6.4. Обмен энергией и веществом между литосферой, биосферой и внешней средой

Водный режим почвы, совокупность всех явлений, определяющих поступление, передвижение, расход и использование растениями почвенной влаги.

Водный режим почвы – важнейший фактор почвообразования и почвенного плодородия. Главный источник почвенной влаги – атмосферные осадки; иногда значительную роль играют также близко расположенные грунтовые воды; в районах орошаемого земледелия большое значение имеют поливы. Воды атмосферных осадков и талые воды могут частично стекать, образуя поверхностный сток, а часть воды поступает в почву и расходуется растениями.

Почвенная влага может находиться в парообразном, жидком и твёрдом (лёд) состояниях. Различают воду связанную, удерживаемую сорбционными силами, и свободную, находящуюся в почвенных порах вне влияния сорбционных сил. Связанная (сорбированная) вода удерживается поверхностью почвенных частиц с очень большой силой; эта вода практически недоступна растениям. Свободная почвенная влага может быть гравитационной, передвигающейся под преимущественным влиянием силы тяжести и капиллярных сил. Над грунтовой водой залегает зона капиллярной каймы, влага которой легко перемещается под совокупным влиянием капиллярных сил и тяжести; эта влага легко доступна растениям.

Растения могут иссушить почву до такого состояния, при котором начинается их завядание. Такую степень увлажнения принято называть почвенной влажностью устойчивого завядания растений, почвенную влагу сверх влажности завядания – продуктивной влагой.

От содержания воды в почве зависят технологические процессы при обработке почвы, снабжение растений водой, физико-химические и микробиологические процессы, обусловливающие превращение питательных веществ в почве и поступление их с водой в растение. Водный режим почвы зависит от свойств самой почвы, условий климата и погоды, характера природных растительных формаций; на обрабатываемых почвах — от особенностей выращиваемых культурных растений и техники их возделывания.

Выделяют следующие семь типов водного режима почв:

Мерзлотный формируется на территории распространения многолетнемёрзлых горных пород. Особенность его – наличие на некоторой глубине постоянно мёрзлого слоя, над которым в тёплое время года образуется надмерзлотная верховодка.

Промывной, при котором почва возвращает в атмосферу меньше влаги, чем её получает (избыток влаги просачивается в грунтовые воды); свойствен таёжной зоне с подзолистыми, дерново-подзолистыми и подзолисто-болотными почвами.

При периодически промывном типе лишь в отдельные годы возврат влаги в атмосферу меньше её поступления; типичен для лесостепной зоны с серыми лесными почвами.

Непромывной режим отличается тем, что количество возвращаемой в атмосферу влаги приблизительно равно поступлению её с осадками. Осадки промачивают почву не на всю глубину; причем между промоченным слоем почвы и зоной капиллярной каймы возникает горизонт с постоянной низкой влажностью (близкой к влажности завядания), называемый мёртвым горизонтом иссушения. Встречается в степной зоне (с чернозёмными и каштановыми почвами) и в полупустынях.

Десуктивно-выпотной и выпотной водные режимы наблюдаются в условиях сухого климата; в почвах, которые питаются не только атмосферными осадками, но и влагой неглубоко расположенных грунтовых вод. Десуктивно-выпотной В. р. п. возникает в тех случаях, когда поднимающаяся грунтовая влага почти целиком перехватывается корнями растений. При выпотном режиме грунтовые воды достигают поверхности почвы и испаряются, что часто приводит к засолению земель.

Ирригационный режим создаётся в условиях поливного земледелия; многократные поливы промачивают почву на всю глубину проникновения корней, а иногда (при необходимости промывки почвы от избытка солей) и глубже.

Регулирование водного режима почв преследует цель – поддерживать в корнеобитаемом слое в течение всего вегетационного периода достаточное количество продуктивной влаги. При этом очень важно, чтобы часть почвенных пор оставалась занятой воздухом, необходимым для жизни растений и нормальной деятельности микроорганизмов. Достигается это системой агротехнических и агромелиоративных мероприятий.

Тепловой режим почвы изменение теплового состояния почвы во времени. Главный источник тепла, поступающего в почву, – солнечная радиация. Тепловое состояние почвы определяется теплообменом в системе: «приземный слой воздуха–растение–почва–горная порода». Тепловая энергия почвы принимает участие в фазовых переходах почвенной влаги, выделяясь при льдообразовании и конденсации почвенной влаги и расходуясь при таянии льда и испарении. Поступление солнечной радиации на поверхность почвы ослабляется растительностью, а охлаждение почвы зимой – снежным покровом. Скорость и направление теплового потока определяются направлением и величиной градиентов температур и теплоёмкостью, теплопроводностью и температуропроводностью почвы. Численное значение названных свойств (эффективная величина) зависит от влажности, плотности сложения, гранулометрического (механического), минералогического, химического состава почвы. Тепловой режим почвы обладает вековой, многолетней, годовой и суточной цикличностью, сопряжённой со сменой режимов инсоляции и излучения. В среднем многолетнем выражении годовой баланс тепла данной почвы равен нулю, а среднегодовая температура одинакова во всём её профиле. Суточные колебания температуры почвы охватывают толщу почвы мощностью от 20 см до 1 м. годовые – до 10–20 м. Тепловой режим почв формируется под воздействием климатических условий, но имеет и свою специфику, связанную с теплофизическим состоянием как самой почвы, так и подстилающих её пород; особое воздействие на него оказывают многолетнемёрзлые породы. А он оказывает непосредственное влияние на рост и развитие растительности. Важный показатель теплообеспеченности растений почвенным теплом – сумма активных температур почвы на глубине пахотного слоя (0,2 м). Для регулирования теплового режима почв применяют тепловые мелиорации (гребневание, прикатывание, рыхление, густота посева, затенение, плёночные покрытия, искусственный обогрев и пр.).

Рис. 6.4. Схема влагооборота водного баланса (по Л. А. Роде) при водном режиме промывного (а), непромывного (б) и выпотного (в) типа

1 – осадки; 2 – влага, задержанная кронами; 3 – поверхностный сток; 4 – физическое спарение; 5 - внутрипочвенный сток; 6 – влага, потребляемая растениями; 7 – грунтовый сток; 8 – испарение и влага, потребляемая растениями