Влияние осушительной мелиорации на экологическое состояние дерново-подзолистых минеральных земель

 

Водоудерживающая способность. Это способность почвы удерживать в своих порах воду. Для характеристики водоудерживающей способности почвы введено понятие ее влагоемкости. Влагоемкостью называют наибольшее количество воды, которое может удерживать почва с помощью тех или иных сил. Обычно она выражается в процентах от массы сухой почвы.

Одним из факторов водоудерживающей способности почв является свойство почвенных частиц сорбировать на своей поверхности парообразную влагу. Такая способность почвы получила название гигроскопичности, а сама парообразная влага, удерживаемая на поверхности твердой фазы, — гигроскопической.

Величина гигроскопической влажности зависит от удельной поверхности почвы, содержания в ней гумуса, состава обменных оснований и минералов. Чем меньше размер почвенных частиц, тем выше их суммарная поверхность и тем большее количество парообразной влаги сорбируется ими.

Большое влияние на содержание гигроскопической влаги оказывает относительная влажность воздуха. Чем выше влажность воздуха, тем больше гигроскопичность почвы. При значении данного показателя, близком к 100%, почва насыщается парообразной влагой до состояния, которое называется максимальной гигроскопической влажностью (МГВ).

При относительной влажности воздуха более 80% сорбция водяных паров сопровождается конденсацией влаги на стыках между частицами почвы, что происходит из-за более низкой упругости водяного пара над вогнутой поверхностью (рис. 1).

Поэтому почва, насыщенная до состояния максимальной гигроскопической влажности, при соприкосновении с водой сохраняет способность притягивать ее новые порции. Такая влага, конденсированная на вогнутых поверхностях и удерживаемая почвой с меньшей силой, называется рыхлосвязанной. Это говорит о том, что максимальная гигроскопическая влажность характеризует не только содержание поглощенной прочносвязанной влаги, но и какое-то количество рыхлосвязанной. Наибольшее же количество прочносвязанной влаги, которая может удерживаться на поверхности почвенных частиц с помощью сорбционных сил, называется максимальной адсорбционной влагоемкостью (МАВ). Она обычно на 30...40% меньше, чем максимальная гигроскопическая влажность [6, c. 145, рисунок 9.3].

Кроме капельно-жидкой рыхлосвязанной воды, которая конденсируется из водяных паров на вогнутых поверхностях и стыках между почвенными частицами, почва, насыщенная парообразной влагой до состояния МГВ, способна также сорбировать какое-то количество жидкой воды. По сравнению с гигроскопической, эта влага удерживается с меньшей силой, и поэтому ее тоже называют рыхлосвязанной (пленочной).

Наибольшее количество рыхлосвязанной воды, которое почва может удерживать с помощью сил молекулярного притяжения, называется максимальной молекулярной влагоемкостью (ММВ).

По мере накопления в почве влаги рыхлосвязанная вода постепенно переходит в воду, не связанную с почвенными частицами. Такая вода, как уже говорилось, называется свободной. В зависимости от степени увлажнения почвы она может занимать как капиллярные, так и некапиллярные поры. Если водой полностью заполнены все поры, то считается, что почва насыщена влагой до состояния полной влагоемкости.

Полной влагоемкостью (ПВ) называется наибольшее количество воды, которое может поглотить почва при полном заполнении водой всех ее пор. В таком состоянии почва может находиться длительное время лишь в том случае, если влага в крупных некапиллярных порах подпирается снизу грунтовыми водами.

Наименьшая (предельно-полевая) влагоемкость (НВ или ППВ) — это наибольшее количество влаги, которое может удерживать почва после стекания гравитационной воды при отсутствии слоистости почвы и глубоком залегании грунтовых вод. Она зависит от гранулометрического состава, сложения и структурного состояния почвы.

По предельно-полевой влагоемкости судят о наибольшем количестве воды, которое почва может накопить и удерживать длительное время. В почве при влажности, соответствующей ППВ, создаются условия, при которых растения наиболее хорошо обеспечены влагой и воздухом. По мере подсыхания почвы вода, находящаяся в капиллярах, перестает быть сплошной. Влажность почвы, при которой происходит разрыв сплошной воды в капиллярах, называется влажностью разрыва капилляров (ВРК). Эта влага почти неподвижна, но доступна корням растений и микроорганизмам.

Наибольшее количество капиллярно-подпертой влаги, которое может удержать почва над уровнем грунтовых вод, называется капиллярной влагоемкостью (KB). Она зависит от количества капиллярных пор и глубины залегания грунтовых вод.

Водоподъемная способность. Это способность почвы поднимать влагу по капиллярным порам из нижних слоев в верхние. Наиболее интенсивно вода передвигается за счет капиллярных сил в порах, диаметр которых находится в пределах 0,1…0,003 мм. С увеличением диаметра пор скорость поднятия воды увеличивается, однако высота ее подъема уменьшается.

Благодаря водоподъемной способности влага грунтовых может подниматься по капиллярам к пахотному горизонту почвы и участвовать в водном питании растений.

Растения чувствительны как к недостатку влаги в почвах, так и к ее избытку. При недостатке влаги падает тургурное давление клеток, теряется их эластичность, резко снижается динамика всех биохимических процессов, сокращается поглощение углекислоты через устьица, в биомассе накапливаются вещества-ингибиторы – все это приводит к падению биологической продуктивности или к полной гибели растений [15, c. 53].

При избытке влаги у растений нарушается кислородный обмен, а в почвах накапливаются ядовитые закисные соединения. Для большинства сельскохозяйственных растений содержание воздуха в почве, обеспечивающее хорошие условия для роста и развития, а также надлежащий газообмен между почвой и атмосферой, равно 20-40% от прозрачности. Это достигается уровнем влажности почвы, равной 60-80% от наименьшей (полевой) влагоемкости.

Важнейшей экологической характеристикой почвы является влажность устойчивого завядания, или влажность завядания. Она характеризуется коэффициентом завядания. Его величина зависит от количества в почвах коллоидов и глинистых минералов. Почвы, богатые гумусом и тяжелые по механическому составу, отличаются более высокими значениями влажности, при которых растения начинают завядать, сем почвы песчаные и супесчаные.

Влажность завядания служит нижней границей продуктивной влаги. Ее определяют непосредственно, фиксируя влажность почвы, при которой растения начинают завядать. Используют также величины максимальной гигроскопичности:

ВЗ = К ∙ МГ,

где МГ – максимальная гигроскопичность; К – коэффициент завядания, зависящий от растения и типа почвы. В среднем К = 1,50 для тяжелых почв и 1,25 – для легких.

Водные свойства, наряду с климатом, погодными условиями, типом экосистемы, определяют водный режим почв и, следовательно, их экологическую функцию - водоснабжение растений. Известно, что по отношению к воде все растения можно разделить на гигрофиты (обитающие в воде), гидрофиты (требующие увлажненных почвы), мезофиты (обитающие на почвах с достаточным увлажнением) и ксерофиты, произрастающие на сухих почвах. Именно в этих требованиях растений к воде скрыта основа глобальной зональности растений. Формирование разных климатических поясов с разным водным режимом почв приводит к произрастанию на этих почвах разных ассоциаций растений [10, c. 84].

 

5. Водный режим дерново-подзолистых почв

Под водным режимом почв понимают совокупность всех процессов поступления влаги в почву, ее передвижения, удержания и расхода. Количественно он выражается через водный баланс, который характеризует приход влаги в почву и расход из нее [22, c. 83].

Основная приходная статья водного баланса – осадки,   дополнительные -  грунтовые воды и поверхностный сток. Расходные статьи водного баланса: физическое испарение воды почвой, транспирация (испарение влаги растениями), поверхностный сток и инфильтрация в грунт.

Водный баланс рассчитывают для почвенного профиля (почвенной толщи в целом), отдельных генетических горизонтов (отдельных слоев почвы), определенных территорий, для конкретного элемента ландшафта, к полному гидрологическому году и к вегетационному периоду, к одному или нескольким месяцам. Водный баланс, включая все статьи прихода и расхода воды или только наиболее значимые из них, может быть полным и частичным [23, c. 129].

Таким образом, водный баланс почвы характеризует количественно водный режим почвы только определенной ее толщи (почвенного слоя) на конкретной территории за заданный промежуток времени.

Приведем общее уравнение водного баланса почвы:

 

где – начальный запас воды в почве; – сумма атмосферных осадков за исследуемый период; – количество воды, поступившей в поливом (при орошении);  – количество воды, поступившей в почву из грунтовых вод; – количество воды, поступившей в почву в результате конденсации из водяных паров; – количество воды, поступившей в почву в результате притока по поверхности; – количество воды, поступившей в почву с внутрипочвенным боковым притоком; – физическое испарение, количество воды, испарившейся с поверхности почвы за период наблюдений; – десукция, количество воды израсходованной на транспирацию; – количество воды, потерянной в результате инфильтрации в толщу почвогрунта; – количество воды, потерянной в результате поверхностного стока; – количество воды, потерянной в результате внутрипочвенного стока; – конечный запас воды в почве.

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…3,0. Чем он выше, тем большими запасами влаги обладает почва [6, c. 153].

Для различных природных условий Г.Н. Высоцкий установил четыре типа водного режима: промывной, периодически промывной, непромывной и выпотной.

           В дерново-подзолистых и подзолистых почвах КУ обычно 1,2-1,4; режим промывной. В апреле-июле КУ менее 1. Режим влажности обычно периодически капиллярное насыщение. Под культурными растениями, особенно многолетними травами, мощность слоя летнего иссушения – до 1 м, а зерновые используют влагу до 0,6-0,7 м. В 6-10% случаев бывают засухи, а 1 раз в 3 года на дерново-подзолистых почвах бывает недостаточное обеспечение растений влагой.

Оптимизация водного режима - важнейшее звено в комплексе мероприятий, направленных на создание условий, благоприятных для роста и развития сельскохозяйственных культур. Без устойчивого снабжения влагой, даже при оптимальном сочетании всех остальных факторов жизни, растения не в состоянии полностью реализовать свой биологический потенциал и, следовательно, невозможно получить высокие урожаи растениеводческой продукции [21, c. 376].

Оптимальные условия для роста и развития культурных растений создаются в том случае, когда количество влаги, поступающей в почву, уравновешивается ее расходом на транспирацию и физическое испарение.

При регулировании водного режима учитываются климатические, литолого-геоморфологические и почвенные условия, а также особенности водопотребления возделываемых культур. Чтобы создать оптимальный водный режим, регулируют поверхностный сток, улучшают водно-физические свойства почв, применяют орошение, осушение, лесомелиорацию, различные агротехнические приемы. Обычно проводят комплекс мероприятий, направленных на искусственное изменение приходных и расходных статей водного баланса и соответственно общих и продуктивных запасов влаги в почве.

Как правило, оптимальные для роста и развития растений условия создаются при приблизительно равном количестве поступающей и расходующейся влаги, т. е. при коэффициенте увлажнения (КУ — отношение количества осадков к количеству испарившейся влаги), приближающемся к единице. При КУ » 1 проводят осушительные мелиорации, а при КУ « 1 — оросительные. При незначительных отклонениях КУ от единицы регулирование водного режима целесообразно осуществлять агротехническими методами.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ГЛАВА 2.  МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

 

2.1.  Краткая характеристика объектов исследования

Материалом для работы послужили данные исследований, выполненных во время летней учебной практики в РУП "Институт мелиорации". Объектом исследований явились осушенные минеральные почвы на территории данного предприятия.

Сущность исследований заключалась в определении некоторых показателей осушенных минеральных почв: кислотности, влажности,  содержания подвижных форм фосфора и калия, нитратного азота.

Отбор проб проводился в период с 1 по 9 июля 2014 года на территории РУП "Институт мелиорации". Исследованию подвергалась почва с шести пробных площадок, которые отличались по типу возделываемых культур и гидромелиоративному режиму:

1. Неосушенный участок, повторность 3;
2. Осушенный участок, повторность 3;
3. Участок с возделываемой культурой, кукуруза;
4. Участок с возделываемой культурой, озимая рожь;
5. Участок с возделываемой культурой, люцерна;
6. Участок с возделываемой культурой, многолетние травы.

В ходе определения вышеперечисленных показателей использовались стандартные методы.

2.2. Определение кислотности почвы. Приготовление солевой вытяжки и определение ее pH по методу ЦИНАО (ГОСТ 26483-85)