Доступность почвенной воды для растений
Доступность различных форм почвенной воды растениям является исключительно важной характеристикой, определяющей в значительной степени плодородие почв. Растения в процессе жизни потребляют очень большое количество воды, расходуя главную ее массу на транспирацию и лишь небольшую долю на создание биомассы.
Расход воды из почвы растениями характеризуется двумя показателями: во-первых, транспирационным коэффициентом – отношением количества воды, израсходованной растением, к общему приросту сухого вещества за определенный промежуток времени; во-вторых, относительной транспирацией – отношением фактической транспирации при данной водообеспеченности к потенциальной транспирации при свободном доступе воды. Для большинства культурных растений транспирационный коэффициент (при потенциальной, т. е. обеспеченной свободным доступом воды транспирации) колеблется в пределах 400– 600, достигая иногда 1000; т. е. на создание 1 т сухого органического вещества биомассы расходуется 400– 600 т и более воды из почвы (при условии наличия доступной воды в почве).
Доступность почвенной воды растениям определяется в основном двумя гидрофизическими характеристиками почвы: потенциалом (давлением) почвенной воды и способностью почвы проводить поток воды, т. е. коэффициентом влагопроводности. Интенсивность потока влаги к корням растений (а это и есть количественное выражение доступности воды) будет тем больше, чем больше разность потенциалов воды в корне и почве и чем выше коэффициент влагопроводности.
По отношению к доступности растениям почвенная вода может быть подразделена на следующие категории (по А. А. Роде).
1. Недоступная для растений. Это вся Прочносвязанная вода, составляющая в почве так называемый мертвый запас воды. Недоступность этой воды объясняется тем, что всасывающая сила корней намного меньше сил, которые удерживают эту воду на поверхности почвенных частиц, иначе говоря, всасывающего давления почвенной воды. Мертвый запас воды в почвах соответствует приблизительно максимальной адсорбционной влагоемкости или немного превышает ее.
2. Весьма труднодоступная для растений. Эта категория представлена в основном рыхлосвязанной (пленочной) водой. Трудная доступность ее обусловлена низкой подвижностью этой воды (низким коэффициентом влагопроводности), в силу чего вода не успевает подтекать к точкам ее потребления, т. е. к корневым волоскам. Количество весьма труднодоступной воды в почвах характеризуется диапазоном влажности от максимальной адсорбционной влагоемкости до влажности завядания. Содержание воды в почве, соответствующее влажности завядания, является нижним пределом продуктивной влаги.
3. Труднодоступная вода лежит в пределах между влажностью завядания и влажностью разрыва капилляров. В этом интервале влажности растения могут существовать, но продуктивность их снижается. Уменьшение доступности воды отражается в первую очередь не на внешнем состоянии растений (завядание), а на снижении их продуктивности.
4. Среднедоступная вода отвечает диапазону влажности от влажности разрыва капилляров до наименьшей влагоемкости. В этом интервале вода обладает значительной подвижностью, и растения поэтому могут бесперебойно снабжаться ею.
Источник
Формы (категории) почвенной влаги (по Роде а. А.)
По своему физическому состоянию различают жидкую влагу, которая усваивается корнями растений, и неусвояемые формы – твёрдую (лёд) и парообразную, которые могут быть использованы растениями только после таяния или конденсации водяных паров, когда они превращаются в жидкую форму.
Водяной пар находится в составе почвенного воздуха в её порах, не занятых водой. Он передвигается активно от мест с большей его концентрацией к местам с меньшей концентрацией в результате диффузии, а также пассивно с общим током воздуха, то есть путём конвекции. зимой он передвигается из нижних тёплых слоёв почвы в верхние холодные, где и конденсируется на границе промерзания почвы (так называемая «зимняя перегонка»). В результате в верхнем метровом слое дополнительно накапливается около 10 мм влаги.
В тёплое время, напротив, наблюдаются потери парообразной влаги, когда она поднимается вверх и улетучивается в атмосферу. Но может происходить и обратный процесс, когда парообразная влага из атмосферы попадает в почву и ночью, когда почва остывает, конденсируется в ней в виде «внутрипочвенной росы». Это наиболее заметно в приморских районах, где воздух насыщен парами воды, а также на лёгких почвах в районах с континентальным климатом, где днём почва сильно прогревается, а ночью быстро остывает.
По степени подвижности, то есть скорости передвижения в почве различают три категории влаги: неподвижная, малоподвижная и легкоподвижная. Неподвижная представлена химически связанной, которая входит в состав почвенных минералов и физически связанной или гигроскопической. Гигроскопическая или прочносвязанная влага состоит из молекул воды, притянутой к мелким (
Трудноподвижная (малоподвижная) влага передвигается очень медленно, несколько сантиметров в год и представлена рыхлосвязанной или плёночной влагой. Она находится поверх слоя гигроскопической влаги и передвигается от более толстых плёнок к менее толстым.
Легкоподвижная влага состоит из гравитационной и капиллярной. Она передвигается сравнительно быстро и на большое расстояние – до нескольких метров.
Подвижность почвенной влаги определяет её доступность растениям. Чем дальше и быстрее она передвигается в почве от более увлажнённых к менее увлажнённым местам, в частности, к зоне иссушения вокруг корней, тем она доступнее растениям. По степени доступности различают три категории влаги: легкодоступная, труднодоступная и недоступная.
К легкодоступной относятся гравитационная и капиллярная влага, которые удёрживаются почвой с небольшой силой – до 5…10 атм. и поэтому корни растений, имеющие сосущую силу от 5…10 до 50…100 атм., легко их добывают из почвы. Но гравитационная влага быстро, через несколько суток, исчезает, превращаясь в другие формы, и поэтому является эфемерным источником водоснабжения. Поэтому основной формой влаги, участвующей в снабжении растений, является капиллярная, которая присутствует в почве длительное время. Поэтому надо знать и учитывать закономерности её передвижения, чтобы направлять в нужное место и предохранять от непродуктивных потерь.
Капиллярная влага передвигается под влиянием градиентов, то есть изменения влажности, плотности и температуры почвы. Прежде всего, она передвигается от более увлажнённых мест к менее увлажнённым. Так, когда корни растений потребляют влагу, вокруг них создаётся зона иссушения, куда через капилляры подаются новые порции воды.
Это полезный процесс. Но он может быть и отрицательным. Так, когда почва насыщена влагой, например, после снеготаяния весной, после полива или дождя, поверхность почвы высыхает, туда подаются новые порции вокруг, чтобы в свою очередь испариться в атмосферу. За сутки этот «насос» перекачивает 50…100 тонны воды.
Для того чтобы уменьшить потери, верхний слой неглубоко рыхлят, превращая в нём узкие капиллярные поры в широкие некапиллярные. А в силу физических законов влага не может передвигаться из узких пор в широкие, в результате создаётся «гидрозамок» и испарение снижается примерно в два раза.
Напротив, если надо подтянуть влагу кверху, например, к высеянным семенам, производят не рыхление, а прикатывание почвы.
Градиент плотности вызывает перемещение капиллярной влаги из рыхлых слоёв почвы в плотные, то есть из широких пор в узкие, о чём было сказано ранее.
Градиент температуры вызывает перемещение капиллярной влаги от тёплых мест к холодным и наоборот. В частности с ним связано иссушение почвы весенними ночными заморозками, когда оттаявшая днём почва ночью подмерзает, влага по капиллярам поднимается вверх и там испаряется.
Труднодоступная влага представлена капиллярно-разообщённой и рыхлосвязанной. Первая находится в капиллярах с воздушными пробками, которые препятствуют её передвижению.
Рыхлосвязанная располагается в виде плёнки поверх плёнки прочносвязанной влаги и удерживается почвой с такой силой, что корни растений с трудом её усваивают.
Недоступная влага – это прочносвязанная (гигроскопическая) влага, которая располагается непосредственно поверх почвенных частиц и молекулярные силы удерживают её так прочно, что корни растений не в состоянии её усвоить. В сумме труднодоступная и недоступная влага образуют непродуктивную влагу, которая не усваивается растениями и не создаёт урожая.
В зависимости от того, какие формы влаги присутствуют в почве, она находится в различном физическом состоянии, которое характеризуется водно-физическими или агрогидрологическими константами. Это уровни увлажнения почвы, резко отличающиеся друг от друга связностью, подвижностью и доступностью почвенной влаги. Перечень этих констант одинаков для всех почв, но их конкретные значения для каждой почвы различны.
Источник
13. Состояние почвенной влаги и ее доступность растениям.
Из всех запасов почвенной влаги на создание урожая продуктивно используется только 50%. Много влаги испаряется с поверхности почвы. Особенно важно в обеспечении влагой для растений является критические периоды это периоды, в которые недостатки влаги резко снижают урожай это фаза выход в трубку и период колошения. Для зернобобовых и гречихи это фаза цветения. Для кукурузы цветение и молочная спелость. Но знание критических периодов водопотребления их характера распределения осадков позволяет правильно разработать технологию возделывание культуры. Прежде всего правильно учесть сроки посева и длину вегетации.
Состояние почвенной влаги. Влага в почве находится под воздействием сил: сорбционных, осмотических, капиллярных, гравитационных.
Почвенная влага подразделяется на несколько категорий
Кристаллизационная – входит в состав минералов недоступна растениям.
Твердая влага – лед недоступна растениям
Парообразная влага – пары в порах почвы недоступна растениям
Прочносвязанная влага – образует пленку в несколько молекул воды эта влага не замерзает не подвижна и недоступна. Содержание этой воды примерно соответствует содержанию воды в воздушно сухой почве.
Рыхлосвязанная удерживается адсорбционными силами, но образует пленки вокруг почвенных частиц толщиной в 200-300 молекул – это влага может быть труднодоступна для растений.
Свободная не имеет молекулярных связей с почвой передвигается под воздействием капиллярных и гравитационных сил. Капиллярная находится в капиллярах почвы и подчинена менисковым силам. Гравитационная влага занимает не капиллярные поры и сразу проваливается в более глубокие слои почвы.
14. Водно-физические свойства почвы
Определяет водный режим почвы.
Водопроницаемость – способность почвы впитывать и пропускать влагу, измеряется количеством воды проходящим через определенную толщину почвы за единицу времени. От этого свойства зависит степень поглощения осадков. Она зависит от ГМС, пористости, структурности, наличия гумуса и влажности. Регулируется в основном обработкой почвы и внесением органики. Определяется методом заливки площадок. Классификация:
- провальна более 300мм/час
- очень высокая 150-300
- высокая 100-150
- средняя 50-100
- очень низкая менее 50.
Водоподъемная способность почвы по капиллярам поднимать влагу из нижних горизонтов к верхним. Зависит от ГМС , от сложения, структуры и влагоемкости. В сухой почве высота капиллярного поднятия на много ниже чем во влажной на этом свойстве основан прием боронования, с помощью которого почва сохраняет от испарения.
Влагоемкость – способность почвы вмещать и удерживать в себе влагу выражается в % от массы или объема почвы. Определяется типом почвы и зависит от ее свойств.
Испаряющая способность – это физическое испарение влаги из почвы. Зависит от погодных условий, а также свойств почвы (характер поверхности выравненность). В полевых условиях испарение идет по нескольким каналам:
- испарение с поверхности – наблюдается весной, когда все поры заняты водой. Для снижения разрушают почвенную корку.
- Испарение из рыхлой часто не выровненной поверхности почвы в парообразном состоянии путем диффузии. Весной с момента закрытия влаги до образования растительного покрова теряется очень много влаги, поэтому почву необходимо выравнивать и уплотнять катками. При плотности 1,1-1,15 г/см 3 почва меньше всего теряет влаги на испарение, по мере высыхания почвы ее испаряющая способность снижается
Водоудерживающая способность – удержание влаги в своем профиле. Противостоит испарению и проваливанию в более глубокие слои. Зависит от ГМС и содержания гумуса.
Источник