Бесплатный автореферат и диссертация по сельскому хозяйству на тему

ЭЛЕМЕНТЫ ВОДНОГО РЕЖИМА ПОЧВ И ДОСТУПНОСТЬ ВЛАГИ ДЛЯ ВЯЗА МЕЛКОЛИСТНОГО НА МЕЛИОРИРОВАННОМ СОЛОНЦОВОМ КОМПЛЕКСЕ В СЕВЕРНОМ ПРИКАСПИИ

ВАК РФ 06.01.03, Агропочвоведение и агрофизика

Автореферат диссертации по теме "ЭЛЕМЕНТЫ ВОДНОГО РЕЖИМА ПОЧВ И ДОСТУПНОСТЬ ВЛАГИ ДЛЯ ВЯЗА МЕЛКОЛИСТНОГО НА МЕЛИОРИРОВАННОМ СОЛОНЦОВОМ КОМПЛЕКСЕ В СЕВЕРНОМ ПРИКАСПИИ"



' ФАКУЛЬТЕТ ПОЧВОВЕДЕНИЯ

На правах рукописи

УДК 631.432: 631.445.53 (-925.22)

ЗАБЛ0ЦКИІЇ ВЛАДИМИР РОСТИСЛАВОВИЧ

элшшти ВОДНОГО РЕЖИМА ПОЧВ И ДОСТУПНОСТЬ ВЛАГИ ДЛЯ ВЯЗА МЕЛКОЛИСТНОГО НА МЕЛИОРИРОВАННОМ СОЛОНЦОВОМ - КОМПЛЕКСЕ В СЕВЕРНОМ ПРИКАСІШИ

Специальность 06.01.03 - почвоведение

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

ИЗДАТЕЛЬСТВО МОСКОВСКОГО УНИВЕРСИТЕТА» 1983

ЗСохЛ^Г ьи-^и ^ъссс -и.

Диосерташюаная работа выполнена в Лаборатории лесоведе-нхя АН СССР х на кафедре физики ■ мелиорации почв фак. Почвоведения ШТ их. II,Б. Ломоносова.

Научные руководители: доктор сельскохозяйственных наук

профеооор | А«А.Роде]

кандидат биологических наук \ С.Д.Эрдерт[

Официальные оппонента: доктор биологических наук

Й.А.Воронков

кандидат ^ло^еск« наук ■ ? В.Д.Скалаб&к ^

Веюшее учреждение - Мосгипроводхоз Автореферат разослан » " тоОдД_ 1963 г.

Защита состоится * " 1-Й " КОдТ^ 1963 р.

в 1530 часов на заседании специализированного Совета по почвоведению в Московском Государственном Университете им. 11« В. Ломоносова.

С диссертацией 'можно ознакомиться в библиотеке факультета 1

Почвоведения ИГУ.

Приглашаем Вас принять участие в обсуждении дкооертвции на заседании Ученого Совета, а отэнвк на автореферат в 2-х экземплярах просим направлять по адресу: 117234, Москва, Ленинские горы, МГУ, факультет Почвоведения.

Ученый секретарь специализированного Совета

доцент ^ И. П. Бабьева

■■•.-''- ; Леттальф^ть пообдемн. Получение устойчивых,высоких уро- ! жаев сельскохозяйственных культур в зоне супа степей и полу- ' ' пустыни может быть, достигнуто * только путем дополнительного ув-1-: дажнения. Запасы пресной води в этом регаоне малы, поэтомуос-- ношой источник дополнительного увлажнения - накопление снега 1 с помощью лесныхпож>с.В результате лесомелноращш водвнй ре: жим почв полупустынного комплекса значительно улучшается. Но V'

этот процесс - очень длительный и требует многолетних найлщде-': . ний. Поэтому весьма актуальной задачей является продолжение непрерывных исследований элементов водного баланса мелиорзро- " : ванных почв, выполняющихся в течение 20'лет на Дкадабекском-■'■■; стационаре (Роде, Базнкипа, 1974). ^ ■у-4/

, Важнейшим критерием эффективности "водного режима почв я&- : \ ляется влагообеспечешость растений (СудшщынДЭТЭ)Для засо-' ленных почв полупустыни при. остром недостатке влага одним из ;лучших'при оценке _ влагообеспеченности растений является тер- ^ • .модивамичесмй подход. Этот подход позволяет оценят^ доступ- 1 ; нооть почвенной влаги для растений как функции рядатермодина-'

ияческих параметров ■ (давление влаги в почве; корнях и листьях ^ растения), относительной транспирации, климатических факторов. и биологических особенностей растений, в частности, строения .корневойсистемы,' Для Западного Казахстана особенно важно найти эти зависимости для вяза мелколистного - основной древес-;-; : пой порода лесных полос. V ■ ■'/>'■.'V 1 'к

• • Однако использование термодинамичесгото подхода тормозит-, ся отсутствием простых я быстрых методов определения полного потенциала (давления); почвенной влага в полевых условиях.По»-тому разработка полевого метода определения "давления влага в", широком диапазоне его значений - весьма актуальная задача.

Существует мнение, что в условиях хронического острого : недостатка. почвенной: влаги ' вяз. использует влагу, конденсирую-дщуиж в почве из воздуха* Однако это явление изучено недостаточно, вследствие сложности определения конденсации вода в У почве. Лишь разработка моделей, прогнозирующих яонденсацив ; влахи- в почве из воздуха позволит выявить особенности влаго-,.' обеспеченности вяза в засушливые периода. - ; ^ '

' Рель и'зцтуН ду^й,тлт>яттТ"г- Целью данной работы <Знло-охь-ределеЕие элементов водного режима мелиорированных' почв солов-цового комплекса и доступности.почвенной влаги для вяза по/ мощью методов физического и математического шделирования,'

Салюты -ИеиовйоЗ орд. Л«;:::» Г«ыоз. 1 даиядя ш. к; л; -

3

В соответствии.с цель» исследований были поставлены следующие задачи; '

1. Оценка элементов водного баланса мелиорированных почв солонцового комплекса.

2. Оценка доступности почвенной влахи для вяза в разные сроки вегетация и определение зависимости мезду относительной травешрадией вяза я давлением потаенной влаги.

3. Разработка модели конденсации влаги в почве для опенки влагообеспеченнооти вяза в экстремально засушливые периода,

I. Получены оценки элементов водного баланса почв солонцового комплекса, находящихся около 20 лег в процессе мелиорации. Средаяя величина весеннего поступления влаги *в солонцы равна 113^8 мм, общий расход 259 - 14 мм. Б конце вегетационного периода запасы влаот (в слое 0-3 и) со-"■, ставляиг 320-330 мм, прячем почвенная влага относятся к категориям труднодоступной и недоступной для растений.

2. Определена зависимость между относительной граиспираци-ей вяза на солонце и давлением почвенной влаги (с помощью нового экспресс-варианта гигроскопического метода определения давления влаги). Зависимость подучена с учетом распределения корней вяза в почве,

3« Апробирована в лабораторных условиях модель, описнгаю--, щая в достаточно общей фэрме процессы испарения и конденсация влага в почве по данным наблюдений за температурой и влажность!) почвы и воздуха.

Практическая ценность. Полученные оценки элементов вод- . ного баланса мелиорированных почв и доступности почвенной влети дня вяза позволяют обоснованно разработать рекомендации по проведению мероприятий, направленных на увеличение урожайности сельскохозяйственных культур в зоне сухих степей и полупустыни. Определены зависимости, позволяшие прогнозировать основные элементы водного баланса почв. Разработан экспресс-вариант ги-грос кошческого метода определения полного давления почвенной влаги. Благодаря простоте я быстроте выполнения метод применим как в лабораториях, так и в полевых условиях.

. Артюбзди^ .ра.бдтц,,, Результаты' работы были доложены на семинарах молодых специалистов Лаборатории лесоведения АН СССР, на заседании Ученого совета Лаборатории лесоведения АН СССР, кафедры физики я мелиорации почв факультета Почвоведения ИГУ.

3

тту^тгия^г^, Основные материалы диссертация опубликованы в 4 статьях:, 3 из которых налиоаны в соавторстве.

Объем работа. Работа представляет собой машинопись объемом ISO стр. Вклтает 19 рисунков, в таблиц и список литература из XI7 названий (из них 19 аарубежнах авторов)*

ДжаныбекскиЙ стационар расположен в северо-з ападвой части Прикаспийской низменно ста. Климат района засушлив с конти-нентален. Средняя годовая сумма осадков 274 мм. Средняя годовая температура воздуха 6,9°С. Испаряемость достигает 900-1000 ш. Поверхность низменности в районе исследования ровная. Общий фон равнины осложнен лиманами и падинами (I5JC > всей площади). Медпадинная равнина имеет ярю» выраженный микрорельеф, с которым тесно связан почвенный п01ф0в (Моэесон 1955; Роде Х953; I960). Основным компонентом почвенного покрова являются солончаковые солонцы на шкроповышениях. Они занимают около почвенного покрова. Целинные солончаковые солонцы характеризуются сочетанием непромывного водного режима в верхней части почвенного профиля о деоуктивно-выпотным в нижней. Светло-каштановые почвы расположены на склонах макро-вападин и занимают 25%:почвенного покрова ыежпадинной равнины. Водный режим этих почв относится к типу непромывного. Темноцветные чернозедавидные почвы занимают днище западины и составляют 25% почвенного покрова. Они свободны от легкораство- ■ римшс солей во всей зоне аэрации. Водный режим темноцветных почв относится к типу периодически промывного (Большаков 1950; РоДе, Польский I960, 1963). Механический:состав и солевой профиль целинных почв солонцового комплекса района исследований представлен на рис.1 (данные А.А.Роде и др.). ,

Освоение почв солонцового комплекса требует их предварительной мелиорации. Дан мелиорации почв на стационаре был применен иетод, в основе которого лежит глубокая (плантажная) вспашка, разрушакщая оолондрвый горизонт и вовлекающая в пахотный слой гипс из подсолонцового горизонта. Дополнительное . -увлажнение'почв» достигаемое в дальнейшем с помощью снегонакопительных кулис, способствует выносу солей и замещении обменного иона натрия.ионами кальция..В результате мелиорации почв солонцового комплекса происходит рассолонцевание и расслоение солончаковых солонцов« что приводит к значительным изменениям иг водно-физических свойств'. В мелиорированных солонцах первый подсолонцовыЗ горизонт теряет поевдопесчазу» структуру

МГ-ЭКЬ. 400 г, почьы И» 6 СО -40

й

- и

3 У

г?

' 5 т

7 \и

■ 1 : :*' '• i 1,0 - 0.о5 i i 0.05-0,01

\/У///Л 0.01-4003 С

0.003-0.001

3 '. <■ о,со1

Рис.1 Изменение механического состава я содержания оодей по профилю почвы: а) целинного солонца! о) светло-кашта-

новой почвы, цУ темноцветаой почвы.. ■Катионы: I -Л* , 2 - Са*т\ з „ ц,** .■ -> Анионы: 4 - СЕ" , 5 - водорастворимый $£)(,% 6 -

ерша

Ж, постепенно уОШТВЯЯСЬ» ПрЮ^реМвТ водопрочную 1Шф0вТр7№> туру СРоде, Польский, I960). Hps етоызиачительна увеличив»- 1 eres водопроницаемзсть мелиорированных оолонцо» (Вазкиана, . ,1974}*' В процессе мелиорации солонцов я еветло-каавановвк l; ; почв водный рехяк хх превращается из непромывного в периост- '>..:' чеоа промывкой при оахранящемая ограниченном выпоте (Рода» ; ^ ^ * - -'" Базнкина, 1974)» Водно—физические свойства светло-каштановых' ' ; /.." я темноцветных шчв ups келиораэдя существенно не измеинитоя : • (Болъшаков,ЕазыкЕна,1974). в ваотоядее время на мелиорнрован-; : шх почвах произрастем культуре вяза мелколистного. Описание •

опнтяех участков стационара представлено в работах Г.С.База- ■ / * ¡ иеной, Г.П.иакпддк,С.Д.Эрперт (1974), Почвенный покров ва, ; мелиорируемых участках в настоящее гремя представляет собой г; образование неустойчивое»; находящееся еще .в стадии становления (Роде ,1974). В иовевяви изучение водного рвяша 'тчв на ¿ : \ .данной этапе мелиорации маша актуальная аадача. • , Л --.{Х^-.'.'Веж^юпа.в'баяьаоЛ влажности явлений водного режима в обмктежсследований, дог его научения потребовалось вать самые различные методн.готорыепозводяптосветитьраз- . > ; V личные его аспекты. К числу применявшихся методов принадлежат • - '■■.'. ^ ■ У классический воднобадансовый метод,* шзволшпщй составить общие представление о направлении ютввнво-ифилошвош цро— г цес<»в, гершдш1ам1Г1всЕЯЙ метод, даший возможность оценить ' - зноргетическое состояние вода я ее подвижнооть и физяко-иате-' ыатнческое моделирование, позводящее проанализировать проаео-сн испарения и конденсации вяагя, которые не поддастся прямим ,.'. экспериментальным измерениям., - 'V ■

.'.v. Ваши исследования доотупноотя почвевной влага дня вяза: , . мелколистного на мелиорированном солонце проводились на уча-V. стке государственной лесной аздитвоВ гошен ("гослесополоса 'V ;

Х7-С"» рио.2)» Участок заюхен в 1953 г. , имеет три двухряд-- ные вязовые кулисы, ориентированные о севера ва юг. Paccrcwt- ¿т.,-

> яие между кузшеами 20 «.между рядами в кулисе я деревьями в. ■V:/: ряду I м. ; : ''','; i ."V. V-.v'v 'Vi' . :7V

Найлвдеиия за водным режимам почв на протяжении послед* , них 20 лет проводились Г.С.Еазшзгаой на опытном участке "Xto-. фонд-. Намя быди обработаны данные по влажности почв, собранные на опытном участке ва период 1970-1977 г. г. Участок "Гоо- ; ^ > фонд" заложен на почвах солонцового комплекса в 1999 г. На V V участке находится шесть однорядных вязовых кулас ва расстоя-

юга 40 ы друг от друга. Кулиса ориентированы с севера на юг. Межкулясше пространства обидно засеивались сельскохозяйстеен-ныш культурами. Элементы водного баланса мелиорированннх почв межкулиснш: пространств (табл.1) рассчитаны для ежих почва 0-300 си. Суша осадков за холодный и теплый периода варьирова--ла в пределах от 50 до 240 км при средних.за семь лет величинах» равных 137 и 145 мм соответственно.

: Таблица I

Средние величины элементов водного баланса (ии вода, слоя) мелиорированных почв за период 1970-1977 гг. джя слоя 0-200 ем _____

: Элемент водного Тип почва

баланса . солонец : светло; каштановая '.темноцветная :почва падин

ОсеяяаЙ запас влаги 383 + 5 1 1+ 366 ± 6

Весеннее приращение запаса влага 113 + 8 144 ± II 174 * 12

Весенний запас влаги 494 + 7 524 ± 10 544 ± 12 '

Расход влаги из почвенного запаса 114 + 9 152 ± 13 176 ± 15

Расход влага суммарный 259 + 14 397 ±19 320 * 22 ■■■■

Средние величины суши осадков за голодный и теплый периода равны 137 ± 20; 145 ± ЗГ мм.

Величина поступления влаги ШЗВ) в почвы солонцового ком- -плекса весной значительно варьирует в пространстве и во времени. Варьирование ПЗВ & различных почвах комплекса оценивается-примерно равными коэф$5Щпенташ вариации (59-63?). Основные элементы водного баланса мелиорированных солотюв следу п^яе. Средняя величина весеннего' поступления влага в солонца - 133 ш, что составляет 44# от'ойиего прихода. Величина весеннего : запаса влаги равна 494 мм,* варьирование составляет 14-1?;?.. Расход влаги из почвенного запаса равен 1X4 мм, расход влага суммарный - 259 ш. В среднем за семилетний период набдвдений в мелиорированных солонцах осадки теплой половины года обеспечивали 5б£ всего расхода влаги, а расход'влаги из почвенного запаса составил 44% от общего расхода.

.:" Средняя за 1970-1977 гг. величина осеннего дефицита влажности •..' './ 'л'-" ; ; мелиорированных солонцов,©оставляет 201 :: ;•" • "Й

'/ ''.':Длясветдо-каягтаяовнх почв,'подвергпихсв мелиорация, весен-

нее приращение запаса влаги'и расход влаги сушарныЯ; соответ-

Л -

: ' Гстеенно редааы 144 и 297 ш. В светлэ-кштаповых штат величи- у -у ч'; - на осеннего дефицита влажности больше, чем в' солонцах я состав-- 1 > Дяет В среднем 238 Ш..* .Г

Темноцветные почвы, западин увлажняется весной значительно '-/.; ;

■ Лучше СОЛОНЦОВ Л светло-каштановыг ПОЧВ, ЧТО сбуСЯОВЛеШ ВДЯЯ7. 'янеыотридатедьиых форя микрорельефа, аккумулирущнхспег. Сре#- •

'•нийрасход влаги из почвенного запаса в темнодвеяшх почвах за \ : ' „ период 1970-1977 гг. бнл равен175 мы/расяод влагя суммарный ",.320 мм* Осенний де^кцат аапасавдаги - 242 ш. В табл.2 цриво-'- ... '.} \ дится статистическая характеристика величин осенних запасовуту'. у-^ Г влага (03В) в почвах солонцового комплекса. Варьярованиезапа- - ^ , ;Г>'.сов влага в полуметровых слоях составляет от В% да 14?, при..; . ; ; "'; ОШ<Зке средаей не более 3 ым. Амплитуда колебаяиЙгеличЕнн у' У пасов влвгиддя всех почв в. средней составляет 50-60 ма.-Распре-/ -'■деле'ние (статистическое) БедичинОЗВв слоях 50-100, 100-150 си ;:1 у ^ : ' Линзво к пормальному, .а в слоях 0-50, 150-300 си;' какправвло, , У , отличается о? нормального, причем в верхних слоях имеется про- « обладание'положительной асимметрии, в нижкше — отрицательной* у.-»¡'¿Ц Статистическая обработка лпнпнт показала» что точность опреде— •■ • левая запасов влаги в полуметровых, слоях достаточно внсокая '. ¿ у У (1,5-3»0?), поэтому средние ОСВ являгтся оценками:гндрологиче-/'**■ :

ских констант влажвости эавядашя (ВЭ). Наиболее иссуяеншй -' " профиль характерен для темноцветной почвы, где слой с влвжш>-"

^ стью ВЗ и ниже распространяется до глубины 1,5 м. В мелиориро- / " ' -V: У ' ванном солонце; этот слой почвы распространяется на меныцую глу~; : ■ 'д бнну (90-100 см) ¿ Такое расположение границы иаксимадьного лет- у \- у. V .вето -иссушения связано соаначительно большей освоенность» • V . . • : >; ■■ толщи • темноцветной почвы, нежели солонца, - корнями вяза • Наиболь— > ■., - у ,■

■ шие величины коэффициента вариации характерны для верхних слэ~~ у.:.. У ■ -у ев почва (21-20?). С глубиной варьирование влажности уменыва- -' У

у.в^ся*>г.'у'^^У,3^\'■С'н^.■ ""[т^^^

,;/ : > .. Такш образом/ адементи водвого' баланса почз солонцового; у;".-у .'-комплекса отличаются друг ох друга* г Для темноцветных почв ха—' ' рактерны бол2>8Яв величины поступления я расхода влага по срав-, нешш "' цчгряридряудритм^ солонцами я светло—каштановыми почвами « у Поэтому влагооборот я осенниа дефщит запаса влага яостигает"Уу ^у"У'гУ" уу 'наябольпвс величин в темвоцветншс штаах.

Таблица 2

Статистическая характеристика осенних запасов влаги в почве

Сж>й почвы, сы

М ±т

AtS,

Е, * 5,

солонец, 95

0-50 71,9 i 0,8 П 0,86 ±0,25

50-100 82,5 ±1,1 14 , 0,44 ± 0,25

100-150 105,1 ± 1,4 13 -0,61 - 0,25

150-200 123,в - 1,0 8 '-1,07 ±0,25

светло-каштановая почва, а

0-50 74,0 ¿ 1,2 ,13 0,44 ± 0,32

50-100 85,8 ± 1Д 10 0,61 ± 0,32

100-150 96,8 ± 1,8 14 0,33 ± 0,32

150-200 П5,1 ± 1,4 9 -0,83 ± 0,32

-'' темноцветная почва, п.

0,72 t 0,49 -0,46 ± 0,49 -0,32 ± 0,49 1,50 ± 0,49

=•54 ■ '

-0,86 ± 0,64 -0,06 - 0,64 -0,92 ± 0,64 0Д0 ± 0,64

10.4 П, 7

6Q,2

10,7

10.5 12,2

0-50 67,1 ±1,1 П

50-100 81,6 ± 1,4 П

100-150 97,1 ± 2,0 13

150-200 1X9,4 ±2,1 II

гь * 40

[,92 ± 0,37 1,45 ± 0,73 27.9 ),86 i 0,37. 1,04 ± 0,73 14.5 0,57 ± 0,37 -0,80 ± 0,73 15,4 -0,54 ± 0,57 -1,10 ± 0,73

Примечание: п. - число повторностеЙ, М - средняя ариф-. ' иетичеснад, т - ошибка средней, V* - коэффициент вариация, , - асимметрия и основное отклонение асиыметрии, - 5 'е - эксцесс и основное отклонение эксцесса, критерий согласив по Пирсону, подчеркнутые величина Ха означая«, что распределение отлично от нормального. . , \

3-/0Í3

Вопросам водного режима почв н доступности почвенной влага' дан древесных насаждений на юго-востоке Европейскойчастя СССР посвящено много работ (Роде,1952,1963; Абрамова и др., 19в6; Судшшнн,1966; Судницан,111уро1щев,1974)." Особенно подробно освещены эти вопросы на Дканыбекском стационаре Роде A.A. ' о сотрудниками (Большаков,1950; Польский,Роде,1952; Базыкина, _ 1966). Первоначально доступность влага для растений оценивалась качественно* о учетом того, что различным категориям води соответствует различная ее*подвижность и, следовательно,, доступность растениям. Для более глубокого я всестороннего ио-следования водного режима н закономерностей влагопотреблений растений необходимо использовать н другие методы. При решения многих вопросов вдагообесаеченности растений весьма перспективным методом изучения водного режима почв является термодинамический метод (Судницыи,1966,1979; Слейчер Д970).

В качестве показателя доступности влаги для растений обычно используется величина относительной транспирации (Т/Е0), равная отношению фактической интенсивности транспирации к величине испаряемости о открытой водной поверхности при одинаковых метеорологических условиях. Поскольку этот показатель в меньшей степени зависит от метеорологических условий, то зависимость между- относительной транспирацией я давлением почвенной влаги позволяет прогнозировать вла необеспеченность растений и сравнивать доступность почвенной влаги для растений в различных метеорологических условиях (Судницын Д970).

На участке "гослесополоса 1У-С" были выбраны две площадки с тремя деревьями вяза на каждой, одна - контрольная, дир-гая была изолирована от окружакщей ее почвы до глубины 2 м. На изолированной площадке (размером 20 х 3,5 м) проводились поливы нормой 60 и 120 мм. Еа площадках велись наблюдения за ' транспирацией и относительной транспирацией вяза, влажность» и запасами.влага, давлением почвенной влага, метеорологячео- 1 кимн условиями. Исследовалась корневая система вяза но метода- ■ ке Даяга и Мельхиша ( ¿ang , ífleSkuish. , 1970).' Общая длина корней в некотором объеме почвы ( L ) находилась из количества пересечений корней (' Лa » fl| > nt .) о -тремя взаишперпендикулярннми плоскостями по формуле:

' ¿ = ( па * п, пе ) • L

Величины Пл , Пi и Пе определяли путем подсчета срезов корней на стенках и дне разреза. З&пияные значения L приве-

ru

РИСІ

3/Элементы водаого режима на мелиорированном солонце: давление почвенной влага в слоях 0-0,5 и (2,4) и 0-1 ы , (1,3), запасы влага в слоях 0-0,5 и (7,8) и 0-1 м (5,6), ; 'относительная трансшфацня вяза (9,10). Сплошная линия -неполивной участок, пунктирная - поливной участок. Стрел" каш показана' поливная норыа, заштрихованные' квадраты —' суша осадков за месяц. ; ■,' ■ v

'"С

денн в работе. Ланга и Мельхиша ( ¿йпд ; ' /ЛбСНиик , ;^ : 1970). В верхнем 10 см слое почвы общая длина горней тоньше , / . ; * 0,5 ш достигает 20 м в объеме I да3, о глубиной длина корней . * ■ • ^ •. уменьшается до 5 м в I дм3 на глубинем, соответственно коп-\ х 1 ' ' центрация корней достигает 20*10® м/м3, в. слое 0-0,1 м и ,

_• • 5*103 ц/м3 на глубине I м. (рис.7). Основной объем корневой • 1 V , системы вяза на мелиорированном солонце находится в пределах • ■ .верхней метровой толщи почвы, причем ,70% корней в слое .0-0,5 м, \-г- ■ "'...V. 29^ - в слое" 0,5-1 м и менее 1% корней в слое 1-2 М. ' :У"Лч,-

,; Результаты наблюдений за влагообеспеченностью вяза в • •••"••. / . 1978 г., близком к среднему многолетнему, представлены нач>; ;. ' рио.З. Общие запасы влаги в 2-метровой ; почвенной толще ■ мелио- '

; .¡' рированного■ солонца в конце вегетационного,перно дасоставляют ' -

■ 320-380 ил, цричем эта влага относится к категориям труднодо--.у;' ступной и недоступной для растений. Низкие величины относи- '

тельной транспирацин (0,06-0,2) указывают на недостаточную ' . влагообеспеченность вяза. Интенсивность транспирацин в это вре- ' : -V мя обычно не превнпиет 90-120 в£г/г*час. После влагозарядочшг ■■ поливов относительная транспирадия резко возрастала (до 0,9-/ ■

■ 1,0)» однако'.ослабление' напряженности водного режима вязабшю уУ. '■.С,- непродолжительным,'поскольку почвенная влага быстфо и непро-^ > >:

■г • дуктивно расходовалась на физическое испарение. . '

. При термодинамическом подходе используется понятие потен- . , ; ; циала (давления),, почвеннойвлаги. Теория и метода определения : : -Л": л" давления почвенной влаги подробно "описаны,в монографиях '

И.И.Судницына (1966,1980), А.И.Глобуса (1969) а других. Широко 'УУ;. : -исполшзуеыыип методами определения давления почвенной влаля ; ■ ЯВЛЯЮТСЯ ппроскопический. (психометрический), криосношческий,' ;

тензиометрический и метод мембранного пресса. Однако, кнотае - ■ из них имеют сложную процедуру определения и требуют наличия --..у "" грошздких устройств и поэтому, неприемлемы ^для полевых опреде-

- дений. Одним из перспективных-в' этом отношении методов являет- ' V - ся методопределения давления влаги с' помоп^и бумажных1 фильт- : ; ; ров ( Оагйпеъ , 1937; аВ-Мо/а/^ - , Напк 1974; : V " /71с (Мейп, , ;.■.,, 1968). Однако, существенным

• недостатком этой группы методов является длительность определе-

. - " - ния давления влаги (2-6 суток).' ; У ".У-'';'-..V

V1 ^ ^ ■ : : ■: ' Для ускорения измерений нами применен экспресо-вариапт • • V - V': {-метода определения полного! давления почвенной!влаги.' Особенно- . г: ; -'У стью метода является то, что давление: влаги определяется с по- ;

мощью бумажного фильтра,.предварительно смоченного раствором, -например, , о известным потенциалом (осмотическим) -

->влаги. Разные фильтры увлажняли растворами, отличающимися по у.;", ^.величине потенциала, а затем помещали в стаканчики на опорные. _ ' ■■ кольца над поверхностью почва.' В(замкнутой системе почва-; ' :' фильтр вода передвигается, в парообразной форме в направлении -^ выравнивания давленая влага. Давление влаги в почве рассчитывали по изменению массы фильтров. Нарис.4 проиллострирована / техника расчета давления почвенной•влаги і Две точки, соотвеїь . отвугщие приращению массы фильтров, смоченных раствором с, :'различный штен^алои влаги (точки "а" и "в")' соединяли пря- - ' "; мой-ливней»''аточку пересечеігая прямой с кривой АВ ("с") прое- , -даровали на ось давлення, точку "д" принимали за величину дав- ; : . ления влаги в почве. Для построения АВ проводили- определение ■ -; ' давления влаги экетгрессйаетодом для контрольных образцов, ре-' V зультаты измерения наносили на график и, соединив их, получали ЛИНИЮ АВ.. ;."'■■■. - ■ ■■ '

Полевые всштшшя экспресс-метода (Джаныбекский стацио- ' нар) показали, что метод можно использовать как для неносред- ;: ственных,. разовых определений давления, влаги в "свежих". обраэ-• цах, так я дай построение основных гидрофизических кривых. : ; ■'Точность определения давления влаги в большей мере'зависит от .' условий термостатирования; при тершетатировании образцов < > 1 почвы с точностью £ ОД°С ошибка определения давления не про-, -.вытает 3-4 атм. Таким образом .-благодаря своей простоте и бы-. . .строте выполнения метод МОКНО применять В рядовой почвенной - лаборатории и в полевых условиях. : ■■-■■■'.Д/. ■ V : В диапазоне высоких (от —0,025 до т-0,6 атм.) и низких 7 (от -300 до -3000 атм.) давлений были ' определены основные'гид-:; , рофизические зависимости. На рио.5 показана'зависимость полно: го давления почвенной влаги от1 влажности для мелиорированного ; солонца в о бласти низких давлений (десорбционная ветвь гисте-

резисной петли), Зависимость' в полулогарифмическом масштабе ^ ;.. 7 ^ ашзроксшшруётся прямой; Полученные основные гидрофизические :Д \ завнсишоти:йслодьзовадись для перечета величин влажности поч-. вы в давление влага при исследовании вопроса _ о доступности ' : ; почвенной, влаги для вяза. В диапазоне высоких давлений опреде- \ , ления выполнены на капилляриметричесгой

установке - (Судницын и -. др.-1977). Для определения точности метода били проведены специальные исследования. Установлено , что ошибка среднегодяя

л.

( Р* » атм) от влажности ( УУ , % от объема почвы) для целинного (а) а мелиорированного (б) солонца.

значений влажности почвы, соответствующие некоторому Рк, не превышает 1,2% во всем диапазоне давлений от -0,025 до -0,7атм. Зависимость капиллярного давления почвенной влаги от влажности для мелиорированного и целинного солонца представлена на рис.6. Расположение линий на рисунке определяется, в основной, плотностью и механическим составом образцов; при равном Рк влажность (? от объема почвы) тем больше, чем тяжелее механи- -ческий состав почвы. Эта закономерность отмечалась ранее для некоторых почв ЕГО (СудшщшДЭбб), >

. Из данных следует, что'целинный солонец характеризуется низким содержанием пор, размером более 60 мк, их объем в во-донасыценном состоянии почвы не . превышает Т%. Наибольший об&-ем занимает норы размером менее 5 юс, в солонцовом, горизонте они занимают около 38,5^. В мелиорированном солонце содержится значительно больше крупных пор, особенно в гумусовом горизонте (14,6/£). Содержание мелких пор в профиле почвы изменяется с глубиной обратно содержании крупных, и достигает наибольших величин (31,4?) в 'слое 1-2 к. Басовое содержание мелких пор в целинном солонце объясняется хорошим развитием ШК- ' роструктуры и почти полным отсутствием водопрочной макроструктуры, мелиорация солонцов резко повышает содержание■крупных пор. у '■• <

Наблюдение за давлением влаги на участках с вязами показало , что в верхнем метровом слое почвы давление сильно варьирует в течение вегетационного периода в зависимости от режима осадков (рис.Э). В засушливые периоды давление в верхнем мет- ' ровом слое ночвы падает до величин от -40 атм до -60 атм, а в слое одан-два метра от -20 атм до -30 атм;

Известно, что характер зависимостг относительной транспи-рапки от давления почвенной влахи определяется биологическими особенностями растений, в частности, строением и расположена- -ем корневой системы (Судницын, Шеин, 1973). Поэтому для повышения точности определения зависимости ^ ="■ $ С Рп ) наш исследовалась корневая система вяза (рис.7). Подученные результаты позволили рассчитать средневзвешенное давление почвенной влага для слоя &-2 м. Расчет средневзвешенного давления почвенной влаги ( Рп ) для слоя 0-2 и проводился по формуле, аналогичной предложенной И.И.Судаицшым (1979):'

рп + р, с, + р, с5 +.;, +Рк ск

где Cj, Cg >•• Ск - доля корней тоньше 0,5 ми, содержащихся ' в слоях почвы равной толщины, от общего их количества в корне-обитаедай толще почвы; Pj, Pg ... Рк .- давление почвенной влаги в этих слоях,

Зависимость между относительной транспирацаей и средневзвешенным давлением почвенной влаги (рис.8) имеет два участка: первый в интервале давлений от -4, до -10 атм, второй -меньше -10 атм. Низкие величины относительной транспирации (меньше 0,1) указывают.на сильное подавление устыггаой транспирации. Для первого участка зависимости найдено аналитическое выражение:- . в

_ ; ."i-a-w ?%\Р«\

тле Рп - средневзвешенное давление в слое 0-3 м.

Полученную зависимость можно применять для оценка влаго-обеспеченности вяза на других почвах, поскольку относительная трансшрация является фушщией от параметра, величина которого мало зависит от водво-физическях свойст почвы (Судиицын, 1979)'. С другой стороны зависимость ^•»■JCPn) можно использовать для прогнозирования элементов водаого баланса поч-' вы, и в первую очередь - расхода влаги на трансшрадию. Дня этого необходимо иметь сведения о суммарной площади листьев вяза н о количестве вязов на единице .площади.

Из исследований Абрамовой н др. (1968) следует, что даже .в средние по влажности лета вяз иссушает почвенную толщу до величин,близких ВЗ и значительный период времени, как полагают авторы, использует воду, образовавшуюся в результате конденсации. Однако точность прямых измерения передвижения водяного пара в почве невелика,Пряше измерения,с помощь» уста- ; новки в почвенном профиле приемников сконденсированной влаги (Абрамова и др.,1966), нарушают естественное распределение влажности почва и вносят искажения в ноле водоудерживаюпщ: сил почвы. Перспективным является другой путь — расчет передвижения парообразной влаги по данным о распределении и динамике температуры в водоудераиваицих сил почвы, а также о "па-ропроводвости почв* (Судкицын,1979).

. Обзор работ по вопросу конденсации влаги в почве дается в монографии А.А.Роде "Вопросы водного режима почв" (1979); указывается, что большинство почвоведов-гидрологов считает, что количественное значение конденсации невелико и в уравпе-•

шш водного баланса почв величину, конденсации приравнивают к нулю.,Естественно, это" не шжег удовлетворить ПОЧВОВЄДОВ-ІВД— рологов, работающих в полупустынных и пустынных зонах, где - ..."" процесса вовдеьсацаи в некоторых условиях приобретают, вероятносущественное значение. ■ / г.-.Дф":'- ' /

Поэтому актуальной задачей,является изучение физических ■ процессов испарения и конденсации, разработка достаточно общей модели процесса конденсации влаги. Решение этой эадата. : позволат прогноэировать.водаыЕ режим почв; вчастности, прогнозировать конденсацию влаги почвой яз воздуха по данный на- : блюдекий.на ее поверхности. В этой связи была предпринята по; пытка разработать достаточно общую модель процесса конденса- ': ции влаги в почве. В,качестве уравнений предлагаемой: модели. рассматривалась следующая система уравнений (Тихонов, Судии-/' цда, Галанин, Заблоцішй; 1979): :•'/ ''//

V- Г -ІТ-4 и - 5(лГ-Й) , Л. : ;

.где Ц:- содержание сконденсированной влаги в песке,' \Г - ' плотность пара, - Т • - температура песка, а - коэффициент диффузии пара в песке,. ;; сі;/**' .коэффициент теплопроводности ■ \ песка, Г Я — удельная тешгата парообразования, - поток стекающей воды, £2 - равновесная плотность пара;. $ • ~ ч: функция. характеризуїщая.скорость испарения (конденсации влаги і.'"'- -'-"л-/ '.: :!:.' <: - Уравнения системы выражают в дифференциальной. форме уравнения баланса влаги в жидком и, парообразном состоянии, о учетом обшна между- фазами и уравнение баланса тепла.1В совокуп-•вости о начальными и граничными4 условиями для и. , Чт".., Т/ они образуют модель'процесса влагообмепа междувоздухом и. •средой (Тихонов, 1973). ;///■-, ^ .%//.-,■■;/''//'■■ ■.•;/'/■' Определение неизвестной характеристики ' , модели функции Б і режиме испарения проводилось' В'опыте,' где через слой песка продувался воздух с. фиксированной влажностью на входе и непрерывно наблюдалась;влажность воздуха на выходе. По этим данным -.рассчитывалась зависимость/ 5 'от влажности (рио.9)* Анадити-Ч

' / .

Ч ■

\

S(UV<0*,mmh

Fbc.9 : Завжсямость коэффициента нспаревхя S и ■v., en веска ц . v;.wr. ■v:;:':v.v

-л ■■.

; 5

8 •

при температурной режиме; t¿eeMpst°P ♦

воздуха

: : г вода

1 - »кшервиевтальвое,

2 - расчетное»

ЇЬсДО Гас , ТО TS

и вяахж С и t % О* насев зца песка | г , «).

тюха)

Z,cm

чесяое выражение для фунвдии имеет сл едущий вид:.

5=2,3105С'Ц-015Г

При малых значениях влажности значение коэффициента испарения определяется, главный образом, кинетикой десорбции влаги с поверхности частиц, а'не геометрической площадью открытых менисков жидкости в капиллярах.

Для определения 5 в режиме конденсации в камере поддерживался постоянный градиент температуры между поверхностью песка и его нижней границей. По данным о количестве сконденсированной влаги рассчитывался 5 (Тихонов.Суднпцыа, Галанин, Заблоцкнй,1978),

Проверка модели проводилась о пошщьо контрольных экспериментов, которые были выполнены в двух температурных режимах. После.3-4 суток проведения последовательной смены процессов конденсации и испарения образец песка разбирался послойно и определялась его влажность (рис.10). Обнаружено неплохое соответствие расчетных и экспериментальных значений количества сконденсированной влаги не .только в среднем по образцу, но и по от. дельным его слоям. Конденсация влаги происходила в тонких слоях на верхней и нижней поверхности песка. При «том наверху происходила конденсация пара из воздуха за счет его пересыщения, . внизу - за счет тецюдайузии.

Таким образом, математическая модель соответствует рассматриваемому кругу явлений и позволяет прогнозировать процессы испарения и конденсации влаги с достаточной точностью. Полученная модель использовалась для расчета величин конденсации влаги в почве. Были выбраны типичные по погодным условиям дни (рис.II) в конце вегетационного периода. По данным наблюдений за температурой и влажностью почвы и воздуха Проведен расчет конденсации влаги в приповерхностном слое почвы. Для взятых градиентов температуры почва - воздух и влажности воздуха величины конденсации влаги оказались близкими к нули. Небольшое количество влаги, сконденсировавшееся в.приповерхяо- -сгном слое почвы полностью испарялось в утренний^часы, и суммарная конденсация была равна нулю. *

Таким образом, конденсация влаги в приповерхностном сдое почвы незначительна и этот процесс пе играет существенной роли во влагосбеспеченностй вяза. * л

Рис.II Дневная дктт^итая интенсивности трансшрация вяза и

давление почвенной влаги ва поливном участке (ІДО). 4 на контроле (2,11), относительной влажности воздуха(3), дефицита упругости водяного пара (4) .скорости ветра (5) , температуры воздуха (6) и почва на глубине 5 см Т?) я 10 см ТВ).

в д » О « И

1. Основные элементы водного баланса { весенние запасы, расход влаги из почвн) разню: типов почв мелиорированном солонцового комплекса увеличиваются от солонцов к темноцветным почвам западин. Средние за период 1970-1577 гг. величины весеннего приращения запаса влаги { для алея почвы 0-200 см ) в

. мелиорированном солонце, светло-каштановой и темноцветной почвах равны 113+' 8; 144 ¿ II; 174 £ 12 ш. Средние величины суммарного расхода влаги в этих почвах соответственно равны 259 ± 14; 297 ± 19; 330 ± 22 мм.

2. Специальные исследования показали, что в мелиорированном солонце запасы влаги падают до 320-330 шл к концу ввгрта- -двойного периода, при этом давление почвенной влаги в верхнем I метровом слое составляет -40 + -60 атм , в слое 1-2 м

-20 + -30 атм. Относительная транопирация вяза падает до 0.1. На поливном участке давление почвенной влаги в верхнем 1м слое не опускаюсь ниже 18 атм. ^

3. Зависимость между относительной транспирацией ( ) вяза и средневзвешенным < о учетом распределения корней в почве ) давлением влаги ( рп ). для слоя почвы 0-200 см имеет

— ;; а1

Зависимость позволяет прогнозировать расход влаги на транепп-рацию и доступность почвенной влаги для вяза.

4. Апробация модели в лаборатории показала, что модель позволяет в общей форме описать процессы испарения и конденсации влаги в почве по данным наблюдений за температурой и

■ влажностью почвы и воздуха, Математическое моделирование процесса конденсации в приповерхностном слое почвы показало, что величина конденсации влаги за ночь близка к нулю- Небольшое количество влаги, сконденсировавшееся в приповерхностном слое почвы, полностью испарялось в утренние часы, и суммарная конденсация была равна нулю. Таким образом сконденсировавшаяся влага не шхет.играть существенную роль во вдагообеспеченно-сти вяза. -

5. Для исследования водного режима почв в досяушости почвенной влаги в помощь» тегшдинамического подхода опробовав новый экспресс-вариант гигроскопического метода определения

полного потенциала Ч давления) потаенной вдали Благодаря про-»:' стоте я быстроте выполнения метод позволяет определять даваем і V вне влаги в экспедиционных усдовидс.. При териосгатироваиид о(3— , резцов яочвн с■точность» ±0,1°С ошибка определения давления ч не превнтет.3-4 атм. :■ •".- -у"'

■ : ы^гуотод гої^тт^Ш птгт^литованы дстатряс; ^:■!:>■

1, О 'доступноотя шчвенноЙ Благи дяя вяза мелвэлиотного на мелиорированном солончаковом солонце. Лесоведение. 1979,' : * 5, о.52-60. '.;.-;- V''

2. О математическом моделирования испарения и конденсации ; .:. влаги в песчаных почваї. Почвоведение, 1979, * П, с.152-156 /

(соавторы Н.А.Тихонов, И.И.Судаицын, МДМЪлавин).

: л 3. Определение коэффициента испарения в задаче моделиро-1 вания движения влаги в песчаной почве. Почвоведение» 1979, Я 9, о.130-133 (соавторы Н.А.Тшсонов\ И.И.Сущшцын, М.Г.Галанин).

-4. Эксцресо-вариант гигроскопического метода определения' .■=.. подаого потенциала почвенной влага.* Почвоведение , 1981, Л 2 (соавторы И.И.Суднишга» А.В.Труфанов). ;■•.■ .V

' ? ■ 1-" . *

*.1 ■ ■" - ,

;; псі». ■ і>-&гл.ібзя: к ;■;.:, - л ; ; -

• Зпю^Обі ТМЇЛЖ'МО

' Изж-ю Мосво»оч)го ушкрсггет«. Мосж»«, К-9. ■ • у*. Герц»«. 8/7.. '

Тикмтчфяя Им-м МГУ. Мое»»«, Леягоры

* ■ Л