Почвенные свойства и режимы

Программные вопросы. Физические и физико-механические свойства почв. Основные характеристики и их лесоводственное значение. Изменение физических свойств и пути их регулирования. Структура почв и её влияние на физические и лесорастительные свойства почвы. Тепловые свойства почвы: теплопоглотительная способность, теплоёмкость и теплопроводность. Тепловой режим: мерзлотный, длительно сезоннопромерзающий, непромерзающий и др. Тепловой баланс почв и его особенности в лесных почвах. Воздушные свойства почвы: воздухоёмкость, воздухопроницаемость, газообмен. Процессы аэрации, их сущность и причины. Воздушный режим почв. Почвенная вода. Категории и виды воды в почвах. Водные свойства почв: влагоемкость и водоудерживающая способность, влажность, водопроницаемость, водоподъёмная способность. Почвенно-гидрологические константы. Основные закономерности передвижения почвенной воды. Особенности водных свойств лесных почв. Водный потенциал. Водный баланс почв. Типы водного режима.

Методические указания. Студентам необходимо уяснить различие между основными свойствами (общие физические, физико-химические, водные, воздушные, тепловые, структура) и функциональными, связанными с различными почвенными режимами. Общие физические свойства - плотность почвы, плотность твердой фалы и пористость.

Плотность твердой фазы - отношение массы ее твёрдой фазы к массе воды в том же объёме при температуре 4^оС (г/см³). Плотность почвы - масса единицы объема абсолютно сухой почвы, взятой в естественном состоянии (г/см³, объёмная плотность). Пористость (порозность или скважность) -суммарный объем пор между частицами твёрдой фазы, выраженная в %. Некапиллярные поры обеспечивают водопроницаемость и воздухообмен. Капиллярные поры создают водоудерживающую способность почвы, т.е. удерживают воду за счёт капиллярных сил.

Физико-механические свойства - проявляются при воздействии внешних нагрузок и имеют большое значение для оценки технологических свойств почвы. Физико-механические свойства - пластичность, липкость, набухание, усадка, связность, твёрдость, удельное сопротивление и другие.

Оптимальные параметры физических и физико-механических свойств можно достичь за счёт выбора оптимальных сроков обработки почвы, применения рыхления подпахотного слоя на тяжёлых почвах, внесения органических удобрений, посева сидератов, известкования, гипсования, снижения уплотняющего действия техники; применения современных технологий возделывания культур. Студент должен четко представлять лесоводственное значение физических свойств почв, определяемое соотношением в ней воздуха, влаги и тепла.

Студент должен обратить внимание на тепловые свойства почвы, определяющие степень их промерзания и распределение почв по тепловому режиму. Тепловые свойства почвы — это совокупность свойств, обуславли-вающих способность почв поглощать и перемещать в своей толще тепловую энергию, которая накапливается в почве за счёт лучистой энергии солнца, атмосферной радиации, внутренней теплоты земного шара, энергии биохи-мических процессов разложения органических остатков, радиоактивного распада. К ним относятся теплопоглотительная способность, теплоёмкость и теплопроводность. По характеру теплоёмкости почвы делятся на холодные и теплые. Глинистые почвы более теплоёмки, нагреваются медленно и считаются холодными, песчаные теплые. Почвы богатые органикой более теплоемки и холоднее минеральных. Совокупность явлений поглощения, передвижения и отдачи тепла в почве называется тепловым режимом почв. Тепловой режим почвы определяется распределением температур на разной глубине и в разные периоды. Роль теплового режима для растений и биологических процессов определяется количеством тепла, влаги и воздуха в почве. Тепловой режим почвы характеризуется радиационным, или тепловым, балансом. В зависимости от среднегодовой температуры и промерзания почвы В.Н. Димо выделяет четыре типа температурного режима почвы: мерзлотный, длительно сезонно-промерзающий, сезонно-промерзающий, непромерзающий. Регулирование теплового режима обеспечивается агротехническими и лесокультурными мероприятиями: снегонакопление, прикатывание снега, посыпание его золой, оставление гребнистой пашни, мульчирование темными веществами, покрытие пленкой, создание лесных полос.

Необходимо знать, что совокупность ряда физических свойств почв, определяющих состояние и поведение почвенного воздуха в профиле, называются воздушно-физическими свойствами почв: воздухоёмкость, воздухосодержание, воздухопроницаемость, аэрация. Между почвенным воздухом и атмосферой происходит постоянный обмен газами (воздухообмен), который зависит от атмосферных условий, физических свойств почвы, физических свойств газов, физико-химических реакций, протекающих в почве. Процессы дыхания и разложения постоянно пополняют атмосферные запасы СО₂. В процессах, характеризующихся нормальным кислородным (Д_К) обменом происходит эквивалентный обмен О₂ на СО₂. Дк=С_СО2/С_О2 = 1. Высокоинформативный показатель биологической активности почв, так называемое «дыхание почв», характеризуется скоростью выделения СО₂ за единицу времени с единицы площади.

При изучении водных свойств почвы студент должен уяснить, что почвенная вода - это особая физико-химическая система, обеспечивающая процессы выноса, перемещения и аккумуляции веществ и энергетического материала в пространстве, формирования генетических горизонтов и почвенного профиля, являющаяся терморегулятором, влияя на тепловой баланс и режим почвы, и представлена различными категориями или формами. А.А. Роде выделил пять категорий почвенной воды твёрдую, парообразную, химически связанную, сорбированную и свободную. Все категории почвенной воды имеют определённые свойства и оказывают влияние на интенсивность и направленность процессов почвообразования. Движение воды в почве осуществляется с помощью капиллярных, сорбционных и гравитационных сил. К важнейшим водным свойствам почв относятся водопроницаемость, водоподъемная способность, водоудерживающая способность, влагоёмкость.

Студент должен знать градацию почв по водопроницаемости предложенную Качинским Н.А. Если почва пропускает за 1 час 1000 мм воды при напоре 5 см и Т=10^оС, то водопроницаемость считается провальной; от 1000 до 500 мм - излишне высокой, от 500 до 100 – наилучшей, от 100 до 70 мм – хорошей, от 70 до 30мм - удовлетворительной, менее 30 мм - неудовлетворительной.

Студент должен уяснить, что границы значений влажности, характеризующие пределы появления различных категории почвенной влаги, называются почвенно-гидрологическими константами. Почвенно-гидрологические константы: максимальная гигроскопичность (МГ), влажность завядания (ВЗ), влажность разрыва капилляров (ВРК), наименьшая влагоёмкость (НВ), полная влагоёмкость (ПВ).

Студент чётко должен представлять, что поведение поды в почве в различных почвенно-климатических зонах формирует определённым водный баланс и тип водного режима. Водным режимом называют совокупность протекающих в почве процессов поступления, передвижения, сохранения и потерь воды. Количественно его выражают через водный баланс. Водный режим почв формируется под влиянием климата, рельефа, водно-физических свойства почв, условий водного питания.

Особое влияние на водный режим почв оказывает хозяйственная деятельность человека. Практически характер водного режима определяется по соотношению между количеством осадков по средним многолетним данным и испаряемостью за год. Отношение годовой суммы осадков к годовой испаряемости называется коэффициентам увлажнения (КУ). КУ = ∑_ОС/Е. С агрономической точки зрении наиболее целесообразно выделение шести (по Высоцкому - Роде) типов водного режима: промывной, периодически промывной, непромывной, выпотный, мерзлотный и ирригационный.

Студент должен знать, что, изменяя приходные и расходные статьи водного баланса, можно существенно влиять на общие и полезные запасы влаги и этим способствовать получению устойчивой продуктивности растений. Уменьшение расхода влаги достигается рыхлением, боронованием, культивацией, вспашкой, мульчированием. Увеличение расхода влаги осуществляется подбором влаголюбивых растений, прикатыванием, уничтожением дернины, оставлением пашни в гребнях, грядовой вспашкой, посадкой массивных лесных насаждений, высоко

Водный режим лесных почв определяется наличием лесной подстилки и особенностями водных и физических свойств в почвенных горизонтах. Обладая высокой фильтрацией, лесные подстилки препятствуют образованию поверхностного стока, способствуют формированию нисходящего тока воды и пополнению запасов почвенной влаги, а также защищают структурные комочки от разрушения, обеспечивают сохранение высокой водопроницаемости нижележащих минеральных горизонтов, предохраняя тем самым почву от водной эрозии.

Контрольные вопросы

1. Охарактеризуйте физические и физико-механические свойства почвы, и каково их лесоводственное значение? 2. Что такое плотность почвы, плотность её твердой фазы, порозность и их влияние на плодородие? 3.Дайте определение структуры почвы, назовите процессы и приёмы её восстановления, и роль в плодородии? 4. Дайте характеристику тепловых свойств почвы и их лесорастительную оценку. 5. Назовите типы теплового режима и приёмы их регулирования. 6. Назовите виды почвенного воздуха и его состав. 7. Как влияет почвенный воздух на жизнь почвы и продуктивность растений? 8.Охарактеризуйте воздушные свойства почвы и факторы, определяющие газообмен. 9.Что такое воздушный режим почвы и приёмы его оптимизации? 10. Дайте характеристику категориям воды в почве, их свойства и доступность растениям. 11. Что такое почвенно-гидрологические константы, и каково их влияние на лесорастительные свойства почв? 12. Охарактеризуйте основные водные свойства и их значение в почвообразовании. 13. Какие свойства почв определяют водные свойства? 14. Какие типы водного режима Вы знаете и приёмы их регулирования? 15. Охарактеризуйте особенности водных свойств лесных почв.

Литература

1. Вальков, В.Ф. Почвоведение: учебн. для вузов /В.Ф. Вальков, К.Ш. Казеев, С.И. Колесников. – М: ИКЦ «МарТ», Ростов н/Д: Изд. центр «МарТ», 2004. – с.82-102, 146-156.

2. Горбылёва, А.И. Почвоведение с основами геологии: уч. пособие /А.И. Горбылёва, Д.М. Андреева, В.Б. Воробьёв, Е.И. Петровский. – Мн.: Новое знание, 2002. – с.186-246.

3. Зеликов, В.Д. Почвоведение с основами геологии: уч. пособие /В.Д. Зеликов. – М.: МГУЛ, 1999. – с. 102-123.

4. Кауричев, И.С. Почвоведение: учебн. для вузов /И.С Кауричев, Н.П.Панов, Н.Н. Розов, М.В. Стратонович, А.Д. Фокин. – М.: Агропромиздат, 1989. – с. 178-243.

5. Ковриго, В.П. Почвоведение с основами геологии: учебн. для вузов /В.П. Ковриго, И.С. Кауричев, Л.М. Бурлакова. – М.: Колос, 2000. – с. 136-157, 162-176.