CC BY
62
ГРУНТОВЫЙ ОТТОК ВЛАГИ ИЗ ЧЕРНОЗЕМА ТИПИЧНОГО ПОД МНОГОЛЕТНИМ ПАРОМ
В.И.Сухарев
Аннотация. Показано, что при влажности, равной наименьшей влагоемкости, интенсивность грунтового оттока воды из 1-го, 2-го и 3-го метровых слоев поч-венно-грунтовой толщи чернозема типичного достигает 1,5.. .2 мм/сутки и более, то есть влага в почве не соответствует равновесному состоянию.
Ключевые слова: водоудерживающая способность почвы, наименьшая влагоемкость чернозема, влажность разрыва капиллярных связей, грунтовый отток влаги.
Применение так называемых почвенно-гидрологических «констант», к которым относится и наименьшая влагоемкость (НВ), получило широкое распространение для характеристики водного режима почв. Это объясняется простотой и наглядностью разделения почвенной влаги на различные категории. В настоящее время НВ часто используется для установления типа водного режима черноземов. Принято считать, что водный режим складывается по непромывному типу в том случае, если влажность почвы в поле весной не достигает НВ. При этом используется величина НВ, полученная стандартным методом залива площадок.
В то же время многолетние наблюдения за водным режимом черноземов в Центрально-Черноземном государственном природном биосферном заповеднике им. В.В.Алехина (ЦЧГПБЗ) показывают, что во всех слоях 3-х метровой почвенно-грунтовой толщи ежегодно наблюдается увеличение влагозапасов в весенний период по сравнению с осенью предыдущего года. При этом такое повышение влагосодержания происходит независимо от влажности, как данного слоя, так и вышележащих слоев, даже если она значительно ниже НВ. То есть имеет место сквозное промачивание почвы до глубоких слоев без одновременного насыщения вышележащих слоев до НВ [1]. Причем это наблюдается в почве и под степью и под лесом.
Авторы объясняют такое явление высокой острук-туренностью как гумусового горизонта, так и нижележащих слоев, благодаря которой вода быстро стекает по межструктурным порам, не успевая насытить структурные отдельности.
Кроме этой причины, по нашему мнению, такое явление обусловлено неоднозначностью функции водо-удерживающей способности почвы, проявлением гистерезиса.
Известно, что основная гидрофизическая характеристика (ОГХ), показывающая зависимость потенциала почвенной влаги от влажности почвы, по причине гистерезиса имеет две ветви, соответствующие процессам обезвоживания и увлажнения [2]. То есть равными по величине силами в почве удерживается разное количество влаги - меньшее при увлажнении и большее при обезвоживании. На практике принято использовать ветвь обезвоживания ОГХ. Это аргументируется тем, что в природе периоды высыхания почв более продолжительны по сравнению с кратковременными и динамичными процессами их увлажнения. Наименьшая вла-гоемкость, определяемая общепринятым методом залива площадок, и соответствует режиму обезвоживания, поскольку сначала почва увлажняется до полного насыщения, а затем после оттока свободной воды определяется влажность, принимаемая за НВ.
Экспериментальные исследования зависимости ка-пиллярно-сорбционного потенциала влаги в черноземе типичном от влажности почвы показали, что значению НВ на ветви увлажнения ОГХ соответствует значительно больший потенциал, а, следовательно, и большая подвижность влаги, чем при обезвоживании почвы [3]. Поэтому НВ, определяемая заливом площадок, не может служить критерием оценки водоудерживающей способности чернозема при его увлажнении.
По исследованиям А.А.Роде, определяемая заливом площадок НВ не соответствует равновесному состоянию влаги и не является истинной наименьшей влаго-емкостью (ИНВ) [2]. Величина ИНВ чернозема, по дан-
ным Т.П. Коковиной, близка к влажности разрыва капиллярных связей (ВРК) [4].
При влажности, равной ВРК, подвешенная влага в почве теряет способность передвигаться в жидком виде к испаряющей поверхности. Причина этого заключается в потере почвенной водой сплошности. При таком состоянии вода не способна передавать гидростатическое давление [2].
Если это справедливо в отношении влаги, передвигающейся вверх при испарении, то в такой же степени это справедливо и в отношении воды, стекающей в нижележащие горизонты. Можно полагать, что в структурных черноземных почвах вода утрачивает сплошность и находится в подвешенном равновесном состоянии (соответствующем ИНВ) при оттоке межагрегатной капиллярной влаги. При этом разрываются капиллярные связи между макроагрегатами, создавая тем самым разобщенность воды, заключенной внутри макроагрегатов.
Нами выполнена оценка интенсивности передвижения воды в черноземе типичном при различной его влажности. Для этого использованы данные многолетних наблюдений за водным режимом почв в ЦЧГПБЗ (Стрелецкая степь) [5]. Наблюдения здесь ведутся непрерывно, начиная с 1946 г., на почвах с различными режимами использования [1,5,6,7]. Влажность почвы определяется термостатно-весовым методом послойно через 10 см до глубины 3 м ежемесячно с апреля по октябрь. Точность определения влажности составляет 1...4% [1].
Для анализа использованы данные наблюдений за влажностью чернозема в режиме многолетнего пара, поскольку это позволяет устранить влияние десукции влаги растениями на водный режим почвы в вегетационный период. Грунтовый отток влаги из верхнего метрового слоя почвы находили как приращение влагоза-пасов в нижележащем 2- метровом слое за период между соседними определениями влажности (в среднем примерно 1 месяц), если в этот период выпало большое количество осадков, увеличившее влагозапасы в 3-метровой толще. Отток влаги из слоев 100-200 см и
200-300 см рассчитывали по убыли влагозапасов в этих слоях за период между соседними определениями влажности, если такая убыль имела место. Можно полагать, что снижение влажности 2-го и 3-го метровых слоев обусловлено лишь оттоком воды в нижележащие слои, поскольку испарение влаги из почвы чистого, регулярно культивируемого пара, происходит преимущественно из верхнего полуметрового слоя и практически не затрагивает почву глубже верхнего метрового слоя. Это подтверждается специальными опытами, выполненными в указанном заповеднике [6].
Безусловно, такая оценка является приближенной, поскольку не учитывает влияния физического испарения на влагозапасы верхнего метрового слоя, а также возможного грунтового оттока воды за пределы 3-метрового слоя, но она дает представление о подвижности влаги в черноземе.
Сопоставление средней за период суточной интенсивности грунтового оттока со средними за тот же период влагозапасами в рассматриваемом слое показывает, что интенсивное передвижение воды в черноземе наблюдается при влагосодержании, значительно меньшем, чем НВ (рисунок 1). Интенсивность оттока достигает 1,5.2 мм/сутки и более.
Отсюда понятно, что при влагосодержании, равном НВ, определяемой заливом площадок, вода в почве не соответствует равновесному состоянию.
Неоднозначность зависимости почвенной влажности от потенциала влаги говорит о необходимости установления четких условий применения на практике для характеристики водоудерживающей способности почвы такой почвенно-гидрологической величины, как НВ.
В общепринятом определении под НВ понимается наибольшее количество подвешенной влаги, которое может быть удержано в однородной почвенно-грунтовой толще против действия силы тяжести [2]. Здесь не указывается направленность процесса изменения влагосодержания в почве. Более конкретным и правильным, по нашему мнению, является определение, данное Долговым, который понимал под этим
Рисунок 1 - Интенсивность оттока влаги из почвенно-грунтового слоя чернозема типичного при различных влагозапасах
термином способность удерживать влагу в практически неподвижном состоянии почвой после обильного ее смачивания [8].
Полученные результаты позволяют утверждать, что значительный грунтовый отток влаги из черноземных почв при их увлажнении имеет место при более низких значениях влажности, чем НВ , определяемая методом залива площадок.
Речь идет не о том, чтобы отказаться от общепринятой методики определения НВ, а о необходимости правильного использования этой характеристики почвы.
Выводы:
1. Наименьшая влагоемкость чернозема, определяемая заливом площадок, соответствует процессу обезвоживания почвы и по причине явления гистерезиса не может характеризовать водоудерживающую способность почвы в процессе ее увлажнения.
2. При влажности, равной НВ, определяемой заливом площадок вода в почве обладает значительной подвижностью и не соответствует равновесному состоянию. Интенсивность оттока воды из чернозема типичного под многолетним паром при такой влажности пер-во
го, второго и третьего метровых слоев достигает, в среднем за месяц, 1,5.2 мм/сутки и более.
Список использованных источников
1 Герцык, В.В. Элементы баланса влаги в целинных черноземах в некосимой степи и дубовом лесу/ В.В. Герцык, А.А. Роде //Почвоведение. -1978. -№ 7. -С. 77-86.
2 Роде, А.А. Основы учения о почвенной влаге/ А.А. Роде. - Л.: Гидрометеоиздат, 1965.- Т. 1.- 663 с.
3 Сухарев, В.И. Капиллярно-сорбционный потенциал почвенной влаги при обезвоживании и увлажнении типичного чернозема/ В.И. Сухарев //Инновационно-технологические основы развития земледелия: сб. докладов всероссийской научно-практической конференции.- Курск: ВНИИЗиЗПЭ, 2006. - С. 399-401.
4 Коковина, Т.П. Водный режим мощных черноземов и влагообеспеченность на них сельскохозяйственных культур/ Т.П. Коковина. - М.: Колос, 1974.- 304 с.
5 Летопись природы//Научный отчет ЦентральноЧерноземного государственного природного биосферного заповедника имени профессора В.В.Алехина. Пос. Заповедный. 1951-2002. Кн.1-51.
6 Большаков, А.Ф. Водный режим мощных черноземов Средне-Русской возвышенности/ А.Ф. Большаков. - М.: Изд-во АН СССР, 1961. - 200 с.
7 Оликова, И.С. Водный режим целинных черноземов Средне-Русской возвышенности и его изменения/ И. С. Оли-кова, С.А. Сычева //Почвоведение. - 1996. - №5.- С. 640-649.
8 Долгов, С.И. Исследования подвижности почвенной влаги и ее доступности для растений/ С.И. Долгов.- М.: Изд-во АН СССР, 1948. - 208 с.
Информация об авторе
Сухарев Виталий Иванович, доктор сельскохозяйственных наук, профессор кафедры экологии и охраны природы ФГБОУ ВПО «Курская ГСХА», E-mail: [email protected]. т. (4712) 53-15-00.
