Содержание к диссертации
Введение
1. Состояние вопроса 8
1.1 Ботанико-биологические особенности и история сои
1.2 Опыт изучения дифференцированных режимов орошения сои 20
2. Условия, схема опыта и методика исследований 27
2.1 Климат района исследований 27
2.2 Почвенно-мелиоративные условия 29
2.3 Метеорологические условия периода исследований
2.4 Схема, варианты и методика проведения исследований
2.4.1 Определение водопотребления сои по методу водного баланса 43
3. Суммарное водопотребление, режим орошения и продуктивность сои
3.1 Режим орошения сои 51
3.2 Динамика влагозапасов под посевами сои. Инфильтрационные потери поливной воды за пределы расчетного слоя почвы 56
3.3 Суммарное водопотребление сои 63
3.4 Урожайность и коэффициент водопотребления сои
4. Обоснование оперативного расчета величин поливной нормы и влияние гранулометрического состава почвы на ее влажность
4.1 Расчет поливной нормы в условиях Саратовского Заволжья 74
4.2 Графоаналитический способ определения поливной нормы 78
4.3 Влияние гранулометрического состава на вла-гопроводность почвы с учетом ОГХ 80
5. Энергетическая эффективность режимов увлажнения сои
Выводы 103
Предложения производству 105
Список используемых литературных источников 106
Приложения 124
- Опыт изучения дифференцированных режимов орошения сои
- Почвенно-мелиоративные условия
- Динамика влагозапасов под посевами сои. Инфильтрационные потери поливной воды за пределы расчетного слоя почвы
- Графоаналитический способ определения поливной нормы
Введение к работе
Актуальность исследований. В засушливых условиях Поволжья орошение - важнейший прием сельскохозяйственного производства и способ улучшения качественного уровня жизни населения.
Однако опыт применения орошения показывает, что без правильного регулирования водного режима почв нельзя добиться высокой отдачи поливного поля и сохранения экологической обстановки мелиорированных ландшафтов. В связи с этим вопросы влияния орошения на окружающую среду и научные разработки экологически безопасных режимов воздействия на земельные и водные ресурсы в данном регионе в настоящее время остаются весьма актуальными.
Соя является одной из ценных культур сельскохозяйственного производства и весьма отзывчивой на орошение. Орошение в условиях Саратовского Заволжья этой рентабельной и перспективной культуры позволяет получать высокие и гарантированные урожаи. По результатам ряда исследователей для уменьшения ин-фильтрационных потерь поливной воды необходимо изменять верхний и нижний пороги влажности и слоев увлажнения по фазам развития сельскохозяйственной культуры, т.е. проводить дифференцированные режимы орошения, что не вызывает значительного уменьшения урожайности культур.
В уже разработанных режимах орошения сои для условий Саратовского Заволжья (П.Е. Губанов, К.П. Калиберда, В.Ф. Корми-лицын, СВ. Затинацкий) в качестве верхней границы оптимальной влажности почвы служит наименьшая влагоемкость. Необходимо проверить влияние снижения значения верхнего порога увлажнения в некритические фазы водопотребления сои на величину инфильтрационных потерь оросительной воды и благоприятную мелиоративную обстановку орошаемого поля.
Цель и задачи исследований.
Цель исследований - разработка дифференцированных режимов орошения сои в соответствии с ее биологическими особенностями при обеспечении максимальной эффективности использования оросительной воды, минимальных инфильтрационных потерь и обеспечении высоких урожаев.
Для достижения намеченной цели решались следующие задачи:
- определить влияние различных уровней водообеспеченности посевов на суммарное водопотребление и урожайность сои;
- определить величину инфильтрации за пределы корнеобитаемой зоны при различных поливных режимах сои;
- обосновать значение верхнего и нижнего порога влажности и глубины увлажняемого слоя почвы в сочетании с фазами развития культуры;
- уточнить методику оперативного расчета поливной нормы для почв Саратовского Заволжья;
- изучить влияние гранулометрического состава почвы на влагопро-водность почвы с учетом основной гидрофизической характеристики;
- дать оценку энергетической эффективности разработанных режимов орошения сои.
Объект, исследования - орошаемая соя на зерно, темно-каштановые почвы Саратовского Заволжья.
Практическая значимость работы определяется разработкой и практической реализацией на орошаемых темно-каштановых среднесуглинистых почвах Саратовского Заволжья дифференцированного режима орошения (70-90)...(80-100)...(70-90)% НВ, способствующего получению в среднем 2,48 т/га зерна сои при уменьшении величины инфильтрации поливной воды до 0,9-1,5% от величины суммарного водопотребления, что сохраняет благоприятное мелиоративное состояние орошаемого поля. Экономия оросительной воды при реализации данного режима орошения составляет 22%.
Научная новизна.
- разработаны дифференцированные режимы орошения при изменении верхних и нижних границ влажности расчетного слоя почвы и величины этого слоя по фазам развития культуры, способствующие получению гарантированных урожаев, сохранению почвенного плодородия и мелиоративного состояния орошаемых земель
- уточнена методика оперативного расчета величины поливных норм для почв Саратовского Заволжья;
- предложен графоаналитический способ определения поливной нормы с целью уменьшения величины инфильтрации поливной воды за пределы расчетного слоя при снижении верхних и нижних границ влажности почвы;
- установлено влияние гранулометрического состава почвы на влажность почвы и основную гидрофизическую характеристику.
Основные положения, выносимые на защиту:
- дифференцированные режимы орошения сои на зерно;
- влияние дифференцированного водообеспечения на суммарное водопотребление, динамику водного баланса и урожайность сои;
- уточненная методика оперативного расчета величины поливной нормы для условий Саратовского Заволжья;
- зависимость влажности почвы и основной гидрофизической характеристики от гранулометрического состава; Реализация результатов исследований.
Разработанный дифференцированный режим орошения сои (70-90)...(80-100)...(70-90)% НВ был внедрен в 2007 г. в ЗАО «Ви-та-92» (Энгельсский район Саратовской области) на площади 320 га и в ИП Глава КФХ Лукьянов Н.Н. (Энгельсский район Саратовской области) на площади 350 га. Годовой экономический эффект составил 1,18 тыс. руб./га.
Апробация работы. Основные материалы и результаты исследований были доложены на Всероссийских научно практических конференциях, посвященных 117, 118 и 119 годов со дня рождения Н.И. Вавилова (Саратов, 2004, 2005,
2006), на научных конференциях профессорско преподавательского состава ФГОУ ВПО «Саратовский ГАУ им. Н.И. Вавилова» (Саратов, 2006, 2007, 2008).
Публикации: По теме диссертации опубликовано 7 научных работ.
Объем и структура работы: Диссертационная работа состоит из введения, 5 глав, общих выводов и предложений производству. Работа изложена на 105 страницах основного текста, содержит 28 рисунков, 18 таблиц, а также 22 приложения. Список литературных источников включает 169 наименований, в том числе 6 иностранных авторов.
Опыт изучения дифференцированных режимов орошения сои
Водный режим - это изменение во времени и пространстве (по площади) содержания влаги в корнеобитаемом слое. Водный режим в значительной мере влияет на воздушный и питательный режимы роста растений, что в конечном итоге определяет ход процессов накопления и разрушения органического вещества, т.е. почвенное плодородие, и как следствие — урожайность.
Водный режим почв зависит от целого ряда факторов, в том числе климатических (количества и времени выпадения осадков, температуры, испарения и т.д.), рельефных (расположение участка на склоне, в долине или на вершине возвышений), гидрогеологических (уровень грунтовых вод), биологических (тип растительно 21 го покрова), физических (свойства почв), хозяйственных (деятельность человека) и т.п.
При регулярном орошении водный режим определяется динамикой влагозапасов в пределах установленных границ и изменяется от поступления, распределения и расходования влаги на рассматриваемой площади.
Растения в процессе многовекового естественного отбора приспособились к колебаниям почвенной влажности в течение вегетации и почти не реагируют на них снижением водопотребления и урожая, если эти колебания происходят в диапазоне, ограниченном верхним и нижним биологически оптимальными пределами. Эти границы могут изменяться для одного и того же растения во времени и зависят главным образом от фазы развития, гранулометрического и химического состава почвы, сложения почвенных частиц, плотности, климатических и погодных факторов.
Многими учеными доказано, что в качестве верхней границы оптимальной влажности почвы служит так называемая наименьшая (предельная полевая) влагоемкость, при которой создается наиболее благоприятный водно-воздушный режим почвы, когда мелкие капиллярные поры в почве заполнены водой, а крупные гравитационные (капиллярные и некапиллярные) — воздухом.
Нижней границей влажности почвы принято считать влажность разрыва капилляров (ВРК) или несколько выше - влажность замедления роста (ВЗР). Как считают А.Н. Костяков, СМ. Алпать-ев, А.А. Роде [71, 123] и др., в большинстве случаев наиболее подвижной и легко доступной является влага свыше 65...75 % НВ. В пределах от влажности завядания до 65...70 % от НВ влага, как правило, не передвигается под влиянием капиллярных сил в зоне иссушения и, если при этом не достаточно энергично развиваются корни, то водоснабжение растений затрудняется. Данные условия верны и подтверждены научными трудами многих исследователей при проведении и разработки биологически оптимальных режимов орошения для получения максимально возможных урожаев в определенной природной среде.
К сожалению, поддержание такого диапазона увлажнения почвы приводит к значительным потерям поливной воды на поверхностный сток, инфильтрацию и ухудшению качества продукции. По результатам ряда исследователей для уменьшения этих потерь необходимо снижать верхний и нижний предел увлажнения, что и не вызывает значительного уменьшения урожайности культур [74].
Многие исследователи рекомендуют нижний порог оптимальной влажности в активном слое почвы для каждой конкретной культуры поддерживать на каком-то постоянном уровне (Багров М.Н. [14], Шумаков Б.А. [159], Лысогоров С.Д. [89], Ярмизин Д.В. [163] и др.). Другие авторы, учитывая неодинаковую потребность в воде в разные периоды развития, считают, что нижняя граница влажности должна поддерживаться дифференцированно по отдельным этапам ортогенеза растений в соответствии с их биологическими особенностями отдельных культур и сортов (Воронин Н.Г. [34] и др.
В широком понимании режим орошения сельскохозяйственных культур - это совокупность поливных норм, сроков и количества поливов, их распределение внутри вегетационного периода сельскохозяйственной культуры в соответствии с ее биологическими особенностями, климатическими, почвенными, агротехническими, гидрогеологическими условиями зоны ее произрастания. Он должен: соответствовать потребностям растений в воде в течение всего периода роста и развития; осуществлять оптимальное регулирование водного и связанных с ним питательного, солевого, воздушного и теплового режимов почвы; способствовать повышению плодородия почвы и коэффициента использования воды; быть увязан со способом и техникой полива.
Режим орошения связан с суммарным водопотреблением сельскохозяйственных культур и осуществляется по установленным параметрам увлажнения почвы, которые включают в себя заданные пределы верхнего и нижнего уровня почвенных влагоза-пасов и расчетный слой их регулирования.
Условно вегетационный период развития сои можно разделить на три периода: первый период - от сева и до того момента, когда начинается фаза максимального водопотребления (начало цветения); второй период - это период максимального водопотребления (начало цветения - молочная спелость); третий период -созревание [43, 51,60].
По данным Губанова П.Е. [43] дифференциация водного режима почвы с колебанием нижнего порога влажности для вышеперечисленных периодов 70 - 80 - 70 % от НВ оказалась наиболее выгодной для многих районов Поволжья. Ниже урожайность оказалась при значениях нижнего порога влажности 60 - 80 - 80 % от НВ и 70 - 70 - 70 % от НВ. При этом расчетный слой составляет 0,6 м в первый период развития культуры, а в последующие -0,8м. Караваева Г.И. в своих исследованиях также придерживалась дифференциации нижнего порога 70 - 80 - 70 % от НВ.
Кружилин И.П. и Саенко Н.П в своих опытах по возделыванию орошаемой сои в Сарпинской низменности наибольший урожай получили при поддержании нижней границы влажности на постоянной уровне 80 % НВ. При режиме 70 - 80 - 70 % от НВ также были получены высокие урожаи при экономии воды 400-600 м /га. [80]. По данным Кружилина И.П. и Сахновой В.И. в засушливой Ростовской области высокие гарантированные урожаи обеспечи 24 ваются 1-2 поливами нормой 600-700 м3/га, что обеспечивает влажность не менее 70 % от НВ [81].
Заверюхин В.И. при изучении водного режима почвы и режима орошения сои условно делит ее вегетационный период на 2 части: до цветения и после. Наибольший урожай (2,55 т/га) был им получен на варианте с дифференцированным водным режимом почвы 70 - 80 % от НВ. [55, 56]. Снеговой B.C. для более детальной дифференциации делит вегетационный период на 3 части: до цветения, цветение - начало плодообразования, плодообразование - созревание. Соя наиболее отзывчива к повышению влажности почвы во второй период [133]. В условиях Северного Кавказа наибольшая урожайность зерна сои была получена в вариантах, где поливы проводились для поддержания порога предполивнои влажности почвы на уровне 80 % НВ в слое 0,4 м. Лещенко П.Б. для Волгоградского Заволжья лучшим считает вариант 70 — 80 - 70 % от НВ. Снижение в третий период нижнего порога влажности до 60 % от НВ меньше влияло на урожайность, чем недостаток влаги во второй период [87, 88]. Губаюк Ю.Д при возделывании сои в Волгоградской области максимальный урожай получил на варианте с предполивнои влажностью почвы не ниже 80 % НВ [44]. Исследования Бакалая Т.Г. показали, что поверхностные способы полива способствовали увеличению линейного роста растений в сравнении с контролем (без орошения) на 20-25 см., а дождевание - на 35 см. и более [15, 16].
Почвенно-мелиоративные условия
Опытный участок расположен на левом берегу долины реки Волги. Эта часть долины состоит из системы надпойменных террас и современной поймы. Рельеф Волжской поймы довольно разнообразный, а по сочетанию форм - сложный. Первая надпойменная терраса представляет собой территорию шириной около 2 км. Она сохраняет еще общие черты строения поймы. Общий уклон к западу, юго-западу. Эрозионная деятельность воды здесь выражена ясно, она значительная, следствием чего имеется наличие интенсивного процесса образования оврагов и балок. Имеет место и плоскостная эрозия. Абсолютная высота террасы колеблется от 15 до 35 м. От поймы эта терраса отделяется заметным уступом высотой 10...12 м. Точно так же хорошо выраженным уступом в 10...12 м отделяется она от второй террасы.
Ширина второй террасы достигает 60 км. Наибольшая высота её в северной части 50 м, откуда местность снижается в южном направлении до 30 м. Эта терраса сохраняет черты поймы уже слабо; поверхность здесь сильно сглажена, а потому общий вид сравнительно с первой террасой заметно выровненный. Но и на этой террасе заметно развит микрорельеф, элементами которого являются блюдцеобразные понижения, удлиненные и задернованные ложбины и лиманы. Ов-ражно-балочная сеть значительная. Балки и овраги несколько нарушают общую выравненность и слаженность рельефа террас, а потому поверхность их имеет холмистый вид. Между второй террасой и областью сыртов в пределах между 70 и 80 м высоты вдоль долины р. Волги, выделяют территории, отличные по своему геологическому строению от низких террас и сыртов. Эти территории относятся к третьей и четвертой надпойменным террасам. Характеризуются они выравненностью рельефа, иногда пологой увалистостью.
В зависимости от уклона поверхности и условий поверхностного стока выделены морфологические элементы рельефа: поверхности с уклоном менее 0,006-0,01 отнесены к слабосточным малоуклонным, с уклонами 0,006-0,01 - к среднесточным, с уклонами более 0,01 - к сильносточным.
Орошаемые территории представлены слабоволнистыми равнинами, хорошо дренируемыми овражно-балочной сетью. По этой причине большая часть зимних осадков при весеннем паводке стекает за пределы массива орошения и не оказывает существенного влияния на режим грунтовых вод. Далее на восток долина р. Волги переходит в Низкую Сыртовую Равнину [30 ,145]. В геологическом строении территория характеризуется сложным чередованием пластов. Отложения четвертичного периода пользуются на данной территории широким распространением, и являются основными почвообразующими породами. Они представлены нижнечетвертичными, среднечетвертичными и современными образованиями.
Нижнечетвертичные отложения на площади исследуемого района представлены бакинскими образованиями в виде аллювиально-бакинских отложений. Они прослеживаются только на северо-западе района исследований и представлены, в основном суглинками, реже глинами. Мощность этих отложений изменяется в широких пределах от 6 до 36 м, но обычно составляет 10-15 метров.
Среднечетвертичные отложения представлены хазарскими, образованиями в виде аллювиально-хазарских отложений. Залегают они в большинстве своем на акчагыльских отложениях, иногда на нижнє и среднеапширонских образованиях.
Верхнечетвертичные отложения представлены на площади исследуемого района хвалынскими отложениями. В их составе выделяются озерно-аллювиальные и лиманно-морские отложения. Озерно-аллювиальные хвалынские отложения представлены глинами и суглинками. Лиманно-морские хвалынские отложения залегают непосредственно под почвенно-растительным слоем и занимают незначительную часть исследуемого района. Выявляются они по наличию в верхней части шоколадных глин, широко распространенных в долине реки Волги. Мощность хвалынских отложений обычно составляет 8-12 метров.
Современные аллювиальные отложения прослеживаются в виде овражно-балочного аллювия по крупным балкам и оврагам. Данные образования представлены глинами и суглинками. Мощность их обычно составляет 4-7 метра.
Нижнечетвертичные отложения на площади исследуемого района представлены бакинскими образованиями в виде аллювиально-бакинских отложений. Они прослеживаются только на северо-западе района исследований и представлены, в основном суглинками, реже глинами. Мощность этих отложений изменяется в широких пределах от 6 до 36 м, но обычно составляет 10-15 метров. Среднечетвертич-ные отложения представлены хазарскими образованиями в виде ал-лювиально-хазарских отложений. Залегают они в большинстве своем на акчагыльских отложениях, иногда на нижнє и среднеапширонских образованиях. Верхнечетвертичные отложения представлены на площади исследуемого района хвалынскими отложениями. В их составе выделяются озерно-аллювиальные и лиманно-морские отложения. Озерно-аллювиальные хвалынские отложения представлены глинами и суглинками. Лиманно-морские хвалынские отложения залегают непосредственно под почвенно-растительным слоем и занимают незначительную часть исследуемого района. Выявляются они по наличию в верхней части шоколадных глин, широко распространенных в долине реки Волги. Мощность хвалынских отложений обычно составляет 8-12 метров.
Динамика влагозапасов под посевами сои. Инфильтрационные потери поливной воды за пределы расчетного слоя почвы
Для определения норм и сроков полива, при изучении различных поливных режимов, большое значение имеет установление динамики почвенной влаги. С этой целью на каждом варианте увлажнения каждые трое суток, а также непосредственно перед поливами и после них, определялись величины влагозапасов в метровом слое почвы, для чего отбирались пробы грунта на влажность.
Анализ рисунков показывает, что вегетационные поливы улучшают водный режим почвы, постоянно поддерживая оптимальные влагозапасы, что определяет хорошие условия для развития культуры. Причем на более «сухом» - варианте (70-90)...(80-100) ...(70-90)% НВ кривая динамики находится ниже относительно графика на варианте (70-100)...(80-100) ...(70-100)% НВ. Это объясняется более низким верхним порогом влажности, причем средневзвешенные влагозапасы на протяжении всего вегетационного периода тоже будут ниже на варианте с более низким верхним порогом.
На варианте с более низким порогом влажности почва более иссушена, и при производстве полива скорость впитывания воды будет выше, чем на более «влажном» варианте, при этом потери воды на испарение и поверхностный сток во время полива значительно уменьшаются. Уменьшение верхнего порога влажности ведет к снижению средней влажности в расчетном слое почвы на протяжении всего вегетационного периода.
Поливная вода более равномерно распределяется в расчетном слое. При этом переток воды в нижележащие слои будет значительно меньше. Часть поливной воды при орошении расходуется, помимо транспирации растением, физического испарения с поверхности почвы, на инфильтрационный сброс в нижележащие слои. Помимо изучения динамики почвенной влаги необходимо также знать величину инфильтрации за пределы корнеобитаемого слоя (Косова Л.А., Иванов В.В., Панченко Ю.И., [67], Мосиенко Н.А., Чумакова Л.Н.,[95]).
В исследованиях величина инфильтрации определялась по декадам в межполивные периоды просыхания почвы. Влияние гистерезиса в этом случае несущественно, а случайные обильные дожди при этом непродолжительны и их влияние на объем инфильт-рационных потерь может рассматриваться только при выпадении сразу после полива. Обычно летние дожди с суммой осадков до 20 мм увлажняют только верхние пересыхающие слои почвы, что практически не сказывается на явлении инфильтрации.
Движение влаги в почве — сложный процесс, происходящий под действием сил различного происхождения: сил тяжести, сил поверхностного натяжения воды и т.д. Причем в зависимости от водонасыщености грунта эти силы имеют разное количественное выражение (Жернов И.Е. [36], Роде А.А., [122], Кац Д.М., [62], Мичурин Б.Н., Лытаев И.А., [92], Jayior S.A., Box Y.E., [168]). Движение влаги в ненасыщенных грунтах подчиняется закону Дарси, который предусматривает, что объем перетекаемой воды прямо пропорционален градиенту потенциала почвенной влаги. Определяя потенциал почвенной влаги и коэффициент влагопро-водности можно рассчитать объем инфильтрационного перетока [22,132,139]. Для выполнения задачи по определению объема инфильтрации за пределы расчетного слоя почвы нами предварительно были изучены агрофизические свойства почв опытного участка. Были определенны значения плотности почвы, плотности скелета почвы, наименьшей влагоемкости, максимальной гигроскопичности, гранулометрический состав.
Расчет инфильтрационного сброса из корнеобитаемого слоя сои приведен в приложениях 11-19. Сумма потерь поливной воды на инфильтрационный сброс, за границу расчетного слоя почвы за вегетационный период по годам исследований на различных вариантах поливных режимов приведены в табл. 3.3
Объем инфильтрационного сброса зависит от предполивной влажности почвы, а также от верхнего порога влажности (Кравчук А.В., Шаврин Д.И., Прокопец Р.В., [74]). Причем величина ин 63 фильтрации в значительной степени определяется влажностью на границе рассматриваемого слоя и на более влажном варианте, имеющем более высокую влажность, создаются более благоприятные условия для возникновения перетока влаги в менее увлажненные горизонты.
Суммарное водопотребление — это основная расходная часть водного баланса расчетного слоя почвы, величина которого в каждый момент времени есть результат одновременного проявления биологических особенностей растения и влияния внешних факторов (Судницин И.И., [137], Шумаков Б.А., [157]). Величина суммарного водопотребления складывается из транспирации, т. е. активным физиологическим процессом, когда влага забирается из почвенного слоя непосредственно корневой системой растения; а также физического испарения с поверхности сельскохозяйственного поля, которое обусловлено сугубо индивидуальными особенностями каждого вида. (Григоров М.С., Хохлов А.И., [39], Губин Н.М., [45], Саноян М.Г. [126], Шумаков Б.Б., [161], Atansfury М., [164]).
В агрономической и мелиоративной практике наиболее распространенным методом определения суммарного водопотребления в мелиоративной практике является метод водного баланса. Описание формирования сои произведено подекадно на основании материалов полевых исследований для расчетного слоя почвы.
Уравнение водного баланса расчётного слоя почвы Костяко-ва А.Н., состоит из приходных и расходных элементов, однако многие учёные: Багров М.Н., Кружилин И.П., Шумаков Б.Б. и другие, в зависимости от конкретных почвенных, климатических и гидрологических условий, считают возможным ограничиться такими элементами водного баланса, как осадки, оросительная нор 64 ма, разность влагозапасов в начале и конце вегетации, инфильтрация и величина суммарного водопотребления.
Главной составляющей в структуре элементов водного баланса сои является оросительная норма. Величина оросительной нормы может изменяться в широких пределах (Сенчуков Г.А., [129], Ольгаренко В.И., [107], Григоров М.С., [40]). Варьирование величины оросительной нормы в основном зависит от метеорологических условий расчетного года (Воронин Н.Г., [34]). Так, например во влажный 2007 год величина оросительной нормы не превышала 3120 м /га, а в засушливый 2005 год достигала 3700 м /га. Минимальное значения оросительной нормы было отмечено в 2007 году на варианте поливного режима сои (70-90)...(80-100) ...(70-90)% НВ -2730 м3/га.
Графоаналитический способ определения поливной нормы
В зависимости А.Н. Костякова определения величины поливной нормы используются осредненные величины наименьшей влагоемкости, нижнего порога влажности и плотности сложения почвы. Их средние значения зависят от послойных величин. Используя эти определения, наложим величину поливной нормы (графически величина поливной нормы будет равна площади прямоугольника, т.е. произведению разности наименьшей влагоемкости и предполивной влажности (% от объема) на глубину увлажнения (рис. 4.3)) на фактические кривые послойного значения наименьшей влагоемкости и влажности разрыва капилляров (ВРК).
Изменение верхнего и нижнего порога влажности поливной нормы при величине инфильтрации 10%. Это достигается это снижением границ верхнего и нижнего порога влажности, т.е. смещением прямоугольника (величины поливной нормы) влево. Площадь треугольника ABC будет величиной инфильтрации.
Полученные результаты свидетельствуют необходимости снижения не только верхних, но и нижних порогов-влажности поливных норм. Это позволяет приблизиться к влажности разрыва капилляров на границе расчетного слоя почвы, что обеспечивает максимальное снижение инфильтрационных потерь.
Движение воды в грунте - это сложный процесс, исследованиями которого занимались многие ученые [82, 83, 89, 122, 138]. Причем, в зависимости от характера и формы влаги, степени насыщенности грунта водой, эти скорости перемещения будут иметь разное количественное значение [121]. Поведение влаги в почве определяется как размерами и формой почвенных пор, так и свойствами самой воды. В почве влага находится в раздробленном состоянии, она как бы вкраплена в поры разных размеров и форм, в том числе и в мельчайшие из них, соизмеримые с величиной молекул, а потому она имеет огромную поверхность раздела. Кроме того, почвенная вода не является чистой, поскольку она содержит как положительные, так и отрицательные ионы; все это обусловливает неоднородность физических и химических свойств почвенной влаги.
В зависимости от механизма удержания воды почвой выделяют три различные по физическим и химическим свойствам категории почвенной воды: связанную, капиллярную и гравитационную [113]. Связанная вода удерживается адсорбционными силами на поверхности почвенных частиц, это химически и физически связанная вода. Способность почвы адсорбировать пары воды из воздуха называется гигроскопичностью, а влага, поглощенная частицей почвы, называется гигроскопической.
Гигроскопическая влага передвигается в почве только лишь при переходе ее в парообразное состояние. Она не растворяет солей в почве, не вызывает ее набухания. Содержание гигроскопической влаги в разных почвах различно (процент к массе абсолютно сухой почвы): в песчаной - 0,5...1,5; в легкосуглинистой -1,5...3,0; в среднесуглинистой - 2,5...4,0; в глинистой - 6,0...8,0; в торфяной - 18,0...20,0. Максимальное количество воды, поглощенное почвой из воздуха, насыщенного парами воды, называется максимальной гигроскопичностью.
Максимальная гигроскопическая влажность является важнейшей водно-физической константой почвы, так как по ней определяют влажность устойчивого завядания растений (ВУЗ). Влажность устойчивого завядания — это влажность, при которой появляются первые устойчивые признаки увядания растений с хорошо развитой корневой системой, не исчезающие при помещении растений на 12 часов в атмосферу, насыщенную водяными парами. Она характеризует нижний предел продуктивной влаги.
Влажность устойчивого завядания растений на легкосуглинистых почвах составляет - 3...6 %, на суглинистых - 6... 12 %, на черноземах супесчаных и легкосуглинистых — 4...8 %, на средне- и тяжелосуглинистых - 9...15 %, на глинистых до - 16...20 % массы абсолютно сухой почвы.
Свободная влага подразделяется на парообразную, капиллярную и гравитационную. Парообразная вода находится в почве при любом ее увлажнении, занимая поры, свободные от капельножидкой воды. Количество парообразной воды не более 0,001 % массы почвы, но роль ее в перераспределении влаги в почве велика. Передвижение парообразной воды при одинаковой температуре почвы происходит из слоев более насыщенных парами воды, в слои, менее насыщенные. При разной температуре почвы парообразная вода движется из почвы с более высокой температурой и упругостью пара в почву с более низкой температурой. Из верхних слоев почвы парообразная вода может выдуваться ветром и вытесняться водой, просочившейся при выпадении дождей и таянии снега. При конденсации парообразная влага переходит в капельножидкое состояние. При непрерывном охлаждении почвы происходит накопление влаги в этих слоях в результате термической конденсации; накопившаяся влага при низких температурах превращается в лед.
Капиллярная влага удерживается твердой фазой почвы меньшими силами, чем адсорбированная, поэтому она более доступна растениям, она определяет запасы продуктивной влаги, необходи 83 мые для жизни растений. В теории и практике орошения при расчете поливных норм, выборе верхней и нижней границы увлажнения применяют наименьшую влагоемкость, под которой понимают максимальное количество влаги, удерживаемое почвой в капиллярах в подвешенном состоянии.
При отсутствии отрицательного давления вся дополнительно поступающая в почву влага под действием силы тяжести опускается вниз. Эта гравитационная вода находится в почве в некапиллярных порах, она непосредственно не связана с частицами почвы и по своим свойствам практически не отличается от свободной воды в массе.
В насыщенном грунте передвижение влаги осуществляется по двухфазной системе: твердые частицы - вода. Если грунты ненасыщенные, добавляется еще один компонент - воздух. Как уже было сказано ранее, движение влаги в ненасыщенных грунтах подчиняется закону Дарси, который предусматривает, что объем пере-текаемой воды прямо пропорционален градиенту потенциала почвенной влаги.
В настоящее время для измерения давления почвенной влаги используются различные методы: тензиометрический, мембранных прессов, криоскопический, гигроскопический и другие. Наибольшее распространение получил тензиометрический метод, благодаря простоте и надежности эксплуатационных качеств тензиометров, которые по принципу действия сходны с корнем.
Тензиометрический метод, дает количественную оценку энергетического состояния влаги в почве с помощью энергетической функции давления почвенной влаги от влажности почвы. В условиях природных изменений температур в слабо- и среднезасолен-ных грунтах, когда конвекционный перенос капельно-жидкой вла ги преобладает над другими видами ее перемещения, потенциал влаги в практически недеформируемой среде определяется суммой капилярно-сорбционного и гравитационного потенциалов.
Для проведения эксперимента в лабораторных условиях нами были отобрано послойно двадцать почвенных образцов каждый мощностью 0,1 м. Образцы были заключены в алюминиевые цилиндры. Каждый образец был подключен к тензиометрической установке, которая взвешивалась при увлажнении и иссушении.
