Бесплатный автореферат и диссертация по сельскому хозяйству на тему

Использование водно-физических свойств почв при определении влагозапасов на больших площадях

ВАК РФ 06.01.03, Агропочвоведение и агрофизика

Содержание диссертации, кандидата биологических наук, Гридасов, Валерий Федорович

Список условных обозначений

ВВЕДЕНИЕ.5

1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И СОВРЕМЕННЫЕ ТРЕБОВАНИЯ К

ИНФОРМАЦИИ О ВЛАГОЗАПАСАХ В ПОЧВЕ .II

1.1. Существующая методика определений влагозапасов в почве.II-I

1.2. Перспективные методы определений влагозапасов 11-20 в почве

2. ОБЪЕКТЫ И МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЙ.21

2.1. Объекты исследований .21

2.2. Методика исследований.29

3. ИССЛЕДОВАНИЯ ИЗМЕНЧИВОСТИ ВЛАЖНОСТИ И ВОДНО-ФИЗИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ПОЧВ НА ОТДЕЛЬНЫХ ПОЛЯХ .37

3.1. Влажность почвы.37

3.2. Объемная масса почвы.62

3.3. Влажность завядания .87

4. ИССЛЕДОВАНИЯ ИЗМЕНЧИВОСТИ ВОДНОСТИ И ВОДНО-ФИЗИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ПОЧВ ПО ПЛОЩАДИ.106

4.1. Необходимость и возможность выделения однородных по изменчивости площадей.дючв ^.I06-III

4.2. Исследования изменчивости влажности и водно-физических свойств почв .III-I

5. ОЦЕНКА КАЧЕСТВА ВЛАГОЗАПАСОВ В ПОЧВЕ.I3I-I

5.1. Границы оптимального увлажнения почвы . I3I-I

5.2. Оценка влагозапасов с помощью потенциала 146-157 почвенной влаги

6. ПРАКТИЧЕСКОЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЙ 158

6.1. Определение доступных влагозапасов на отдельных сельскохозяйственных полях .158

6.2. Определение доступных влаго зал асов по площади 167

6.3. Оценка влагозапасов и контроль данных определений влажности и водно-физических свойств почв . . . 177

ВЫВОДЫ . 184

Введение Диссертация по сельскому хозяйству, на тему "Использование водно-физических свойств почв при определении влагозапасов на больших площадях"

Вода является одним из важных факторов плодородия почвы и урожайности растений. С содержанием воды в почве связаны скорость выветривания и почвообразования, интенсивность биологических, химических и физико-химических цроцессов. Большое влияние степень увлажнения почвы оказывает на формирование почвенной структуры, на качество обработки почвы, на производительность сельскохозяйственных машин. Все жизненные процессы в растениях протекают нормально только при достаточном насыщении их клеток водой. При недостатке воды в почве сухие семена не прорастают, растения плохо развиваются и дают низкий урожай. Вода наряду с углекислым газом является для растений; лервичным строительным материалом, из которого синтезируется органическое вещество. В воде растворяются питательные вещества, которые с почвенным раствором поступают в растения. Вода является терморегулятором почвы и растений, предохраняя их от перегрева солнечной радиацией. Растения содержат в себе 80-90% воды. В процессе своей жизнедеятельности они тратят на создание единицы массы сухого вещества от 300 до 1000 частей воды. Поэтому в засушливых районах неустойчивые и низкие урожаи сельскохозяйственных культур в большинстве случаев связаны с недостаточным водоснабжением. "Влажность почвы имеет самое важное значение для хозяйства и заслуживает особого внимания" [2б] . Эффективное и рациональное использование почвенной влаги, обработка почвы и внесение удобрений, подбор сортов, прогноз запасов влаги,оценка влагообеспеченности как одного из факторов, определяющих виды на урожай - вот далеко не полный перечень вопросов, обусловливающих необходимость учета почвенной влаги на сельскохозяйственных полях.

На сети станций Государственного комитета СССР по гидрометеорологии и контролю природной среды (сокращенно Госкомгид-ромет) с 1933-34 гг. ведутся наблюдения над влажностью почвы по единой методике во всех земледельческих районах нашей страны, охватывающих большое разнообразие климатов и почв. При этом на станциях применяется прямой метод определения влажности почвы-обезвоживание образцов почвы в термостате при температуре 105°. Чаще этот метод называется термостатно-весовым или буровым. Влажность почвы выражается в процентах от массы абсолютно сухой почвы. В агрометеорологических расчетах и исследованиях, а также при характеристике влагообеспеченности растений принято выражать влагозапасы в миллиметрах (мм) общей или доступной для растений влаги в почве. Влагозапасы, выраженные в миллиметрах водного слоя, можно суммировать для расчета запасов влаги в различных слоях почвы, сопоставлять с осадками, запасами воды в снеге, другими элементами водного баланса. Для перехода от влажности почвы, выраженной в процентах (%),к миллиметрам доступной влаги необходимо знание объемной массы почвы и влажности завяда-ния растений. Несмотря на значительное число станций (около 3000), ведущих наблюдения над влажностью почвы, насыщенность сведениями о влажности почвы остается небольшой - один пункт на 100-120 тыс.га посевов. Поэтому дополнительно проводятся определения влажности почвы при автомаршрутных обследованиях сельскохозяйственных посевов, а также на некоторых гидрометеорологических и агрометеорологических постах в колхозах и совхозах.

Громоздкость и трудоемкость термостатно-весового метода общеизвестна, однако, несмотря на ряд недостатков, он остается пока единственным, широко применяемым на сети станций вследствие несовершенства или недоработки других методов за исключением нейтронного, находящегося в стадии массового внедрения.

Актуальность. В последние годы в СССР, а также за рубежом начались разработки дистанционных или бесконтактных методов определения почвенной влаги в различных слоях почвы. С помощью этих методов можно проводить определения влажности почвы на различных площадях (отдельное поле, поля хозяйства, района, области). Однако необходимо отметить, что эти методы позволяют получать сведения о влажности почвы, выраженной только в % от массы абсолютно сухой почвы. Между тем, как уже говорилось выше, в практике агрометеорологического обслуживания важно знание влаго-заласов, выраженных в миллиметрах доступной влаги. В связи с этим, большое значение приобретают вопросы исследования изменчивости объемной массы почвы и влажности завядания на различных площадях, изменений их во времени, зависимости от типов почв, их разновидностей, пространственного расположения почв по площади. Важно также давать оценку качества влагозапасов, полученных с помощью дистанционных методов, в отношении их к урожаю сельскохозяйственных культур.

Цель работы. I. Исследование изменчивости влажности и водно-физических свойств на отдельных сельскохозяйственных полях и по площади.

2. Исследование границ оптимального увлажнения почвы и возможности использования потенциала почвенной влаги при оценке качества влагозаласов, получаемых дистанционными методами.

3. Разработка рекомендаций по использованию водно-физических свойств почв при определении доступных влагозапасов по площади на примере самолетной гамма-съемки влажности почвы, автомаршрутных обследований, а также на отдельных сельскохозяйственных полях с помощью существующего термостатно-весового метода.

Научная новизна. На основании достоверных определений влажности почвы показано, что ее изменчивость на отдельных сельскохозяйственных полях не зависит от абсолютной величины влажности, произрастающей культуры, фазы ее развития, обработки почвы, а определяется типом почвы, однородностью ее механического состава. Впервые получены количественные показатели изменчивости влажности, объемной массы и влажности завядания по площади и обосновано их число при определении влагозапасов на территории отдельных областей.

Показана возможность использования для оценки качества влажности, измеряемой с помощью самолетной гамма-съемки,капиллярного потенциала почвенной влаги. Предложена объективная методика контроля данных о влажности почвы.

Практическая значимость. Материалы исследований могут быть использованы при измерении влагозапасов с помощью дистанционных методов, при проведении автомарщрутных обследований, при оценке влагообеспеченности сельскохозяйственных посевов. Полученные результаты уже частично использованы при подготовке методического пособия "Определение агрогидрологических свойств мелиорируемых почв" и усовершенствовании существующей методики определений доступных влагозапасов на сети станций Госкомгидромета.

В работе использованы материалы экспедиционных и лабораторных работ,выполненных под руководством или при непосредственном участии автора, материалы тематических наблюдений на ряде станций Госкомгидромета заявленных авторов, архивные данные определений агрогидрологических свойств почв СССР, материалы агрогидрологических справочников, литературные данные.

Работа выполнена во Всесоюзном научно-исследовательском институте сельскохозяйственной метеорологии Государственного комитета СССР по гидрометеорологии и контролю природной среды в 1975-78 гг. Научный руководитель работы: Александра Федоровна Вадюнина, доктор биологических наук, профессор кафедры физики и мелиорации почв факультета почвоведения МГУ.

Автор искренне выражает глубокую благодарность научному ру- :-ководителю работы А.Ф.Вадюниной за всестороннюю помощь при выполнении поставленной задачи, а также благодарит всех принимавших участие в подготовке и обсуждении диссертационной работы за полезные советы и замечания.

По теме диссертационной работы сделаны следующие публикации:

1. Гридасов В.Ф. О возможности применения бура Скипского для определения объемного веса дерново-подзолистых почв. - М.: Гидро-метеоиздат, Тр.ВНЙИПуИ-ВД, вып.14, 1975, с.140-142.

2. Гридасов В.Ф. 0 погрешности расчетов продуктивных влагоза-пасов для отдельного поля. - М.: Гидрометеоиздат, Тр.ИЭМ,вып.Ю(78) 1977, с.29-37.

3. Гридасов В.Ф. Определение агрогидрологических свойств мелиорируемых почв. - Л.: Гидрометеоиздат, 1979, 12 с.

4. Гридасов В.Ф. К вопросу определений некоторых водно-физических свойств почвы по площади. - М.: Гидрометеоиздат, Тр.ИЭМ, вып.14(92), 1980, с.117-121.

5. Гридасов В.Ф. 0 соответствии ошибок определений некоторых водно-физических свойств почв нормальному закону распределения.-Л.: Гидрометеоиздат, Тр.ВНЙИСХМ, вып.5, 1980, с.117-124.

6. Клещенко А.Д., Гридасов В.Ф. К оценке точности определения влажности почвы методом самолетной гамма-съемки. - М.: Гидрометеоиздат, Тр.ИЭМ, вып. 1(35), 1974, с.ПЗ-119.

7. Клещенко А.Д., Гридасов В.Ф. О пространственной и временной изменчивости объемного веса почвы. - М.: Гидрометеоиздат, Тр.ИЭМ, выпЛС50), 1973, с.85-93.

8. Гридасов В.Ф., Хомяков В.Н. Об усовершенствовании методики определения влажности почвы на агрометеорологической сети. - М.: Гидрометеоиздат, Тр.ВНИИСХМ, вып.5, 1980, с.107-112.

9. Грингоф И.Г., Гридасов В.Ф. Состояние и перспективы измерений влажности почв на сети станций Госкомгидромета. - М.: Метеорология и гидрология, № 9, 1982 , с.94-100.

10. Гридасов В.Ф. Современные проблемы влагометрии почв. - М.: Гидрометеоиздат, Тр.ВНИИСХМ, 1983, в печати.

11. Гридасов В.Ф. Использование агрогидрологических свойств почв при оценке качества влагозапасов. - М.: Гидрометеоиздат, Тр.ВНИИСХМ, 1983, в печати.

I. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И СОВРЕМЕННЫЕ ТРЕБОВАНИЯ К ИНФОРМАЦИИ О ВЛАГОЗАПАСАХ В ПОЧВЕ