Мелиорация почв. Часть 1: Учебное пособие с лабораторными работами

М И Н И СТ Е РСТ В О О БРА ЗО В А Н И Я РО ССИ Й СК О Й Ф Е Д Е РА Ц И И В О РО Н Е Ж СК И Й ГО СУ Д А РСТ В Е Н Н Ы Й У Н И В Е РСИ Т Е Т

А .Б.БЕ ЛЯ Е В М Е ЛИ О РА Ц И Я ПО ЧВ Часть I У ч ебноепособиес лабораторными работами

Специаль ность 03.00.27. - поч воведение

В оронеж 2003

2

У тверж денонау ч но-методич ескимсоветомбиолого-поч венного ф аку ль тета24.09.02. Протокол N 11

А втор БеляевА .Б. Пособиеподготовленонакаф едрепоч воведения и агрохимии биолого-поч венногоф аку ль тетаВ оронеж скогогосу дарственного у ниверситета Рекоменду ется для сту дентовIV ку рсапоч венного отделения д / о Пособиеизданов2-х ч астях: № 354 и № 355

3

ПРЕ Д И СЛО В И Е . В предлагаемом у ч ебном пособии, состоящ ем из дву х ч астей,обобщ ены и рассмотрены лабораторные и расч етные методы, закрепляю щ ие теоретич еские знания сту дентов-поч воведов по ку рсу « М елиорация поч в» . В семи разделах пособия систематизированы наиболее важ ные, с мелиоративной точ ки зрения, темы. В нач алепособия, вразделах первоми втором, приводятся у ч ебные материалы по расч ету запасов активной (проду ктивной) влаги и поливной норме для промач ивания поч вы на заданну ю глу бину при орош ении сель скохозяйственных ку ль ту р. В треть ем разделе пособия разбираю тся и обсу ж даю тся резу ль таты химич еского состава водной вытяж ки с цель ю определения степени и химизма засоленных поч в, выявления токсич ных солей в них, а такж е рассматриваю тся методы анализа природных вод и дается оценка пригодности э тих вод для орош ения (раздел ч етвертый). В разделе пятом (ч асть вторая) дается расч ет велич ины промывной нормы для сквозной промывки поч в от водорастворимых солей и у станавливается необходимость мелиорации кислых (раздел ш естой) и солонцовых (раздел седь мой) поч в по резу ль татам их химич еского анализа. О сновная и дополнитель ная литерату ра приводится в конце второй ч асти. В заклю ч ение следу ет отметить , ч то по каж дому разделу преду смотрены индивиду аль ные практич еские задания для самостоятель ной работы сту дентов, а такж е контроль ные вопросы для самопроверки и самоподготовки.

4

Р аздел I. Ф О Р М Ы В О Д Ы В П О Ч В Е И Р А С Ч Е Т ЗА П А С О В П Р О Д У К Т И В НО Й В ЛА ГИ В НЕ Й . ...В ода в поч ве и гру нте вместе с содерж ащ имися в ней растворами есть настоящ ая кровь ж ивого организма. Без воды поч вы нет. Поэ тому в поч вообразовании реж иму воды следу ет отводить первоеместо. А кад. Г.Н . В ысоцкий I.I. О бщ иеп он я т ия Роль поч венной влаги исклю ч итель но велика в поч вообразовании (процессы выветривания и новообразования минералов, гу му сообразование, химич еские реакции, в целом обособление и ф ормирование поч венного проф иля и т.д.). Говоря словами А .А . Роде / 43 /, « нель зя познать поч вообразователь ный процесс, не познав законов, у правляю щ их передвиж ением и поведением воды в поч ве и ее взаимоотнош ениями с осталь ными составными ч астями последней, главным образом с ее твердой ч асть ю ... Н е менее важ ное знач ение имеет поч венная влага как ф актор плодородия поч в, а отсю да и как ф актор сель скохозяйственного производства» . И сходя из э того, вытекает весь ма важ ная задач асель скохозяйственной мелиорации – регу лированиеводного реж имаи водногобалансапоч в. Проведение гидротехнич еских мелиораций (орош ение, осу ш ение, дву стороннее регу лирование водного реж има) всегда долж но у вязывать ся с содерж анием и досту пность ю влаги в поч ве, т.е. обу словливать ся степень ю ее связи с поч вой, колич ественным и кач ественным соотнош ением различ ных ее ф орм. Поэ тому ч еткое представление о ф ормах воды в поч ве, границах отдель ных ее категорий, в пределах которых вода обладает одинаковыми свойствами, важ но не толь ко в теоретич ескомплане, нои впрактич ескомотнош ении. В поч ве вода находится в различ ных состояниях и ф ормах, а следователь но, обладает различной степень ю досту пности для растений. Различ аю т поч венну ю воду связанну ю и свободну ю . Перву ю ч астицы поч вы у держ иваю т оч ень проч но, и она не мож ет передвигать ся под влиянием силы тяж ести, напротив, свободная воды подч инена закону земногопритяж ения. Ф ормы воды обстоятель но освещ ались в работах выдаю щ ихся отеч ественных у ч еных П.С. К оссович а, Г.Н . В ысоцкого, А .Ф . Лебедева, А .А . Роде, монограф ии и отдель ные стать и которых, наряду с зару беж ными исследователями (М итч ерлих, Ф агелер, К ин, Рич ардс и др.),

5

залож или и создали новое направление в поч воведении, а именнопоч венну ю гидрологию . Литерату рный обзор последу ю щ их многоч исленных исследований поэ тому вопросу приводится вработах А .А . Роде, Н .А . К ач инского. Согласно взглядам А .А . Роде, наиболее полно и на современном у ровне обобщ ивш им все предыду щ ие исследования по э тому вопросу , различ аю тследу ю щ иекатегории (ф ормы) поч венной воды: 1. Х имич ески связанная: а) конститу ционная; б) кристаллизационная; 2. Парообразная вода; 3. Ф изич ески связанная или сорбированная вода: а) проч носвязанная вода; б) рыхлосвязанная (пленоч ная) вода; 4. Свободная вода: 4.1. К апиллярная вода: а) капиллярно - подвеш енная; б) капиллярно - подпертая; в) капиллярно - посаж енная (подперто подвеш енная вода); 4.2. Гравитационная вода: а) просач иваю щ ая; б) гру нтовая; 5. Т вердая вода– лед. 1.2. К РА ТК АЯ Х А Р А К ТЕ Р ИСТИК А Ф О Р М П О ЧВЕ ННО Й ВО Д Ы 1.2. 1. Х имич ески связанная вода Х имич ески связанная вода находится в поч ве в составе гидратных минераль ных, органоминераль ных и органич еских вещ еств. Е еколич ество невелико и лиш ь иногда мож ет достигать 5-12 %, ч то у казывает на знач итель ное содерж ание в поч ве выветриваю щ ихся силикатов и алю мосиликатов. Э та вода подразделяется на конститу ционну ю и кристаллизационну ю , объ единяемых иногда общ им понятием гидратной или кристаллогидратной воды. К онститу ционная вода является компонентом химич еского состава минералов, соединений, входя в них в виде гидроксиль ной гру ппы О Н /гидрооксиды: ж елеза (Fe(OH)3; лимонит), алю миния – Al(О Н )3, гиббсит; марганца – MnO(OH), манганит; органоминераль ные соединения; глинистые минералы/. В ыделяется в интервале высоких температу р порядка 165-175О , а для некоторых ф ракций воды от 400 до 800 О в зависимости от состава вещ ества и сопровож дается его распадом, например: 2Fe (OH)3 → Fe2O3 + 3H2O лимонит гематит К ристаллизационная вода входит в состав вещ ества целыми водными молеку лами кристаллогидратов (медный ку порос – CuSO4·5H2O, гипс -CаSO4·2H2O, глау берова соль (мирабилит) – Na2SO4·10H2O и т.д.). У даляется при нагревании от100 до200 О С. При э томэ таводау даляется

6

не сразу , а скач ками – каж дой молеку ле воды соответству ет своя температу ра. У гипса, например, первая молеку ла воды у даляется при 107 О С, а вторая – при 140-190О . У даление кристаллизационной воды не приводит к распаду вещ ества, но изменяет ф изич еские свойства. Н агревая гипс при температу ре 140-190О , полу ч аю т полу гидрат гипса – алебастр (вяж у щ ий материал), CaSO4·0.5H2O CaSO4 . 2H2O ↔ CaSO4 . 0.5H2O + 1.5H2O Э та реакция обратима. И если алебастр снова смеш ать с водой, то полу ч ится пластич ная масса, быстро твердею щ ая с образованием гипса в видепроч ногокамня (CaSO4·2H2O). Н .А . К ач инский отмеч ает, ч то кристаллизационная вода определяет видовые особенности « пу хлых» солонч аков, посколь ку входящ ий в их состав мирабилит кристаллизу ется с боль ш им колич еством воды и при выпадении из раствора э та соль знач итель но у велич ивается в объ еме, раздвигая поч венныеч астицы, ч тои создаетрыхлость горизонта. Х имич ески связанная вода (конститу ционная, кристаллизационная), отлич аясь исклю ч итель но высокими проч ностями связей и полной неподвиж ность ю , не у ч аству ет в поч венных процессах и растениям недосту пна. 1.2. 2. Парообразная вода Парообразная вода – э то водяной пар порового пространства поч вы. О тноситель ная влаж ность поч венного возду ха поч ти всегда близка к насыщ ению ее парами воды, т.е. практич ески равна 100 %, у ж е при влаж ности поч вы свыш е ее максималь ной гигроскопич ности. В сякое пониж ение температу ры приводит к конденсации парообразной воды и переводу ее в ж идкое состояние, повыш ение температу ры приводит к обратному процессу . Передвиж ение парообразной воды в поровом пространстве поч вы обу словливается у пру гость ю пара (от у ч астков с высокой у пру гость ю водяного пара к у ч асткам с более низкой у пру гость ю ), атакж евместес токомвозду ха. Парообразная вода недосту пна растениям, но ее налич ие в поч ве важ новтомплане, ч тоонапрепятству етпросу ш иванию корней растений. 1.2. 3. Ф изич ески связанная вода Э та категория воды в поч ве обу словливается силами поверхностной э нергии поч венных ч астиц. Посколь ку ее велич ина возрастает с у велич ением общ ей су ммарной поверхности ч астиц, то содерж ание ф изич ески связанной воды зависитотразмерач астиц, слагаю щ их поч ву , и наиболеесиль новыраж енау илистых и коллоидных ч астиц. При соприкосновении ч астиц поч вы с водой, молеку лы последней притягиваю тся э тими ч астицами за счет сил сорбции и образу ю т вокру г них пленку из несколь ких слоев молеку л воды. О бладая диполь ность ю

7

(ч астицы с дву мя противополож но заряж енными полю сами) молеку лы воды притягиваю тся нетоль коповерхность ю поч венных ч астиц, нои взаи модейству ю т дру г с дру гом противополож но заряж енными полю сами, находясь в строго ориентированным полож ении. Е стественно, ч то проч ность связи молеку л воды у поверхности поч венных ч астиц оч ень высока, достигая 17-37 тыс. атмосф ер. О назнач итель но сниж ается по мере у даления от них. И сходя из э того, ф изич ески связанну ю воду подразделяю тнапроч носвязанну ю и рыхлосвязанну ю . П рочн освя зан н ая вода – э то вода, которая поглощ ается поч вой из парообразного состояния. Способность поч вы сорбировать пары воды из возду ха называется гигроскопич ность ю , а образу емая при э том влага – гигроскопич еской. Е е содерж ание находится в тесной зависимости от грану лометрич еского состава и, главным образом, от колич ества илистых ч астиц, органич еского вещ ества поч вы, обменных оснований. Э то проч носвязанная вода, и она обладает особыми ф изическими свойствами, приближ аясь к твердымтелам. Плотность еедостигает1.5-1.8 г/см3, онане замерзает, неподвиж наи недосту пнарастениям. Предель ное колич ество воды, которое поглощ ается поч вой из парообразного состояния при относитель ной влаж ности возду ха 94-98 %, называю т максималь ной гигроскопич еской водой (М Г). Э то проч носвязанная вода. О смотич еское давление в самом поверхностном слое при насыщ ении поч вы до М Г составляет около 50 атм.. Растениям (кроме некоторых солянок, у которых осмотич еское давление клеточ ного сока в корнях мож ет достигать 70 атм.) э та вода недосту пна. Е е содерж ание в различ ных поч вах колеблется от несколь ких десятых долей процентавпесках до10-15 % вхорош огу му сированных глинистых поч вах (вторф ах >20 %). Гигроскопич еская и максималь но гигроскопич еская влага у даляю тся из поч вы нагреваниемдо105О . Р ыхлосвя зан н ая (п лен очн ая ) вода. Поч ва, насыщ енная влагой до максималь ной гигроскопич ности, боль ш е не поглощ ает парообразну ю воду , но при соприкосновении с ж идкой водой происходит притягивание ее молеку л силой ориентированных молеку л проч носвязанной воды (ГВ и М Г). Д обавоч ная вода сверх М Г, которая у держ ивается в поч ве сорбционными силами из ж идкой ф азы, является водой пленоч ной или рыхлосвязанной. Сила, с которой онау держ ивается пограницеслоевс М Г, составляетоколо 50 атм. и у мень ш ается к периф ерии э той категории воды до 3-4 атм., в связи с ч ем ф изич еское состояние ее оч ень неоднородно. Н аходясь в поч ве как бы в вязко-ж идкой ф орме, пленоч ная вода мож ет, хотя и оч ень медленно (со скорость ю несколь ко десятков сантиметров в год), передвигать ся отпочвенных ч астиц с толстыми водяными пленками к ч астицам с тонкими пленками. В связи со слабой мобиль ность ю и доволь новысокимдавлением, которымэ таводау держ ивается поч вой, она оч ень тру дно у сваивается растениями и мож ет соответствовать влаге завядания растений (В З). В ерхний предел В З измеряется велич инами в

8

пределах 1.2-2.5 М Г (в среднем 1.5 М Г) с напряж ением влаги (т.е. силами у держ иваю щ ими воду ) в15-20 атм., чтопрактич ески соответству ет сосу щ ей силе корней (14-16 (25) атм.). При э том следу ет различ ать завяданиерастений временное, легко у странимоеи длитель ное(глу бокое), приводящ ее к гибели растений (< 1.2-1.5 М Г).Рыхлосвязанну ю (пленоч ну ю ) влагу , у держ иваему ю молеку лярными силами ориентированных молеку л проч носвязанной воды, оч ень ч асто называю т максималь ной молеку лярной влагоемкость ю (поА .Ф . Лебедеву ). Е е содерж ание, как и дру гих ее ф орм, зависит от свойств поч вы, главнымобразомееграну лометрич ескогосостава(таблица1.1). Т аблица1.1. Зависимость максималь ной молеку лярной влагоемкости отграну лометрич ескогосостава Грану лометрич еский составпоч вы Песок, легкая су песь Т яж елая су песь Легкий су глинок Средний су глинок Т яж елый су глинок Глина

В елич инамаксималь ной молеку лярной влагоемкости, % от объ емапоч вы <5 5-8 8-12 12-16 16-24 > 24

Э такатегория воды находится награницемеж ду проч носвязанной и свободной водой. 1.2. 4. Свободная вода Э та категория воды не связана силами притяж ения с поч венными ч астицами и передвигается под действиемкапиллярных и гравитационных сил и, исходя из э того, выделяю т ф орму капиллярной и ф орму гравитационной воды. К ап илля рн ая вода. Е е налич ие и распределение в поч ве находится под влиянием капиллярных (менисковых) сил, которые проявляю тся в порах от 3 мкм– 100 мкм (0.003-0.1 мм) до 8 мм. В порах менее 3 мкми кру пнее 8 ммкапиллярные силы не проявляю тся, посколь ку более тонкие поры заняты связной водой, а в порах кру пнее 8 мм отсу тству ю т менисковые силы. О бразование менисковых сил обу словлено тем, ч то вода, находящ аяся в отмеч енных поровых пространствах, испытывает одностороннеепритяж ениелиш ь состороны ниж ерасполож енных молеку л воды, которые как бы втягиваю т поверхность воды вну трь , образу я вогну тый мениск, над которымсоздается как бы разряж ение (ваку у м), ч то и способству етподъ ему столбикаводы вкапилляре. По своему ф изич ескому состоянию э та вода ж идкая, она обладает высокой подвиж ность ю и играетосновну ю роль вводообеспеч ении расте

9

ний. Передвигаясь , она транспортиру ет с собой и питатель ные вещ ества поч вы. Различ аю тнесколь ковидовкапиллярной воды: а) кап илля рн о - п одвеш ен н у ю ; б) кап илля рн о - п одп ерт у ю ; в) кап илля рн о - п осаж ен н у ю . Д ля капиллярно-подвеш енной воды характерно отсу тствие гидрологич еской связи с постоянным или временным водоносным горизонтом. Е е происхож дение обу словлено поверхностным у влаж нением (атмосф ерные осадки или орош ение). Э та ф орма воды способна перемещ ать растворимые соли, например, находящ иеся на глу бине, при испарении, к поверхности поч вы и приводить к засолению . Э тот ж е процесс мож ет происходить и при поливах минерализованной водой, ч астич но испаряю щ ейся из поч венного проф иля. Д ля предотвращ ения э того необходимо поддерж ание пахотных горизонтов в стру кту рном состоянии, проведение поверхностных обработок, нару ш аю щ их слож ивш иеся капиллярные ходы, а такж е у мень ш ение сроков нахож дения поверхности поч вы без раститель ности. Д ля представления обэ той ф орме воды приведем ее велич ины и распределение по проф илю в поч вах различ ногограну лометрич ескогосостава(табл. 1.2). Т аблица1.2. Распределениекапиллярно- подвеш енной влаги попроф илю поч в различ ногограну лометрич ескогосостава

Грану лометрич еский составпоч в

0-10

10-20

20-30

30-40

40-50

50-60

60-70

70-80

80-90

90-100

В лаж ность , % отобъ емапоч вы

Т яж елый су глинок Средний су глинок Су песь

40 30 24

39 28 23

35 28 22

34 28 21

33 28 20

32 27 17

31 26 15

30 25 13

29 25 -

28 -

Сохранение и поддерж ание э того вида воды на оптималь ном для растений у ровне является главной задач ей орош аемого земледелия.К апиллярно - подпертая вода образу ется в поч вах в силу близкого залегания гру нтовых вод, подпираю щ их воду в капиллярах и более кру пных порах поч вы. В ысота подъ ема э той воды зависит от грану лометрического состава поч в: от0.4-0.6 мв песках и су песях до 2-7 м всу глинистых и глинистых, т.е. характеризу етводоподъ емну ю способность почв. К апиллярно-посаж енная(подперто - подвеш енная) вода образу ется в почве при резкой смене слоев разного грану лометрич еского состава. Н а границе раздела э тих слоев в силу различ ных размеров капилляров возникаю т дополнитель ные ниж ние мениски, которые у держ иваю т выш ерасполож енну ю капиллярну ю воду (онакак бы « посаж ена» наэ ти

10

мениски). Э то приводитк повыш ению влаж ности наконтактеслоев. Э тот принцип полож ен в основу антиф иль трационных э кранов (поч венногру нтовые э краны А .Ф . Лебедева и Н .А . К ач инского) в мероприятиях по борь бес ф иль трационными потерями воды из ороситель ных каналов. Н .А . К ач инский отмеч ает, ч то силы, у держ иваю щ ие капиллярну ю воду (напряж ение капиллярной незасоленной воды), колеблю тся от 3-4 атм. в тонких капиллярах (порах) до 0.5 атм. – в кру пных. Э то ниж е велич ины осмотич ескогодавления клеточ ного сокакорней растений, что и делает э ту воду легко досту пной им. Э та ф орма воды, являясь основным источ никомводного питания растений, ценна и важ на в томплане, ч то ее мож но регу лировать , применяя различные агротехнич еские и мелиоративныемероприятия. Г равит ацион н ая вода находится в поч ве преиму щ ественно в кру пных порах и передвигается исклю ч итель но под влиянием силы тяж ести. Э та ж идкая ф орма воды, обладаю щ ая высокой растворяю щ ей способность ю и возмож ность ю переносить в растворенном состоянии соли, коллоидныерастворы и т.д. Э таводалегкодосту пнадля растений (ее осмотич еское давление менее 0.5 атм.), в слу ч ае проточ ности гру нтовой воды онамож етбыть источ никомих нормаль ноговодногопитания. Е е подразделяю т на просач иваю щ у ю ся гравитационну ю , передвигаю щ у ю ся сверху вниз по порами трещ инамвслу ч аепревыш ения ее колич ества над у держ иваю щ ей силой менисков в капиллярах и воду водоносных горизонтов. В последнем слу ч ае э то гру нтовые, поч венногру нтовые и поч венные воды. О ни образу ю тся при заполнении всей скваж ности гру нтасвободной водой. Э то мож етбыть резу ль татомналич ия водопроницаемого горизонта, задерж иваю щ его нисходящ ий ток гравитационной воды, а такж е превыш ения объ ема посту паю щ ей гравитационной воды над объ емом ее оттока. У лу ч ш ение водновозду ш ного реж има переу влаж ненных свободной гравитационной водой поч вявляется главной задач ей осу ш итель ных мелиораций. 1.2. 5. Т вердая вода– лед Лед является потенциаль ным источ ником ж идкой и парообразной воды при его таянии. Превращ ение воды в лед при пониж енных температу рах играет боль ш у ю роль в поч вообразователь ных процессах (стру кту рообразование, налич ие временных и постоянных водоу поров и т.д.). Различ ные категории воды в поч ве имею т неодинаковые точ ки замерзания. Т ак, свободная вода в незасоленной поч ве замерзает при отрицатель ных температу рах, близких к 0 О С, капиллярная вода – до десятков граду сов, а проч носвязанная (М Г) не замерзает и при –78 О С. В целоммож но сказать , ч то лед является особой разновидность ю свободной воды. В се э ти характеристики рассмотренных ф орм воды были сведены В .А . К овдой в таблицу и даю т наглядное представление о спектре складываю щ егося водногореж имапоч в(табл. 1.3).

11

Т аблица1.3. Х арактеристикаф ормводы впоч ве

Ф орма воды Х имич ески связанная Парообраз ная Гигроскопич еская

Связь с поч вой (или Подвиж состояние ность воды в поч ве) Х имич еская Н еподвиж на

В поч венном возду хе А дсорбцион ная молеку лярная Пленоч ная М олеку лярная К апиллярная

М енисковая

Гравитаци Свободная онная Гру нтовая

Свободная

Лед

Свободная

Поверхнос Свободная тная

Д осту пность растениям Передвиж ение при малой солей минерализаци и Н едосту пна Н ет

Подвиж на Н едосту пна

Н ет

Ф иксирована

Н ет

Н едосту пна

О ч ень М алодосту пн мало а(у вядание) подвиж на Подвиж на Д осту пна

Подвиж на Д осту пна (нисходя щ им током) Подвиж на Д осту пна Н еподвиж Н едосту пна на Подвиж на Д осту пна

М едленное в направлении испарения В направлении испарения и мень ш ей влаж ности Преиму щ ественно в нисходящ ем направлении Преиму щ ественно в боковом направлении Н ет По у клону местности

1.3. ПО ЧВ Е Н Н О -ГИ Д РО ЛО ГИ ЧЕ СК И Е К О Н СТ А Н Т Ы Рассмотренные ранее категории (ф ормы) поч венной воды доволь но у словны, темне менее мож но выделить интервалы влаж ности, в пределах которых какая-то ч асть влаги обладает одинаковыми свойствами и степень ю еедосту пности для растений. Границы знач ений влаж ности, характеризу ю щ ие пределы появления различ ных категорий и ф орм поч венной влаги, называю тся поч венногидрологич ескими константами. А .А . Роде их рассматривает как точ ки на

12

ш кале влаж ности поч вы, при которых колич ественные изменения вподвиж ности влаги переходятвеекач ественныеотлич ия. (рис.1). весь ма тру дно досту пна М Г ВЗ В РК НВ ПВ 0

10

20

недосту пна

30

40

50

тру днодосту пна

60

70

досту пна

80

90

100

избыточ ная

Рис. 1. Схемагранич ных знач ений поч венно- гидрологич еских констант наш калевлаж ности, % отполной влагоемкости В ыделяю т пять основных поч венно-гидрологич еских констант, которые ш ироко применяю тся в агрономич еской и мелиоративной практике. Э то: 1) максималь ная гигроскопич ность (М Г); 2) влаж ность завядания (В З); 3) влаж ность разрыва капилляров (В РК ); 4) наимень ш ая влагоемкость (Н В ); 5) полная влагоемкость (ПВ ). Максим альн ая гигроскоп ическая влаж н ост ь. По ее велич ине определяю т влаж ность завядания растений – ниж ний предел ф изиологич ески досту пной для растений воды. К ак у ж е отмеч алось выш е, для расч етавлаж ности завядания исполь зу ю ткоэ ф ф ициенты впределах от 1.2 до 2.5. В елич ина коэ ф ф ициента зависит от вида растений (1.3-1.6 для пш еницы, 1.7-2.3 для ль на, 2.0 для ч ая и т.д.) и оту словий их выращ ивания (для растений засу ш ливых районов э тот коэ ф ф ициент мень ш е, ч ем выросш их в переу влаж ненных районах). Д ля некоторой стандартизации в расч етах исполь зу ю т коэ ф ф ициент 1.5. Е го велич ина определяется химич еским, минералогич еским, но, в основном, грану лометрич еским составомпоч в, ч топодтверж дается данными таблицы 1.4. Т аблица1.4. В елич ины максималь ной гигроскопич ности впоч вах различ ных типови в зависимости отграну лометрич ескогосостава/К овда, 1973/ Главныетипы М аксималь ная М аксималь ная поч в(верхний Грану лометрич еск гигроскопич ность , гигроскопич но ий составпоч в Горизонт) % сть Подзолистые Черноземы К аш тановые Солонцы Сероземы Т орф яники

3-7 7-15 8-12 10-15 4-7 30-40

Глины тяж елые Глины Су глинки Су песи Пески тонкие Пески гру бые

20-30 12-18 4-7 2-3 0.5-1.5 0.05-0.1

и

13

О пределение велич ины максималь ной гигроскопич еской влаж ности проводят по методу А .В .Н иколаева. М етод основан на длитель ном (20-30 дней) поглощ ении поч венными ч астицами молеку л воды в у словиях атмосф еры насыщ енной водными парами (близко к 100%) взамкну томпространствеэ ксикаторас насыщ еннымрастворомK2SO4 . Влаж н ост ь завя дан ия (ВЗ ) – влаж ность , при которой растения нач инаю т обнару ж ивать признаки завядания, не исч езаю щ ие при перемещ ении в атмосф еру , насыщ енну ю водными парами. Э то ниж ний предел досту пной для растений влаги. В елич ину влаж ности завядания исполь зу ю т в расч етах для выч исления активной (проду ктивной) влаги. К роме расчетного метода (у множ ениеМ Г на 1.5) в лабораторных у словиях ее велич ину определяю т методом проростков (вегетационный метод) или обезвож иванием поч вы (поВ .А . Ф ранцессону ). В лаж ность завядания определяется свойствами поч в и видом раститель ности. В песч аных поч вах она колеблется в пределах 1-3 %, в су песч аных – 4-6, су глинистых – 10-12, глинистых – 20-30. В торф ах влаж ность завядания достигает60-80 %. Что касается вида раститель ности, то, например, засу хоу стойч ивые злаки завядаю т при мень ш ей влаж ности, ч ем влаголю бивые растения. Знач итель ное влияние на велич ину коэ ф ф ициента завядания оказывает засолениепоч в, у велич ивая егопропорциональ ностепени засоления. Т аким образом, на поч вах засоленных и тяж елого грану лометрич еского состава, недостаток влаги для растений бу дет проявлять ся рань ш е, ч ем у поч в незасоленных и более легкого грану лометрич ескогосостава. Влаж н ост ь разрыва кап илля ров (ВРК ) – э то ниж ний предел оптималь ной для растений влаж ности, ниж е которого нару ш ается сплош ность движ ения воды по капиллярами непрерывноеее посту пление к корневым системам. При э том рост растений замедляется и их проду ктивность сниж ается. По всем э ксперименталь ным данным э та велич инасоставляетвсреднем50-60 % отнаимень ш ей влагоемкости поч в, но мож етповыш ать ся и до 75-85 % отН В . Помимо свойств поч в велич ина В РК в знач итель ной мере зависит от вида растений и от ф азы их развития и в э том слу ч ае велич ина В РК даж е для одного вида, но в разные ф азы роста, мож ет знач итель но колебать ся (например, у озимой пш еницы велич инаВ РК отф азы ку щ ения к ф азеколош ения возрастаетот70 % до80 % отН В ). В елич ину В РК исполь зу ю т при расч ете поливной нормы (m), где оптималь ной сч итается влага, находящ аяся в границах от В РК (ниж ний предел оптиму ма) доН В (верхняя границаоптиму мавлаги). О пределение влаж ности разрыва капилляров проводят э ксперименталь но в вегетационных сосу дах, либо в вегетационных микрополевых опытах. При э том наблю даю т за транспирацией, сосу щ ей силой клеточ ного сока, внеш ним видом растений и т.д. И зменение э тих

14

показателей в ху дш у ю сторону свидетель ству ет и об у ху дш ении роста растений. И звестны и методы лабораторного определения э того показателя. По э той методике поч ву смеш иваю т с легко кристаллизу ю щ ейся соль ю , затем э той поч вой набиваю т бю ксы и у влаж няю тдо разных велич ин влаж ности, выдерж иваю тв теч ениесу ток и отмеч аю т, в каком первом бю ксе появились кристаллы соли на поверхности, ч тои соответству етВ РК . Наим ен ьш ая влагоем кост ь (НВ). Под Н В понимается наиболь ш ее колич ество капиллярно - подвеш енной влаги , которое поч ва способна у держ ать после ее обиль ного у влаж нения и свободного стекания избытка влаги. Синонимами Н В являю тся: 1) общ ая влагоемкость (по Н .А . К ач инскому ; 2) предель ная полевая (по А .П. Розову ); 3) полевая (по С.И . Д олгову ). Е е велич ина ш ироко исполь зу ется в агрономич еской и мелиоративной практике при расч ете поливных и промывных норм, проду ктивной влаги и еедеф ицитевпоч веи т.д. Под деф ицитомвлаги понимаю тразность меж ду запасами при Н В и колич еством влаги в изу ч аемом слое почвы в момент исследования (мы под ней понимаеместественну ю полеву ю влаж ность – Е ПВ ). А .П. Розов приводит средние ориентировоч ные велич ины (табл. 1.5) для верхней метровой толщ и поч в при отсу тствии подпитывания гру нтовыми водами. Т аблица1.5 В еличины предель ной полевой влагоемкости (синонимН В ) поч в различ ногограну лометрич ескогосостава Предель ная полевая влагоемкость , ППВ , % к объ ему Грану лометрич ески % отскваж ности поч вы й составпоч в Н есолонцеваСолонцеватыепоч вы тыепоч вы Глинистые 85-90 90-93 50-60 Т яж елосу глинистые 70-80 85-90 45-50 Среднесу глинистые 60-70 75-85 45-50 Легкосу глинистые 50-60 65-75 40-45 Су песч аные 40-50 60-65 40-45 Глинистыепески 30-40 50-60 35-40 Пески 25-30 30-35 И сследованиями у становлено, ч то для полу ч ения наивысш ей проду ктивности сель скохозяйственных ку ль ту р необходима влаж ность поч вы в пределах от 70 до 100 % от наимень ш ей влагоемкости (т.е. э то В РК ), ее сниж ение приводит к у мень ш ению у рож айности и сниж ению кач ества проду кции. О сновным способом, препятству ю щ им э тому , является орош ение. Т аким образом, знание величины Н В , правиль ное ее применение является главныму словиемрациональ ного регу лирования водного реж има

15

поч в, в том ч исле и при орош ении. М етоды определения Н В хорош о изу ч ены и ш ироко известны. В полевых у словиях Н В определяется методом заливаемых площ адок, в лабораторных ее изу ч ение проводят в образцах поч вы как ненару ш енного, так и нару ш енногостроения. П олн ая влагоем кост ь (П В) или п олн ая водовм ест им ост ь – э то наиболь ш ее колич ество влаги, которое мож ет содерж ать ся в поч ве при заполнении всех пор водой. Э то су мма проч носвязанной, рыхлосвязанной и свободной воды в поч ве. Т акое состояние влаги характерно для болотных поч в, для горизонтов залегания гру нтовых вод, при избыточ ном поливеи т.д. ПВ , в зависимости отпористости, мож етколебать ся от30 до 80 % веса(объ ема) поч вы, всреднемсоставляет40-50 %. О пределение ПВ проводят в лабораторных у словиях, насыщ ая образец поч вы водой в течение 24 часов, пу тем помещ ения его в кристаллизатор с такимрасчетом, ч тобы водадостигалау ровня поч вы / 7 /. 1.4. ЛА БО Р А Т О Р НА Я Р А БО Т А П О Р А С Ч Е Т У ЗА П А С О В В ЛА ГИ В К О Р НЕ О БИ Т А Е М Ы Х С ЛО ЯХ П О Ч В Ы Д ЛЯ ЛЮ БЫ Х С Е ЛЬС К О Х О ЗЯЙ С Т В Е ННЫ Х К У ЛЬТ У Р М ы у ж е отмеч али едва ли не реш аю щ у ю роль воды в поч вообразовании поч в. Ф актор влаж ности является определяю щ ими при разработкерациональ ной агротехники, особенно ворош аемомземледелии. Поэ тому определение влаж ности поч вы имеет боль ш ое практич еское знач ение, посколь ку дает быстру ю и надеж ну ю инф ормацию для у становления момента насту пления спелости поч вы для обработки, для расч ета влаги, досту пной для растений, для определения сроков и норм поливаворош аемомземледелии и т.д. Под влаж ность ю поч вы принято понимать процентное содерж ание еев лю бой данный моментвремени, отнесенноек весу су хого образцаили 100 , где к единицеобъ ема. Расч етведу тпоф орму ле: W = a· W – процентноесодерж аниевлаги p а– колич ествоводы вобразце, г. p – вес су хой поч вы, г. Э той ф орму лой поль зу ю тся при расч ете всех поч венногидрологич еских констант, т.е. в пределах от гигроскопич еской влаги до полной влагоемкости. В зависимости от целей исследования образцы поч вы для определения общ его (валового) содерж ания влаги в конкретный момент времени отбираю т либо сплош ной колонкой ч ерез 10 см (и э то наиболее точ ный способ), либо прерывистой колонкой обычно ниж е корнеобитаемого слоя (К О С) поч вы, иногда из середины генетич еского горизонта или слоя с обязатель ным перерасч етом на мощ ность горизонта или слоя и с у ч етомих плотности. Н о в лю бомслу ч аеобязатель но следу ет у ч итывать мощ ность генетич еских горизонтов и глу бину распространения корневых систем растений. И з э того следу ет, ч то внач але на изу ч аемой территории следу ет залож ить поч венные разрезы, провести

16

морф ологич еское описание поч вы, выделить генетич еские горизонты и у ж езатемсообразновыделеннымгоризонтампроводить отбор образцовна влаж ность . И х мож но отбирать из открытых разрезов, зач ищ ая перед отбором пробы стенку разреза на несколь ко сантиметров (4-5 см), либо отбор производят бу ром. Поч ву отбираю т в алю миниевые бю ксы, взвеш иваю т, затем высу ш иваю т в су ш иль ном ш каф у при t=105О до постоянного веса, вновь взвеш иваю т и рассч итываю т влаж ность по выш еприведенной ф орму ле. В есовой процент влаги бу дет зависеть от плотности слож ения поч вы, поэ тому необходимо выч ислять влаж ность в процентах к объ ему поч вы: Wdv % = W· dv, где Wdv – влаж ность в% отобъ емапоч вы; W – влаж ность в% отвесапоч вы; dv – плотность поч вы, г\см3. Процентная велич ина влаж ности малопоказатель на и требу ет определенной расш иф ровки. Поэ тому в мелиорации поч в, так ж е как и в метеорологии, где осадки измеряю тся в миллиметрах водного столба, поль зу ю тся э той ж е единицей измерения при расч етах запасов влаги в поч ве. В ыч ислениепроизводятпо ф орму ле: Wмм вод .ст. = W· h· dv· 10· , где. 100 Wмм– запас воды впоч веопределенногослоя, ммвод.ст. W% - влаж ность в% вслоепоч вы определенной мощ ности h – мощ ность слоя поч вы, см; dv – плотность поч вы, г\см3 ; 10 – множ итель для переводавмм.; 100 – множ итель для перевода% вмм Помимо э той единицы измерения в практике мелиоративного земледелия ч ащ е поль зу ю тся велич иной, выраж енной в ку бометрах на гектар (м3/га) или тоннах на гектар (т/га), ч то одно и то ж е. Д ля э того велич ину Wммвод.ст. у множ аю тнакоэ ф ф ициент10, посколь ку слой воды в1 ммнаплощ ади в1 га(10000 м2) составляет10 м3 или 10 т(1 мм= 0.001 мх 10000м2 = 10м3). И так, Wм 3 = W мм вод .ст. . 10 Следу ет обратить внимание на то, ч то расч ет запасов поч венной влаги проводят отдель но по каж дому генетич ескому горизонту (в связи с неодинаковой плотность ю их слож ения), затем производят су ммирование влаж ности каж дого горизонта (слоя) для полу ч ения общ ей велич ины запасов воды, например, вкорнеобитаемомслоепоч вы (К О С) глу биной до 2 метров(Wобмм= W1мм+ ... W2 мм + Wn мм). В спомнив определения, ф орму лы расч ета и единицы измерения мож но на конкретном примере рассмотреть расч ет запасов проду ктивной влаги в поч ве и ее деф ицит. Разница меж ду наимень ш ей влагоемкость ю (Н В ) и влаж ность ю завядания (В З) соответству етдиапазону проду ктивной активной) влаги в поч ве (Wд.п.в.). В у словиях богарного и особенно орош аемого земледелия постоянно следятзазапасами проду ктивной влаги впочве, при у мень ш ении которой необходимопроводить поливы.

17

Д ля выч исления запасов проду ктивной влаги необходимо иметь данные по: 1) максималь ной гигроскопич еской влаж ности (по М Г рассч итывается влаж ность завядания растений); 2) наимень ш ей (общ ей) влагоемкости; 3) естественной полевой влаж ности (Е ПВ ) вмоментопределения; 4) плотности поч вы; 5) мощ ности генетич еских горизонтов(или слоев) поч вы. Х од расч ета проведем на примере выч исления проду ктивной влаги и ее деф ицита в естественных у словиях в ч ерноземе обыкновенном тяж елосу глинистом со следу ю щ ими характеристиками по отдель ным слоямдоглу бины 50 см: 0-10 см– Н В 1=30.5%; Е ПВ 1=26.1%; М Г1=7.8%; dv1=1.19 г/см3 10-20 см– Н В 2=29.3%; Е ПВ 2=24.3%; М Г2=8.4%; dv2=1.23 г/см3 20-30 см– Н В 3=26.9%; Е ПВ 3=19.6%; М Г3=9.0%; dv3=1.24 г/см3 30-40 см– Н В 4=24.1%; Е ПВ 4=19.3%; М Г4=9.2%; dv4=1.34г/см3 40-50 см– Н В 5=20.6%; Е ПВ 5=18.9%; М Г5=8.7%; dv5=1.36 г/см3 И сходя из э тих данных, преж де всего, необходимо рассч итать влаж ность завядания каж догослоя впроцентах (В З %): В З1 = М Г1 ·1.5 = 7.8 ·1.5 = 11.7 %; В З2 = 8.4 ·1.5 = 12.6 %; В З3 = 9.0 ·1.5 = 13.5 %; В З4 = 9.2 ·1.5 = 13.8 %; В З5 = 8.7 ·1.5 = 13.1 %. Затемрассч итываю тдиапазон проду ктивной влаги поф орму ле: Wд.п.в. = НВ –В З W д.п.в1 = 30,5 – 11,7 = 18,8 %; Wд.п.в.2 = 29,3 – 12,6 = 16,7 %; Wд.п.в.3 = 26,9 – 13,5 = 13,4 %; Wд.п.в.4 = 24,1 – 13,8 = 10,3 %; Wд.п.в.5 = 20,6 – 13,1 = 7,5 % Д алее проводят пересч ет велич ины Wд.п.в из процентов в миллиметры водногостолбапоф орму ле: Wдпв= W % ·h ·dv · 10 100 W мм1 = 18,8 ·10 ·1,19 ·10 =22,37 мм; W мм2 = 16,7 ·10 ·1,23 ·10 =20,54 мм; 100 100 W мм3 = 13,4 ·10 ·1,24 ·10 = 16,62 мм; 100 W мм4 = 10,3 ·10 ·1,34 ·10 = 13,8 мм; Wмм5 = 7,5 ·10 ·1,36 ·1 10 = 10,2 мм 100 100 Су ммиру ем по слоям запасы влаги в мм и полу ч аем запас влаги в слое 0-50 см (W общ = W1+W2+W3+W4+W5). Э то бу дет полный запас проду ктивной влаги при ее насыщ ении поч вы до наимень ш ей влагоемкости. В наш ем примере э та велич ина бу дет равнять ся 83,53 мм вод.ст. (22,37+20,54+16,62+13,8+ 10,2). О днако в каж дый конкретный момент времени содерж ание проду ктивной влаги мож ет колебать ся (по разным прич инам) в

100

18

знач итель ных интервалах (от В З до Н В ). М ы W обознач аем аббревиату рой Е ПВ (т.е. естественная полевая влаж ность ). В наш ем примере Е ПВ действитель но мень ш е того оптиму ма, который необходим для растений (Н В ) и к которому мы долж ны стремить ся. Поэ тому внач але такж е рассч итываю т диапазон проду ктивной влаги, какой слож ился в естественных у словиях (без полива), а затемего пересч итываю т в запасы, как э то мы у ж е делали выш е. Э ти две операции мож но объ единить в одну и сразу рассч итать запас влаги при Е ПВ : WЕ ПВ 1 = (26,1 – 11,7) ·1,19 · 10 ·10 = 17,14 мм; 100 WЕ ПВ 2 = (24,3 – 12,6) ·1,23 ·10 ·10 = 14,4 мм; 100 WЕ ПВ 3 = (19,6 – 13,5) ·1,24 ·10 ·10 = 7,6 мм: 100 WЕ ПВ 4 = (19,3 – 13,8) ·1,34 ·10 ·10 = 7,4 мм; 100 WЕ ПВ 5 = (18,9 –13,1) ·1,36 ·10 ·10 = 7,9 мм 100 О бщ ий запас проду ктивной влаги в э том слу ч ае составит 54,44 мм (т.е. 17,4 + 14,4 + 7,6 + 7,4 + 7,9). Разница меж ду запасом проду ктивной влаги при Н В (83,53 мм) в 50-сантиметровом слое ч ернозема обыкновенного (верхний предел оптималь ной влаги к запасамв конкретный момент времени (Е ПВ = 54,44 мм)) и бу деттемнедостатком(деф ицитом) влаги, равным29,09 ммили 291 м3/га, котору ю надо прилить на 1 га для доведения влаж ности поч вы в э томслоедоН В (т.е. оптиму мадля развития растений). О Ц Е НК А З АП А СО В П РО Д У К ТИВНО Й ВЛ А Г И При расч ете запасов проду ктивной влаги важ но иметь некоторые оценоч ные колич ественные придерж ки. О ни приводятся А .Ф . В адю ниной, З.А . К орч агиной для 20-сантиметровогои метровогослоевпоч вы. В сл ое0-20 см: более40 ммвод.ст. – запасы хорош ие 40 –20 смвод.ст. - запасы у довлетворитель ные менее20 ммвод.ст. – запасы неу довлетворитель ные В сл ое0-100 см: более160 ммвод.ст. – запасы оч ень хорош ие 160-130 ммвод.ст. - запасы хорош ие(э то70-80 % Н В ) 130-90 ммвод.ст. - запасы у довлетворитель ные 90-60 ммвод.ст. - запасы плохие(соответству ет40-50 % Н В ) менее60 ммвод.ст. – запасы оч ень плохие У становление придерж ек именно для э тих слоев поч вы связано с ф азами развития растений. Н а первом э тапе их развития наиболь ш ее знач ениеимею тзапасы влаги впахотномслоемощ ность ю 20 см. Помере

19

у велич ения активной зоны поч вы и в момент засу х влага у ж е потребляется из ниж ележ ащ их горизонтоввплоть до1-2 и болееметров. Порядок выполнения работы В целях закрепления теоретич еских знаний и практич еских навыков по теме сту дентам предлагаю тся индивиду аль ные задания в кач естве самостоятель ной работы с последу ю щ ей ее сдач ей во время коллоквиу ма. В сеисходныеданныевзяты из литерату рных источ никовлибо определены э ксперименталь нонапрактич еских занятиях поф изикепоч в. Схемаиндивиду аль ной карточ ки приводится ниж е. З адан ие№ . Рассч итать запасы проду ктивной влаги и еедеф ицитв слоепоч вы мощ ность ю ... см. 1. Н азваниепоч вы ... 2. Глу бинаотбораобразцов, см... 3. Плотность поч вы по отдель нымгоризонтам(слоям), г/см3 ... 4. М аксималь ная гигроскопич ность (М Г) поглу бинам, % ... 5. Н аимень ш ая влагоемкость (Н В ) поглу бинам, % ... 6. Е стественная полевая влаж ность (Е ПВ ) поглу бинам, % ... Реш ениезадач и 7. Н айти поглу бинамвлаж ность завядания (В З), % В З = М Г ·1.5 8. О пределить диапазон активной (проду ктивной) влаги (Wдпв), % Wдпв= Н В – В З 9. Рассч итать запас активной (проду ктивной влаги (W), ммвод.ст. Wмм= Wдпв% ·h .dv ·10 100 10. В ыч ислить запас активной (проду ктивной) влаги (W) вм3/га Wм3/га= Wмм·10 11. Рассч итать су ммарный запас активной (проду ктивной) влаги в слое ... см, вм3/га Wобщ Н В м3/га= W1 + W2 + W3 + ... Wn 12. О пределить деф ицитвлаги (Н В – Е ПВ ), м3/га, для э того: 12.1. Н айти запас активной (проду ктивной) влаги при Е ПВ по слоям, WЕ ПВ мм= (Е ПВ -В З) ·h ·dv ·10 100 12.2. Перевести запасы влаги послоямиз ммвм3/га 12.3. Рассч итать су ммарный запас влаги (Е ПВ ) вслое... см Wобщ .Е ПВ = WЕ ПВ 1 + WЕ ПВ 2 + WЕ ПВ 3 + ... + WЕ ПВ n 12.4. В ыч ислить недостаток (деф ицит) влаги, м3/га W деф . м3/га= Wобщ Н В – Wобщ Е ПВ К О Н Т РО ЛЬН Ы Е В О ПРО СЫ 1. В каких состояниях находится водавпоч ве?

20

2. Приведите классиф икацию категорий (ф орм) поч венной влаги. К аковаих проч ность связи с поч вой и досту пность растениям? 3. Связанная водапоч вы, ееклассиф икация. 4. О характеризу йте« химич ески связанну ю » воду . 5. Д айте понятие « ф изич ески связанная» вода. Приведите ее классиф икацию . 6. Чтопонимаю тпод проч носвязанной водой? О характеризу йтеее. 7. Чтопонимаю тпод рыхлосвязанной водой? Е ехарактеристика. 8. О характеризу йтесвободну ю воду впоч ве. 9. О характеризу йтепарообразну ю воду впоч ве. 10 .Т вердая воды впочвеи еехарактеристика. 11. Чтотакоепоч венно-гидрологич ескиеконстанты (ПГК )? 12. Д айтепонятиеосновных ПГК . Принципы их определения. 13. Принцип определения общ его (валового) содерж ания воды в поч ве и ф орму лаеерасч ета. 14. К ак определить и рассч итать запасы воды в определенномслоепоч вы? В каких единицах выраж аю тзапасы воды? 15. К акая влага в поч ве называется проду ктивной? У каж ите диапазон проду ктивной влаги. В каком интервале влаж ности находится наиболее благоприятная для растений, т.е. высокопроду ктивная , влага? 16. Что называется влаж ность ю завядания растений (В З)? М етоды ее определения и расч ета. 17. Что называется влаж ность ю разрыва капилляров (В РК )? Практич еское знач ениеэ той велич ины вмелиоративномземледелии. 18. Чтопонимаю тпод деф ицитомвлаги впоч веи как егорассч итываю т? 19. Приведитепридерж ки для оценки запасов проду ктивной влаги в поч ве в слое 0-20 см и 0-100 см. О цените запасы влаги, рассч итанные в самостоятель ной работе. Р аздел II. Р А С Ч Е Т П О ЛИ В НО Й НО Р М Ы Д ЛЯ П Р О М А Ч И В А НИ Я П О Ч В Ы НА ЗА Д А ННУ Ю ГЛУ БИ НУ П Р И О Р О Ш Е НИ И С Е ЛЬС К О Х О ЗЯЙС Т В Е ННЫ Х К У ЛЬТ У Р 2.1. О бщ иесведен ия Х орош о известно, ч то полу ч ение высоких и у стойч ивых у рож аев сель скохозяйственных ку ль ту р возмож но лиш ь в том слу ч ае, если все ф акторы ж изни находятся в оптиму ме (свет, тепло, влага, возду х, питатель ные вещ ества) и ч то проду ктивность ку ль ту р определяется ф актором, находящ имся в миниму ме (закон миниму ма). Н а огромной территории наш ей страны лимитиру ю щ им ф актором является влага: полу пу стынная, су хостепная и степная зоны – здесь полу ч ение сколь конибу дь знач итель ного у рож ая возмож но лиш ь при дополнитель ном влагообеспеч ении территории за сч ет орош ения. Н о даж е в зонах достаточ ного у влаж нения (например, Н еч ерноземная зона) из-за недостаточ ности посту пления атмосф ерных осадков в вегетационный

21

период (250-300 мм при годовой су мме более 600 мм, за исклю ч ением влаж ных лет, при водопотреблении сель скохозяйственных ку ль ту р в зоне равном 400-600 мм за вегетацию ), из-за их неравномерности, за сч ет все ч ащ е и ч ащ е повторяю щ ихся засу ш ливых периодов, возникает необходимость дополнитель ного у влаж нения, особенно на полях севооборота, занятых более влаголю бивыми ку ль ту рами (овощ ные, кормовые). Поддерж ание реж има влаж ности поч вы на заданном у ровне регу лиру ется поливами. Поливы подразделяю т на 1) вегетационные, 2) влагозарядковые (запасные), 3) вневегетационные (предпосевные, предпосадоч ные), 4) специаль ные: а) подкормоч ные; б) промывные; в) дезинф екционные; г) освеж итель ные. И з перечисленных видов основнымявляется вегетационный полив, способству ю щ ий обеспеч ению потребности сель скохозяйственных растений вводевпериод их вегетации. Полив осу щ ествляется поливной нормой, под которой понимаю т колич ествоводы, необходимоедля одногополивапри у словиях отсу тствия нару ш ений в ж изнедеятель ности растений и недопу щ ения промач ивания поч вы сверх заданной глу бины. Первое у словие соблю дается пу тем расч ета восполнения запасов воды от заданного ниж него предела влаж ности (влаж ность разрыва капилляров – В РК или влаж ность замедления роста– В ЗР, равные65-80 % отН В ) до ееверхнего оптиму ма– наимень ш ей влагоемкости (Н В ). В торое – огранич ивает э тот рост мощ ность ю активной толщ и поч вы, где сосредоточ ена основная ч асть (90 %) адсорбиру ю щ ей и активно поглощ аю щ ей корневой системы. Поливну ю норму (m) рассч итываю т с у ч етом ф азы развития сель скохозяйственных ку ль ту р по ф орму ле: m = 100 ·h ·dv ·(НВ -В Р К ) гдеm – поливная нома, м3/га; h – активный слой поч вы, соответству ю щ ий ф азе развития орош аемой ку ль ту ры, м; dv- у средненная плотность активногослоя поч вы, т/м3; Н В – наимень ш ая (общ ая) влагоемкость , %;В РК – влаж ность разрыва капилляров, % , 100 – коэ ф ф ициент для перевода процентов в ку бометры/га. Су мма поливных норм составляет ороситель ну ю норму , т.е. то колич ество воды, которое необходимо для поддерж ания влаж ности в активном слое поч вы на заданном у ровне в теч ение всего орош аемого периода. В елич ина поливной нормы в знач итель ной степени зависит от свойств поч в, способа и техники полива, биологич еских особенностей ку ль ту ры. Часто сроки поливов назнач аю т в определенные критич еские ф азы развития растений, когда ч у вствитель ность их к недостатку влаги высока. Т ак, для озимых и яровых зерновых э то период выходав тру бку –

22

колош ение, для зернобобовых и греч ихи – цветение, для подсолнечника – образование корзинки – цветение, для ку ку ру зы – цветение – молоч ная спелость , для хлопч атника – цветение – залож ение коробоч ек, для картоф еля – цветение– клу бнеобразование и т. д. Поэ тому особое внимание необходимо обращ ать на полив ку ль ту р именно в э ти критическиепериоды. Д ля боль ш инства полевых ку ль ту р поливные нормы в нач але вегетационного периода долж ны быть мень ш е, ч ем в середине или конце вегетации, ч то связано с у велич ением глу бины проникновения корней в конце вегетации, т.е. мощ ность активной толщ и поч вы тесным образом связанас ф азами развития растений (табл. 2.1). Д ля у добства изу ч ения все зерновые ку ль ту ры подразделяю тся на ч етыре гру ппы: 1. К олосовые хлеба и овес (пш еница, рож ь , тритикале, яч мень , овес); 2. Просовидные (просо, ку ку ру за, сорго, рис); 3. Зернобобовые (горох, кормовые бобы, соя, ч еч евица, лю пин кормовой, ч ина,ну т); 4. Гречиха, амарант. У зерновых злаковых растений отмеч аю тся следу ю щ ие ф енологич ескиеф азы развития: 1. Прорастание; 2. В сходы; 3. К у щ ение; 4. В ыход в тру бку ; 5. Н ач ало образования колоса; 6. К олош ение (выметывание); 7. Ц ветение; 8. М олоч ная спелость ; 9. В осковая спелость ; 10. Полная спелость . У зернобобовых отмеч аю т следу ю щ ие ф еноф азы: 1. Прорастание; 2. В сходы(с появлениемсемядолей над поч вой - ф асоль , соя , лю пин) или первого настоящ его листа (горох, ч ина и др.); 3 Стеблевание и ветвление стебля; 4. Бу тонизация; 5. Ц ветение; 6. О бразование бобов; 7. Созревание; 8. Полная спелость . Ф еноф азы картоф еля: 1. В сходы ( на 18-22 день после посадки); 2. Развитиестебля - бу тонизация (18-20 дней); 3. Ц ветение( ч ерез 20-30 дней послебу тонизации); 4. К лу бнеобразование. Первая ф аза развития корнеплодов – образование всходов, т.е. появление на дневну ю поверхность проростков и развертывание семядоль ных листь ев. Д алееотмечаю тобразованиепервой пары ч ерез 8-10 дней и треть ей пары настоящ их листь ев. В э ти ф азы развития проводят важ ный прием у хода за посевами – прорывка, т.е. у даление лиш них растений. В даль нейш емпоявлениеновых листь евприводитк разрастанию надземной ч асти растений, в резу ль тате ч его листь я в смеж ных рядках прикрываю т меж ду рядь я – э то ф аза смыкания листь ев в меж ду рядь ях ( к концу ию ля). К концу вегетации старые листь я нач инаю т отмирать , обнаж ая меж ду рядь я, – э то ф аза размыкания листь ев в меж ду рядь ях. (К орнеплоды даю тпроду кцию в первый год ж изни. Поэ тому вэ тотпериод такие ф азы как бу тонизация, цветение и созревание плодов и семян не у ч итываю т– э тоделаю тна2-ой год. У бахч евых ч ерез 5-7 дней послевсходовпоявляется первый настоящ ий лист, затемч ерез каж дые3-4 дня – 2-ой, 3-ий, 4-ый и 5-ый. Послеэ того ростзамедляется, меж доу злия вэ тотпериод у короч енные. Э тоф аза

23

Я ровые (пш еница,яч мень ,о вес)

ш атрика. Затемотмеч аю тся ф азы: нач алообразования плетей, бу тонизацию , Ц ветениеж енских и му ж ских цветков, образованиезавязей, нач ало созревания, первый и последний сборы плодов. Т аблица2.1 Н екоторыебиологич ескиепоказатели и мощ ность активногослоя поч вы поф азамразвития растений К у ль ту ра, Перио Ф азы Сроки Глу бин Н иж ний Поливна оптималь я норма сроки д развития развити а ный посева вегета К олич ес я ф аз активн предел ции, тво ого дней слоя, м влаж ност поливов и,% (В РК отН В 1 2 3 4 5 6 7 0 О зимые Прорастаниепри t=12-14 (пш еница 7-9 дней , рож ь , Посев12 дн 0,3 70-75 яч мень ) 240всходы(3-4 А вгу ст– 320 450-500 лист) сентябрь 2-4 К у щ ение 20 дн 0,4-0,5 70-75

Просо М ай

75115

80 сред.( 55115)

Т ру бкова20 дней 0,6-0,8 70-75 ние К олош ение 20 дней 0,8-1,0 80 Ц ветение 10 дней 0,8-1,0 70-75 Н аливзерна 10-15 0,8-1,0 70 дней Прорастаниепри t= +20 ч ерез 8-15 дн. К у щ ение 20 дн. 0,4-0,5 70 Т ру бковани 15-20 дн 0,6-0,8 75-80 е К олош ение 15 дн 0,8-1,0 75-80 Ц ветение 10-15 дн 0,8-1,0 75-80 Н аливзерна 10-15 дн 0,8-1,0 70 Прорастаниепри t =8-100 ч ерез 7_10 дн К у щ ение 15-20 дн 0,3-0,5 70 Т ру бковани 10-12 дн 0,5-0,7 70 е В ыметыван 10-12 дн 0,5-0,7 70-75 ие Ц ветение 7_16 дн 0,5-0,7 70-75 Созревание 10-15 дн 0,5-0,7 70

600-650 3-4

300-400 2-3

24

1 Греч иха

2 65-75 дн

1 –ая декада мая

Сорго май

К у ку ру за

Сахарная (кормова я) свекла

90145 дн

3 4 5 6 0 Прорастаниепри t = 8-10 ч ерез 10-12 дн

7 300-400

В сходы 10-12 дн 0,2 70 К у щ ение 10-15 дн 0,3-0,5 70 Стеблевани 20-25 дн 0,5-0,7 70-75 е Ц ветение 10-15 дн 0,5-0,7 70-75 Созревание 10-15 дн 0,5-0,7 70 0 Прорастаниепри t =12-15 ч ерез 10-15 дн

2-3

К у щ ение 10-15 дн 0,4-0,5 65-70 В ыход в 30-35 дн 0,6-0,8 65-70 тру бку В ыметыван 15-17 дн 0,8-1,0 65-70 ие Ц ветение 5-6 дн 0,8-1,0 60-70 60 Созревание 55-65 дн. 0,8-1,0 от выметыва ния 90Прорастаниепри t =10-120 на12-15 дн, при 140 150 на8-12 день дней 2-3 листа 20 дн. 0,4-0,5 70-75 В ыметыван 40-60 дн 0,6-0,8 80 иеметелки отвсхо дов Ц ветение 15-20 дн 0,8-1,0 70-75 Н аливзерна 35-60 дн 0,8-1,0 80 отопы ления 140- Прорастаниепри t =2-60 ч ерез 18-20 дн.,при 150 10-120 ч ерез 12-14 дн дн В сходы 18-20 дн 0,2 60 Полив Ф ормирова 45 дн. 0,3-0,4 60-70 пре- ниекорня и кращ а листь ев ю тза 20-30 У силенный 60-70 дн 0,4-0,6 70-80 дн до рост у борк листь еви и корнеплода Cахаронако Последни 0,6-0,7 60-70 пление е30дн вегетации

400 2-5

600 2-5

500 3-5

25

1 М ноголет ниетравы 1-гогода (клевер, лю церна, э спарцет)

2 90100 дн.

К онец апреля

К артоф ель

дн К у щ ение

15-20 дн. Стеблевание 10-15 дн. Бу тонизация 15-20 дн. Д оцветения 20-25 дн и послеу коса

А прель

Подсолнечник

3 4 5 6 0 Прорастаниепри t = 1-2 14-16 дн. В сходы 2-314-16 0,2-0,3 70

120140 дн.

7 600 2-3

0,4-0,5

70-80

0,5-0,6

70-80

0,6-0,7

70-80

0,8-1,0

70-80

Прорастаниепри t = 4-60 нолу ч ш епри 8100 Посев-всходы 14-16 дн 0,2 75 Листообразов 17-20 дн 0,5-0,6 75-80 ание(3-5 пар) О бразование 37-43 дн 0,6-0,8 75-80 корзинок от всходов Ц ветение 64-73 дн 0,8-1,0 80 от всходов Ф ормирова- 44-50 дн 0,8-1,0 75 ние,налив отцвесемян, тения созревание

Прорастаниепри t = 7-80, (opt. t = 18-200) 50-60 дн.18-22 дн 0,3-0,4 70 Развитие ранни ст е б ля й 60-8070-75 средн Бу тонизация 18-20 дн. 0,3-0,4 еЦ ветение 15-20 дн 0,3-0,4 75-80 ранни й 70-75 120- К лу бнеобраз 20-30дн 0,5-0,6 ование после 125бу тониза поздции ний

600-800 2-3

500-600 2-6 в зависим ости отзоны

26

1

2

Х лопч атн ик, Ш -я Д екада М арта-П А преля В завис. от зоны Лен85-95 долгу нец дн К онопля 80среднеру 120 сская дней Бахч евые 90100 (арбу зы, дн. дыни, тыква, огу рцы)

О вощ и (капу ста, томаты, лу к,баклаж аны

100150 дн.

3

4

5

Прорастаниепри t = 10-120 Посев-всходы 5-6 дн. 0,1 Ростстебля 20 дн. 0,2-0,3 Бу тонизация 33-46дн. 0,4-0,5 Ц ветение 58-81дн. 0,6-1,0 Созревание 108-140 0,5-0,6

6

7

65-70 65-70 65-70 70-75 60

700-900 2-12 взавис. О ттипа Поч вы И у р. Гр.вод

Прорастаниепри t = 5-80 (opt. t = 16-170 Прорастаниепри t = 1-20 (opt t = 100) В первые20-30 дней растетмедленно, вследу ю щ ие 30-40 – оч ень быстро 600-800 Прорастаниепри t = 12-130 у тыквы, при 0 0 3-5 16-17 – у арбу заи дыни, при 13-15 – у Полив огу рца Прекра Посев-всходы 8-10; 0,2 65-70 щ аю тза 13-14* Листообразов 5-23* 0,3-0,4 70-75 15 дн. до 1-го ание(1-5 сб ора лист) О бразование 15-20 0,4-0,5 70-75 плетей дн. Бу тонизация 10-15 0,4-0,5 70-75 Ц ветение 25-28* 0,5-0,6 75-85 О бразование 10-15 0,5-0,6 60-75 завязи дн Созревание 10-15 0.6-0,8 65-70 Сбор плодов 0,6-0,8 65 1-ый3 последний27 У коренение Разрастание листь еву капу сты, бу тонизация у томатов О бразование коч ана. Завязи у томатов, баклаж ан

5-7 дн. 25-30 дн

0,2 0,3-0,4

75-85 75-85

25-30

0,5-0,6

75-85

600-800 3-5

27

1

2

Сады и виноград ники

130150 дн.

3 Развитие коч ана,лу ковиц, плодов Листообразов ание Ц ветение

4 25-30

5 0,5-0,6

6 75-85

7

7-10 дн 7-10 дн

0,8-1,5

75

0,8-1,5

75-80

В период вегетаци и 3-5 поли-вов

0,8-1,5

75-80

0,8-1,5

75-80

О бразование 10-15 завязи Созревание 90-100 Примеч ание: *) – ф еноф азы у огу рца

2.2. О п ределен иесроковп олива Полу ч ение высоких и у стойч ивых у рож аев в у словиях орош ения зависит от того, насколь ко точ но и обоснованно бу ду т у становлены сроки полива, нормы полива и их колич ество за вегетационный период с тем, ч тобы поддерж ать влаж ность активногослоя поч вы назаданному ровне. Распределение нормированных поливов в теч ение вегетационного периодасель скохозяйственных ку ль ту р называется реж имоморош ения. В практикемелиоративного земледелия имеется несколь ко методов контроля за состоянием поч венной влаж ности с цель ю у становления сроков полива. О ни могу т быть прямыми и косвенными, а такж е основанными на исполь зовании э мпирич еских (опытных) данных и теоретич еских водно-балансовых расч етах. К прямым методам относят: 1) термостатно - весовой; 2) тензиометрич еский; 3) радиометрич еский; 4) э лектрометрич еский. Т ермостатно - весовой метод дает точ ный, надеж ный и прямой способ у становления сроков полива по влаж ности поч вы, определяемой высу ш иванием отобранных образцов в су ш иль ном ш каф у до постоянного веса при t=105О . Э тот метод мож но принять за стандартный, но с одним у словием: ну ж но заблаговременно определить опытным пу тем пределы допу стимого сниж ения влаж ности поч вы, которое не нанесет су щ ественного у щ ербау рож аю . Т ензиометрический метод основан на измерении давления поч венной влаги. Прибор состоит из поч венного датч икав видепористого керамич еского сосу да (свеч и) или пластинки и манометрич еского измерителя. Е сли показания тензометра отграду ировать на содерж ание влаги впоч ве, то его мож но исполь зовать как влагомер. Потенциал поч венной влаги в30-50 смрт.ст. или 405 –675 смвод.ст. у казываетнанеобходимость полива. Д остоинствотензометроввтом, ч токерамич ескиесвеч и,

28

закопанные на лю бу ю интересу ю щ у ю нас глу бину поч вы, даю т инф ормацию о влаж ности пу тем подсоединения к клеммам проводов, выведенных наповерхность , манометрич ескогоизмерителя влю боевремя. Радиометрич еский метод. В настоящ ее время исполь зу ю тся гаммаскопич еский и нейтронный методы. О ни основаны на способности воды замедлять и рассеивать быстрые нейтроны (нейтронный метод), в резу ль тате ч его вокру г источ ника быстрых нейтронов, помещ енного во влаж ну ю почву , образу ю тся медленные нейтроны. Плотность ж е последних зависиттоль ко отвлаж ности поч вы: ч емболь ш евлаж ность , тем боль ш е плотность медленных нейтронов. И х измеряю т сч етч иком, помещ енным в радиу се примерно 15 см от источ ника (радиу с сф еры влияния). В гаммаскопич еском методе гамма - лу чи, проходя ч ерез поч ву , испытываю тч астич ноеослаблениезасч етпоглощ ения их поч вой и водой. Э лектрометрич еский метод основан на определении влаж ности по у дель ной э лектропроводности поч вы, которая возрастает по мере у велич ения влаж ности. Расч ет ведется по граду ировоч ной кривой для каж дой поч вы и генетич ескогогоризонта. Сроки назнач ения оч ередного поливамож но рассч итать косвенным пу тем, исполь зу я климатич еские и биологич еские показатели. О тсу тствие длитель ное время атмосф ерных осадков, низкая относитель ная влаж ность возду ха могу т свидетель ствовать о необходимости оч ередного полива, особенно в том слу ч ае, если их подтверж даю т морф ологич еские (изменение цвета листь ев, скорость роста вегетативных и появления репроду ктивных органов, потеря ту ргора листь ями) и ф изиологич еские (сосу щ ая сила листь ев, концентрация клеточ ного сока, состояние у сть ич ногоаппаратарастений) признаки. У казанными методами определяю тся, болееили менее точ но, лиш ь сроки назнач ения оч ередного полива. М етод водно-балансовых расч етов позволяету вязать сроки поливов с поливными нормами. О н заклю ч ается в том, ч то определяется приход и расход воды диф ф еренцированно по пятидневкам и декадам и, тем самым определяется, когда и в каком колич ествевозникаетнеобходимость вполивах. А .Н . К остяков предлож ил граф оаналитич еский метод, основанный на водно-балансовых расч етах с исполь зованием кривых максималь ных и минималь ных запасовводы вопределенномслоепоч вы. Чтобы правиль но проектировать и применять поливныенормы (т.е. осу щ ествлять реж иморош ения), надоиметь данныепо: 1) су точ ному водопотреблению по ф азам развития растений и общ ей потребности сель скохозяйственной ку ль ту ры вводе; 2) мощ ности активного слоя поч вы в зависимости от ф аз развития растений; 3) запасамвлаги вактивномслоепоч вы впредполивной период; 4) ниж нему допу стимому пределу содерж ания влаги впоч ве(В РК );

29

5) прогнозиру емому колич еству распределению осадковзавегетацию .

и

И сходя из имею щ ихся данных, выч исляю тся максималь но (Н В ) и минималь но (В РК ) допу стимые пределы содерж ания влаги в поч ве по расч етным срокам: пятидневкам или декадам с у ч етом у величения мощ ности активного слоя поч вы. Следу ет отметить , ч то первонач аль ная глу бина расч етного слоя поч вы, на наш взгляд, долж на равнять ся мощ ности пахотного слоя однолетних сель скохозяйственных ку ль ту р, т.е. 20-25 см для зерновых и 30-35 см для пропаш ных, а в даль нейш ем расч етный слой поч вы долж ен соответствовать биологич еским особенностямку ль ту р и ф азамих развития. Что касается многолетних трав 2-го – 4-го годов, садов и виноградников, то для них, как э то рекоменду ет Е рхов Н .С., расч етный активный слой в нач але вегетации составляет 0.8 м с последу ю щ ей его стабилизацией нау ровне1.0 м. Е сли рассч итанные, например, по декадам запасы влаги при Н В и В РК нанести в виде точ ек в системе координат и затем соединить , то полу ч ится граф ик с дву мя кривыми, меж ду которыми и заклю ч ен оптималь ный для растений диапазон поч венной влаги (рис. 2). Т акие граф ики строятся для каж дой ку ль ту ры севооборота для нормаль ных по у влаж нению и су хих годов. К ривые имею т определенну ю синхронность меж ду собой и неправиль ну ю , иногда S-образну ю ф орму . В лаж ность поч вы при орош ении не долж на выходить за пределы, огранич енныеэ тими кривыми. В нач але вегетационного периода определяю т реаль ные запасы влаги и откладываю т их на граф ике. Е сли они находятся в пределах, огранич енных кривыми Н В и В РК , то следу ю щ им э тапомявляется расч ет времени первого полива, который насту пит при пересеч ении э тих ф актич еских (реаль ных) запасов с кривой ниж него предела влаж ности (В РК ). Падение влаги до ниж него предела определяю т по у равнению водного баланса, приходными стать ями которого бу ду т атмосф ерные осадки и приростзапасоввлаги засч ету велич ения активного слоя поч вы в данну ю декаду , а расходными – су ммарное водопотребление. В момент достиж ения влагой ниж них границ оптиму ма (В РК ) назнач аю т полив для восполнения влаги в расч етном слое поч вы до верхнего оптималь ного предела (Н В ). Н а граф ике э та велич ина находится пу тем восстановления перпендику ляра от пересеч ения кривой ф актич еских запасов влаги с кривой В РК до верхней кривой Н В . О дновременно на линии абсцисс находяти день полива, соответству ю щ ий точ кепересеч ения кривых. О ч евидно, ч то в последу ю щ ем влаж ность бу дет опять падать и в какой-то момент времени достигнет велич ины минималь но досту пного

30

запаса. Знач ит, для э того момента надо опять проектировать полив – э товремя второгополиваи т.д. Н аиболь ш ий э ф ф ект от орош ения достигается, когда сроки полива согласу ю тся с критич ескими ф азами развития растений. Д ля боль ш ей наглядности проведем граф ич еское построение и определениенорми сроков поливов при выращ ивании просанач ерноземе обыкновенном тяж елосу глинистом, основные водно-ф изич еские характеристики которого приведены в задании 1. Следу ет иметь в виду , ч то при расч ете поливных норм нам ну ж ны показатели не отдель ных слоев, а именно мощ ности активного слоя поч вы, т.е. у средненные показатели. И сходя из э того, э ти показатели бу ду тследу ю щ ими: Слой 0-20 см Н В =29,9 %; Е ПВ =25,2 %; dv=1,21 г/см3 (т/м3) Слой 0-30 см Н В =28,9 %; Е ПВ =23,3 %; dv=1,22 г/см3 Слой 0-40 см Н В =27,7 %; Е ПВ =22,3 %; dv=1,25 г/см3 Слой 0-50 см Н В =26,3 %; Е ПВ =21,6 %; dv=1,27 г/см3 Д ля каж дого из слоев необходимо рассч итать ниж ний допу стимый предел содерж ания влаги в поч ве (В РК ). По опытным данным э та велич ина составляет 65-80 % от Н В , но даж е у одной ку ль ту ры, но в разные ф азы ее развития она бу дет неодинаковой, ч то видно из таблицы 2.2. Д ля проса она колеблется в пределах 70-75 % (в среднемдля всех ф аз 70 %). Рассч итаемВ РК для каж догоиз выш еприведенных слоев: В РК 0-20=Н В ·70/100=29,9%.70/100=20.9%. В РК 0-30=28,9.70 /100=20,2% В РК 0-40 =27,7 .70/100=19,4% В РК 0-50=26,3.70/100=18,4% Н аосновании имею щ ихся данных рассч итаемзапасы влаги, соответству ю щ иеверхнему (Н В ) и ниж нему пределамоптималь ной влаж ности для отдель ных декад вегетационногопериодас определенной мощ ность ю активного слоя (табл.2.2).. ). В рассматриваемомпримере практич ески все ф азы развития просаимею тдекадный срок развития Полу ч енные данные исполь зу ем для построения граф ика, на оси ординаткоторого отлож ены запасы влаги в поч ве в м3/гас ш агом250 м3 в интервале от 0 до2500 м3, а на оси абсцисс – подекадные периоды вегетации (рис. 2). Полу ч енные в системе координат точ ки соединяю тся меж ду собой (отдель но для у ровня Н В и В РК ).При поливеконкретной ку ль ту ры – проса (или лю бой дру гой) влаж ность недолж навыходить запределы кривых. Д алее рассч итаем запасы влаги на нач ало вегетационного периода (ф аза всходов проса) для слоя 0-20 см (пахотный слой для зерновых) исходя опять ж е из данных, приведенных в первом задании. Д ля 20 – сантиметровогослоя естественная полевая влаж ность равняется 25,2%, аеезапасы составляю т610 м3/га.. WЕ ПВ =25,2.1,21.20 .10 .10 = 610 м3/ га 100

31

Т аблица2.2. Расч етныезапасы влаги для Н В и В РК поф азамразвития растений. М ощ Н В – верхний оптималь ный ность предел 3 . 0-20 Wм /га=29,9 1,21.20.10. 10/100= =72,35мм=723,5 м3 0-30 Wм3/га=28,9.1,22.30.10.10/100= =1057,7 м3 0-40 Wм3/га=27,7.1,25.40.10.10/100= =1385 м3 0-50 Wм3/га=26,3.1,27.50.10.10/100= =1670 м3 0-60 Wм3/га=26,3.1,27.60.10.10/100= =2004 м3 0-70 Wм3/га=26,3.1,27.70.10.10/100= =2338 м3

В РК – ниж ний допу стимый предел 3 . Wм /га=20,9 1,21.20.10./100.= =505,8 м3 Wм3/га=20,2.1,22.30.10.10/100= =739,3 м3 Wм3/га=19,4.1,25.40.10.10/100= =970 м3 Wм3/га=18,4.1,27.50.10.10/100= =1168 м3 Wм3/га=18,4.1,27.60.10.10/100= =1402,1 м3 Wм3/га=18,4.1,27.70.10.10/100= =1635,8 м3

Рис 2. Граф ик определения нормы и сроковполивапроса

32

При поливе конкретной ку ль ту ры – проса (или лю бой дру гой) - влаж ность недолж навыходить запределы э тих кривых О ткладываем э ту велич ину (WЕ ПВ ) на граф ике. О ч евидно, ч то э ти запасы бу ду т у мень ш ать ся за сч ет транспирации и испарения и достигну т ниж негопределаоптиму ма. Э томож етнасту пить , например, ч ерез 10 дней (к концу треть ей декады мая), и тогданеобходимо провести полив нормой в218 м3/га. (723,5 м3 – 505,8 м3). Через декаду запасы влаги опять у мень ш аю тся до ниж него предела, и вновь требу ется полив, но у ж е нормой 318 м3/га, посколь ку мощ ность активного слоя у велич ивается до 0,3 м. Сам полив совпадает с ф азой ку щ ения и т.д. Т аким образом, на граф ике полу ч ается кривая изменения ф актич еских запасов влаги, у мень ш ение которых восполняю т поливной нормой, рассч итанной по граф ику как разность меж ду верхним (Н В ) и ниж ним(В РК ) допу стимымпределомвлаги. 2.3. Л аборат орн ая работ а п о расчет у п оливн ой н орм ы Т ак ж е как и в первом задании, сту дентам предлагается самостоятель ная работапоиндивиду аль нымкарточ кам. Схемазадания попрактич еской работеприводится ниж е. Задание. Рассч итать сроки и нормы полива граф оаналитич еским методомА .Н . К остякова. 1. Поч ва 2. Сель скохозяйтвенная ку ль ту ра 3. М ощ ность активного слоя втеч ениевегетации, м(поданнымтаблицы 2.1). 4. В ерхний предел оптималь ной влаж ности (Н В ) подекадам, %. 5.Н иж ний предел допу стимой влаги, % (% от В РК от Н В ) (по даннымтаблицы 2.1) 6. Плотность поч вы для отдель ных слоевпоч вы, г/см3 (т/м3) 7. В еличина естественной полевой влаж ности в нач але вегетации (Е ПВ ), %. Р еш ен иезадачи Рассчитать ниж ний допу стимый предел содерж ания влаги (В РК ) в % от Н В с у ч етом ф азы развития сель скохозяйственной ку ль ту ры (по даннымтаблицы 2.1). В РК = Н В . Х / 100 О пределить мощ ность активного слоя поч вы с у ч етом ф азы развития сель скохозяйственной ку ль ту ры (поданнымтаблицы 2.1). Провести граф ич еское построение и определение норм и сроков поливавследу ю щ ей последователь ности: 3.1. Построить оси координат. Н а оси ординат отлож ить запасы влаги в поч ве в м3/га, на оси абсцисс – декады месяцев вегетации и наметить основныеф азы (особеннокритич еские) развития растений. 3.2 .Провести расч ет запасов влаги при разных у ровнях ее содерж ания (Н В и В РК ), нач иная с первой ф азы развития для пахотного слоя 0-20 (30) см. 3.3. Полу ч енныевсистемекоординатточ ки соединить меж ду собой (отдель нодля у ровня Н В и В РК ).

33

3.4. По велич ине содерж ания естественной влаж ности в поч ве в нач але вегетации рассч итать запасы естественной влаж ности для пахотного(расч етного) слоя поч вы и найти э ту точ ку всистемекоординат. 3.5. Построить криву ю изменения ф актич еских запасов влаги в активномслоепоч вы. 4. Рассч итать поливну ю норму (m, м3/га) для лю бой ф азы развития растений и сравнить ее с нормой, полу ч енной граф оаналитич еским способом. К он т рольн ыевоп росы п о т ем е 1. Н азовите географ ич еские зоны РФ , в которых проводится орош ениесель скохозяйственных ку ль ту р. 2. Н азовитевиды поливови охарактеризу йтеих. 3. Чтопонимаю тпод поливной нормой? 4. Чтопонимаю тпод ороситель ной нормой? 5. Приведитеф орму лу расч етаполивной нормы и охарактеризу йте составляю щ иееевелич ины. 6. Чтопонимаю тпод глу биной активногослоя поч вы? 7. Что понимаю т под ф азами развития растений и как с ними связанаглу бинаактивногослоя поч вы и нормы полива? Что понимаю тпод критическими ф азами развития растений? 8. Переч ислите необходимые показатели для проектирования реж имаорош ения. Чтопонимаю тпод реж имоморош ения? 9. Н азовите методы контроля за состоянием влаги в поч ве и охарактеризу йтекраткоих. 10. Что леж ит в основе граф оаналитич еского метода А .Н . К остякова? 11. О бъ яснитеграф ич ескоепостроениеи определениенормполива. Р аздел III. ЗА С О ЛЕ ННЫ Е П О Ч В Ы . У С Т А НО В ЛЕ НИ Е С Т Е П Е НИ И Х И М И ЗМ А ЗА С О ЛЕ НИ Я, О БС У Ж Д Е НИ Е И О Ц Е НК А Р Е ЗУ ЛЬТ А Т О В А НА ЛИ ЗА В О Д НО Й В Ы Т ЯЖ К И 3.1. О бщ иесведен ия В поч венном покрове многих стран мира знач итель ное место занимаю тзасоленныепоч вы, под которыми понимаю тпоч вы, содерж ащ ие в своем проф иле легкорастворимые соли в колич ествах, токсич ных для растений - негалоф итов. К засоленным поч вам относят солонч аки, солонч аковые и солончаковатыепоч вы, имею щ ие строение проф иля типа А sa - ACsa -Gsa. или Asa – Gsa. При э томк солонч акамотносят поч вы, содерж ащ ие в слое 0-30 см более 0.6 % соды или более 1.0 % хлоридов или более 2 % су ль ф атов, а к солонч аковым – поч вы с тем ж е колич еством солей, но залегаю щ их глу бж е. Е сли ж е в лю бой ч асти проф иля содерж атся соли в мень ш их колич ествах, тоих относятк солончаковатым.

34

При классиф икации засоленных поч в по степени и химизму засоления важ ное знач ение имеет у становление порога токсич ности для среднесолестойких ку ль ту р, под которым понимаю т предель ное колич ество солей в поч ве, выш е которого нач инается у гнетение роста и развития растений. Н аиболь ш ей токсич ность ю среди анионов обладает СО 3--, порог токсич ности, у которого проявляется у ж е при 0.001 % (0.03 ммоль /100г поч вы), у аниона Cl- он составляет 0.01 % (0.3 ммоль /100г. поч вы), у Н СО 3- - 0.06 % (1.0 ммоль /100г. поч вы ) и у SO4-- - 0.08 % (1.7 ммоль /100г. поч вы). К засоленным поч вам относят такж е солонцы, имею щ ие солевые горизонты, но располагаю щ иеся в подсолонцеватом горизонте на определенной глу бине. К роме того, в э ту гру ппу засоленных поч в относят ещ е такыры – своеобразные глинистые засоленные поч вы пу стынь . В мелиоративном отнош ении практич еское знач ение имею т солонч аки, солонч аковые, солонч аковатыепоч вы, солонцы и солонцеватыепоч вы. О сновными зонами распространения поч в являю тся зоны пу стыни и полу пу стыни, но они встреч аю тся и в зоне су хих степей, степной, лесостепной и таеж но-лесной зоне. По подсч етам Е .В . Лобовой, А .В Х абарова их площ адь в мире составляет более 240 млн. га. И з них солонч аки занимаю т 69,8 млн. га, а солонцы – 77,7 млн. га. О сталь ну ю площ адь составляю т комплексы солонцов с окру ж аю щ ими поч вами и такыры. Н а территории бывш его СССР площ адь засоленных поч в, т.е. солонч аков, солонцов и поч в солонцовых комплексов составляла около 120 млн. га(50 % отмировой). И з них солонч аки занимаю токоло17,3 млн. га, а солонцы – 35 млн. га. Последние в комплексе с окру ж аю щ ими поч вами занимаю токоло 70 млн. га. В России засоленныепоч вы занимаю т около 33 млн га. И з них солонч аки занимаю т 1,45 млн. га, солоди – 1,96 млн. га, солонцы 10,4 млн. га. Солонцеватыеи солонч аковатыепоч вы – 8,8 млн. гаи комплексы засоленных поч вс зональ ными поч вами 9.6 млн. га Засоленные поч вы, в виде отдель ных пятен, встреч аю тся и среди ч ерноземов Ц ЧО , где их площ адь составляет около 601,2 тыс. га, из них 146,2 тыс. га ч истые солонцы и 455 тыс. га ч ерноземы осолоделые и солонцеватые. Н а долю В оронеж ской области приходится около 300 тыс. га. О собенности залегания э тих поч в в виде пятен или отдель ных массивов среди плодородных поч в дру гого генезиса приводит к у ху дш ению сель скохозяйственного либо лесохозяйственного исполь зования последних. Поэ тому необходимо проведение ряда мелиоративных мероприятий на э тих комплексных поч вах с цель ю повыш ения их плодородия. Н есмотря наотдель ныедостиж ения вмелиорации поч в, втомч исле и засоленных, их площ адь неу мень ш ается, аимеет, наоборот, тенденцию к у велич ению , особенно в районах орош аемого земледелия. В резу ль тате

35

неправиль ного орош ения либо игнорирования специф ич ности поч вообразователь ного процесса в засу ш ливых у словиях с близким залеганием минерализованных гру нтовых вод или засоленных подстилаю щ их пород при составлении мелиоративных проектов возникаю твторич нозасоленные поч вы. В се э то предопределяет необходимость определения солевого составаи реж имапоч вкак наэ тапеизыскатель ских и проектных работ, так и впроцессеих мелиоративного освоения и э ксплу атации Влия н иезасолен ия н а п лодородиеп очви ку льт у рн у ю раст ит ельн ост ь Легкорастворимые соли, прису тству ю щ ие постоянно в засоленных поч вах, сниж аю т их плодородие. Соли повыш аю т осмотич еское давление поч венного раствора, ч то ослабляет посту пление воды в растения. В озникаетявление ф изиологич еской су хости. При пониж енной влаж ности водоу держ иваю щ ая сила силь нозасоленной поч вы поч ти в 4 раза боль ш е, ч емслабозасоленной. Н ару ш ениеводного питания растений сопровож дается у ху дш ением минераль ного питания. При высокой концентрации раствора ч асть питатель ных соединений находится в недиссоциированном состоянии и недосту пна растениям. Посту паю щ ие в растения ионы хлора, натрия и магния разру ш аю т крахмал листь ев и у мень ш аю т интенсивность ф отосинтеза. В се э то замедляет рост, сниж ает у рож айность , у ху дш ает кач ествопроду кции. В редное влияние солей на велич ину и кач ество у рож ая нач инает сказывать ся при колич естве солей около 0,1 %, но иногда растения выдерж иваю т и боль ш у ю концентрацию (0,5-1,5 %) – все зависит от биологич еских особенностей их и от кач ественного состава солей. Н апример, у хлопч атника сниж ение у рож айности наблю дается при общ ем содерж ании солей в поч ве около 0,2-0,3% от массы, при засолении 0,7-0,8 % у рож ай сниж ается вдвое, а при велич инах 1,4-1,5 % растения хлопч атника гибну т (М арков, 1981). И менно на основании опытных данных по отнош ению различ ных растений к содерж анию солей в поч ве (либо отдель ных ионов), в мелиорации разрабатываю тся различ ные придерж ки, гру ппировки и классиф икации, например постепени засоления и типу химизма (т.е. кач ественному составу солей). Э то подразделение основано нау стойч ивости к засолению среднесолеу стойч ивых ку ль ту р при допу стимом пороге токсич ности отдель ных анионов, ч то отмеч алось выш е. В се сель скохозяйственные, плодовые ку ль ту ры, древесные породы характеризу ю тся различ ной солеу стойч ивость ю . При э том толь ко следу ет иметь в виду , ч то лю бая классиф икация по солеу стойч ивости у словна и долж на у точ нять ся в каж домрегионе. Разные авторы иногда относят одну и ту ж еку ль ту ру к разнымгру ппам, чтомож етбыть связанои с сортовыми

36

особенностями конкретной ку ль ту ры и с различ ными ф азами развития вмоментисследований. Н а основании обобщ ения отдель ных литерату рных источ ников приведемгру ппировку отдель ных ку ль ту р посолеу стойч ивости (табл. 3.1). В засоленных поч вах мож ет прису тствовать одно и то ж е колич ество солей, но, в зависимости от состава э тих солей, поч вы могу т обладать разной степень ю засоленности. Э то обу словлено неравноценной токсич но сть ю для растений различ ных (легкорастворимых) солей. Постепени растворимости вводепростыесоли разделяю тся налегко-, средне- и малорастворимые. Т аблица3.1. Гру ппировкарастений посолеу стойч ивости. Растения – Н аиболее Среднесолеу сто Н аименее галоф иты солеу стойч ивые йч ивые(средняя солеу стойч ивы (хорош ая солевыносливос е(плохая солевыносливость )** ть )** солевыносливо сть )** 1 2 3 4 Плодовыеи древесныепороды. Гру ш а* М аслина Т амариксы Гранат* М индаль Гранат* Селитрянк Ф иниковая паль ма А брикос В иноград Саксау л и А пель син И нж ир Т ополь ч ерный Солянки Лимон Ш елковица Лох у зколистный (солерос, Персик сарсазан и В яз перисто-ветвистый Гру ш алесная* Слива Смородиназолотистая А кация белая др.) О рех грецкий Гледич ия Ж имолость татарская Ш иповник Т у я восточ ная К лен полевой и Я блоня Лиственница татарский Березы белая, сибирская повислая, Т ополь пирамидаль ны пу ш истая. й Бересклет бородавч атый Полевыесель скохозяйственныеку ль ту ры и кормовыеку ль ту ры Х лопч атник* (отд. Х лопч атник* К у ку ру за сорта) Сорго* Горох Пш еница мягкая Т ыква* О гу рцы (яровые и озимые Пш еницаяровая К апу ста ф ормы) Я ч мень К артоф ель Сахарная свекла Рож ь Баклаж ан

37

Столовая свекла Сорго* Рапс Т ыква* Пырей западный В олоснец канадский

О вес В ика Просо Бобы Подсолнеч ник К левер (разные Рис виды) Лен Лисохвост Т оматы лу говой. М орковь Лу к Перец Лю церна Д онник Ж итняк Су данская трава Райграс многолетний Лядвенец рогатый Е ж асборная О всяница высокая А страгал Примеч ание: * разные авторы относят к различ ным гру ппам по солеу стойч ивости; ** - гру ппировкапредлож енаРич ардсом В .А .К овда располагает легкорастворимые соли по степени их вредности в такомпорядке: Na2CO3› NaHCO3› NaCl› CаСl2 ›Na2SO4› MgCl2› MgSO4. Средне- и тру днорастворимые соли (гипс, карбонаты каль ция и магния) переходят в водну ю вытяж ку толь ко ч астич но, ч то обу словлено составом и концентрацией образу ю щ егося (после растворения легкорастворимых солей) солевого(ау ж еневодного) раствора. Представление о содерж ании в поч ве водорастворимых солей дает анализ водной вытяж ки. 3.3.

О п ределен иесост ава солей, ст еп ен и и т ип а засолен ия п очв п о дан н ым ан ализа водн ой выт я ж ки

В одная вытяж ка является основным методом исследования засоленных поч в, позволяю щ им у становить степень и характер их засоления. В водной вытяж ке обыч но определяю т плотный (су хой) и прокаленный остаток, щ елоч ность нормаль ных карбонатов (СО 3--) и бикарбонатов (Н СО 3-), хлор-ион (Cl-), су ль ф ат-ион (SO4--), ионы каль ция (Са++), магния (Mg++), натрия (Na+) и калия (К +), т.е. поч ти весь состав легкорастворимых солей. М етодич еские подходы и ход определения

38

отдель ных ионов (и показателей) являю тся общ еизвестными и описаны во многих пособиях по химич ескому анализу поч в. В соответствии с у ч ебнымпланомэ тотвид аналитических работпроводится одновременно с проведениемпрактич еских занятий по мелиорации поч в , ч то у добновпланеисклю ч ения параллелизмавработе. Резу ль таты анализа водной вытяж ки позволяю т у становить , вопервых, велич ину общ его содерж ания легкорастворимых солей впоч ве, их кач ественный и колич ественный состав, во-вторых, выяснить , прису тству ю тли среди солей токсич ныесоли и в какой концентрации, в – треть их, у становить степень засоления и химизм(тип) засоления. О бщ ее представление о степени засоления поч вы мож но полу ч ить по велич ине плотного (су хого) остатка, сравнивая ее с су щ еству ю щ ей гру ппировкой поч в(табл. 3.2). Т аблица3.2. Гру ппировкапоч впостепени засоления Степень засоления Н езасоленные Слабозасоленные Среднезасоленные Силь нозасоленные О ч ень силь нозасоленные

В елич инаплотного(су хого) остатка, % <0.3 0.3-0.5 0.5-1.0 1.0-2.0 > 2.0

О днако следу етиметь в виду , что в плотный остаток могу твходить нетоль ко водорастворимыесоли, но и механич ескиепримеси (коллоидные ч астицы). При э том сами водорастворимые соли могу т быть токсич ными или нетоксич ными для растений. Поэ тому крайневаж ными необходимым у словием изу ч ения засоленных поч в является определение кач ественного и колич ественного содерж ания ионов в водной вытяж ке и возмож ные варианты их связи втоксич ныеили нетоксич ныесоли. О пределив колич ественное содерж ание ионов в ммолях /100г., а затем, пересч итав их в проценты (см. 3.4), мож но на основании э тих данных сделать определенные выводы о химизме засоления, степени засоления по велич ине у ж е какого-то одного преобладаю щ его иона, о характерепроцессазасоления поч ви егонаправленности и т.д. Д ля практич еских мелиоративных целей важ ное знач ение имеет у становление химизма (типа) засоления. Е го определяю т либо по преобладанию какого-то иона в водной вытяж ке, либо по определенному соотнош ению их. К ач ественная характеристика типа засоления в перву ю оч ередь дается посоотнош ению анионов ( Cl- ; SO4--; HCO3-) и ввидедополнения SO4- -Cl- Cl-+SO4 ещ епосоотнош ению катионов( табл.3.3)

39 +

+

Na +K Ca+++Mg++ ;

++

++

Ca +Mg ; Na++K+

Mg++ Сa++

В смеш анных типах засоления преобладаю щ ий ион находится на последнем месте. О быч но в наименование типа засоления вклю ч аю т те анионы, колич ество которых боль ш е 20 % от их общ ей су ммы в ммолях. И склю ч ение составляет ион СО 3--, который вклю ч ается в название, даж е если его содерж ание менее 20 %, но более 0.03 ммолей/100 г поч вы с добавлениемк названию « с у ч астиемсоды» . Т о ж е следу ет делать в отнош ении ионов HCО 3- , если колич ество их вводной вытяж кепревыш ает1,4 ммолей на100 г поч вы, аН СО 3боль ш е Са+М g (в ммолях). Е сли повыш енное содерж ание Н СО 3обу словлено М g (Н СО 3)2 тип засоления определяется как гидрокарбонатный. При у становлении типа засоления в различ ных горизонтах поч в , определяю щ ее название для поч венного проф иля дается по горизонту максималь ногосоленакопления. Т аблица3.3. Т ипы засоления поч в. Поанионам, ммоль Покатионам, ммоль -— Т ип Cl SO4 HCO3 Т ип Na++K+ Ca+++Mg+ Mg++ засолен SO4Cl- Cl-+SO4-- засолен Ca+++Mg+ Na++K+ Ca++ + ия ия <0,5 >2 Н атриев <0,5 Х лорид >2 ый ный >1 0,5-0,1 1-2 М агниев 0,5Су ль ф а 2-1 о1,0 тнонатриев хлорид ый ный <1 0,5-1,0 1-2 К аль цие Х лорид 1-0,2 1,0во5,0 нонатриев су ль ф а ый тный >1 >1 <1 К аль цие Су ль ф а <0,2 >5,0 вотный магниев ый 1 К арбон <0,2 >5,0 <1 >1 М агниев <1 атноосу ль ф а каль цие тный вый 2 Су ль ф а тно<2 магниев содовы ый й

40

В зависимости от типа (химизма) засоления гру ппировка поч в по степени засоления как по общ ему содерж анию солей, определяемых по плотному остатку , так и по преобладаю щ имионам(как правило, анионам), бу детиметь разныеч исловыепридерж ки (табл. 3.4.)

Т аблица3.4. Гру ппировкапоч впостепени засоления при разномхимизме засоления. Степень Х лоридный и Су ль ф атный и Содовый и смеш анного засолен су ль ф атнохлориднотипа ия хлоридный су ль ф атный SO4-- Плот Cl- SO4 HCO3Плот ClПлот Cl -* ный ный ный остат остат остат ок ок ок Содерж аниесолей в% отвесасу хой поч вы. Н езасол <0,3 <0,01 <0,3 <0,01 <0,1 <0,1 0,01 0,02 <0,06 енные 0,1- 0,1- 0,01 0,05 0,10,01 Слабоза 0,3- 0,01- 0,30,3 0,4 1,0 0,05 0,2 соленны 0,5 -0,1 е 0,4- 0,3- 0,01 0,2 0,05 0,2Среднез 0,5- 0,05- 1,00,5 0,6 2,0 0,10 0,3 асоленн 1,0 ые 0,6- 0,5- 0,02 0,2 0,10 2,00,10,3Силь ноз 1,00,8 0,7 3,0 0,2 0,4 асоленн 2,0 ые О ч ень силь ноз >0,8 >0,7 0,02 0,2 >0,4 асоленн >2,0 >0,2 >3,0 ые Примеч ание: ион HCO3- при хлоридном, су ль ф атно-хлоридном, хлоридно-су ль ф атноми су ль ф атномтипезасоления не принимается вовниманиеи неимеетпридерж ек; ион SO4— неимеетпридерж ек при хлоридноми су ль ф атно-хлоридном типезасоления.

41

Д анные таблицы 3.4. свидетель ству ю т о том, ч то ч ем агрессивнееион (токсич нее), теммень ш епорог у стойч ивости для растений и наоборот. Д ля растений наиболеевреден содовый тип засоления, за ним следу етхлоридный и су ль ф атно-хлоридный. О тноситель но менеевредным является су ль ф атный и хлоридно-су ль ф атный тип засоления. В поч венных растворах засоленных поч в ч асто прису тству ю т анионы различ ной степени токсич ности и в неодинаковых колич ествах. В практич еских целях бываетваж но характеризовать засоление по действию не одного, а всех токсич ных ионов, имею щ ихся в поч ве, т.е. по их « су ммарному э ф ф екту » , который выраж аю твммолях хлора. При э том, действие1 ммоля Cl- приравниваю тпо токсич ности к 0.1 ммолю СО 3--, или 2.5-3.0 ммолей Н СО 3-, или 5-6 ммолей SO4--, т.е. 1Сl- = 0.1 CO3-- = 2.5-3.0 HCO3- = 5-6 SO4-Н аосновании такогоэ квивалентногосоотнош ения токсич ных ионов, гру ппировкапоч впостепени засоления бу детиметь несколь ко иныепридерж ки (табл. 3.5). Т аблица3.5. К лассиф икация поч впостепени засоления по“су ммарному э ф ф екту ” токсич ных ионов, вммолях ионаClСтепень засоления Н езасоленные Слабозасоленные Среднезасоленные Силь нозасоленные О ч ень силь нозасоленные

« Су ммарный э ф ф ект» токсич ных ионов (СО 3--, Н СО 3-, Сl-, SO4--), ммоль <0.3 0.3-1.0 (1.5) 1.0 (1.5) – 3.0 (3.5) 3.0 (3.5) – 7.0 (7.5) >7.0 (7.5)

У казанныевскобках циф ры (болеевысокиепридерж ки) исполь зу ю тпри слож ных (смеш анных) типах засоления, особенно при налич ии гипсавпоч вах. Посколь ку практически вовсех засоленных поч вах прису тству ю тионы Cl- и SO4--, топоих соотнош ению у станавливаю тнетоль ко тип засоления, нои направленность процессовсоленакопления и засоления поч в. Э тооснованонатом, ч тоионы Cl- болееподвиж ны, егосоединения болеерастворимы, ч емсу ль ф аты и при движ ении поч венных растворов ион Cl- опереж аетион SO4--. Т ак, если вверхних горизонтах засоленных поч вотмеч ается преобладаю щ еенакоплениехлоридов, тоэ то свидетель ству етонач аль ной стадии засоления, аесли вних боль ш е су ль ф атов(хлориды, как болееподвиж ные, вымылись , например, в ниж ележ ащ иегоризонты), тоэ тоговориторассолении или о перемеж аю щ емся засолении. О пределив в водной вытяж ке ионный состав засоленных поч в, следу ет иметь полное представление о колич ественном и кач ественном составе солей, посколь ку токсич ность отдель ных анионов нейтрализу ется

42

связыванием их с катионами в нетоксич ные соли, которые обладаю тч асто и слабой степень ю диссоциации (например, СаСО 3, CaSO4 и т.д.). Поэ тому общ ая су ммасолей, определенная по плотному остатку , не всегда свидетель ству ет об их неблагоприятных концентрациях. В лияние отдель ных солей на раститель ность обу словлено именно токсич ность ю или нетоксич ность ю отдель ных, образу ю щ их э ти соли, ионов. Т ак, ионы хлора, натрия, магния, относятся к ряду токсич ных, образу ю щ их и токсич ные соли. И оны бикарбонатов, карбонатов и су ль ф атов сами по себе токсич ны, но при соединении с катионами они в одном слу чае образу ю т токсич ные соли натрия и магния, в дру гом – нетоксич ныесоли каль ция. И сходя из выш еизлож енного, определив ионы засоленных поч в, необходимо провести связывание их в соответству ю щ ие, так называемые гипотетич еские (предполож итель ные) соли и определить , какие из них токсич ные, какие нетоксич ные. Э тот подход основан на известной закономерности связывания ионов в соли, нач иная с менее растворимых к болеерастворимым. В перву ю оч ередь связываю тся катионы и анионы с образованием карбонатов и бикарбонатов в э квивалентных отнош ениях в такой последователь ности: I. Na2CO3 → MgCO3 → Ca(HCO3)2 → NaHCO3 → Mg(HCO3)2 В э том ряду солей отсу тству ет карбонат каль ция (СаСО 3), посколь ку произведение его растворимости составляет нич тож но малу ю велич ину (4.8·10-9), даж епосравнению с MgCO3 (1.0·10-5). После того как все катионы и анионы, образу ю щ ие карбонаты и бикарбонаты, бу ду т связаны, нач инаю т объ единять ся катионы и анионы с образованиемсу ль ф атных солей: II. CaSO4 → Na2SO4 → MgSO4 В последню ю оч ередь связываю тся катионы и анионы хлоридов: III. NaCl → MgCl2 → CaCl2 В выш е приведенных рядах солей токсич ными солями являю тся: Na2CO3, MgCO3, NaHCO3, Mg(HCO3)2, Na2SO4, NaCl, MgCl2, CaCl2, а нетоксич ными – Ca(HCO3)2, CaSO4. Пересч итав ммоли солей в проценты и соотнеся их с су ммой солей вплотномостатке, определяю тотноситель ный процент токсич ных солей в общ ей су мме солей, ч то является важ ным э кологич ескимпоказателемзасоленных поч в. 3.4. Л аборат орн ая работ а п о разбореи обсу ж ден ию резу льт ат ов хим ического сост ава водн ой выт я ж ки Проведем разбор и обсу ж дение резу ль татов анализа водной вытяж ки солонч ака типич ного мощ ного тяж елосу глинистого. Резу ль таты анализапредставлены втаблице3.6.

43

По данным плотного остатка поч ва оч ень силь нозасолена в верхнем 5-сантиметровом слое (солонч ак), в средней ч асти проф иля – силь нозасоленаи вниж ней – среднезасолена. Подобное распределение солей позволяет сделать предполож ение, ч то э та поч ва находится на стадии прогрессивного засоления и соответству етсвоему названию , т.е. солончак типич ный мощ ный. Н а основании расч ета отнош ения ионов CI- / SO4-- или SO--4/Cl-, преобладаю щ их в составе водной вытяж ки, мож но заклю ч ить , что тип засоления почвы хлоридно-су ль ф атный ( слой 0-5 см Cl- /SO--4 = 8,2:23,8 =0,35; слой 5-15 см Cl-/SO--4 = 6,3: 15,3=0,41; слой 30-35 смCl-/SO--4 = 7,6: 8,6 = 0,88) для верхней, примерно полу метровой толщ и и су ль ф атнохлоридный (Cl -/ SO--4 =4,7:3,7= 1,27) вниж ерасполож енномслое(гл. 65-75 см). Т аблица3.6 Резу ль таты анализаводной вытяж ки (ч ислитель – ммоли, знаменатель - %) А нионы К атионы

Глу бина Плотн взятия ый образца, остаток СО 3-см ,% 2.6 0-5 2.3 0.078 1.8 5-15 1.7 0.054 2.2 30-35 1.3 0.066 2.0 65-75 0.8 0.06

Н СО

3

2.9 0.176 2.9 0.176 4.1 0.250 3.4 0.207

Cl-

SO4--

Са++

Mg++

Na+

6.2 0.280 6.3 0.220 7.6 0.266 4.7 0.164

23.3 1.118 15.3 0.734 8.6 0.412 3.7 0.177

0.6 0.012 0.9 0.018 0.6 0.012 0.3 0.06

0.2 0.0024 0.2 0.0024 0.2 0.0024 0.2 0.0024

33.7 0.775 23.5 0.540 19.4 0.445 11.2 0.257

Примеч ание: пересч ет ммолей ионов в проценты производится пу тем у множ ения ммолей каж дого иона на его миллиграммовое или граммовое знач ение. Д ля СО 3-- э то 0.03; Н СО 3- - 0.061; Cl- - 0.0355; SO4-- - 0.048; Ca++ 0.02; Mg++ - 0.012; Na+ - 0.023; K+ - 0.039. К роме того, э та поч ва имеет и натриевый тип засоления, если у ч итывать соотнош ениекатионов(Na+ + K+ > Ca++ + Mg++ в20-30 раз). Т еперь проведемсвязываниеионов в гипотетич ескиесоли. Самход связывания и расчет в ммоолях и процентах проведем на примере лиш ь слоя 0-5 см. Самыми токсич ными ионами, как известно, являю тся ионы СО 3--. О ни прису тству ю т в поч венном проф иле солонч ака и могу т быть обу словлены прису тствиемвосновномтоксич ных солей: Na2CO3 и MgCO3 (выш е мы отмеч али, ч то растворимость нетоксич ной соли СаСО 3 крайне

44

мала). Согласно выш еприведенной схеме, в перву ю оч ередь произойдет связывание анионов СО 3-- с катионами Na+ с образованиемсоды Na2CO3 в э квивалентных отнош ениях, т.е. 2.6 ммоли СО 3— связываю тся с 2.6. ммолями Na+с образованием5.2 ммолей Na2CO3 (0.138 % = 5.2 ·0.0265, где 0.0265 миллиграмовоезнач ениеNa2CO3). При э том ионы СО 3--связались полность ю , а несвязанного Na+ осталось ещ е31.1 ммолей (33.7-2.6). Посколь ку ионы СО 3--связались все, то из оставш ихся анионов, преж де всего, анионы Н СО 3- свяж у тся в э квивалентных отнош ениях с катионами Са++ с образованием бикарбоната каль ция (0.6 + 0.6 = 1.2 ммолей = 0.049 %). И оны Са++ связались полность ю , а несвязанное колич ество Н СО 3- = 2.3 ммолей (2.9-0.6) соединится с таким ж е колич еством натрия с образованием 4.6 ммолей (0.39 % = 4.6 · 0.084)NaHCO3. А нионы Н СО 3- такж е теперь связались полность ю , а катионовнатрия осталось ещ е28.8 ммолей. Е динственной соль ю среди су ль ф атных солей является предполож итель но Na2SO4. Э то следу ет из того, ч то гипс не мож ет образовать ся, посколь ку ион Са++ полность ю связался в бикарбонаты. И так, анион SO4--(23.3 ммоли) в полном объ еме связывается с таким ж е колич еством натрия с образованием 46.6 ммоли (1.65 %) Na2SO4. Посколь ку анион SO4--в э томряду полность ю связался, то, естественно, не мож етобразовать ся и су ль ф атмагния. Предпосылкой для образования хлорида натрия является то, ч то в вытяж ке ещ е реаль но находятся и составляю щ ие э ту соль ионы. Н есвязанного натрия осталось мень ш е, ч ем хлора, поэ тому 5.5 ммолей натрия соединятся с 5.5 ммолями хлора с образованием11.0 ммолей (0.65 % = 11 · 0.0585) NaCl. Н е исполь зованного хлора осталось ещ е 0.7 ммоля, но лиш ь 0.2 ммоля его соединяю тся с 0.2 ммолями Mg++ c образованием 0.4 ммолями (0.0095 %) MgCl2, а 0.5 ммолей остались невостребованными (неисполь зованными), т.е. в остатке, ч то вполневозмож но (но мож етбыть обу словлено и аналитич ескими погреш ностями анализа). Д ля боль ш ей наглядности все исходные и полу ченные резу ль таты лу ч ш е представить в виде сводных таблиц для каж дого горизонта. Д ля слоя 0-5 см данные расч етовпредставлены втаблице3.7. Т аблица3.7. Последователь ность связи ионоввгипотетич ескиесоли по резу ль татаманализаводной вытяж ки Резу ль таты анализаводной Гипотетич ескиесоли вытяж ки вслое0-5 см (последователь ность связи сверху вниз) Ф орму лы И оны М моль М моль % солей СО 3-2.6 Na2CO3 5.2 0.138 HCO3 0.6 Ca(HCO3)2 1.2 0.049 HCO 3 2.3 NaHCO3 4.6 0.39 SO4-23.3 Na2SO4 46.6 1.65

45 -

Cl

0.6

NaCl

11.0

0.65

Mg++ Na+

0.2 33.7

MgCl2

0.4

0.01

П рим ечан ие: для пересч ета ммолей солей в проценты приводим миллиграммовоезнач ениедля различ ных солей: Na2CO3 0.0265 CaSO4 0.034 NaCl 0.0585 MgCO3 0.021 Na2SO4 0.0355 MgCl2 0.0233 Ca(HCO3)2 0.0405 MgSO4 0.03 CaCl2 0.0278 NaHCO3 0.094 Mg(HCO3)2 0.036 О бразовавш иеся гипотетич еские соли гру ппиру ем в токсич ные и нетоксич ныесоли: Т оксич ные: Na2CO3, NaHCO3, Na2SO4, NaCl, MgCl2 Н етоксич ные: Ca(HCO3)2 О бщ ая су мма солей составляет 2.89 %. И з них токсич ные соли составляю т – 2,89 %, или 97,9% всего колич ества солей и лиш ь 1,7% нетоксич ныесоли.

46

Рис. 3.3 Солевой проф иль солонч ака типич ного мощ ного тяж елосу глинистого( порезу ль татаманализаводной вытяж ки) В связи с тем, ч то в э томгоризонтесода(Na2CO3) составляетболее 2 ммолей (а именно 5.2 ммоля), она долж на вклю ч ать ся в название типа засоления. Резу ль таты анализов водной вытяж ки осталь ных горизонтов рассч итываю тся аналогич но. Д ля наглядного изображ ения ионов по проф илю проводят граф ич еское изображ ение данных водной вытяж ки в ммолях по слоям (рис. 3.1). Самостоятель ная работа сту дентов заклю ч ается в полу ч ении индивиду аль ного задания с конкретными данными химич еского состава водной вытяж ки и последу ю щ ем их разборе и обсу ж дении по предлож енной выш есхемевтой последователь ности, в какой рассмотрено данноезадание. К онтроль ныевопросы позаданию 1. Что понимаю т под засоленными поч вами? К акие поч вы относят к засоленным? 2. К акая площ адь засоленных поч в в мире, СН Г, Ц ЧО , В оронеж ской области? 3. Чтопонимаю тпод порогомтоксич ности? 4. К ак влияю т легкорастворимые соли, прису тству ю щ ие в засоленных поч вах, на плодородие и у рож айность сель скохозяйственных ку ль ту р? 5. Приведитегру ппировку растений посолеу стойч ивости. 6. К ак разделяю тся по степени растворимости в воде простые соли? 7. Приведите ряд В .А . К овды по вредности легкорастворимых солей. 8. Расскаж ите принцип приготовления водной вытяж ки. К акие ионы определяю твней? 9. К акие выводы мож но сделать по резу ль татам анализа водной вытяж ки? 10. Приведитегру ппировку поч впостепени засоления. 11. Чтопонимаю тпод типомзасоления и как егоопределяю т? 12. Приведитенаиболеераспространенныетипы засоления. 13. Приведитегру ппировку поч впотипамзасоления. 14. Приведите гру ппировку поч в по степени засоления при разном химизмезасоления. 15. Что понимаю т под « су ммарным э ф ф ектом» токсич ных ионов? Приведитеклассиф икацию .

47

16. К акие ионы, определяемые в водной вытяж ке, относятся к ряду токсич ных? К аков принцип образования ими токсич ных и нетоксич ных солей? 17. Чтопонимаю тпод термином« гипотетич еские» соли? 18. К аковпринцип образования гипотетич еских солей? 19. Н азовите последователь ность образования гипотетич еских солей. Н аосновании своегозадания назовитетоксич ныеи нетоксич ныесоли. К ак рассч итывается проценттоксич ных солей? О бъ яснитепринцип граф ич ескогоизображ ения резу ль татовводной вытяж ки.