Водно-физические свойства почв и их регулирование. Почвенный раствор и почвенный воздух
Особенности регулирования водно-физических свойств почв. Анализ водоудерживающей и водоподъемной способностей почвы, ее водопроницаемости. Окислительно-восстановительные процессы в почвах. Роль макрогазов в почвообразовании и развитии растений.
| Рубрика | Сельское, лесное хозяйство и землепользование |
| Вид | лекция |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 29.03.2018 |
| Размер файла | 96,3 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Водно-физические свойства почв и их регулирование. Почвенный раствор и почвенный воздух
Содержание
1. Водно-физические свойства почв и их регулирование
1.1 Категории почвенной влаги
1.2 .Водные свойства почвы
1.2.1 Водоудерживающая способность почвы
1.2.2 Водоподъемная способность
1.2.3 Водопроницаемость
1.3 Почвенно-гидрологические константы
1.4 Водный режим
1.5 Типы водного режима и его регулирование
2. Почвенный раствор
3. Окислительно-восстановительные процессы в почвах
4. Почвенный воздух
4.1 Формы почвенного воздуха
4.2 Роль макрогазов в почвообразовании и развитии растений
4.3 Воздушный режим почв
Краткий конспект лекции
1. Водно-физические свойства почв и их регулирование
почва водопроницаемость почвообразование растение
Роль воды в почве определяется ее особым двойственным положением в природе: с одной стороны, вода -- это особая физико-химическая весьма активная система, обеспечивающая многие физические и химические процессы в природе, с другой это мощная транспортная геохимическая система, обеспечивающая перемещение веществ в пространстве.
Вода является одним из важнейших факторов плодородия почвы и урожайности растений, причем в почвенных процессах и в создании агрономически важных свойств почвы она имеет разностороннее значение.
С наличием воды связано большинство явлений передвижения веществ в почве.
Степень увлажнения почвы оказывает большое влияние на формирование почвенной структуры, на физико-механические свойства почвы, на качество ее обработки, на производительность и изнашиваемость сельскохозяйственных машин и орудий.
Все жизненные процессы в растениях нормально протекают только при достаточном насыщении их клеток водой.
Вода наряду с углекислым газом является для растений тем первичным строительным материалом, из которого в процессе фотосинтеза синтезируется органическое вещество. В воде растворяются питательные вещества, которые с почвенным раствором поступают в растения. Вода является и терморегулятором почвы и растений.
В процессе своей жизнедеятельности растения тратят огромное количество воды. Для создания единицы веса сухого вещества растения затрачивают 300--800 частей воды.
При этом расход воды растениями характеризуется коэффициентом транспирации и показателем относительной транспирации.
Коэффициент транспирации -- это отношение количества воды, израсходованного растениями за единицу времени, к общему количеству сухого вещества, образованному ими за то же время.
Относительной транспирацией называется отношение фактической транспирации растений при данной водообеспеченности к потенциальной транспирации при свободном доступе воды. Растения на создание 1 т сухого вещества биомассы расходуют от 400 до 600 т воды при ее свободном доступе. У отдельных культур значение данного показателя может превышать 1000 т.
В ряде случаев почва является главным, а во многих случаях и единственным источником воды для произрастающих на ней растений.
1.1 Категории почвенной влаги
В зависимости от температуры вода в почве может находиться в трех состояниях: твердом, парообразном и жидком.
Твердая влага представлена льдом. В таком состоянии вода находится при отрицательной температуре. Замерзшая вода неподвижна и недоступна растениям. При температуре выше 0 °С она становится жидкой или парообразной.
Парообразная влага находится в почве в форме водяного пара. Она занимает поры аэрации и перемещается по ним или с током почвенного воздуха, или же диффузионно -- от пор с более высокой абсолютной упругостью пара к порам с меньшей упругостью.
Это во многом зависит от температуры почвы. При ее увеличении возрастает давление водяного пара и пар начинает передвигаться к менее прогретым горизонтам. Именно поэтому при большой амплитуде колебания температуры воздуха в дневное и ночное время могут возникать восходящие и нисходящие потоки движения парообразной воды. По мере снижения температуры водяные пары способны конденсироваться на поверхности почвенных частиц и переходить, таким образом, в жидкое состояние.
Вода, которая находится в почве в парообразном или жидком состоянии, подвергается действию сорбционных, капиллярных, осмотических и гравитационных сил.
Эти силы могут существенно изменить свойства воды, уменьшить или увеличить ее подвижность, а соответственно и доступность растениям.
Сорбционные силы обусловлены свободной поверхностной энергией, присущей почвенным частицам и воде. Благодаря этой энергии почвенные частицы способны притягивать к себе дипольные молекулы воды.
Такой процесс называется сорбционным (сорбцией), а само явление -- гидратацией. Благодаря этому явлению вокруг ионов и коллоидных частиц может образоваться водная оболочка
Капиллярные силы, их еще называют менисковыми, обусловлены поверхностным натяжением воды и явлениями смачивания.
На поверхности воды существует своеобразная пленка, обладающая поверхностным натяжением и определенным количеством свободной энергии.
Благодаря этой свободной энергии вода может смачивать поверхность большинства тел. Явление смачивания вызывает образование вогнутого мениска, т.е. искривление поверхности жидкости у стенок сосуда, в который она заключена.
Образование вогнутого мениска ведет к уменьшению поверхностного давления и соответственно к поднятию воды по капиллярам.
Существует обратная зависимость высоты капиллярного поднятия воды от радиуса каппилляра.
Менисковые, или капиллярные, силы начинают проявляться в порах диаметром менее 8 мм.
Наибольшей капиллярной силой обладают поры размером от 100 до 3 мкм. Гранулометрический состав почв и грунтов влияет на высоту капиллярного поднятия воды.
Благодаря воде, передвигающейся под действием капиллярных сил, в засушливые периоды года может происходить пополнение запасов влаги в пахотном горизонте почвы, а также перемещение водорастворимых солей, коллоидов, тонких суспензий из нижних горизонтов в верхние.
Осмотическое давление. Влага, которая находится в почве, при взаимодействии с ее твердой и газообразной фазами, корнями растений и живыми организмами обогащается различными водорастворимыми соединениями и превращается в почвенный раствор.
Этот раствор вследствие взаимного притяжения растворенного вещества и молекул воды обладает определенным осмотическим давлением.
В почве осмотическое давление возникает при взаимодействии воды и обменных ионов, а также в тех случаях, когда почвенный раствор имеет неодинаковую концентрацию в его различных частях.
Благодаря осмотическим силам вода в почвенной толще способна передвигаться от участков с низкой концентрацией к участкам с большей концентрацией. При этом способность раствора с большей концентрацией притягивать к себе молекулы воды из раствора с меньшей концентрацией иногда называют всасывающим давлением раствора.
Под действием гравитационных сил свободная влага, находящаяся в крупных порах, может передвигаться из верхних горизонтов в нижние и уходить за пределы почвенного профиля.
Для оценки совокупного действия сил, под влиянием которых вода находится в почве, введено понятие «потенциал почвенной влаги». Он характеризует энергию, с которой почва удерживает воду.
Если почва полностью насыщена водой и не содержит солей, то потенциал ее влаги равен нулю. С уменьшением влажности значение данного показателя возрастает и почва приобретает способность поглощать чистую воду. Такая способность почвы называется ее сосущей силой.
Величина этой силы у сухих почв может достигать 10 тыс. атм.
Вода в почве подвергается воздействию различных сил и характеризуется различной подвижностью и соответственно неодинаковыми свойствами и доступностью растениям, поэтому ее принято делить на категории и формы.
Выделяют следующие категории почвенной влаги.
Кристаллизационная вода. Эта вода входит в состав кристаллических решеток минералов и характеризуется полной неподвижностью и недоступностью для растений.
Связанная вода. Она удерживается в почве за счет сорбции парообразной и жидкой влаги на поверхности ее твердой фазы.
Подразделяется на две формы: прочносвязанную и рыхлосвязанную.
Прочносвязанная вода удерживается на поверхности почвенных частиц и образует вокруг них тонкую пленку, состоящую из двух-трех слоев молекул воды. Эта влага называется гигроскопической. Являясь чрезвычайно прочно связанной с твердой фазой почвы, она неподвижна, совершенно недоступна растениям, не растворяет растворимые в свободной воде вещества, обладает более высокой плотностью и более низкой, чем свободная влага, температурой замерзания.
Рыхлосвязанная вода образуется при соприкосновении почвенных частиц с водой, находящейся в жидком состоянии. Она представляет собой дополнительную водную пленку, расположенную вокруг прочносвязанной влаги.
Толщина пленки достигает нескольких десятков молекул воды, которые могут передвигаться под действием сорбционных сил от одних почвенных частиц к другим.
Свободная влага. Свободной влагой называется влага, которая находится в жидком состоянии и передвигается в почве под действием капиллярных и гравитационных сил. В зависимости от интенсивности проявления этих сил свободная влага также делится на две формы:
капиллярную и гравитационную.
Капиллярная влага находится в капиллярных порах и передвигается в них за счет капиллярных сил.
Подразделяется на капиллярно-подпертую и капиллярно-подвешенную.
Капиллярно-подпертая влага формируется при увлажнении почвы грунтовыми водами, которые снизу как бы подпирают влагу, находящуюся над ними в капиллярных порах. При этом слой почвы, заполненный капиллярной влагой и расположенный непосредственно над грунтовыми водами, называется капиллярной каймой.
Капиллярно-подвешенная влага создается из атмосферных осадков или при поливе почвы. Существует несколько ее разновидностей, среди которых наибольший интерес представляют стыковая, внутриагрегатная и сорбционно-замкнутая влага.
Стыковая капиллярно-подвешенная влага расположена в виде отдельных скоплений вокруг точек соприкосновения почвенных частиц. Она удерживается в почве с помощью капиллярных сил и характерна, как правило, для песчаных почв.
Внутриагрегатная капиллярно-подвешенная влага удерживается капиллярными силами в капиллярных порах, расположенных внутри почвенных комков.
Сорбционно-замкнутая влага расположена в некапиллярных порах, изолированных перемычками связанной воды. Эта разновидность капиллярно-подвешенной влаги удерживается в. почве с помощью сорбционных сил.
Капиллярно-подвешенная влага доступна для растений и сохраняется в почве длительное время. Ее количество во многом зависит от гранулометрического состава почвы. Чем тяжелее почва, тем больше капиллярно-подвешенной влаги может накапливаться в ней.
Подвешенная (1) и подпертая (2) капиллярная влага.
ГВ - грунтовые воды; В - водоупор
Гравитационная влага. Это вода, которая находится в крупных порах. По этим порам она может передвигаться вниз под действием силы тяжести; доступна для растений и подразделяется
на просачивающуюся воду и
воду водоносных горизонтов.
Просачивающаяся влага -- это влага, которая передвигается сверху вниз под действием силы тяжести.
Влага водоносных горизонтов располагается над водоупорным слоем и удерживается в пределах почвенного профиля за счет его непроницаемости. Наличие в почвенной толще избыточного количества свободной гравитационной влаги -- нежелательное явление, так как способствует развитию заболачивания.
1.2 Водные свойства почвы
Водными (водно-физическими, гидрофизическими) свойствами называют совокупность свойств почвы, которые определяют поведение почвенной воды в ее толще. Наиболее важными водными свойствами являются:
водоудерживающая способность почвы,
водоподъемная способность,
водопроницаемость.
1.2.1 Водоудерживающая способность почвы
Водоудерживающая способность -- способность почвы удерживать содержащуюся в ней воду от стекания под влиянием силы тяжести.
Количественной характеристикой водоудерживающей способности почвы является ее влагоемкость.
Влагоемкость почвы -- способность поглощать и удерживать наибольшее количество воды. Выражается в процентах от массы сухой почвы.
Выделяют следующие виды влагоемкости:
максимальную адсорбционную,
максимальную молекулярную,
капиллярную,
наименьшую (полевую)
и полную.
Максимальная адсорбционная влагоемкость (МАВ) -- наибольшее количество воды, которое может быть удержано сорбционными силами на поверхности почвенных частиц. Соответствует прочносвязанной (адсорбированной) воде, содержащейся в почве.
Максимальная молекулярная влагоемкость (ММВ) -- характеризует верхний предел содержания в почвах рыхлосвязанной (пленочной) воды, т. е. воды, удерживаемой силами молекулярного притяжения на поверхности почвенных частиц.
ММВ определяется в основном гранулометрическим составом почв. В глинистых почвах она может достигать 25--30%, в песчаных -- не превышает 5--7%.
Капиллярная влагоемкость (KB) -- наибольшее количество капиллярно-подпертой воды, которое может удерживаться в слое почвы, находящемся в пределах капиллярной каймы.
Определяется она в основном скважностью почв и грунтов. Кроме того, она зависит и от того, на каком расстоянии слой насыщенной влаги находится от зеркала грунтовых вод. Чем больше это расстояние, тем меньше КВ. При близком залегании грунтовых вод (1,5--2,0 м), когда капиллярная кайма смачивает толщу до поверхности, капиллярная влагоемкость наибольшая (для 1,5 м слоя среднесуглинистых почв 30--40%). KB не постоянна, так как находится в зависимости от уровня грунтовых вод.
Наименьшая влагоемкость (НВ) -- наибольшее количество капиллярно-подвешенной влаги, которое может удержать почва после стекания избытка влаги при глубоком залегании грунтовых вод.
Термину наименьшая влагоемкость соответствуют термины полевая влагоемкость (ПВ), общая влагоемкость (ОВ) и предельная полевая влагоемкость (ППВ).
Наименьшая влагоемкость зависит главным образом от гранулометрического состава почв, от их оструктуренности и плотности (сложения). В почвах тяжелых по гранулометрическому составу, хорошо оструктуренных НВ почвы составляет 30--35. в почвах песчаных она не превышает 10--15%.
Наименьшая влагоемкость почв является очень важной гидрологической характеристикой почвы. С ней связано понятие о дефиците влаги в почве, по НВ рассчитываются поливные нормы.
Дефицит влаги в почве представляет собой величину, равную разности между наименьшей влагоемкостью и фактической влажностью почвы.
Оптимальной влажностью считается влажность почвы, составляющая 70--100% наименьшей влагоемкости.
Полная влагоемкость (ПВ) -- наибольшее количество влаги, которое может содержаться в почве при условии заполнения ею всех пор, за исключением пор с защемленным воздухом, которые составляют, как правило, не более 5--8% от общей порозности.
Полная влагоемкость колеблется в пределах 40--50%, в отдельных случаях она может возрасти до 80 или опуститься до 30%.
1.2.2 Водоподъемная способность
Водоподъемная способность -- свойство почвы вызывать капиллярный подъем влаги. Стенки почвенных капилляров хорошо смачиваются водой, поэтому в них создаются вогнутые мениски, на поверхности которых развивается поверхностное натяжение. Величина его зависит от радиуса капилляров.
Водоподъемная способность определяется агрегатностью, механическим составом и сложением почвы, обусловливающими ее пористость. Чем тоньше поры почв, тем выше поднимается в них вода.
Максимальная высота капиллярного подъема для песчаных почв 0,5--0,7 м, для суглинистых 3--6 м.
Благодаря капиллярным явлениям и водоподъемной способности почв грунтовые воды оказывают большое влияние на почвообразование и развитие агрономических свойств почв.
Грунтовые воды могут ухудшать плодородие почв. В случае переувлажнения (в результате капиллярного подтока влаги) в почвах развиваются восстановительные процессы, приводящие к частичному или сплошному оглеению их горизонтов. Повышенная минерализация грунтовых вод может вызвать при их капиллярном подъеме засоление почв.
1.2.3 Водопроницаемость
Водопроницаемость - способность почвы воспринимать и пропускать через себя воду.
В процессе водопроницаемости различают впитывание влаги и ее фильтрацию (просачивание).
Впитывание -- это поступление воды в почву, не насыщенную влагой;
фильтрация же начинается с момента, когда большая часть пор почвы данного слоя заполнена водой.
Водопроницаемость измеряется количеством влаги, поступившей в почву с ее поверхности. В первый период она обычно очень велика, а затем постепенно уменьшается и к моменту полного насыщения, т. е. к началу фильтрации, становится почти постоянной.
Свойство водопроницаемости может играть как положительную, так и отрицательную роль. При недостаточной водопроницаемости влага застаивается на поверхности почвы или стекает по уклону местности.
В первом случае создаются условия для вымочек посевов, во втором -- происходит смыв и размыв почвы, т. е. ее эрозия.
При очень высокой водопроницаемости влага выпадающих осадков быстро опускается за пределы корневой системы растений и становится для них бесполезной. Особенно отрицательно сказывается высокая водопроницаемость почвы в районах орошаемого земледелия, где она приводит к большой потере воды из водоемов и каналов, вызывает повышение уровня грунтовых вод, что приводит к засолению и заболачиванию почв.
Водопроницаемость зависит от механического состава, структуры, сложения и минералогического и катионного состава почв. Лучше всего она выражена на почвах легкого механического состава, хуже -- в суглинистых и глинистых, особенно если последние бесструктурны.
Суглинистые и глинистые почвы, имеющие водопрочную структуру, обладают высокой водопроницаемостью.
Сильно снижают водопроницаемость так называемая плужная подошва, солонцеватые и солонцовые горизонты. Весной при таянии снега и в период оттепелей снижает водопроницаемость наличие мерзлоты или мерзлых прослоек в почве, в результате чего значительная часть талых вод, не впитываясь, стекает по поверхности почвы.
1.3 Почвенно-гидрологические константы
Граничные значения влажности, характеризующие пределы появления различных категорий и форм почвенной влаги, называют почвенно-гидрологическими константами.
Они представляют собой точки на шкале влажности почвы, при которых количественные изменения в подвижности воды переходят в качественные отличия, называют почвенно-гидрологическими константами.
В агрономической практике величинами почвенно-гидрологических констант характеризуются пределы доступности влаги для растений. Выражают в процентах от массы или объема почвы.
Основными почвенно-гидрологическими константами являются:
Максимальная адсорбционная влагоемкость (МАВ),
максимальная гигроскопичность (МГ),
влажность завядания (ВЗ),
влажность разрыва капилляров (ВРК),
наименьшая влагоемкость (НВ),
полная влагоемкость (ПВ).
Максимальная гигроскопичность (МГ) -- характеризует предельно возможное количество парообразной воды, которое почва может поглотить из воздуха, почти насыщенного водяным паром. Это «мертвый запас влаги».
Влажность устойчивого завядания, или влажность завядания (ВЗ), -- влажность, при которой растения проявляют признаки устойчивого завядания, т. е. такого завядания, когда его признаки не исчезают даже после помещения растения в благоприятные условия. Численно ВЗ равна примерно 1,5 максимальной гигроскопичности. Эту величину называют также коэффициентом завядания.
Содержание воды в почве, соответствующее влажности завядания, является нижним пределом доступной для растений влаги
Так, в глинах ВЗ составляет 20--30%, в суглинках-- 10--12, в песках--1--3, у торфов -- до 60--80%.
Влажность разрыва капилляров (ВРК) Влажность разрыва капилляров -- это влажность, при которой подвижность капиллярной воды в процессе снижения влажности резко уменьшается. Вода, однако, остается в мельчайших порах, в углах стыка частиц (мениски стыковой влаги). Эта влага неподвижна, но физиологически доступна корешкам растений.
1.4 Водный режим
Водным режимом почвы называется совокупность происходящих в ней процессов поступления, передвижения, физического превращения, удержания и расхода воды. Количественно его выражают с помощью расчетов баланса воды.
Баланс воды в почве -- это соотношение между количеством влаги, которое поступает в почву за определенный период времени, и количеством воды, которое расходуется из нее за то же время.
1.5 Типы водного режима и его регулирование
Основным показателем, характеризующим водный режим почв различных климатических зон, является коэффициент увлажнения (КУ) -- отношение количества осадков, выпадающих на поверхность почвы в течение одного года, к количеству воды, испаряющейся из нее за тот же период.
Коэффициент увлажнения почв разных почвенно-климатических зон находится в пределах 0,1--3. Чем он выше, тем большими запасами влаги обладает почва. В зависимости от коэффициента увлажнения различают мерзлотный, водозастойный, периодически водозастойный, промывной, периодически промывной, непромывной, аридный, выпотной и ирригационный и другие типы водного режима почв, которые в свою очередь могут делиться на подтипы.
Мерзлотный тип. Характерен для районов, в которых распространена многолетняя мерзлота. В таких условиях оттаивает только верхняя часть почвы, под которой находится замерзший слой почвогрунта.
Этот слой не пропускает через себя воду, и поэтому оттаявшая часть почвы практически весь вегетационный период насыщена водой.
Водозастойный тип. Присущ для болотных почв атмосферного или некоторых болотных почв грунтового увлажнения. При таком типе водного режима влажность почвы в течение всего года находится в пределах полной влагоемкости и лишь в некоторые отдельные годы опускается до наименьшей влагоемкости.
Периодически водозастойный тип. Наблюдается в болотных почвах грунтового увлажнения, для которых свойственны сезонные колебания уровня грунтовых вод, при этом влажность почвы изменяется от полной до наименьшей влагоемкости. В отдельные годы влажность верхнего горизонта может опускаться ниже наименьшей влагоемкости.
Промывной тип. Распространен на территориях, где сумма годовых остатков значительно превышает количество воды, испаряющейся из почвы (КУ > 1). Именно в почвах этих территорий нисходящие потоки воды преобладают над восходящими. Каждую весну и осень вся толща таких почв промачивается до грунтовых вод. В условиях Беларуси это приводит к развитию подзолообразовательного процесса и выщелачиванию многих продуктов почвообразования.
При КУ > 1 и близком залегании грунтовых вод или плохой водопроницаемости почвенно-грунтовой толщи формируется болотный подтип водного режима. Он характерен, например, для болотных и подзолисто-болотных почв.
Периодически промывной тип. При периодически промывном водном режиме КУ находится в пределах 0,8--1,2. Он, как правило, характеризуется ограниченным промачиванием почвенно-грунтовой толщи.
Сквозное промачивание почвы избыточным количеством осадков наблюдается 1--2 раза в течение нескольких лет. Такой тип водного режима присущ влажным тропическим саваннам.
Непромывной тип. Характерен для районов, в которых осадки распределяются только в верхних горизонтах почв и не достигают грунтовых вод.
Связь между влагой, поступившей в почву из атмосферы, и грунтовыми водами осуществляется в почве через слой, влажность которого близка к влажности устойчивого завядания растений (КУ < 1). Примером таких почв служат черноземы степной зоны, бурые полупустынные и серо-бурые пустынные почвы.
Аридный тип. Встречается в полупустынях и пустынях. В течение года влажность всего почвенного профиля близка к влажности завядания.
Выпотной тип. Характеризуется коэффициентом увлажнения, значительно меньшим единицы. Он проявляется в засушливых районах при близком стоянии грунтовых вод.
При выпотном типе водного режима вода грунтовых вод поступает по капиллярам к поверхности почвы и испаряется. Возникает ее восходящий ток.
Если при этом грунтовые воды отличаются высокой степенью минерализации, то после их испарения в верхнем горизонте почвы могут накапливаться растворимые в воде соли.
Десуктивно-выпотной тип. В отличие от выпотного типа водного режима, капиллярная кайма грунтовых вод не выходит на поверхность и испаряется не физически, а через отсос влаги корнями растений. Присутствующие в грунтовых водах соли накапливаются не на поверхности почвы, а на некоторой глубине в почвенном профиле.
Такой тип водного режима характерен для лугово-черноземных, лугово-каштановых и некоторых других полугидроморфных почв.
Паводковый тип. Свойствен почвам, периодически затапливаемым речными, склоновыми, дождевыми или иными водами.
Амфибиальный тип. Формируется в постоянно затопленных участках дельт рек, морских и озерных мелководий или в периодически затопляемых приливными водами манграх. Несмотря на то что поверхностные воды на некоторое время могут стекать, почвы в таких условиях находятся в постоянном переувлажнении.
Ирригационный тип. Создается человеком при поливе почв. Отличается частой сменой нисходящих и восходящих токов воды. Оптимизация водного режима почв достигается за счет искусственного изменения приходных и расходных статей баланса воды. При этом учитывается как потребность сельскохозяйственных растений в воде, так и особенности почвенных и климатических условий зоны.
Осушительный тип. Характерен для искусственно осушенных болотных и заболоченных почв. В условиях Беларуси улучшение водного режима территорий, с одной стороны, направлено на их осушение, а с другой -- на дополнительное обеспечение влагой.
Регулирование водного режима почв
Регулирование водного режима почв осуществляется комплексом приемов, направленных на устранение неблагоприятных условий водоснабжения растений. Искусственно изменяя приходные и особенно расходные статьи водного баланса, можно существенно влиять на общие и полезные запасы воды в почвах и этим способствовать получению высоких и устойчивых урожаев сельскохозяйственных культур.
Регулирование водного режима основывается на учете климатических и почвенных условий, а также потребностей выращиваемых культур в воде.
Для создания оптимальных условий роста и развития культурных растений необходимо стремиться к уравниванию количества влаги, поступающей в почву, с ее расходом на транспирацию и физическое испарение, т. е. созданию коэффициента увлажнения, близкого к единице. Это достигается осушением избыточно влажных почв и орошением почв засушливых областей.
Регулируя плотность пахотного слоя, можно либо сохранить влагу в почве, либо увеличить расход ее путем физического испарения.
В конкретных почвенно-климатических условиях разрабатываются способы регулирования водного режима почв. Почвы болотного типа, а также участки почв с близким залеганием грунтовых вод нуждаются в осушительных мелиорациях -- устройстве закрытого дренажа или использовании открытых дрен для отвода избыточной влаги.
Улучшению водного режима слабодренированных территорий зоны избыточного увлажнения способствуют планировка поверхности почвы и нивелировка микро- и мезопонижений, в которых весной и после летних дождей наблюдается длительный застой воды.
На почвах с временным избыточным увлажнением для удаления избытка влаги целесообразно с осени делать гребни. Высокие гребни способствуют увеличению физического испарения, а по бороздам происходит поверхностный сток воды за пределы поля.
Все приемы окультуривания почвы (создание глубокого пахотного слоя, улучшение агрегатности, увеличение общей пористости, рыхление подпахотного горизонта и др.) повышают ее влагоемкость и способствуют накоплению больших продуктивных запасов влаги в корнеобитаемом слое.
В зоне неустойчивого увлажнения регулирование водного режима направлено на максимальное накопление влаги в почве и на рациональное ее использование. Одним из наиболее распространенных способов влагонакопления является задержание снега и талых вод.
Для уменьшения поверхностного стока воды применяются зяблевая вспашка поперек склонов, обвалование, ячеистая обработка почвы и другие приемы.
Исключительная роль в накоплении почвенной влаги принадлежит полезащитным лесным полосам.
2. Почвенный раствор
- Почвенный раствор -- жидкая фаза почвы -- служит непосредственным источником питательных веществ для растений, и поэтому их рост и развитие непосредственно зависят от его состава и концентрации.
- Он имеет большое значение в перемещении продуктов почвообразования по профилю, участвует в динамике разнообразных почвенных процессов.
- Методы выделения почвенного раствора затруднительны и несовершенны. В сравнительно неизменном виде его можно выделить:
- 1) давлением сжатого газа;
- 2) прессом;
- 3) замещением различными жидкостями (этиловым спиртом);
- 4) центробежной силой.
- Практически применяются второй и третий методы. Центрифугирование возможно лишь для почв с влажностью, близкой к полной влагоемкости. Это первая группа методов.
- Вторая группа методов включает лизиметрические методы, когда собирают просачивающуюся через почву атмосферную влагу в специальном приемнике. Для этого применяют различные лизиметры.
- Третья группа включает методы выделения почвенного раствора водой. На основе водной вытяжки из почвы можно получить лишь относительное представление о содержании в ней водорастворимых веществ. Чаще применяют водные вытяжки при соотношении почва: вода =1:5. Они широко используются для определения легкодоступных для растений питательных элементов и легкорастворимых токсичных солей.
- Почвенные растворы -- подвижная система, состав которой меняется по сезонам года, что связано с сезонными изменениями тепла и влаги, поступлением органических остатков и процессов их трансформации.
- Состав почвенного раствора, его реакция и концентрация определяются всей совокупностью происходящих в почве процессов и характера поступления воды в те или иные горизонты почв, поэтому состав и концентрация почвенного раствора отличаются непостоянством, динамичностью и разнообразием.
- В него входят органические, минеральные и органоминеральные соединения как в состоянии истинных, так и коллоидных растворов.
- Концентрация почвенного раствора невелика: около 0,1-- 0,3 г/л и редко достигает 1 г/л.
- 3. Окислительно-восстановительные процессы в почвах
- В почве широко развиты окислительно-восстановительные процессы, и в этом отношении ее можно рассматривать как сложную окислительно-восстановительную систему. Как известно, процессами окисления называются:
- 1) присоединение кислорода:
- 2) отдача водорода:
- 3) отдача электронов без участия водорода и кислорода:
- Обратные процессы объединяются в понятие «восстановление». В общей схеме обычно окисление принято рассматривать как отдачу электронов, а восстановление -- как их присоединение:
- Окислительные процессы широко развиты при явлениях превращения органического вещества в почве. Так, в почве возможно окисление смол и соединений непредельного ряда; окисление дубильных веществ, сахаров, аминокислот, белков и других соединений, входящих в состав растительных остатков. Гумификация представляет собой в целом процесс окислительный.
- Главными условиями, определяющими интенсивность и направленность окислительно-восстановительных процессов, являются состояние увлажнения и аэрации почв, а также содержание в них органического вещества и температура, при которой протекают биохимические реакции.
- Ухудшение аэрации в результате повышения влажности почвы, ее уплотнения, образования корки и других причин ведет к снижению окислительно-восстановительного потенциала. Наиболее резко он падает в почвах при влажности, близкой к полной влагоемкости, когда нарушается нормальный газообмен почвенного воздуха с атмосферным.
- Для количественной характеристики окислительно-восстановительного состояния почвы пользуются определением величины окислительно-восстановительного потенциала, который отражает суммарный эффект разнообразных окислительно-восстановительных систем почвы в данный момент.
- При количественной характеристике окислительно-восстановительного состояния почвы через Eh величину ОВ потенциала выражают в милливольтах.
- Различные почвы характеризуются своими особенностями в развитии окислительно-восстановительных процессов.
- Сезонная изменчивость водно-воздушного, температурного и микробиологического режимов определяет динамику окислительно-восстановительных процессов в почвах, т. е. их окислительно-восстановительный режим.
- Под окислительно-восстановительным режимом почв следует понимать соотношение окислительно-восстановительных процессов в почвенном профиле в годичном цикле почвообразования.
- Различают следующие типы - окислительно-восстановительного режима почв:
- 1) почвы с абсолютным господством окислительной обстановки -- автоморфные почвы степей, полупустынь и пустынь (черноземы, каштановые серо-коричневые, бурые полупустынные, сероземы, серо-бурые и др.).
- 2) почвы с господством окислительных условий при возможном проявлении восстановительных процессов в отдельные влажные годы
- или сезоны (автоморфные почвы таежно-лесной зоны, влажных субтропиков, лиственно-лесной и буроземно-лесной зон);
- 3) почвы с контрастным окислительно-восстановительным режимом (полугидроморфные почвы различных зон).
- Наиболее контрастной динамикой окислительно-восстановительных процессов характеризуются почвы с явлениями временного избыточного увлажнения.
- Такие почвы широко распространены среди подзолистых, дерново-подзолистых, бурых лесных, солодей, солонцов и других типов почв;
- 4) почвы с устойчивым восстановительным режимом (болотные и гидроморфные солончаки).
- Окислительно-восстановительные процессы оказывают большое влияние на почвообразовательный процесс и плодородие почв.
- С этими процессами тесно связаны превращение растительных остатков, темпы накопления и состав образующихся органических веществ, а следовательно, и формирование профиля почв.
- Избыточное увлажнение и низкие значения ОВ потенциала замедляют разложение растительных остатков, способствуют образованию наиболее подвижных и активных форм органических веществ, переходу гуминовых кислот в фульвокислоты. С развитием окислительно-восстановительных процессов связано также превращение соединений азота, серы, фосфора, железа, марганца в почвах.
- Знание величины ОВ потенциала почв позволяет судить об общей направленности окислительно-восстановительных процессов и определять необходимость применения мероприятий по регулированию окислительно-восстановительного режима почвы.
- 4. Почвенный воздух
- Являясь антагонистом воды, воздух всегда занимает поры, свободные от почвенного раствора. Поэтому его количество в почве зависит как от размера пор, так и от влажности почвы.
- С увеличением влажности вода начинает вытеснять почвенный воздух и содержание воздуха в почве уменьшается. В сухих почвах содержание воздуха максимально и в зависимости от пористости может колебаться в пределах 25--90% от объема почвы.
- В почву поступает воздух из атмосферы, однако по своему газовому составу значительно отличается от нее. Это отличие в первую очередь объясняется тем, что корни растений, обитающие в почве животные и аэробные микроорганизмы дышат. Они используют кислород почвенного воздуха и выделяют углекислый газ.
- Для того чтобы это дыхание было непрерывным, количество кислорода в почвенном воздухе должно постоянно пополняться из приземных слоев атмосферы.
- Это происходит в результате обмена почвенного воздуха на атмосферный. Такой процесс называется газообменом или аэрацией почвы.
- Воздух -- это очень важная составная часть почвы. Без него, и в первую очередь без кислорода, угнетаются растения, замедляется рост корней, ухудшается потребление растениями воды и растворенных в ней питательных веществ.
- В почве начинают протекать восстановительные процессы, резко снижается ее плодородие, поэтому вопросам аэрации почвы должно уделяться большое внимание. При этом необходимо четко представлять формы, в которых воздух может находиться в почве, знать особенности его газового состава, свойства и пути регулирования воздушного режима.
- 4.1 Формы почвенного воздуха
- Воздух может находиться в почве в четырех состояниях -- свободном, свободном защемленном, адсорбированном и растворенном.
- Свободный почвенный воздух. Это воздух, который свободно перемещается по почвенным порам и обменивается с атмосферой. Именно за счет него происходит аэрация почвы.
- Свободный защемленный почвенный воздух. При увлажнении почвы часть свободного воздуха может быть изолирована с помощью водяных пробок. Такой воздух называется защемленным.
- Его объем зависит от гранулометрического состава почвы и может быть найден по разности между общей пористостью почвы и объемом пор, занятых водой.
- В среднем объем защемленного воздуха колеблется от 5 до 8%, достигая своего максимума (12%) в глинистых почвах с плотной упаковкой. Вследствие изолированности эта форма воздуха почти не участвует в аэрации почвы.
- Адсорбированный почвенный воздух. Эта форма воздуха представлена газами, адсорбированными на поверхности почвенных частиц. Его количество зависит от гранулометрического состава почвы и содержания в ней органического вещества. Чем меньше размер почвенных частиц и в почве больше гумуса, тем больше адсорбированного воздуха может находиться в ней.
- Растворенный почвенный воздух. Это газы, которые растворены в почвенной влаге. Они почти не участвуют в газообмене с атмосферой, так как их диффузия в водной среде происходит очень медленно.
- Тем не менее растворенный почвенный воздух играет важную роль как в обеспечении многих физико-химических процессов, происходящих в самой почве, так и в обеспечении физиологических потребностей растений, микроорганизмов и почвенных животных.
Газовый состав свободного почвенного воздуха
В отличие от атмосферы, газовый состав свободного почвенного воздуха не постоянен. Он непрерывно изменяется в связи непрекращающимся взаимодействием между твердой, жидкой, газообразной и живой фазами почвы.
В свободном почвенном воздухе концентрация кислорода иногда снижается более чем в 2 раза, а количество углекислого газа может быть выше в десятки и даже сотни раз по сравнению с атмосферным.
При хорошем газообмене почвенного воздуха с атмосферой даже у почв с высокой биологической активностью чрезмерно высокого накопления диоксида углерода не происходит. Вместе с тем в пере увлажненных почвах тяжелого гранулометрического состава, характеризующихся плохой аэрацией, содержание СО2 может превышать 6% и более, а количество О2 опускаться до 15% и ниже. Еще большее содержание СО2 и меньшее содержание О2 наблюдается в свободном почвенном воздухе заболоченных почв.
Азот, кислород и диоксид углерода, содержащиеся в свободном почвенном воздухе, называются макрогазами.
К микрогазам относятся закись и оксид азота, оксид углерода, предельные и непредельные углеводороды, водород, сероводород, аммиак.
Дыхание почвы
Выделение из почвы в приземный слой атмосферы углекислого газа называется дыханием почвы. Оно характеризуется скоростью выделения СО2 за единицу времени с единицы поверхности.
Дыхание почвы зависит как от ее аэрации, так и от интенсивности потребления О2 и продуцирования СО2.
Как уже отмечалось, кислород в почве потребляют корни растений, аэробные микроорганизмы и обитающие в ней животные. Небольшая часть его расходуется на химические реакции.
Коэффициент дыхания - отношение выделившегося СО2 к поглощенному О2. У хорошо аэрируемых почв он приближается к единице, а у почв с плохим газообменом -- значительно выше ее.
4.2 Роль макрогазов в почвообразовании и развитии растений
Азот. Являясь в составе свободного почвенного воздуха преобладающим газом, азот считается одним из наиболее важных элементов, необходимых растениям. Он входит в состав белков, нуклеиновых кислот, ферментов, содержится в хлорофилле, алкалоидах и многих других органических веществах растений, микроорганизмов, почвенной фауны.
В основном азот накапливается и сохраняется в почве в составе органического вещества. Однако часть его в результате процессов минерализации и денитрификации переходит в газообразную форму и в виде молекулярного азота (N2) и сопутствующих ему микрогазов (NO2, N2O) теряется из почвы.
Кислород. Поступает в состав почвенного воздуха из атмосферы в результате диффузии. Часть кислорода может попасть в почву с водой или по растительным тканям. Он участвует в дыхании растений, микроорганизмов и почвенной фауны, без него жизнедеятельность многих почвенных организмов прекращается. При содержании в почве менее 2,5--5% кислорода начинают преобладать анаэробные процессы, которые сопровождаются образованием большого количества токсичных соединений, угнетающих развитие растений и почвенной биоты. В целом концентрация О2 в воздушной фазе почв в зависимости от сезонов года может колебаться в пределах от нескольких десятых долей до 21%.
Углекислый газ. Основной источник накопления СО2 в почве -- дыхание растений и животных. Часть СО2 может поступать в почву вместе с грунтовыми водами. В атмосфере СО2 содержится значительно меньше, чем в воздушной фазе почвы.
Аэрация и воздушные свойства почв
Аэрация, т.е. обмен газами между почвенным воздухом и атмосферой, осуществляется через свободные от воды почвенные поры. Основой аэрации является диффузия, под которой понимают перемещение газов в почвенном воздухе или в атмосфере от участков с высоким парциальным давлением к участкам с более низким давлением. При хорошем контакте почвенного и атмосферного воздуха диффузия газов происходит непрерывно, что объясняется различным газовым составом воздушной фазы почвы и атмосферы. Однако диффузия газов внутри почвы протекает медленнее, чем в атмосферном воздухе.
Нормальный газообмен между почвенным воздухом и атмосферой осуществляется, если объем пор аэрации не ниже 20%. Интенсивность аэрации во многом определяется воздушными свойствами почвы, среди которых наиболее важными являются воздухопроницаемость и воздухоемкость.
Воздухопроницаемость. Это способность почвы пропускать через себя воздух. Воздух проходит через почву по порам, свободным от воды. Воздухопроницаемость зависит от гранулометрического состава почвы, ее структурного состояния и сложения, а в конечном итоге от размера пор аэрации.
Воздухоемкость. Под воздухоемкостью понимают количество воздуха, которое почва может удерживать в своих порах. Как и пористость, воздухоемкость выражается в процентах от объема почвы. Она зависит от размера почвенных пор. Максимальное значение воздухоемкости характерно для сухих почв; по мере увлажнения почвы объем почвенного воздуха уменьшается.
...Подобные документы
Значение почвенного расствора в генезисе почв и их плодородии. Методы его выделения, формирование химического состава и динамика концентрации. Окислительно-восстановительные процессы в почвах. Мероприятия по созданию искусственного плодородия почв.
курсовая работа [44,2 K], добавлен 18.10.2009Изучение водно-физических свойств почвы, на примере агроклиматических условий Центрального Нечерноземного района. Влияние плотности, влагоемкости и водопроницаемости на параметры агротехнологии. Проведение специальных мелиоративных мероприятий в районе.
реферат [26,6 K], добавлен 06.05.2014Характеристика засоленных почв степной зоны, вовлеченных в активный сельскохозяйственный оборот. Исследование причин вторичного засоления почвы. Анализ воздействия многолетних трав на водно-солевой режим и физические свойства почв. Оросительные системы.
презентация [566,4 K], добавлен 29.04.2015Факторы почвообразования: климат, рельеф, почвообразующие породы, биологический, антропогенный. Почвенный покров. Типы почв, распространение, процессы и свойства. Проблемы использования и охрана почв. Ветровая эрозия почв и вторичное засоление.
курсовая работа [4,9 M], добавлен 17.11.2013Условия почвообразования в лесостепи. Генезис и виды серых лесных почв. Морфологическое строение их профиля, гранулометрический и минералогический состав, физико-химические и водно-физические свойства. Сельскохозяйственное использование и охрана почв.
курсовая работа [2,8 M], добавлен 14.01.2015Изучение экологических условий, зональных и интразональных факторов почвообразования. Характеристика строения почвенных профилей, гранулометрического состава, физико-химических и водно-физических свойств почв, формирования агроэкологических типов почв.
курсовая работа [95,1 K], добавлен 14.09.2011Природные условия и факторы почвообразования. Систематический список основных типов почв и их морфологическая характеристика. Водно-физические свойства почв, их гранулометрический, агрегатный и химический состав, объемная масса. Методы защиты почв.
курсовая работа [46,5 K], добавлен 07.02.2010Генезис, свойства и морфология почв. Значение органических веществ в почвообразовании, плодородии почв и питании растений. Факторы, определяющие биопродуктивность агроэкосистем. Содержание, запасы и состав гумуса как показатели почвенного плодородия.
курсовая работа [157,3 K], добавлен 20.01.2012Принцип рационального использования почв. Роль рельефа в почвообразовательном процессе. Элементы рельефа. Строение коллоидной мицеллы. Заряд коллоидов. Отличия гидрофобных коллоидов от гидрофильных. Водно-воздушные и физические свойства почв. Мелиорация.
контрольная работа [47,0 K], добавлен 23.05.2008Плодородие – важнейшее свойство почвы, его виды. Свойства почв тяжелого и легкого гранулометрического состава. Роль растений, бактерий, грибов и актиномицетов в образовании гумуса. Классификация, свойства и повышение плодородия дерново-подзолистых почв.
контрольная работа [28,7 K], добавлен 25.10.2014Характеристика почвенного покрова области. Гранулометрический состав, физические свойства, структурное состояние и оценка почв. Типы гумуса, их роль в почвообразовании. Расчёт бонитета почв и запасов продуктивной влаги в них. Пути сохранения плодородия.
курсовая работа [88,7 K], добавлен 11.06.2015Экологические функции почв. Краткая характеристика процессов почвообразования, его природные условия. Характеристика морфологических признаков, состава и свойства наиболее распространенных почв колхоза "Красный Черемшан". Почвенная карта хозяйства.
курсовая работа [110,2 K], добавлен 30.09.2011Проявление эрозии почв, природные факторы, влияющие на развитие эрозии. Особенности проявления и распространения эрозии почв на территории Беларуси. Потери гумуса и элементов питания, ухудшение агрофизических, биологических и агрохимических свойств.
курсовая работа [1,9 M], добавлен 17.06.2016Рассмотрение плодородия почвы как способности удовлетворять потребности растений в элементах питания и воде. Виды плодородия почв, роль гумуса. Изучение плодородия почв с помощью космических методов. Обзор динамики свойств почвы Чувашской республики.
курсовая работа [32,2 K], добавлен 29.03.2011Изучение почвенного покрова страны. Характеристика почвенного покрова и почв. Краткая характеристика процессов почвообразования. Составление агропроизводственной группировки почв. Мероприятия по улучшению плодородия. Размещение и специализация хозяйств.
курсовая работа [62,0 K], добавлен 19.07.2011Буферность почв и ее значение. Природные условия и почвенный покров таежно-лесной зоны. Особенности образования, строения и классификации солонцовых почв. Методика бонитировки почв. Экономическая оценка земель. Технология возделывания озимой ржи.
контрольная работа [42,5 K], добавлен 11.05.2014Почвенный покров как тонкая, самая поверхностная часть континентов земного шара. Анализ почвенного покрова Выборгского района Ленинградской области, характеристика крупных геоморфологических элементов поверхности. Способы повышения плодородия почв.
курсовая работа [191,4 K], добавлен 07.12.2012Свойства засоленных почв, их формирование. Условия аккумуляции солей в почвах. Интенсивность растительного покрова. Источники легкорастворимых солей. Распространение засоленных почв. Выражение засоленных почв в систематике, диагностические горизонты.
реферат [2,1 M], добавлен 30.03.2014Изучение влияния сельскохозяйственных культур на состав и динамичность почвенных растворов. Распространение серых лесных почв, особенности генезиса, диагностика, свойства, классификация, использование. Содержание и состав органического вещества грунта.
курсовая работа [48,1 K], добавлен 25.06.2015Физиологическое состояние азотофиксаторов в типах почв, оценка их адаптационных возможностей. Анализ почвенных образцов, отобранных в регионах Нижегородской области. Идентификация штаммов рода Azotobacter по культуральным и физиологическим признакам.
дипломная работа [74,7 K], добавлен 15.02.2014
