. J. Hydrol. 497, 198–207.DOI: 10.1016 / j.jhydrol.2013.06.004

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Boote, K. J., Sau, F., Hoogenboom, G., and Jones, J. W. (2008). «Опыт работы с водным балансом, эвапотранспирацией и прогнозированием эффектов водного стресса в модели CROPGRO» в «Реакция сельскохозяйственных культур на ограниченное количество воды: понимание и моделирование влияния водного стресса на процессы роста растений» , ред. Р. Ахуджа, В. Р. Редди, С. А. Сасендран и К. Ю (Мэдисон, Висконсин: Американское агрономическое общество), 59–103.

Google Scholar

Бриггс, Л. Дж., И Маклейн, Дж. У. (1907). Влажный эквивалент почв. U.S. Dept. Agr. Бур. Почвы Bul. 46, 1–23.

Бриггс, Л. Дж., И Шанц, Х. Л. (1912). Коэффициент увядания для разных растений и его косвенное определение. Бот. Газ. 53, 20–37. DOI: 10.5962 / bhl.title.64958

CrossRef Полный текст

Брукс, Р. Х., и Кори, А. Т. (1964). Гидравлические свойства пористой среды и их связь с конструкцией дренажа. Пер. ASAE 7, 26–28. DOI: 10.13031 / 2013.40684

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Brutsaert, W., and Chen, D. (1995). Десорбция и два этапа сушки естественной высокотравной прерии. Водный ресурс. Res . 315, 1305–1313. DOI: 10.1029 / 95WR00323

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Букингем, Э. (1907). Исследования движения почвенной влаги, Бюро почв, бюллетень 38. Вашингтон, округ Колумбия: СШАДепартамент сельского хозяйства.

Будыко М.И. (1956). Тепловой баланс поверхности Земли . Ленинград: Гидрометеоиздат.

Google Scholar

Бурдин Дж. А. и Редфорд Э. С. (1952). Избранные статьи и документы об американском правительстве и политике. Am. Полит. Sci. Ред. 46, 254–257. DOI: 10.1017 / S0003055400069239

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Кассель, Д. К., и Нильсен, Д. Р. (1986). «Полевая вместимость и доступная водоемкость», в Методы анализа почвы: Часть 1 — Физические и минералогические методы , под ред. А.Клют (Мэдисон, Висконсин: Американское общество агрономии и почвоведов Америки), 901–926.

Google Scholar

Чендлер, Д. Г., Сейфрид, М., Мердок, М., и Макнамара, Дж. П. (2004). Калибровка рефлектометров влагосодержания в полевых условиях. Почвоведение. Soc. Являюсь. J. 68, 1501–1507. DOI: 10.2136 / sssaj2004.1501

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Шовен, Г. М., Флерчингер, Г. Н., Линк, Т. Э., Маркс, Д., Винстрал, А. Х., и Сейфрид, М.С. (2011). Долгосрочный водный баланс и концептуальная модель полузасушливого горного водосбора. J. Hydrol. 400, 133–143. DOI: 10.1016 / j.jhydrol.2011.01.031

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Колман, Э. А. (1947). Лабораторный метод определения полевой емкости почв. Почвоведение. 63, 277–283. DOI: 10.1097 / 00010694-194704000-00003

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Куэнка, Р. Х., Эк, М., и Махрт, Л.(1996). Влияние параметризации свойств грунтовых вод на моделирование атмосферного пограничного слоя. J. Geophys. Res. Атмос. 101, 7269–7277. DOI: 10.1029 / 95JD02413

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Damesin, C., и Rambal, S. (1995). Полевое исследование фотосинтетической способности листьев средиземноморского лиственного дуба ( Quercus pubescens ) во время сильной летней засухи. New Phytol. 131, 159–167. DOI: 10.1111 / j.1469-8137.1995.tb05717.х

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Эллис, А. Дж., И Ли, Э. Х. (1919). Геология и подземные воды западной части округа Сан-Диего, Калифорния . Бумага по водоснабжению, Геологическая служба США, 23–24.

Файер, М. Дж., И Хиллел, Д. (1986). Герметизация в воздухе: I. Измерение в полевом грунте. Почвоведение. Soc. Являюсь. J. 50, 568–572 doi: 10.2136 / sssaj1986.03615995005000030005x

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Флерчингер, Г.Н., Кули, К. Р., Хэнсон, К. Л., и Сейфрид, М. С. (1998). Равномерный и агрегированный водный баланс полузасушливого водораздела. Hydrol. Процесс. 12, 331–342. DOI: 10.1002 / (SICI) 1099-1085 (199802) 12: 2 <331 :: AID-HYP580> 3.0.CO; 2-E

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Флерчингер Г. Н., Маркс Д., Реба М. Л., Ю. К. и Сейфрид М. С. (2010). Поверхностные потоки и водный баланс пространственно изменяющейся растительности в пределах небольшого горного водосбора в верховьях. Hydrol. Earth Syst. Sci. 14, 965–978. DOI: 10.5194 / hess-14-965-2010

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Грейсон, Р. Б., Вестерн, А. В., Уокер, Дж. П., Кандел, Д. Г., Костелло, Дж. Ф., и Уилсон, Д. Дж. (2006). «Контроль за моделями влажности почвы в засушливых и полузасушливых системах», в Dryland Ecohydrology , ред. П. Д’Одорико и А. Порпорато (Дордрехт: Спрингер), 109–127.

Google Scholar

Грибб М.М., Форкуца, И., Хансен, А., Чандлер, Д. Г., и Макнамара, Дж. П. (2009). Влияние различных оценок гидравлических свойств почвы на моделирование влажности почвы. Vadose Zone J. 8, 321–331. DOI: 10.2136 / vzj2008.0088

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Хансен, В. Э., Исраэльсен, О. В., и Стрингхэм, Г. Э. (1980). Принципы и практика ирригации, 4-е изд. . Нью-Йорк, штат Нью-Йорк: Wiley.

Хазен, А. (1892). Эксперименты по очистке сточных вод и воды на экспериментальной станции Лоуренса. Департамент здравоохранения штата Массачусетс, Двадцать третий годовой отчет за 1891 год, Wright & Potter, Printing Co.

Google Scholar

Гилель Д. (1980). Приложения физики почв . Нью-Йорк, штат Нью-Йорк: Academic Press.

Гиллель Д., Крентос В. Д. и Стилиану Ю. (1972). Методика и испытание метода внутреннего дренажа для измерения гидравлических характеристик грунта на месте . Почвоведение. 114, 395–400. DOI: 10.1097 / 00010694-197211000-00011

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Хуанг, X., Ши, З. Х., Чжу, Х. Д., Чжан, Х. Ю., Ай, Л., и Инь, В. (2016). Динамика влажности почвы в профилях почвы и связанный с этим экологический контроль. Катена 136, 189–196. DOI: 10.1016 / j.catena.2015.01.014

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Идсо, С. Б., Регинато, Р. Дж., Джексон, Р. Д., Кимбалл, Б. А., Накаяма, Ф. С. и др. (1974). Три этапа сушки полевого грунта. Soc. Являюсь. Proc. 38, 831–836.

Google Scholar

Киркхэм, М.Б. (2005). Принципы водного отношения почвы и растений . Сан-Диего, Калифорния: Academic Press.

Google Scholar

Кормос П. Р., Маркс Д., Уильямс К. Дж., Маршалл Х. П., Айшлин П. и Чандлер Д. Г. (2014). Данные о почве, снеге, погоде и подповерхностных хранилищах из горного водосбора в переходной зоне дождя и снега. Earth Syst. Sci. Данные 6, 165–173. DOI: 10.5194 / essd-6-165-2014

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Костер, Р.Д., Дирмейер, П. А., Го, З. К., Бонан, Г., Чан, Э., Кокс, П. и др. (2004). Области сильной связи между влажностью почвы и осадками. Наука 305, 1138–1140. DOI: 10.1126 / science.1100217

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Костер, Р. Д., Шуберт, С. Д., и Суарес, М. Дж. (2009). Анализ совпадения метеорологических засух и теплых периодов с последствиями для определения режима испарения. J. Clim. 22, 3331–3341. DOI: 10.1175 / 2008JCLI2718.1

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Лайо, Ф., Порпорато, А., Ридольфи, Л., и Родригес-Итурбе, И. (2001). Растения в водных экосистемах: активная роль в гидрологических процессах и реакция на водный стресс: II. Вероятностная динамика влажности почвы. Adv. Водный ресурс. 24, 707–723. DOI: 10.1016 / S0309-1708 (01) 00005-7

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Лян, X., Вуд, E.Ф. и Леттенмайер Д. П. (1996). Параметризация поверхностной влажности почвы модели VIC-2L: оценка и модификация. Глобальная планета. Изменить 13, 195–206. DOI: 10.1016 / 0921-8181 (95) 00046-1

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Линсли, Р. К., и Францини, Дж. Б. (1972). Инженерия водных ресурсов . Нью-Йорк, штат Нью-Йорк: Макгроу-Хилл.

Лоик, М. Э., Бреширс, Д. Д., Лоренрот, В. К., и Белнап, Дж. (2004). Многомасштабная перспектива пульсаций воды в экосистемах засушливых земель: климатология и экогидрология запада США. Oecologia 141, 269–281. DOI: 10.1007 / s00442-004-1570-y

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Маринас, М., Рой, Дж. У. и Смит, Дж. Э. (2013). Изменение содержания захваченного газа и гидравлической проводимости с давлением. Грунтовые воды 51, 41–50. DOI: 10.1111 / j.1745-6584.2012.00915.x

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Макнамара, Дж. П., Чандлер, Д., Сейфрид, М., и Ачет, С. (2005).Состояние влажности почвы, поперечный поток и образование речного стока в полузасушливом водосборе, вызванном таянием снега. Hydrol. Процесс. 19, 4023–4038. DOI: 10.1002 / hyp.5869

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Мейнзер, О. Э. (1923). Обзор гидрологии подземных вод с определениями . Геологическая служба США, Документ по водоснабжению 494, стр. 29.

Google Scholar

Мецгер, Т., и Цоцас, Э. (2005). Влияние распределения пор по размерам на кинетику высыхания: простая капиллярная модель. Сушка Technol. 23, 1797–1809. DOI: 10.1080 / 07373930500209830

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Миллер Р. Д. и Мак-Мерди Дж. Л. (1953). Емкость поля в лабораторных колоннах. Почвоведение. Soc. Являюсь. J. 17, 191–195. DOI: 10.2136 / sssaj1953.03615995001700030003x

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Миллер Э. Э. и Клют А. (1967). «Динамика почвенных вод: часть I — механические силы», в Орошение сельскохозяйственных земель , ред.М. Хаган, Х. Р. Хайз и Т. В. Эдминстер (Мэдисон, Висконсин: Американское агрономическое общество), 209–244.

Google Scholar

Montzka, C., Moradkhani, H., Weihermüller, L., Franssen, H.-J. Х., Кэнти, М., и Вереекен, Х. (2011). Оценка гидравлических параметров путем дистанционного наблюдения за влажностью верхнего слоя почвы с фильтром твердых частиц. J. Hydrol. 399, 410–421. DOI: 10.1016 / j.jhydrol.2011.01.020

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Морс, Дж.L., Duran, J., Beall, F., Enanga, E.M., Creed, I.F., Fernandez, I., et al. (2015). Потоки денитрификации почвы из трех лесов на северо-востоке Северной Америки в широком диапазоне отложений азота. Oecologia 177, 17–27. DOI: 10.1007 / s00442-014-3117-1

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Муалем Ю. (1976). Каталог гидравлических свойств ненасыщенных грунтов . Хайфа: Технион, Израильский технологический институт, Фонд исследований и развития Техниона.

Google Scholar

Наяк А., Чендлер Д. Г., Маркс Д., Макнамара Дж. П. и Сейфрид М. (2008). Корректировка электронной записи измерений осадкомера с ковшом. Водный ресурс. Res. 44: W00D11. DOI: 10.1029 / 2008WR006875

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Немес А., Пачепский Ю. А., Тимлин Д. Дж. (2011). На пути к улучшению глобальных оценок влагоемкости почвы на полях. Почвоведение. Soc. Являюсь. J. 75, 807–812.DOI: 10.2136 / sssaj2010.0251

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Нджоку, Э. Г., Джексон, Т. Дж., Лакшми, В., Чан, Т. К., и Нгием, С. В. (2003). Извлечение влажности почвы из AMSR-E. IEEE Trans. Geosci. Remote Sens. 41, 215–229. DOI: 10.1109 / TGRS.2002.808243

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Ор Д., Леманн П. и Ассулин С. (2015). Натуральные масштабы длины определяют диапазон применимости уравнения Ричардса для капиллярных потоков. Водный ресурс. Res. 51, 7130–7144. DOI: 10.1002 / 2015WR017034

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Паникони, К., и Путти, М. (2015). Физически обоснованное моделирование в гидрологии водосбора в 50 лет: обзор и прогноз. Водный ресурс. Res. 51, 7090–7129. DOI: 10.1002 / 2015WR017780

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Пайпер, Дж. Р. (1933). Примечания о связи между эквивалентом влажности и удельным удерживанием водоносных материалов. EOS Trans. AGU 14, 481–487. DOI: 10.1029 / tr014i001p00481

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Прасад Р., Тарботон Д. Г., Листон Г. Э., Люс К. Х. и Сейфрид М. С. (2001). Тестирование модели метеля по сравнению с распределенными измерениями снега в Аппер-Шип-Крик, штат Айдахо, Соединенные Штаты Америки. Водный ресурс. Res. 37, 1341–1356. DOI: 10.1029 / 2000WR

7

CrossRef Полный текст

Rambal, S., Ourcival, J.M., Joffre, R., Mouillot, F., Nouvellon, Y., Reichstein, M., et al. (2003). Контроль засухи над проводимостью и ассимиляцией средиземноморской вечнозеленой экосистемы: масштабирование от листа к пологу. Glob. Чанг. Биол. 9, 1813–1824. DOI: 10.1111 / j.1365-2486.2003.00687.x

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Райхл, Р. Х., Костер, Р. Д., Лю, П., Маханама, С. П. П., Нджоку, Э. Г., и Ове, М. (2007). Сравнение и усвоение данных о глобальной влажности почвы, полученных с помощью усовершенствованного сканирующего микроволнового радиометра для системы наблюдения Земли (AMSR-E) и сканирующего многоканального микроволнового радиометра (SMMR). J. Geophys. Res . 112: D9. DOI: 10.1029 / 2006jd008033

CrossRef Полный текст

Рейнольдс У. Д., Элрик Д. Э., Янгс Э. Г. Х., Бултинк У. Г. и Баума Дж. (2002). «Параметры потока насыщенной и полевой воды», в «Методы анализа почвы», часть 4. Физические методы , серия книг SSSA № 5., ред. Дж. Х. Дэйн и Г. К. Топп (Мэдисон, Висконсин: SSSA), 802–816 .

Google Scholar

Ричардс, Л. А., и Уивер, Л. Р. (1944).Удержание влаги некоторыми орошаемыми почвами в зависимости от напряженности почвенной влаги. J. Agric. Res . 69, 215–235.

Google Scholar

Родригес-Итурбе, И., Д’Одорико, П., Порпорато, А., и Ридольфи, Л. (1999). О пространственных и временных связях между растительностью, климатом и влажностью почвы. Водный ресурс. Res. 35, 3709–3722. DOI: 10.1029 / 1999WR5

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Родригес-Итурбе, И., Порпорато, А., Лайо, Ф., и Ридольфи, Л. (2001). Растения в водных экосистемах: активная роль в гидрологических процессах и реакция на водный стресс: I. Объем и общий план. Adv. Water Res. 24, 695–705. DOI: 10.1016 / S0309-1708 (01) 00004-5

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Романо Н. и Сантини А. (2002). «Водоемкость поля», в Методы анализа почвы: Часть 4 — Физические методы , ред. Дж. Х. Дейн и Г. К. Топп (Мэдисон, Висконсин: Американское почвенное общество), 722–738.

Солтер П. Дж. И Хаворт Ф. (1961). Водоемкость супесчаной почвы. 1. Критическое сравнение методов определения влажности почвы при полевой урожайности и постоянной степени увядания, J. Soil Sci. 12, 326–334. DOI: 10.1111 / j.1365-2389.1961.tb00922.x

CrossRef Полный текст

Сальвуччи, Г. Д. (1997). Независимая от почвы и влажности оценка испарения на втором этапе на основе потенциального испарения и альбедо или температуры поверхности. Водный ресурс. Res. 33, 111–122. DOI: 10.1029 / 96WR02858

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Сантанелло, Дж. А., Петерс-Лидард, К. Д., Гарсия, М. Э., Моко, Д. М., Тишлер, М. А., Моран, М. С. и др. (2007). Использование дистанционных оценок влажности почвы для определения текстуры и гидравлических свойств почвы в полузасушливом водоразделе. Remote Sens. Environ. 110, 79–97. DOI: 10.1016 / j.rse.2007.02.007

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Сакстон, К.Э. и Ролз В. Дж. (2006). Оценка характеристик почвенных вод по текстуре и органическому веществу для гидрологических растворов. Почвоведение. Soc. Являюсь. J. 70: 1569. DOI: 10.2136 / sssaj2005.0117

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Скоулз Р. Дж. И Уокер Б. Х. (1993). Африканская саванна . Нью-Йорк, Нью-Йорк: Издательство Кембриджского университета.

Seneviratne, S. I., Corti, T., Davin, E. L., Hirschi, M., Jaeger, E. B., Lehner, I., et al. (2010). Исследование взаимодействий почвенной влаги и климата в условиях изменения климата: обзор. Науки о Земле. Ред. 99, 125–161. DOI: 10.1016 / j.earscirev.2010.02.004

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Сейфрид М., Маркс Д. и Чандлер Д. Г. (2011). Долгосрочные тренды почвенных вод на высоте 1000 м. Vadose Zone J. 10, 1276–1286. DOI: 10.2136 / vzj2011.0014

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Сейфрид, М.С., и Мердок, М.Д. (1996). Калибровка рефлектометрии во временной области для измерения жидкой воды в мерзлых грунтах. Почвоведение. 161, 87–98. DOI: 10.1097 / 00010694-199602000-00002

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Сейфрид, М.С., Грант, Л.Э., Маркс, Д., Винстрал, А., и Макнамара, Дж. (2009). Моделирование влияния накопления воды в почве на формирование речного стока в условиях таяния снегов в горах, Айдахо, США. Hydrol. Процесс. 23, 858–873. DOI: 10.1002 / hyp.7211

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Сейфрид, М.С., Мердок, М.Д., Хэнсон, К.Л., Флерчингер, Г. Н., и Ван Вактор, С. (2001). Долгосрочная база данных о влагосодержании почвы, экспериментальный водораздел реки Рейнольдс, штат Айдахо, США. Водный ресурс. Res. 37, 2847–2851. DOI: 10.1029 / 2001WR000419

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Шокри, Н., Леманн, П., Вонтобель, П., и Ор, Д. (2008). Фронт высыхания и динамика влагосодержания при испарении с песка, очерченная нейтронной радиографией. Водный ресурс. Res. 44: W06418. DOI: 10.1029 / 2007wr006385

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Шокри, Н., и Ор, Д. (2011). Что определяет скорость высыхания в начале диффузионно-контролируемого испарения второй стадии из пористой среды? Водный ресурс. Res. 47, W09513. DOI: 10.1029 / 2010WR010284

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Смит, Т. Дж., Макнамара, Дж. П., Флорес, А. Н., Грибб, М. М., Айшлин, П., и Беннер, С. (2011). Малая емкость почвы ограничивает выгоду от зимнего снежного покрова горной растительности. Hydrol. Процесс. 25, 3858–3865. DOI: 10.1002 / hyp.8340

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Сперри, Дж. С., Хаке, У. Г., Орен, Р., и Комсток, Дж. П. (2002). Дефицит воды и гидравлические ограничения для подачи листовой воды. Plant Cell Environ. 25, 251–263. DOI: 10.1046 / j.0016-8025.2001.00799.x

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Тесфа, Т. К., Тарботон, Д. Г., Чендлер, Д. Г., и Макнамара, Дж. П. (2009).Моделирование глубины почвы на основе топографических характеристик и атрибутов почвенного покрова. Водный ресурс. Res. 45: W10438. DOI: 10.1029 / 2008WR007474

CrossRef Полный текст | Google Scholar

ван Генухтен, М. Т. (1980). Уравнение в замкнутой форме для прогнозирования гидравлической проводимости ненасыщенных грунтов. Почвоведение. Soc. Являюсь. J. 44, 892–898. DOI: 10.2136 / sssaj1980.03615995004400050002x

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Веймейер, Ф. Дж., И Хендриксон, А.Х. (1949). Методы измерения полевой емкости и процента стойкого увядания почв. Почвоведение. 68, 75–94. DOI: 10.1097 / 00010694-194

0-00007

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Vereecken, H., Huisman, J. A., Bogena, H., Vanderborght, J., Vrugt, J. A., and Hopmans, J. W. (2008). О значении измерений влажности почвы в гидрологии вадозной зоны: обзор. Водный ресурс. Res. 44: W00D06. DOI: 10.1029 / 2008WR006829

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Ван, З., Фейен, Дж., Ван Генухтен, М. Т., и Нильсен, Д. Р. (1998). Воздействие захвата воздуха на скорость инфильтрации и нестабильность потока. Водный ресурс. Res. 34, 213–222. DOI: 10.1029 / 97WR02804

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Уотсон, К. К. (1966). Метод мгновенного профиля для определения гидравлической проводимости ненасыщенных пористых материалов. Водный ресурс. Res. 2, 709–715. DOI: 10.1029 / WR002i004p00709

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Западная, А.W., Zhou, S.-L., Grayson, R.B., McMahon, T.A., Blöschl, G., and Wilson, D.J. (2004). Пространственная корреляция влажности почвы в небольших водосборах и ее связь с доминирующими пространственными гидрологическими процессами. J. Hydrol. 286, 113–134. DOI: 10.1016 / j.jhydrol.2003.09.014

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Вигмоста, М. С., Вейл, Л., и Леттенмайер, Д. П. (1994). Распределенная модель гидрологии и растительности для сложной местности. Водный ресурс. Res. 30, 1665–1679.DOI: 10.1029 / 94WR00436

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Вуд, Э. Ф., Леттенмайер, Д. П., и Зартариан, В. Г. (1992). Параметризация гидрологии поверхности суши с подсеточной изменчивостью для моделей общей циркуляции. J. Geophys. Res. 97, 2717–2728. DOI: 10.1029 / 91JD01786

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Качество почвы: Индикаторы: Доступная водоемкость

На главную> Индикаторы> Доступная емкость воды

Что это такое: количество воды в почве зависит от количества выпавших осадков, того, какая часть дождя проникает в почву, а также от способности почвы удерживать ее.Доступная влагоемкость — это максимальное количество доступной воды для растений, которое может обеспечить почва. Это показатель способности почвы удерживать воду и делать ее достаточно доступной для растений.

Доступная влагоемкость — это вода, удерживаемая в почве между ее полевой емкостью и точкой постоянного увядания. Емкость поля — это вода, остающаяся в почве после того, как она была полностью насыщена и позволила свободно стекать, обычно в течение одного-двух дней. Точка постоянного увядания — это влажность почвы, при которой растения увядают и не восстанавливаются при достаточном увлажнении.Водоемкость обычно выражается как объемная доля или процент, или как глубина (дюймы или см).

Почему это важно: Почва — это главный резервуар для воды. Доступность воды — важный показатель, потому что Рост растений и биологическая активность почвы зависят от воды для гидратации и доставки питательных веществ в раствор. Объемы стока и выщелачивания также определяются емкостью хранения и распределением пор по размерам.

В районах, где ежедневно выпадают дожди и в почву поступает столько воды, сколько удаляется растениями, доступный запас воды может не иметь большого значения.Однако в районах, где растения забирают больше воды, чем осадки, количество воды, удерживаемой почвой, может иметь решающее значение. Вода, содержащаяся в почве, может быть необходима для поддержания растений в период между дождями или поливом. Сохраняя воду для будущего использования, почва защищает корневую среду растений от периодов нехватки воды.

Доступные водные ресурсы используются для расчета водных ресурсов, прогнозирования засухи, проектирования и эксплуатации ирригационных систем, проектирования дренажных систем, защиты водных ресурсов и прогнозирования урожайности.

Конкретные проблемы, которые могут быть вызваны плохим функционированием: Недостаток доступной воды снижает рост корней и растений и может привести к гибели растений, если не будет обеспечено достаточное количество влаги до того, как растение окончательно увянет.

Методы управления сельскохозяйственными угодьями, которые приводят к плохой доступной влагоемкости, включают те, которые предотвращают накопление органических веществ в почве и / или приводят к уплотнению почвы и уменьшению объема и размера пор:

  • Традиционные обработки почвы,
  • Севообороты с малыми пожнивными остатками, сжигание, захоронение, сбор урожая или удаление растительных остатков иным способом,
  • Движение тяжелой техники по влажным почвам, а
  • Системы выпаса, позволяющие использовать пастбища для выпаса скота и тропы для скота.
Поскольку природные территории постоянно превращаются в дома, дороги и парковки, общее количество воды, которое может храниться в почве, уменьшается. Это приводит к увеличению общего стока, увеличению нагрузки на системы ливневой канализации, повышению вероятности наводнений и, как правило, более низкому качеству воды в ручьях и озерах.

Что вы можете сделать: Фермеры могут выращивать культуры с высоким содержанием пожнивных остатков, многолетние дерновые и покровные культуры, снижать количество загрязняющих почву видов деятельности и управлять пожнивными остатками для защиты и увеличения содержания органических веществ в почве для улучшения водоемкости почвы.Когда это возможно, можно избежать обработки почвы, сбора урожая и других сельскохозяйственных операций, требующих тяжелого оборудования, когда почва влажная, чтобы минимизировать уплотнение; а уплотненные слои можно разорвать, чтобы разрушить их и увеличить глубину почвы, доступную для роста корней.

Почвы с высокой концентрацией соли, как правило, имеют пониженную водоемкость, потому что больше воды удерживается в точке постоянного увядания, чем если бы вода удерживалась только физическими факторами. Эти эффекты наиболее выражены в почвах засушливых регионов, где соли накапливаются из-за орошения или естественных процессов.Для почвы с высоким содержанием растворимых солей можно использовать меры по поддержанию уровня солей ниже корневой зоны. К ним относятся орошение для выщелачивания солей ниже корневой зоны и методы, которые способствуют инфильтрации, уменьшают испарение, минимизируют беспокойство, управляют остатками и предотвращают смешивание соленых нижних слоев почвы с поверхностными слоями.

Методы сохранения, приводящие к созданию доступной водной емкости, благоприятной для функционирования почвы, включают:

  • Сохраняющий севооборот
  • Обрезка крышки
  • Предписанный выпас
  • Обработка остатков и обработки почвы
  • Засоление и обработка натриевых почв
Разработчики могут использовать водопроницаемые парковки, зеленые крыши и другие методы, которые минимизируют влияние застройки на запасы воды в почве.

Для получения дополнительной информации перейдите в раздел «Практика управления почвой».

Измерение доступного объема воды:

Министерство сельского хозяйства США, Служба охраны природных ресурсов, 2005 г. Национальное руководство по исследованию почв, тайтл 430-VI. Свойства и качество почвы (Часть 618), Доступная водоемкость (618.05). В Интернете по адресу: http://soils.usda.gov/technical/handbook/

Характеристики влагоудерживающей способности почвы — Центр ландшафтного и городского садоводства

Понимание характеристик удержания воды в почве z

В таблице ниже показано количество воды, доступной для растений, удерживаемой почвами разной текстуры, когда они полностью влажные.Вода, доступная для растений, — это количество воды, хранящейся в почве, которое растения могут впитать. Технически это разница в содержании влаги в почве между полем и постоянной точкой увядания. Поскольку некоторое количество воды удерживается почвой настолько плотно, что растения не могут ее принять, доступное количество воды меньше, чем общее количество воды, удерживаемой в почве.

Решение о поливе должно основываться главным образом на истощении почвенной влаги растениями. Растения забирают почвенную влагу для удовлетворения своих потребностей в эвапотранспирации (ЭП) в зависимости от погодных условий и физиологических особенностей растений.Коэффициент ЕТ, модифицированный растительным фактором (PF) или коэффициентом урожая (Kc), определяет, сколько и как быстро растения забирают воду из почвы. Растениям становится все труднее забирать воду по мере того, как почва становится суше, до тех пор, пока растения не перестанут поглощать почвенную влагу, а затем они погибнут (достигнута точка постоянного увядания). Для большинства растений воду необходимо добавлять в почву до того, как она высохнет до этого момента, чтобы растения хорошо росли.

Почвы, которые могут хранить большее количество доступной для растений воды, не нуждаются в орошении так часто, как почвы, которые хранят меньшие количества воды.Как правило, более песчаные (легкие) почвы необходимо поливать чаще, чем почвы с большим содержанием глины (более тяжелые). Данное растение будет использовать воду с одинаковой скоростью независимо от текстуры почвы, но в более песчаной почве у него закончится вода раньше.

Водоудерживающая способность, доступная для растений, на почвах различной текстуры.

Вместимость воды, доступной для растений (дюймы водяного столба

на фут почвы)

Очень крупнозернистый песок

0.4 — 0,75

Песок крупный, мелкий, супесчаный

0,75 — 1,25

Супеси, супеси мелкие

1,25 — 1,75

Супеси очень мелкие, суглинки, илистые

1,50 — 2,30

Суглинки, суглинки илистые, суглинки супеси

1.75 — 2,50

Глины песчаные, глины илистые, глины

1,60 — 2,50

Почвенная влажность и орошение | SoilSensor.com

Метод баланса массы (иногда называемый научным планированием орошения) — это график орошения, определяемый путем расчета необходимого количества воды на основе точных показаний влажности почвы и свойств почвы.Уравнения [1], [2] и [3] (ниже) могут помочь определить, сколько воды необходимо применить. В гидрологии почвы обычно используются следующие термины:

Насыщенность почвы θ SAT

Насыщенность почвы SAT ) относится к ситуации, когда все поры почвы заполнены водой. Это происходит ниже уровня грунтовых вод и в ненасыщенной зоне над уровнем грунтовых вод после сильного дождя или полива. После дождя влажность почвы (над уровнем грунтовых вод) снизится от насыщения до полевой влагоемкости.

Вместимость поля θ FC

Вместимость поля FC ) означает количество воды, оставшейся в почве после того, как гравитационный дренаж насыщенной почвы. Пропускная способность является важным гидрологическим параметром почвы, поскольку она может помочь определить направление потока. Значения влажности почвы выше емкости поля будут стекать вниз, пополняя водоносный горизонт / уровень грунтовых вод. Также, если содержание влаги в почве превышает полевую вместимость, может произойти поверхностный сток и эрозия. Если влажность почвы ниже емкости поля, вода будет оставаться взвешенной между частицами почвы из-за капиллярных сил.Вода в этот момент будет двигаться только вверх в результате испарения или эвапотранспирации.

Постоянная точка увядания θ PWP

Постоянная точка увядания PWP ) означает количество воды в почве, недоступной для растений.

Допустимое истощение AD ) истощение представляет собой количество почвенной влаги, которое растение может удалить из почвы до того, как культура начнет подвергаться стрессу.

Нижний предел влажности почвы LL ) — это значение влажности почвы, ниже которого культура подвергнется стрессу из-за недостатка воды.Когда достигнут нижний предел, пора поливать.

Максимально допустимое истощение (MAD) — это доля доступной воды, которая на 100% доступна для сельскохозяйственных культур. MAD может зависеть от типа почвы или культуры.

About Author


alexxlab

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.