атмосферным осадкам, особенно в почвах лесостепной и степной зоны, где грунтовые воды не засолены.
Капиллярно-посаженная вода (подперто-подвешенная) образуется в слоистых почвах, в которых слои различаются по гранулометрическому составу. На контакте слоев скапливается дополнительное количество влаги.
Капиллярно-подпертая вода характеризуется капиллярной влагоёмкостью (КВ) – наибольшее количество капиллярно-подпертой воды, которое может удерживаться в слое почвы, находящемся в пределах капиллярной каймы. Она зависит от того, на какой высоте от уровня грунтовых вод её определяют – чем выше, тем ниже показатели КВ. Капиллярная влагоёмкость зависит также от гранулометрического состава. При близком залегании грунтовых вод (1,5-2,0 м) для среднесуглинистых почв, в пределах почвенного профиля, она составляет 30-40%.
Гравитационная вода передвигается под действием силы тяжести. В ней содержатся растворённые вещества и тонкие суспензии. Просачивающаяся гравитационная вода передвигается по порам и трещинам сверху вниз или вниз по склону.
Гравитационная вода водоносных горизонтов представлена почвенногрунтовыми и грунтовыми водами. В водоносных горизонтах все поры полностью насыщены водой. Они залегают на водонепроницаемых водоупорных горизонтах.
По положению в рельефе и глубине залегания грунтовых вод выделяют следующие группы почв, которые называются рядами увлажнения.
Автоморфные почвы – формируются на ровных поверхностях и склонах в условиях свободного стока атмосферных осадков и хорошей водопроницаемости почвенного профиля и почвообразующих пород, при глубоком (более 6 м) уровне залегания грунтовых вод.
Полугидроморфные почвы – образуются при кратковременном застое поверхностных вод или при залегании грунтовых вод на глубине 3-6 м (капиллярная кайма достигает почвенного профиля и корней растений).
Гидроморфные почвы – сформированы в условиях длительного поверхностного застоя вод или при залегании грунтовых вод на глубине менее 3 м (капиллярная кайма может достигать поверхности почвы).
Наименьшая влагоёмкость (НВ) – характеризует наибольшее количество капиллярно-подвешенной влаги, которое может удерживать почва после стекания избытка влаги при отсутствии подпора грунтовых вод (глубоком залегании). Она зависит от гранулометрического состава, структурного состояния, плотности. В хорошо оструктуренных суглинистых и тяжелосуглинистых почвах НВ составляет 30-45%, в легко- и среднесуглинистых – 20-30, в песчаных и супесчаных – 5-20%.
Термину наименьшая влагоемкость соответствует ряд терминов,
предложенных разными авторами: предельно-полевая влагоемкость (ППВ)
широко используется в мелиорации, полевая влагоёмкость (ПВ) – используется в ряде зарубежных стран. Наименьшая влагоёмкость является верхним пределом оптимальной влажности для растений.
Влажность разрыва капилляров (ВРК) – характеризует запасы воды в почве, соответствующие разрыву сплошности капилляров, связанному с испарением и потреблением растениями. Эта влага теряет подвижность (не передвигается под действием капиллярных сил). Она является нижним пределом оптимальной влажности для растений. Для суглинистых и глинистых почв ВРК составляет 60-70% от НВ.
Влажность устойчивого завядания (ВЗ) – влажность, при которой растения теряют тургор и погибают. Это нижний предел продуктивной влаги. Влага в интервале ВЗ-ВРК является труднодоступной. ВЗ зависит от свойств почв и вида растений, ее можно рассчитать, используя показатели МГ, которые умножают на коэффициент - 1,5. ВЗ = МГ . 1,5
В среднем ВЗ составляет: в песчаных почвах – 1-3%, в супесчаных – 3- 6%, в суглинистых и глинистых – 6-15%, в торфяных почвах – 50-60%. Показатели ВЗ используют для расчетов запаса продуктивной влаги. Запасы влаги в интервале ВРК-ВЗ примерно соответствуют максимальной молекулярной влагоемкости (ММВ).
Полная влагоемкость (ПВ), или водовместимость – наибольшее количество воды, которое может вместить почва при полном заполнении всех пор водой. Она, примерно, соответствует общей порозности, поскольку 5-6% пор остается с защемленным почвенным воздухом. Полная влагоёмкость чаще составляет 40-50% от объема, с колебаниями от 30% в бесструктурных, уплотненных минеральных горизонтах до 80% – в обогащённых органическим веществом горизонтах почв. При полной влагоемкости, если отсутствует подпор грунтовых вод, влага в крупных межагрегатных порах передвигается под действием гравитационных сил. Такая вода называется гравитационной. Она может быть просачивающейся (после выпадения осадков, таяния снега) и в виде водоносных горизонтов (грунтовые, почвенно-грунтовые воды). Гравитационная вода доступна для растений, но непродуктивна, поскольку является избыточной.
Максимальная водоотдача (МВО) – разность между полной (ПВ) и
наименьшей (НВ) влагоемкостью. В структурных почвах МВО составляет не менее 15-20%, что обеспечивает хорошие условия аэрации почв.
Водный режим почв – это совокупность явлений поступления, передвижения, изменения физического состояния и расхода воды в почвах. Поступление воды в почву и ее расход характеризуется водным балансом.
Статьи прихода воды в почву: атмосферные осадки, грунтовые воды, конденсация из паров воды, поверхностный боковой приток, внутрипочвенный боковой приток.
Статьи расхода воды из почвы: испарение, транспирация (десукция), фильтрация (грунтовый сток), поверхностный сток, внутрипочвенный боковой сток. Все величины прихода и расхода воды выражаются в мм или в м3/га. Обычно рассчитывается годовой баланс влаги.
Если не происходит прогрессирующего иссушения или увлажнения территории, то сальдо водного баланса близко к нулю, а имеющиеся отклонения объясняются погодными условиями года.
Типы водного режима формируются под воздействием основных статей водного баланса, ведущими из которых являются осадки и испаряемость. Отношение осадков к испаряемости характеризуется коэффициентом увлажнения (КУ), предложенным Г.Н. Высоцким и Н.Н. Ивановым.
Основы учения о водных режимах почв были заложения Г.Н. Высоцким и А.А. Роде. Ими было выделено 6 типов водного режима и несколько подтипов. В настоящее время принято выделять 14 типов водного режима.
Промывной водный режим формируется в гумидных областях (таежно-лесная зона, влажные тропики и субтропики), где осадки превышают испаряемость (КУ>1). Атмосферные осадки ежегодно промачивают почвенно-грунтовую толщу до уровня почвенно-грунтовых вод, часто весной и осенью в таких почвах формируется верховодка. Для почв с промывным типом режима характерен вынос значительной части продуктов почвообразования за пределы почвенной толщи (подзолистые, красноземы, желтоземы и др.).
Периодически промывной водный режим формируется на границе влажных (гумидных) и полувлажных (семигумидных) областей (КУ 0,8-1,2). Для таких территорий характерно промачивание атмосферными осадками почвенно-грунтовой толщи до уровня грунтовых вод один раз в 10-15 лет. Для почв с периодически промывным типом водного режима характерен заметный вынос продуктов почвообразования за пределы почвенной толщи или в нижнюю часть почвенного профиля (серые лесные почвы, оподзоленные и выщелоченные чернозёмы).
Непромывной водный режим формируется в полувлажных (семигумидных) областях и полусухих (семиаридных) областях (КУ 1,0- 0,33). Почвенная толща промачивается в пределах 1-2,5 м. Между промачиваемой толщей и капиллярной каймой грунтовых вод существует горизонт с постоянной в течение всего года низкой влажностью, близкой к ВЗ (мертвый горизонт, по Г.Н. Высоцкому). Для почв с непромывным водным режимом (чернозёмы степной зоны, каштановые почвы сухих степей) характерно накопление продуктов почвообразования в почвенном профиле.
Аридный (сухой) водный режим формируется в аридных областях (КУ<0,33) (бурые полупустынные и серо-бурые пустынные почвы). В течение всего года в почвах влажность приближается к ВЗ и только после выпадения осадков несколько повышается.
Выпотной водный режим складывается в почвах семиаридного и аридного климата (КУ<0,55) при не глубоком залегании грунтовых вод.
Капиллярная кайма грунтовых вод поднимается к поверхности почв, при этом влага испаряется, а растворённые в ней соли скапливаются в
поверхностных горизонтах. Таким образом, формируются гидроморфные солончаки и солончаковатые почвы. Выпотной режим подразделяется на собственно выпотной и периодически выпотной.
Десуктивно-выпотной водный режим формируется в почвах семиаридного и аридного климата (КУ<0,55), но при более глубоком залегании грунтовых вод, чем у почв с выпотным режимом. Поэтому капиллярная кайма не достигает поверхности почвы, но охватывает зону распространения корневых систем и испаряется не физически, а десуктивно через растения. В таких почвах (они называются полугидроморфными: лугово-черноземные, лугово-каштановые и др.) чередуется периоды с нисходящими (рано весной) и восходящими токами влаги (летом). Водорастворимые соли скапливаются не в поверхностных горизонтах, а на верхней границе капиллярной каймы. Если грунтовые воды не засолены, то при таком водном режиме формируются почвы с повышенным плодородием и лучшими условиями увлажнения по сравнению с почвами водоразделов с непромывным типом водного режима.
Паводковый водный режим характерен для речных пойм и дельт, где поверхность почвы ежегодно или раз в несколько лет подвергается затоплению паводковыми водами. Он распространен во всех природных зонах и сопровождается накоплением аллювиальных отложений. В межпаводковые периоды паводковый водный режим сменяется другим типом водного режима (промывной, непромывной, выпотной и др.), в зависимости от природной зоны и положения в рельефе.
Амфибиальный режим формируется при постоянном или длительном затоплении почв водой (морские и озерные мелководья, речные плавни и др.).
Мерзлотный водный режим характерен для областей вечной мерзлоты. В течение большей части года вода находится в форме льда, и только в летние месяцы почва оттаивает на небольшую глубину и формируется надмерзлотная верховодка.
Водозастойный водный режим характерен для болотных почв атмосферного и грунтового увлажнения при плохом дренаже. В течение большей части года влажность почвы сохраняется в пределах полной влагоёмкости и лишь в засушливые периоды несколько снижается.
Периодически водозастойный режим характерен для болотных почв грунтового увлажнения с ярко выраженными сезонными колебаниями уровня грунтовых вод. При этом влажность почв варьирует от полной влагоёмкости до уровня ниже наименьшей влагоёмкости.
Ирригационный водный режим создается при искусственном орошении. Он может существенно различаться в зависимости от норм и типа орошения, глубины залегания грунтовых вод, наличия и характера искусственного дренажа, водного режима природной зоны.
Осушительный водный режим создаётся при искусственном осушении болотных и заболоченных почв. Он также может существенно
различаться в зависимости от норм и типа осушения, глубины залегания грунтовых вод после осушения и водного режима природной зоны.
Регулирование водного режима осуществляется коренными мелиоративными мероприятиями (осушение, орошение, двустороннее регулирование влаги); лесомелиоративными и агротехническими (снегозадержание, глубокое рыхление, щелевание, введение черных паров и др.), направленными на сохранение и накопление влаги.
Детальное изучение методов регулирования водного режима проводится в курсах мелиорации и земледелия.
Почвенный воздух. Почвенный воздух находится в трех состояниях: свободном (в порах), адсорбированном (в твёрдой фазе), растворённом (в почвенном растворе).
Состав свободного почвенного воздуха, его динамика,
оптимальные параметры. Свободный почвенный воздух состоит из тех же газов, что и атмосферный, но отличается от него ярко выраженной динамикой содержания кислорода и углекислого газа. Атмосферный воздух содержит (% от объема): 78,1 – азота, 20,9 – кислорода, 0,03 – углекислого газа и около 1% благородных газов (аргон, гелий, ксенон и криптон).
В почвенном воздухе содержится меньше кислорода – 10-20%, но больше углекислого газа – 0,03-9%, по сравнению с атмосферным. Кроме того, в почвенном воздухе постоянно присутствуют в небольших количествах аммиак, иногда закись азота, сероводород, метан. Хотя содержание азота считается довольно стабильным, имеются данные (В.А. Ковда, 1973) о возможности существенного увеличения азота в почвенном воздухе (до 82-86%). В пахотных, хорошо аэрируемых почвах содержание СО2 в почвенном воздухе не превышает 1-2%, а О2 – не опускается ниже 18%. В условиях избытка влаги и затрудненного газообмена содержание СО2 повышается, а О2 – снижается до десятых долей процента.
Почва постоянно в течение теплого сезона поглощает кислород и выделяет углекислый газ. Основными потребителями кислорода в почве являются корни растений, аэробные микроорганизмы, почвенная фауна, и незначительная часть его расходуется на чисто химические процессы. Источником кислорода является атмосферный воздух, который поступает в почвенный воздух диффузно с осадками и оросительной водой. Кислород участвует в актах дыхания растений, и при его отсутствии растения погибают. Кроме того, при недостатке кислорода в почве развиваются анаэробные процессы, в том числе глеевый, которые резко ухудшают агрономические свойства почв, рост и развитие растений. Оптимальное содержание кислорода в почвенном воздухе 19-20%.
Основным источником углекислоты в почвах является органическое вещество (растительные и животные остатки, органические удобрения, частично гумус), которое разлагается и окисляется микроорганизмами. Значительное количество углекислоты, около одной трети, по оценке В.А. Ковды, в почве выделяется корнями растений. Небольшие количества СО2 могут поступать в почву из грунтовых вод, в