ВОДНЫЙ РЕЖИМ ПОЧВЫ

ВОДНЫЙ РЕЖИМ ПОЧВЫ характеризует сезонное изменение содержания воды в почве, условия её накопления, сохранения и расхода. В. р. п. является главнейшим, неотделимым элементом почвообразовательного процесса, определяющего происхождение и свойства почвы, важнейшим условием её плодородия. От В. р. п. зависят снабжение р-ний водой, технологические свойства почвы [напр., способность крошиться и распадаться на структурные отдельности при обработке (см. Структура почвы), степень сопротивления почвообрабатывающим орудиям], а также физико-хим. и микробиологические процессы, обусловливающие превращения питательных веществ и поступление их вместе с водой в р-ния. Недостаток воды в почве приводит к ухудшению водного режима растений (см.) и снижению урожаев. Поэтому создание в почве водного режима, благоприятного для культурных р-ний, путём применения агротехнических мероприятий по накоплению, сохранению и рациональному расходованию воды в почве, а также путём орошения (см.), а в р-нах избыточного увлажнения путём осушения (см.), является одной из основных задач земледелия. В. р. п. зависит от водных свойств самой почвы, от условий климата и погоды, от свойств природных растительных формаций, а на обрабатываемых почвах - от севооборота, свойств культурных р-ний и техники их возделывания.

Если взять однородную по своему сложению и механическому составу толщу почвы и грунта, в нижней части к-рого залегает горизонт грунтовой воды, и избыточно увлажнить почву сверху водой, то часть её не будет удержана почвой и стечёт вниз, в грунтовые воды. Это так наз. гравитационная вода, передвигающаяся в почве под влиянием силы тяжести. В вышележащей (над уровнем грунтовой воды) толще почвы останется лишь то количество воды, к-рое данная почва может удержать в противовес силе тяжести. При этом в горизонте грунтовых вод все промежутки между частицами почвообразующей породы заполняются водой. Выше содержание воды постепенно убывает кверху. Это - зона капиллярного поднятия воды. Ещё выше располагается зона с пониженной влажностью, где содержание воды одинаково на различной высоте.

Количество воды, к-рое почва может вместить при условии заполнения всех промежутков между её частицами и агрегатами, называют полной влагоёмкостью почвы. Такое состояние насыщения водой достигается в горизонте залегания грунтовых вод. В почвах оно м. б. временном или постоянным (на болотах, топях и т. д.). При такой влажности почвы воздух в ней находится лишь в виде отдельных пузырьков. Отсутствие газообмена (если кислород не доставляется в растворе с притекающей водой) способствует развитию анаэробных процессов.

В зоне капиллярного поднятия вода поднимается вверх под влиянием силы поверхностного натяжения вогнутых водных менисков, возникающих в капиллярах почвы (грунта). Это так наз. капиллярная вода. Высота её поднятия зависит от размеров поперечного сечения капилляров: чем они тоньше, тем на большую выс. поднимают воду. В нижней части зоны капиллярного поднятия вода содержится во всех капиллярах, влажность почвы (грунта) здесь наибольшая. С продвижением кверху лишь всё более тонкие капилляры способны поднимать воду, соответственно чему и влажность почвы (грунта) в зоне капиллярного поднятия кверху постепенно снижается, а содержание воздуха нарастает. Вые. капиллярного поднятия воды в песках очень мала; значительных величин она достигает в суглинистых и глинистых почвах (за исключением бесструктурных тяжёлых глин, где капиллярное передвижение воды совершается крайне медленно и на незначительную высоту). Подъём грунтовой воды по капиллярам носит название водоподъёмной способности почв.

Влажность почвы, при к-рой вода заполняет все капилляры, а крупные (некапиллярные) промежутки заполнены воздухом, называют капиллярной влагоёмкостью.

Для производственных целей особенно важна полевая влагоёмкость почвы, т. е. максимальное количество воды, к-рое данная почва в полевых условиях может удержать длительное время от передвижения вниз по почвенному профилю, при отсутствии подтока воды и потерь на испарение. Для определения полевой влагоёмкости почвы небольшой её участок, ограждённый рамой или земляным валиком, заливают водой до избыточного увлажнения всего профиля почвы. Когда вода впитается, устраняют тем или иным способом возможность её испарения с поверхности (напр., покрывая её толстым слоем соломы), а через неск. дней, когда закончится передвижение воды вниз, по почвенному профилю, определяют послойно влажность почвы, к-рая и соответствует полевой влагоёмкости. Полевая влагоёмкость - величина почти постоянная для данного вида почв. В орошаемом земледелии из неё исходят при расчёте норм полива. В однородных по сложению и механическому составу почвах, при залегании грунтовых вод глубже 3 - 5 м, полевая влагоёмкость почв значительно ниже их капиллярной влагоёмкости. У почвы, увлажнённой до полевой влагоёмкости, в этих условиях заполнены воздухом не только некапиллярные промежутки, но и крупные капилляры, и лишь более тонкие капилляры (образуемые частицами и агрегатами меньше 0,01 мм) заполнены водой. Эта вода, удерживаемая в капиллярах, вне связи с уровнем грунтовых вод, называется подвешенной капиллярной водой, в отличие от капиллярной воды, поднимающейся от уровня грунтовых вод. В почвах с глубоко залегающими грунтовыми водами подвешенная капиллярная вода составляет основной источник влаги для р-ний. Передвигается она в почве под влиянием сил капиллярного рассасывания, от более крупных капилляров к более тонким, от более влажных слоёв к более сухим.

Величину влажности, соответствующую полевой влагоёмкости, в однородных по своему сложению почвах на участках с глубоким залеганием грунтовых вод, называют иногда наименьшей влагоёмкостью (Коссович). При близком залегании грунтовых вод полевая влагоёмкость почв выше и приближается к капиллярной влагоёмкости, а в нек-рых случаях и превышает её. Наличие в почве прослоек гальки, хряща, песка, а в особенности наличие водонепроницаемых слоев, способствует удержанию в ней повышенных количеств воды, вследствие чего полевая влагоёмкость таких почв также повышена и приближается к капиллярной влагоёмкости.

Величиной влажности, определяющей нижний предел содержания в почве воды, легко доступной р-ниям, является так наз. коэф-т увядания; так называют влажность, при к-рой начинает проявляться устойчивое увядание культурных р-ний. От устойчивого увядания р-ний, к-рое не устраняется даже после помещения их в условия высокой относительной влажности воздуха, следует отличать временное увядание, часто наблюдаемое в жаркие и сухие дни даже при влажности почвы более высокой, чем коэф-т увядания; временное увядание быстро устраняется с повышением относительной влажности воздуха (напр., ночью) до состояния, близкого к полному его насыщению парами воды. При влажности, соответствующей коэф-ту увядания, почва содержит преимущественно плёночную и гигроскопическую воду. Плёночная вода удерживается поверхностью почвенных частиц, в отличие от свободной воды (гравитационной и капиллярной). Плёночная вода в жидком виде передвигается в почве крайне медленно. Вследствие этого при иссушении почвы до коэф-та увядания всасывающая поверхность корней р-ний не обеспечивается водой в достаточном количестве.

Сухая почва поглощает содержащиеся в атмосфере пары воды и сгущает их на поверхности своих частиц. Такую воду в почве называют гигроскопической. Значительная часть этой воды поглощается почвой с большим выделением тепла, её называют прочно связанной водой. Эта вода находится в состоянии, близком к твёрдому, она удерживается почвенными частицами с громадной силой, в тысячи атм. Чем выше относительная влажность воздуха, тем большее количество гигроскопической воды может поглотить сухая почва. Количество воды, к-рое сухая почва поглощает в замкнутом пространстве над 10% -ной серной кислотой, принято называть максимальной гигроскопичностью почвы, а количество воды, удерживаемое при относительной влажности воздуха, свойственной обычным комнатным условиям, - воздушной гигроскопичностью почвы. Чем богаче почва перегноем и минеральными коллоидами (см.), чем больше содержит она глинистых частиц, тем выше её максимальная гигроскопичность. В песчаных почвах она составляет неск. десятых долей %, в суглинистых и глинистых 2 - 5- 15%, а в торфяных ещё выше. Передвижение воды в почве при влажности ниже максимальной гигроскопичности происходит только в форме пара (А. Лебедев). При влажности почвы ниже коэф-та увядания р-ния ещё могут влачить жалкое существование, но если влажность достигает максимальной гигроскопичности и держится на этом или ещё более низком уровне, р-ния погибают, Коэф-т увядания р-ний обычно близок к полуторной - двойной максимальной гигроскопичности почвы.

Новейшими исследованиями (Францессон) было показано, что если максимальную гигроскопичность определять не в воздушно сухих почвах, как это обычно делается при проведении почвенных исследований, а в образцах сырой почвы, высушенных в замкнутом пространстве над 10%-ной серной кислотой и затем помещённых в замкнутое пространство над 3%-ной серной кислотой, то максимальная гигроскопичность, определённая так. обр., у многих почв оказывается равной влажности коэф-та увядания.

Водоудерживающая сила почвы нарастает с понижением её влажности, соответственно чему должна повышаться и сосущая сила корневой системы р-ний для того, чтобы р-ния могли брать воду из почвы при понижающейся её влажности. Для нормального снабжения культурных р-ний водой необходим возможно больший запас её в корнеобитаемом слое почвы, при одновременном наличии в почве воздуха. Это достигается только в почвах, обладающих хорошо выраженной мелкокомковатой структурой. В бесструктурных почвах, во влажном их состоянии, часто наблюдается острый недостаток воздуха. В этом случае (в условиях анаэробиозиса) перегной почвы и отмершие растительные остатки плохо минерализуются, и р-ния испытывают недостаток в элементах минерального питания. Создаётся вредный антагонизм между водой и пищей в почве (Вильямс) и др. неблагоприятные для р-ний условия.

Запасы воды в почве пополняются за счёт атмосферных осадков, конденсации паров воды из воздуха или глубжележащих слоев грунта и капиллярного поднятия от грунтовых вод на участках с неглубоким их залеганием.

Для поглощения почвой атмосферных осадков большое значение имеет водопроницаемость почв, т. е. способность их впитывать и пропускать воду. Водопроницаемость зависит от структуры, механического состава и рыхлости сложения почвы. Чем больше в почве некапиллярных промежутков и крупных капилляров, тем больше её водопроницаемость. Абсолютное преобладание в почве очень тонких капилляров делает её водонепроницаемой. В бесструктурных почвах водопроницаемость, в основном, зависит от механического состава. Чем мельче частицы, преобладающие в такой почве, тем меньше её водопроницаемость. Бесструктурные глины водонепроницаемы. Наоборот, чем больше в почве песка, тем выше её водопроницаемость. В почвах, обладающих прочной комковатой структурой, механический состав не оказывает такого влияния на водопроницаемость, т. к. тонкие частицы здесь соединены в комочки. Вода легко проникает в промежутки между комочками и впитывается ими. Поэтому создание прочной структуры в почве путём травосеяния способствует лучшему усвоению почвой атмосферных осадков и талых вод. В юж. районах СССР водопроницаемость почв может сильно снижаться вследствие солонцеватости (см. Засоленные почвы). При низкой водопроницаемости влага обильных дождей часто не успевает впитываться в почву и стекает по поверхности, вызывая на склонах смыв почвенных частиц (см. Эрозия), скопляется и застаивается в понижениях, где создаются условия для вымокания посевов.

Весной, в период таяния снегов, а также во время зимних оттепелей почва на нек-рой глубине часто находится ещё в замёрзшем состоянии. Талые воды начинают впитываться в почву и, если темп-pa её значительно ниже 0°, замерзают в ней. В результате мёрзлый слой почвы теряет свою водопроницаемость, значительная часть талых вод не может впитаться в почву и стекает по её поверхности в понижения, овраги и реки. Глубокая зяблевая пахота, производимая поперёк склонов, препятствуя стоку, способствует задержанию и лучшему впитыванию талых вод. Наиболее полное впитывание талых вод в почву происходит под лесами, где почва слабо промерзает. Пополнению водных запасов почвы за счёт талых вод способствует снегозадержание (см.), особенно в засушливых районах.

Вода в форме пара передвигается в почве от слоев с более высокой к слоям с более низкой упругостью водяного пара. Т. к. при влажности почвы выше максимальной гигроскопичности упругость паров воды в почвенном воздухе близка к полному насыщению и зависит лишь от темп-ры, то передвижение парообразной воды в этих условиях происходит, в основном, лишь под влиянием разности темп-р различных слоев почв: от более тёплых к более холодным, где и происходит конденсация паров на поверхности почвенных частиц. Летом парообразная вода передвигается из поверхностных слоев почвы в более глубокие, зимой наоборот. То же, но в меньшем масштабе происходит в течение суток, вследствие ночного охлаждения и дневного нагрева поверхности почвы. Поверхностный слой почвы, в зависимости от того, выше или ниже упругость паров почвенного воздуха в этом слое по сравнению с упругостью паров атмосферного воздуха, отдаёт свою влагу в атмосферу или конденсирует её из атмосферного воздуха. Конденсация водяных паров в почве (подземная роса) играет существенную роль в В. р. п., особенно в острозасушливых районах.

Пополнение запасов воды в корнеобитаемом слое почвы за счёт грунтовых вод может происходить лишь на участках с близким залеганием грунтовых вод, где корнеобитаемый слой частично или полностью находится в зоне капиллярного поднятия воды. В суглинистых и глинистых почвах это обычно достигается при залегании грунтовых вод не глубже 3 - 4 м, при отсутствии в почве песчаных прослоек, прерывающих капиллярные токи воды. Р-ния с глубоко идущей корневой системой (напр., люцерна, виноград и др.) могут черпать влагу из грунтовых вод, залегающих и на большей глубине.

Непроизводительная потеря воды из корнеобитаемого слоя почвы происходит вследствие: 1) испарения с поверхности; 2) стекания в глубокие слои до грунтовых вод; 3) передвижения парообразной воды; 4) расходования воды сорной растительностью.

Если потеря воды через испарение тотчас же восполняется подтоком из глубоких слоев почвы, то сухой слой на поверхности не образуется, и влажность почвы уменьшается на нек-рую глубину постепенно. Если же скорость испарения превышает подток снизу, то на поверхности почвы быстро образуется сухой слой, к-рый замедляет потерю воды из более глубоких слоев, т. к. передвижение паров в этом случае происходит через пересохший слой. Рыхление почвы, вызывая разрыв капилляров, сокращает подток воды к поверхности почвы, ускоряет образование сухого поверхностного слоя в сухую, жаркую погоду и этим способствует сохранению влаги в нижележащих слоях почвы. Сокращение потерь воды почвой через испарение с поверхности достигается также путём мульчирования (см.). Глыбистое строение поверхности почвы ускоряет иссушение пахотного слоя. Поэтому немедленное боронование полей после вспашки весной и летом сохраняет влагу. При посеве высыхание почвы происходит иногда настолько быстро, что возникает опасность распространения его на глубину залегания семян и создаётся угроза непоявления всходов. В этих случаях применяют уплотнение почвы катками, усиливающее капиллярную подачу воды из глубжележащих слоев и замедляющее иссушение слоя почвы, в к-ром находятся семена.

Стенание гравитационной воды из корнеобитаемого слоя почвы в более глубокие слои и в грунтовые воды практически возможно лишь при влажности этого слоя, превышающей полевую влагоёмкость. В ином случае вся влага, впитавшаяся в почву, полностью задерживается. При небольших дождях, выпадающих на сухую почву, впитавшаяся влага целиком поглощается лишь поверхностным слоем и, с наступлением сухой, жаркой погоды, быстро испаряется. При влажности поверхностного слоя почвы, равной полевой влагоёмкости, дополнительно впитавшаяся влага не задерживается в нём и проникает в глубжележащие слои. В этой связи особенно большое значение для пополнения запасов воды в корнеобитаемом слое почвы имеют дожди, выпадающие тогда, когда поверхностный слой почвы ещё не просох. Это наблюдается обычно осенью и ранней весной, а летом - лишь в случае часто выпадающих дождей.

Наибольшие запасы воды в почве наблюдаются ранней весной. В течение вегетационного периода происходит обычно прогрессивное иссушение почвы и расходование весенних запасов воды, в той или иной степени восполняемых летними осадками. В условиях неорошаемого земледелия наибольшее иссушение почвы под культурными р-ниями, как правило, за исключением отдельных лет, изобилующих осадками, происходит во второй половине лета, в наиболее жаркие месяцы (июль, август). Глубина иссушения почвы тесно связана с распространением корневых систем. В лесостепных и степных р-нах зерновые хлеба используют влагу на глубину до 110 - 160 см, свёкла до 1,5 - 2,5 м, люцерна до 3 м и глубже. Правильным чередованием р-иий в севообороте можно так. обр. использовать влагу различных горизонтов почвенной толщи.

Наиболее сильно сказывается на урожае недостаток воды в почве в определённые, различные для разных р-ний периоды их роста. На урожае яровой пшеницы и овса, напр., сильно сказывается недостаток влаги в поверхностном слое почвы в период от кущения до колошения, когда происходит отрастание вторичных корней. На урожае сахарной свёклы и нек-рых др. технических культур наиболее сильно сказывается недостаток влаги в почве в июле и августе, когда эти культуры развивают наиболее мощный листовой аппарат.

Рациональному использованию водных запасов почвы способствуют своевременные сроки сева и удобрение. При правильном применении удобрений р-ние расходует меньше воды на каждый ц сухой массы урожая, т. е. с помощью удобрений можно понизить непроизводительную трату воды р-ниями (Тимирязев). Поэтому применение удобрений в общем комплексе мероприятий травопольной системы земледелия является одним из приёмов борьбы за урожай в условиях засухи.

В климатических условиях дерново-подзолистой зоны в осенне-зимний и ранневесенний периоды в почву впитывается большое количество воды. Влажность почвы весной здесь обычно превышает полевую влагоёмкость. Излишняя, впитавшаяся в почву, вода стекает в более глубокие слои почвы и грунта, пополняя почвенные и грунтовые воды, питающие реки.

В степных р-нах, особенно в сухих степях, запасы воды и глубина промачивания почвы весной бывают значительно меньше. Корнеобитаемый слой почвы здесь обычно не приобретает весной полного возможного запаса воды, определяемого полевой влагоёмкостью почвы. В то же время нарастание засушливости климата ведёт здесь к более сильному и быстрому потреблению воды культурными р-ниями в летний период. Поэтому в этих засушливых р-нах остро встаёт необходимость преодоления недостатка влаги в почве в течение вегетационного периода путём проведения мероприятий по накоплению, сохранению и рациональному расходованию воды в почве, предусмотренных травопольной системой земледелия: правильные севообороты с посевом многолетних трав, улучшающих структуру почвы, снегозадержание, задержание талых вод, чистые пары, лущение жнивья, глубокая зяблевая обработка, раннее весеннее боронование зяби, борьба с сорняками, полезащитные лесные полосы (см. Полезащитное лесоразведение), своевременные сроки сева, засухоустойчивые сорта и т. д. По мере нарастания засушливости климата возрастает и эффективность орошения. В пустынных степях в полупустынных р-нах оно является основным приёмом коренного улучшения водного режима почвы.

В р-нах дерново-подзолистой зоны, несмотря на сравнительно влажный климат, преодоление недостатка влаги в почве в летний период представляет насущную заботу земледельца для получения высоких урожаев. В засушливые годы и в этих р-нах орошение значительно повышает урожаи с.-х. культур. Корневые системы культурных р-ний на тяжёлых суглинистых подзолистых почвах не идут глубоко и слабо используют водные запасы глубоких горизонтов почвы. Поэтому при наличии засухи, р-ния в этих условиях особенно быстро и сильно начинают страдать от недостатка влаги. Во влажные годы в дерново-подзолистой зоне, особенно на пониженных элементах рельефа и на ровных участках с трудно проницаемой для воды подпочвой, наблюдаются явления временного избыточного увлажнения почвы и возникает необходимость соответствующих мелиоративных мероприятий по их устранению. Необходимость в мероприятиях по осушению постоянно возникает при культуре болот.

В. Францессон

Литература: Вильямс В., Почвоведение (Земледелие с основами почвоведения). 5 изд., М., 1947; Водный режим в лесах [Сб.] [М.], 1939 (Труды Всесоюзного н.-и. института лесного хозяйства", вып. 8); Высоцкий Г., Водоразделы и увлажнение степей, М., 1937; Докучаев В., Наши степи прежде и теперь, М.-Л., 1936; Измаильский А., Как высохла наша степь, М.-Л., 1937; Коссович П., Краткий курс общего почвоведения, 2 изд., П., 1916; Костычев П., Почвоведение, ч. 1-3, М.-Л., 1940; Лебедев А., Почвенные и грунтовые воды, 4 изд., М.-Л., 1936; Ротмистров В., Сущность sa-сухи, [2 изд.], Одесса, 1913; Советов С., Вода в сельском хозяйстве, М.-Л., 1930; его оке, Общая гидрология, 3 изд., Л.-М., 1935; Физика почв [Сб. ст.]. Под общ. ред. С. И. Долгова, М., 1937. См. также Почва.

Источники:

1. Сельскохозяйственная энциклопедия. Т. 1 (А - Е)/ Ред. коллегия: П. П. Лобанов (глав ред) [и др.]. Издание третье, переработанное - М., Государственное издательство сельскохозяйственной литературы, 1949, с. 620