Водні властивості та водний режим грунтів План

Водні властивості та водний режим грунтів

План лекції 1. Стан і форми води в ґрунті 2. Водні властивості грунту 3. Доступність вологи грунту рослинам 4. Водний режим грунту 5. Типи водного режиму грунту 6. Регулювання водного режиму

1. Стан і форми води в ґрунті

1. Стан і форми води в ґрунті Хімічно зв’язана вода – Конституційна гідроксильна група ОН хімічних сполук – Fe(OH)3, Al(OH)3, Mn(OH)2; органічних та органо мінеральних сполук; глинистих мінералів. Кристалізаційна молекули води кристалогідратів, переважно солей: напівгідрату – Ca. SO 4·0, 5 H 2 O; гіпсу – Ca. SO 4·2 H 2 O; мірабіліту Na 2 SO 4·10 H 2 O та інші. Ця вода входить до складу твердої фази ґрунту, не переміщується й не має властивості розчиняти. Хімічно зв’язана вода рослинам недоступна. При її втраті (дегідратація, синерезис) проходить незворотна трансформація мінеральних, органічних і органо мінеральних сполук.

1. Стан і форми води в ґрунті Фізично-зв’язана вода n Міцнозв’язана вода (гігроскопічна). Ця вода поглинається ґрунтом в результаті сорбції ґрунтовими (переважно колоїдними) частинками водяних парів з повітря. Утримується на поверхні ґрунтових частинок дуже великим тиском, утворює тонесенькі плівки (1 3 шарів молекул). За фізичними властивостями гігроскопічна вода наближається до твердих тіл. Густина до 1, 5 1, 8 г/см 3. Нерухома, не замерзає, не розчиняє електроліти, відрізняється підвищеною в'язкістю і недоступна для рослин. n Пухкозв’язана вода (плівчаста). Товщина її досягає декількох десятків і навіть сотень діаметрів молекул води навколо грунтових часток. Сили утримання менші, тому може переміщуватися в рідкому стані від ґрунтових частинок з товстими водяними плівками до частинок, у яких вони тонші. Швидкість її руху декілька сантиметрів на рік.

1. Стан і форми води в ґрунті Вільна вода n Капілярна вода - утримується в ґрунтах у порах малого діаметра капілярах, капілярними (або менісковими) силами (поверхневий натяг, кривизна стінок пори). У ґрунтах капілярні сили починають проявлятися в порах з діаметром менше 8 мм, але особливо велика їх сила в порах з діаметром від 0, 1 до 0, 003 мм. Капілярна вода рідка, дуже рухлива, здатна рухатись вверх, розчиняє речовини, переміщує солі. Поділяється на: Капілярно-підвішена заповнює капілярні пори при зволоженні зверху (після дощу, поливу). Може рухатися у всіх напрямках. Капілярно-підперта утворюється в ґрунтах при піднятті води знизу від горизонту ґрунтових вод по капілярах на деяку висоту. Висота підняття від 0, 5 до 6 м. Зона над дзеркалом ґрунтових вод, насичена капілярно підпертою водою називається капілярною каймою. n Гравітаційна вода переміщується в ґрунті під дією гравітаційних сил вниз. Рідка, має високу розчинність, переносить солі, колоїди, тонкі суспензії. Присутність у ґрунті цієї форми води явище несприятливе, спостерігається тимчасове або постійне перезволоження, відновні процеси й оглеєння.

1. Стан і форми води в ґрунті Частинки ґрунту, вкриті водою: 1, 2 – гігроскопічною; 3, 4 – плівчастою; 5 – гравітаційною

2. Водні властивості грунту n Водоутримуюча здатність властивість ґрунту поглинати й утримувати воду в своєму профілі, протидіючи стіканню її під дією сили тяжіння. n Водопроникність ґрунту – це здатність ґрунту всмоктувати і пропускати через себе воду, яка надходить з поверхні. n n Водопідйомна здатність ґрунтів – це властивість ґрунтів викликати підняття вміщеної в них води за рахунок капілярних сил.

2. Водні властивості грунту Водоутримуюча здатність. Кількісно виражається вологоємністю (це здатність ґрунту поглинати й утримувати воду). Водні константи: максимальна гігроскопічність (МГ) максимальна кількість води, яку може поглинути ґрунт з пароподібного стану при відносній вологості повітря приблизно 95 100 %. максимальна адсорбційна вологоємність (МАВ) максимальну кількість міцнозв’язаної води, що утримується на поверхні ґрунтових частинок сорбційними силами. максимальна молекулярна вологоємність (ММВ) максимальна кількість пухкозв’язаної (плівкової) води, що утримується силами молекулярного притягання ґрунтових частинок. Відповідає вологості стійкого в'янення рослин (ВВ), показує недоступну вологу. капілярна вологоємність (КВ) максимальна кількість капілярно підпертої води, яка може утриму ватися в шарі ґрунту над дзеркалом ґрунтових вод найменша вологоємність (НВ) максимальна кількість капілярно підвішеної води, яка залишається в ґрунті після стікання надлишкової вільної води. Оптимум рослинам 70 100% НВ. повна вологоємність (ПВ) максимальна кількість гравітаційної води, яку може вмістити ґрунт при заповненні всіх пустот, крім пор із защемленим повітрям (5 8% загальної пористості)

2. Водні властивості грунту Водопроникність ґрунту 1. 2. Стадії: Поглинання, всмоктування води - вода заповнює пори і пустоти сухого ґрунту, переміщаючись від одного генетичного горизонту до іншого. Характеризується коефіцієнтом всмоктування. Фільтрація - вільна вода проходить крізь товщу насиченого вологого ґрунту. Характеризується коефіцієнтом фільтрації. Залежить від гранулометричного складу і хімічних властивостей, структурного стану, щільності, вологості й тривалості перезволоження. Ґрунти з високою водопроникністю, не здатні створювати добрі запаси вологи в кореневмісному шарі. Грунти з низькою водопроникністю – перезволожуючись, обумовлюють стікання води по поверхні ґрунту і розвиток ерозії або застій води на поверхні й вимокання посівів

2. Водні властивості грунту Водопідйомна здатність Залежить від: гранулометричного складу, структурного стану ґрунтів, пористості. Чим ґрунти важчі й менше оструктурені, тим більша потенційна висота підйому води. Боронування ґрунту спрямоване на збереження вологи в результаті розриву капілярів у верхньому шарі ґрунту і зниження випаровування води, що мітиться в грунті. Залежність водопідйомної здатності ґрунтів від гранулометричного складу Гранулометричний склад Водопідйомна здатність, м великий пісок 0, 5 середній пісок 0, 5 -0, 8 супісок 1, 0 -1, 5 пилуватий супісок 1, 5 -2, 0 суглинок середній 2, 5 -3, 0 суглинок важкий 3, 0 -3, 5 глина важка 4, 0 -6, 0 леси 4, 0 -5, 0

3. Доступність вологи грунту рослинам Форма води Доступність води рослинам Спосіб переміщення Продуктивна волога: від повної до найменшої вологоємності (ПВ-НВ) Гравітаційна та капілярногравітаційна Легкодоступна, однак надлишкова, зумовлює нестачу повітря, малопродуктивна Переміщається в глибину ґрунту в рідкому стані під дією сили тяжіння Продуктивна волога: від найменшої вологоємності до вологості розриву капілярів (НВ-ВРК) Капілярна Переміщається по капілярах і плівках Легкодоступна Продуктивна волога: від вологості розриву капілярів до вологості в’янення (ВРК-ВВ) Плівкова Переміщається по плівках навколо ґрунтових частинок Важкодоступна Непродуктивна волога: від вологості в’янення до максимальної адсорбційної вологоємності (ВВ-МАВ) Плівково-гігроскопічна Недоступна Переміщається у вигляді пару Непродуктивна волога: від максимальної адсорбційної вологоємності до хімічно-зв’язаної води (сухий ґрунт) Гігроскопічна і хімічнозв’язана Недоступна Переміщається у вигляді пару і нерухома

3. Доступність вологи ґрунту рослинам

4. Водний режим грунту Водний режим ґрунту – це сукупність явищ надходження води в ґрунт, її переміщення, збереження, змін фізичного стану і витрати з ґрунту. Кількісно надходження води в ґрунт і її витрати представляє водний баланс: Во + Оп + Гв + Кв + Ппр + Вбпр = Вфп+ Тр + Інф + Пст + Вбст + Вк Спрощено: Оп + Гв = Вфп+ Тр + Інф Запас вологи в горизонтах виражають в т/га, або м 3/га. Запас продуктивної вологи (що використовується рослинами для формування урожаю) визначають в орному чи метровому шарі шляхом віднімання від вологості грунту вологість в’янення рослин. Особливо потрібно для оцінки воологозапасів на початок посіву.

5. Типи водного режиму грунту Визначають на основі коефіцієнта зволоження (КЗ) відношення річної суми опадів до річної випаровуваності (за Висоцьким Г. Н. ). Висоцький - 4 типи, Роде - 6 типів, Ковда – 14 типів. В агрогрунтознавстві переважно виділяють 6 типів водного режиму: Мерзлотний Промивний Періодично промивний Непромивний Випітний Іригаційний

5. Типи водного режиму грунту Мерзлотний водний режим – у грунтах вічної мерзлоти. Протягом року переважно льод. У теплий період лід розмерзається лише зверху і над мерзлим шаром затримується вода. Вода витрачається на випарування, боковий стік, десукцію. Ґрунт постійно вологий, оглеєння. У вегетаційний період волога на рівні від НВ до ПВ і ніколи не нижче ВВ. Тундрово глеєві грунти.

5. Типи водного режиму грунту Промивний режим властивий ґрунтам лісових зон тайги, вологих субтропіків і тропічних лісів, помірних широколистяних лісів, де КЗ > 1. Щорічно ґрунтова товща промочується до ґрунтових вод внаслідок підсилення дренажу коренями дерев. Тому є винесення продуктів ґрунтоутворення за межі грунту, він збіднюється водорозчинними мінеральними та органічними сполуками, кальцієм, підкислюється. Ґрунти мають надлишок води у різній частині профілю, розвивається оглеєння. Одна з причин підзолистого процесу грунтотворення. Грунти: підзоли тайги, підзолисті (в. т. ч. в Україні дерново підзолисті Полісся).

5. Типи водного режиму грунту Періодично промивний режим (КЗ=1). Характерний для Лісостепу. Наскрізне промочування ґрунту відбувається один раз на 3 5 (10 15) років. Втрата речовин менша, профіль грунту диференціюється в різній мірі аж до акумулятивного. Періодично (не щорічно!) весь профіль насичується водою до НВ, переважно в сніжні роки, значні дощові періоди. У нижній частині профілю періодично вологість падає до ВРК, а у верхній до ВВ. Грунти Лісостепу – сірі лісові, чорноземи вилугувані, опідзолені і типові.

5. Типи водного режиму грунту Непромивний режим (КЗ<1) Степ, посушлива Савана. Ґрунтова товща промочується на глибину 0, 5 2 м. Між зволоженим опадами та ґрунтовими водами є шар грунту з постійно низькою вологістю (“мертвий” шар). У верхній частині профілю відповідно з режимом випадання опадів волога коливається в межах від ПВ до ВВ, у нижній – від ВРК до ВВ протягом року. В Україні грунти північного Степу – чорноземи звичайні та південного Степу – чорноземи південні, У сухому Степу – каштанові грунти.

5. Типи водного режиму грунту Випітний режим (КЗ<1) В ґрунтах аридного клімату, але коли ґрунтові води близькі до поверхні. Капілярна кайма періодично піднімається до поверхні, ґрунтові води випаровуються фізично, а розчинені солі накопичуються в верхніх горизонтах і навіть на поверхні можуть утворювати кірку солей. Грунти підлуговуються натрієм. Формуються лучні солончаки і солончакові ґрунти, при меншому розвитку – засолені грунти (каштанові, чорноземні).

5. Типи водного режиму грунту Іригаційний водний режим характерний для штучно зрошуваних територій. Річний водний режим при зрошенні нестабільний і може змінюватися з часом – промивний, непромивний і навіть випітний залежно від виду, інтенсивності і строків зрошення. Є причиною вторинного засолення грунтів.

5. Типи водного режиму грунту 1 – випаровування з рослинної поверхні; 2 – поверхневий стік; 3 – випаровування з поверхні ґрунту; 4 – внутріґрунтовий стік; 5 – десукція; 6 – ґрунтовий стік.

6. Регулювання водного режиму Ґрунтується на врахуванні ґрунтово кліматичних умов території і біологічних особливостей вирощуваних культур. Необхідно намагатися створювати в ґрунті коефіцієнт зволоження близький до одиниці. Найбільш ефективний весь комплекс заходів з підвищення родючості ґрунту і збільшення урожайності сільськогосподарських культур, включаючи поряд з агромеліоративними агрохімічні, фітомеліоративні та інші заходи

6. Регулювання водного режиму Сухі Степи і пустельна зона основний захід регулювання водного режиму – зрошення (дощування, арикове, крапельне…). Зони з нестійким зволоженням важливо накопичувати і зберігати вологу в ґрунті: снігозатримання талих вод (кулісні посіви, обробіток ґрунту поперек схилу, щілювання і т. п. ), зберігання вологи в ґрунті (плоскорізи, поверхневе розпушування, боронування, мульчування поверхні, коткування, високостебельні кулісні посіви, висока стерня і т. п. ), полезахисні лісові смуги, введення в сівозміну чистих парів. Сучасні системи ґрунтозахисного землеробства мінімальні, No-till, мini-till, strip-till.

6. Регулювання водного режиму Зона достатнього надлишкового зволоження зі слабкою дренованістю ґрунтів. Основний прийом – відведення надлишку води. Для цього здійснюють: осушення (закритий дренаж, відкрита система каналів), гребнювання, посів у гряди, вирівнювання поверхні ґрунту, вузькозагінна оранка тощо