Зайдельман Ф.Р. Мелиорация почв

Подождите немного. Документ загружается.

земными органами растений. Определенный объем почвенной вла-

ги стекает в почвенной толще в боковом направлении, образуя

внутрипочвенный сток (7), и затем поступает в ручьи и реки. Неко-

торое количество почвенной влаги просачивается еще глубже в

грунтовую толщу

{8)

и питает грунтовые воды. Грунтовые воды, как

правило, движутся под влиянием силы тяжести, образуя грунто-

вый сток (Р), причем их влага в конце концов попадает в ручьи и

реки, превращаясь в воды речного стока

{10).

Некоторая часть

грунтовой влаги может просачиваться еще глубже и превратиться в

глубинные подземные артезианские воды. Таким образом, почва

принимает на себя атмосферную влагу, преобразует ее в парообраз-

ную влагу, влагу поверхностного стока или в воды различных видов

подземного стока. Эта роль почв в ландшафте определяет важность

изучения их водного режима как в познавательном, так и в при-

кладном отношениях. Водный режим почв — это прежде

всего совокупность всех явлений, связанных с поступлением влаги

в почву, ее передвижением, расходом, изменением состояния.

В понятие «водный режим почв» входит не только поведение влаги

в самой почве, но и обмен влагой между почвой и другими природ-

ными системами: атмосферой, иочвообразующими и подстилаю-

щими породами, живыми организмами (растениями, микроорга-

низмами, зообиотой).

Мелиоративные мероприятия прежде всего влияют на водный

режим почв, его отдельные статьи прихода и расхода влаги. Цель

гидротехнических, агротехнических, тепловых, биологических и

большинства других мелиорации в конечном итоге заключается в

том, чтобы изменить те статьи баланса, которые определяют небла-

гоприятные особенности почв как объекта сельскохозяйственного,

лесохозяйственного и иного использования.

2.7.2. ВОДНЫЙ БАЛАНС И ТИПЫ

ВОДНОГО РЕЖИМА ПОЧВ

По А.А. Роде, водный баланс почв водоразделеных равнинных

территорий в общей форме выражается следующим уравнением:

Bj = В

+ (Ос + К+ ГрП) - (Д + Исп + ПС + ВПС + ГрС),

где Bi и В

—

запас влаги в почвенной толще в конце и в начале

изучаемого периода; Ос

—

сумма осадков; К

—

величина конденса-

ции влаги; ГрП

—

количество влаги, поступившей в почву из грун-

товых вод (грунтовый приток); Д

—

величина десукции; Исп

—

ве-

личина физического испарения; ПС — величина поверхностного

стока; ВПС

—

величина внутрипочвенного бокового стока; ГрС

—

величина грунтового стока за весь период.

В зависимости от величины отдельных источников прихода и

расхода влаги водный баланс почвы складывается по-разному.

Г.Н. Высоцкий выделил три типа водного режима (рис. 18): про-

мывной (пермацидный), не1фомывной (импермацидный) и выпот-

ной (эксудационный). При промывном типе водного режима

Ос > Д + Исп + ПС + ВПС.

Ежегодно часть осадков просачивается через почву и уходит с

грунтовым стоком. Поэтому этот тип водного режима назван про-

мывным.

При непромывном типе водного режима связь почвенной вла-

ги с грунтовыми водами отсутствует, величины ГрП и ГрС в урав-

нении водного баланса равны нулю и уравнение имеет вид

Ос = Д + Исп + ПС + ВПС.

На горизонтальных участках два последних члена уравнения

равны нулю, и оно принимает следующий вид:

Ос = Д + Исп.

Водный режим выпотного типа отличается тем, что сумма ве-

личин десукции и испарения превышает атмосферные осадки. Для

водного режима этого типа уравнение водного баланса имеет сле-

дующий вид:

Д + Исп + ПО Ос.

Почвы с выпотным водным режимом формируются в условиях

непрерывного притока фунтовых (аллохтонных) вод. Их горизон-

ты постоянно находятся в пределах капиллярной каймы. Водным

режимом выпотного типа обладают в различной мере засоленные

™ис.

18. Схема влагооборота водного баланса при различных типах режима

% (Л.А. Роде, 1967):

(fl

—

водный режим промывного типа, б

—

водный режим неиромывного типа,

«<•(

—

водный режим десуктивно-выпотного типа,

f--осадки, 2— влаы, задержанная кронами, 3— поверхностный сток, 4— физиче-

**&е испарение и десукция напочвенным растительным покровом, 5

—

почвен-

^гасток,

6 —

десукция древесным пологом, 7—грунтовый сток, <?—испарение и

десукпия

мм X XI XII I II III IV V VI VII VIII IX

-~\\\ KHT * -~—*

8 9 10 11 12 13 74 15 16 17 18 19

Рис.

19. Водный режим таежного класса, промывной (А.А. Роде, 1967):

—

влажность ниже ВЗ; 2 ~ влажность от ВЗ до ВРК; 3

—

влажность от ВРК до

ППВ;

—

влажность равна ППВ; 5

—

влажность от ППВ до ПВ; 6— влажность рав-

на ПВ (водоносный горизонт); 7— снег; 8— грунтовый поток; 9

—

гравитационное

просачивание (слева) и капиллярное восходящее передвижение (справа); 10— пле-

ночно-капиллярное передвижение;

11 —

пленочное передвижение; 12— почвенный

или почвенно-грунтовый сток; 13 — десукция; 14

—

жидкие осадки; 15

—

полив;

16 — испарение или трансиирация; 17

—

нижняя граница почвенного профиля;

18 — наибольшая глубина промачивания; 19 — месячные суммы осадков (слева),

месячные суммы испаряемости (справа) и средние месячные температуры воз-

духа (линия)

200

100

*-J0\

-10°

XI XII I II III IV V VI

VII

VIII

iit,ijjjJm№

Рис.

20. Водный режим степного класса, неиро-

мывной (А.А. Роде, 1967).

Условные обозначения см. на рис. 19

почвы. Причиной засоления является накопление в них солей,

приносимых испаряющимися грунтовыми водами.

На основе экспериментальных данных А.А. Роде дал следую-

щую характеристику типов водного режима, описанных Г.Н. Вы-

соцким (рис. 19-21). Эти три основных типа водного режима (про-

мывной, непромывной, выпотной или эксудационный) были затем

дополнены А.А. Роде (1963).

В настоящее время выделяют, по Г.Н. Высоцкому и

А.А.

Роде,

шесть типов водного режима почв: мерзлотный, промывной, пери-

одически промывной, непромывной, десуктивно-выпотной и вы-

потной.

Дальнейшим развитием классификации водных режимов почв

является подразделение типов режима на гидрологические подти-

пы и классы соответственно по источникам водного питания и ха-

рактерным величинам влажности почвенного слоя в течение веге-

+30

-10'

мм

300

200

100

- о

X Ж

I Ж Ж Ж F Ш Ж W К

JUJI

LMITJITJL

Рис.

21. Водный режим солончакового класса, выпотной

(А.А. Роде, 1967).

Условные обозначения см. на рис. 19

Таблица 3

Классификация типов водного режима (Л.Л. Роде, 1963)

Тип и коэффициент

увлажнения КУ

Мерзлотный (с веч-

ной мерзлотой)

КУ* 1

Промывной

КУ> 1

Периодически про-

мывной

КУ* 1

Непромывной

КУ< 1

Подтип (по источни-

кам увлажнения и

заболачивания)

Класс (по характерным величинам

влажности почвенного слоя в течение

всего вегетационного периода)

не разработана

атмосферного

питания

грунтово -атмосфер-

ного питания (с

близкими к поверх-

ности аллохтонны-

ми водами)

грунтово-атмосфер-

ного питания с до-

полнительным па-

водковым (с близки-

ми к поверхности

обычно аллохтонны-

ми водами)

атмосферного

питания

атмосферного пита-

ния с дополнитель-

ным поверхностным

атмосферного

питания

полного насыще- с близкими к по-

ния (болотный) верхности авто-

капиллярного на- хтонными водами

сыщения (полу-

болотный)

периодического

капиллярного на-

сыщения (таеж-

ный)

сквозного наименьшего насыщения

(южнотаежный)

полного насыщения (грунтово-болот-

ный)

капиллярного насыщения (грунтово-

полуболотный)

периодического капиллярного насы-

щения (грунтово-таежный)

полного насыщения (поименно-

болотный)

капиллярного насыщения (поимен-

но-

полуболотный)

периодического капиллярного насы-

щения (поименно-таежный)

периодического капиллярного

насыщения (лугово-лесостепной)

чередующегося сквозного наимень-

шего насыщения (лесостепной)

периодического капиллярного насы-

щения (лугово-потускулярный)

чередующегося сквозного и несквоз-

ного наименьшего насыщения

(степной потускулярный)

несквозного наименьшего насыще-

ния (степной)

Продолжение

табл.

Десуктивно-выпотной

КУ« 1

Выпотной

КУ« 1

грунтово-атмосфер-

ного питания

(с близкими к по-

верхности аллохтон-

ными водами)

атмосферно-грунто-

вого питания

(с близкими к по-

верхности аллох-

тонными водами)

периодического капиллярного

насыщения (лугово-степной),

капиллярного насыщения (луговой)

полного насыщения (болотно-со-

лончаковый), капиллярного

насыщения (солончаковый)

тационного периода. А.А. Роде подразделил 6 типов гидрологиче-

ских режимов на 9 подтипов и 20 классов. Эта классификация

(табл. 3) позволила систематизировать и охарактеризовать основ-

ные группы почв по особенностям их водного режима.

2.7.3.

ПОНЯТИЯ ПОЧВЕННОЙ ГИДРОЛОГИИ

И НЕКОТОРЫЕ ОСОБЕННОСТИ РАБОТЫ

МЕЛИОРАТИВНЫХ СИСТЕМ

Напомним некоторые основные понятия из области почвен-

ной гидрологии, определяющие условия работы мелиоративных

систем. Одной из наиболее важных характеристик почвенной гид-

рологии, необходимой для оценки условий работы мелиоративной

системы, является предельная полевая влагоемкость (ППВ).

Предельной полевой влагоемкостью следует на-

зывать то максимальное количество влаги, которое любая почва

(однородная или слоистая) может неопределенно долго удерживать

в равновесном, относительно неизменном состоянии после полно-

го насыщения и свободного стекания гравитационной влаги при

отсутствии испарения и подпора от грунтовых вод.

Дренажные осушительные системы могут отводить только гра-

витационную влагу. Поэтому под действием таких систем в услови-

ях заболачивания поверхностными водами влажность почвы может

быть уменьшена только до предельной полевой влагоемкости.

Снижение содержания влаги ниже ППВ на осушенных почвах воз-

можно только в результате последующего физического испарения

и десукции (транспирации). Этот процесс осушения почвы ниже

влажности ППВ можно ускорить с помощью ряда агромелиоратив-

ных мероприятий, например, путем создания сложного, как бы

гофрированного профиля поверхности путем грядования, гребне-

вания и др. С этой же целью целесообразно усиление транспира-

ции. Поэтому низкие урожаи на осушенных почвах могут оказаться

причиной не только низкой экономической эффективности ме-

лиоративных мероприятий, но и следствием неблагоприятного

гидрологического состояния поверхности горизонтов.

Теоретически оросительные (ирригационные) системы могут

увеличивать влажность почвы практически без образования поверх-

ностного и внутри почвенного стоков только при увлажнении рас-

четного слоя до величины, соответствующей ППВ. Влажность, по-

данная для увлажнения расчетного слоя выше ППВ, всегда форми-

рует поверхностный и внутрипочвенный стоки, пополняет поток

грунтовых вод и поднимает их уровень, вызывает анаэробиоз в по-

верхностных горизонтах профиля.

Практически, однако, поступление поливных вод в грунтовый

поток, безусловно, возможно и при влажности ниже ППВ. В сугли-

нистых и глинистых почвах в результате их усадки и растрескива-

ния в сухую фазу происходит проникновение гравитационной вла-

ги в нижние горизонты профиля при влажности верхних равной

или ниже ППВ по крупным трещинам и порам, ходам корней и

почвенных животных (рис. 22). Растрескиванию почвы при подсы-

хании могут активно содействовать ее солонцеватость, особенно-

сти минералогического состава и другие свойства, обусловленные

генезисом почвообразующих пород и почв.

В мелиоративном отношении большой интерес представляет

еще одна форма влажности. Как известно, при осушении почв, за-

болоченных грунтовыми водами, дренаж не ликвидирует капил-

лярную кайму. От зеркала грунтовых вод к дневной поверхности

всегда поднимается капиллярная кайма и влажность почвы тем

выше, чем ближе к дневной поверхности поднимается уровень

грунтовых вод. Влажность почвы приобретает таким образом дина-

мический характер. Она изменяется

диапазоне от ППВ до полной

влагоемкости (ПВ). Ее величина определяется не только свойства-

ми почв, но и положением зеркала фунтовых вод. Этот вид влаго-

емкости мы будем называть динамической (или капиллярной) вла-

гоемкостью. Ди намическая (капиллярная) влагоем-

ко

ть — то максимальное количество влаги, которое почва мо-

жет неопределенно долго удерживать в равновесном, относительно

неизменном состоянии после полного насыщения и свободного

стекания гравитационной влаги при отсутствии испарения и опре-

деленном, заданном уровне стояния грунтовых вод. Чем ближе

Уровень грунтовых вод к дневной поверхности, тем больше величи-

на динамической влагоемкости и тем меньше объем свободных

pop в почве. Чем выше значения динамической влагоемкости,

тем ниже абсолютное значение водоотдачи. Взаимосвязь уров-

ня грунтовых вод, динамической влагоемкости и водоотдачи пока-

зана на рис. 23, 24.

Такое дифференцированное представление о влагоемкости

Имеет важное значение при расчете дренажных систем в условиях

Поверхностного и фунтового заболачивания, при возделывании

Рис.

22. Гидрологический профиль подзолистых суглинистых и глинистых

почв разной степени заболоченности во влажные годы (схема). Миграция

влаги по трещинам.

Почвы: /— неоглеенные, //— глубокооглеенные, ///— глееватые и глеевые.

Влага

поверхностных аккумулятивно-элювиальных

горизонтах:

1 —

влажность почвы

преимущественно на уровне ППВ

—

0,9 ПВ; 2— влажность почвы преимуществен-

но в интервале 0.9ПВ—ПВ, реже ПВ; 3

—

влажность почвы преимущест-

венно соответствует ПВ (верховодка), реже

—

ППВ

—

ПВ.

Влага

иллювиальных

горизонтах:

—

миграция гравитационной влаги в трещинах;

5—

аккумуляция гравитационной влаги в трещинах; 6— верховодка по всей толще

иллювиального горизонта;

7 —

оглеение стенок трещин или всего горизонта

сельскохозяйственных культур на осушенных почвах с разными

требованиями к водному режиму. Она важна и для правильного

выбора оптимальных междренажных (межканальных) расстояний,

поскольку их значение обратно пропорционально коэффициенту

водоотдачи. Величины водоотдачи имеют важное значение для рас-

чета основных элементов конструкции дренажных систем. Они

входят в расчетные формулы в явном виде обычно как коэффици-

енты водоотдачи. В общем виде коэффициент водоотдачи равен

Е-С

°~ 100 '

где е — полная влагоемкость (при приближенных расчетах часто

используется общая порозность); С — влагоемкость (ППВ или

ДВ в зависимости от гидрогеологических условий). Коэффици-

ент водоотдачи а структурных глинистых, песчаных и супесчаных

почв равен 0,1-0,2, суглинистых и глинистых микроагрегатньгх

—

)спв

20 W 60

80 100

ХХХХХХХХХХХХ>

ву

от порозности

>Рис 23. Капиллярное увлажнение почв. Распределение влаги в промоченной

л_

почвенно-грунтовой толще (А.А. Роде, 1967):

ППВ (III) — предельная полевая влагоемкость; KB (II) — капиллярная влагоем-

кость; ПВ (I)

—

полная влагоемкость; ГВ-1 и ГВ-2

—

первый и второй уровни грун-

то

вых вод; СПВ

—

слой с просачивающейся влагой;

ВУ —

водоупор; КК

—

капил-

' лярная кайма