Полевая влагоемкость почвы

Под полевой влагоемкостью почвы (ПВ) обычно понимают количество влаги, удерживаемой в почве адсорбционными и капиллярными силами после увлажнения ее подачей воды сверху при свободном оттоке гравитационной влаги. А.А.Роде называет эту влагоемкость наименьшей, Н.А.Качинский - общей, А.П.Розов – предельной, С.М.Долгов-полевой.

Величина водоудерживающей силы зависит от гранулометрического, химического и минералогического состава, а также от порозности и сложения почвы. Выражается влагоемкость в массовых или объемных процентах, в миллиметрах водного столба. ПВ является важной гидрологической константой и используется для расчетов относительной влажности почвы, запасов продуктивной влаги, норм полива, объема пор аэрации.

Для насыщения почвы до полевой влагоемкости заливают обвалованные площади, приблизительно рассчитав количество воды, необходимое для промачивания почвы на требуемую глубину. В экспедиционных условиях влагоемкость определяют после определения водопроницаемости почвы методом заливаемых площадей (метод рам). В нашем опыте после определения водопроницаемости почвы методом рам, мы защитили смоченные площадки от испарения, а также от промачивания в случае дождя: закрыв ее клеенкой. Мы ждали установления капиллярного равновесия в промоченной толще. Чем тяжелее почва по гранулометрическому составу, тем больший срок требуется для этого. В практике приняты следующие интервалы: для почв песчаных и супесных - 12 ч, суглинистых – 24 ч, тяжелосуглинистых и глинистых – 48 ч.

Пробы для определения ПВ брали с помощью бура с площадки из под рам. Они берутся из средней части каждой малой рамы по слоям 0-5 см, 5-10 см, глубже – каждые 10 см до глубины ниже границы промачивания на 30 см. Мы брали до 100 см.

Взятие проб из скважины. После выдерживания срока поочередно на каждой контрольной площадке в середине малой рамы берут пробы почвы: сначала ножом на глубину 0-4 см и 5-10 см, затем буром каждые 10 см ниже границы промачивания на 30 см. Бур следует использовать такой конструкции заборной ложки, которая не деформировала бы почву. Это может быть трубчатый бур Качинского или бур Измаильского. Погружение бура должно быть без сильного нажима, чтобы не происходило отжатие воды из почвы. При взятии проб почвы определить визуально влажность и гранулометрический состав. Полевая запись аналогична записи при определении полевой влажности.

Взятие в поле пробы сырой почвы в лаборатории взвешиваются, высушиваются в сушильном шкафу при температуре 105 градусов Цельсия в течение не менее 10-12 ч с повторной сушкой 2 ч, рассчитывается влажность, которая соответствует полевой влагоемкости. Данные представляются в отдельной таблице.

По данным массовой влажности и полевой влагоемкости рассчитывается влажность относительная, диапазон активной влаги (разность между ПВ и влагой завядания растений).

Полевая влагоемкость используется для расчета норм полива, промывных норм.

Величина водоудерживающей силы зависит от гранулометрического, химического и минералогического состава, а также от порозности и сложения почвы. По результатам данных строится таблица.

Наибольшие значения полевой влагоемкости сосредоточены в пределах пахотного горизонта (0-30 см). В этом слое она составляет 15-25%.Далее по профилю наблюдается постепенное уменьшение ПВ до значения в 5-6%,что возможно объясняется появлением песчаных линз и поэтом почва хорошо промывается не задерживая в себе влагу. Это в свою очередь не сильно хорошо может сказываться на растениях, так как даже при очень сильном увлажнении почвенная влага проходит вниз по профилю и не используется растениями.

Почвенный воздух

Почвенный воздух – смесь газов, заполняющих поры почв, свободные от воды.

Выделяется три состояния почвенного воздуха: свободный, адсорбированный и растворенный. Свободный почвенный воздух занимает поровый объем, обладает подвижностью, а в связи с этим именно эта часть почвенного воздуха частично обменивается на атмосферный. Содержание именно этой его фракции зависит от порозности и влажности почвы. Прежде всего состав и состояние почвенного воздуха отражается на жизнедеятельности растений и населяющих почву микроорганизмов. Почвенный воздух отличается от атмосферного по количественному составу: в нем больше и меньше кислорода, однако сумма этих газов остается фактически постоянной и составляет 21%. Важным фактом является то, что количественное соотношение компонентов почвенного воздуха изменяется во времени (суточная, сезонная динамика). При увлажнении почвы количество свободного почвенного воздуха уменьшается пропорционально насыщению влагой. Для оптимальных условий роста большинства растений необходимо содержание пор аэрации не менее 20-25% от объема общей порозности. Почвенный воздух отличается от атмосферного по количественному и качественному составу – в нем больше углекислоты и меньше кислорода. Общий состав и количественное соотношение различных компонентов изменяется как во времени (суточные, сезонные изменения), так и в профиле почвы. Кислород поглощается микроорганизмами и корнями растений при дыхании, а также расходуется на окисление соединений, образующихся в почве вследствие изменения гидротермических условий.

Диоксид углерода СО2 – газ без цвета и запаха, тяжелее воздуха, хорошо растворим в воде. Является постоянным компонентом атмосферы Земли (содержание 0,04% по объему). СО2 атмосферы – это необходимое звено биологического круговорота углерода, поскольку именно в атмосферу углекислый газ выделяется при окислении органических веществ и именно из атмосферы СО2 поглощают фотосинтезирующие организмы, преобразующие диоксид углерода в органическое вещество в процессе фотосинтеза.

Дыхание, брожение, горение – это основные химические процессы, обуславливающие поступление СО2 в атмосферу. Вследствие усиления антропогенной деятельности поступление СО2, обусловленное сжиганием ископаемого топлива, достигло 10%, по некоторым оценкам, от природной эмиссии СО2. Антропогенная эмиссия углекислого газа могла бы компенсироваться усилением фотосинтеза, однако вследствие вырубки лесов и уменьшения запасов фитомассы Мирового океана вследствие его загрязнения этого не происходит. Следует отметить, что диоксид углерода обладает способностью поглощать энергию в инфракрасном диапазоне, то есть при повышении его концентрации в атмосфере происходит её разогревание (согласно теории парникового эффекта), что может существенно изменять климат. Поэтому весьма важными являются исследования эмиссии углекислого газа различными экосистемами.

Процессы, преимущественно определяющие эмиссию СО2 из биогеоценоза, - это группа биохимических и химических процессов, в общем называемых дыханием почвы, дыхание растительности и фотосинтез. Поэтому для получения представления о современном состоянии потоков углекислого газа в атмосфере (без учёта антропогенной составляющей) необходимо измерить количественные показатели этих процессов.

Регуляция газового режима осуществляется посредством следующих процессов:

· накопление и разложение органических веществ;

· синтез и поглощение газов живыми организмами;

· транспорт газов и паров через толщу почвы;

· взаимодействия между почвенными фазами;

· взаимодействие газов с грунтовыми водами.

Определение эмиссии СО₂

Измерения потока СО₂ были осуществлены нашей бригадой 23 и 24 июня 2013 г. в период с 18.00 до 19.00 ч. на площадке с травой в естественных условиях, со срезанной травой, а также на глубинах 27 см, 50 см. Также проводились измерения с площадки, залитой водой.

Измерения проводились при помощи портативного газоанализатора IGM, который был присоединен к пластиковой газовой камере с известными геометрическими характеристиками. Камера высотой 0,2 м устанавливалась так, чтобы минимизировать ее сообщение с атмосферой. Показания снимались в течение 5 минут с каждой площадки (первую минуту в течение каждых 10 сек, вторую- в течение 20, третью – 30, далее поминутно).

Для расчета потока полученные нами в ppm (1 ppm=10^-4 %) концентрации СО₂ необходимо перевести в мг/м³ по следующей формуле:

По полученным значениям были построены графики зависимости концентрации СО₂ от времени. Тогда тангенс угла наклона касательной к прямолинейному участку графика будет равен

.

Поток [Q] = мг/(м²*ч) рассчитываем по формуле

где h – высота камеры в метрах.

Анализ полученных данных.

Ниже приведены графики зависимости концентраций СО₂ от времени на разных глубинах, на поверхности почвы под травой, а также с площадки, залитой водой (рис. 4.4.1).

Рис. 4.4.1. Графики зависимости концентрации СО₂ от времени

Чтобы проследить изменение потока СО₂ от глубины, был составлен график зависимости потока СО2 от глубины площадки (рис. 4.4.2).

Рис. 4.4.2. График зависимости потока СО₂ от глубины площадки

В целом анализ полученных данных показывает, что наблюдается увеличение содержания с глубиной (увеличивается изоляция почвенного воздуха от атмосферного). Происходит смена органогенного горизонта элювиально-иллювиальным, что обуславливает снижение микробиологической активности и, соответственно, уменьшение продуцирования СО₂.

Нами была проанализирована зависимость потока от фотосинтетической активности растительных организмов (рис. 4.4.2). Поток с площадки со срезанной травой превышает поток с площадки при естественных условиях. Это связано с поглощением СО₂ растениями.

Рис. 4.4.3. Зависимость потока от активности растительных организмов

Также был проведены анализ площадки на глубине 27 см, залитой водой, и сравнение результатов с площадкой незатопленной на глубине 27 см.

Рис. 4.4.4. Зависимость потока СО₂ от увлажнения площадки

Таким образом, мы провели и проанализировали измерения по эмиссии СО₂ на разных глубинах и в различных условиях.