Поиск

Водные свойства почв некоторых типов
29.03.2015

В настоящем разделе мы приведем в качестве примера несколько профилей почв различных типов, для которых были определены водные константы, чтобы показать, с одной стороны, какими конкретными величинами характеризуются эти константы, а с другой — чтобы составить представление о том, в какой связи они находятся с процессом почвообразования.
В табл. 4—8 даны водные константы нескольких почв, а на рис. 37—41 изображены их изменения по почвенному профилю в графическом виде. В таблицах все константы даются как в процентах от веса сухой почвы, так и в процентах от объема. На рисунках они выражены в процентах от объема. Кроме того, на рисунках показан механический состав почв.
Обзор водных свойств почв различных типов начнем с почв подзолистого типа.
На рис. 37 показана пахотная дерновоподзолистая почва, развитая на тяжелом покровном суглинке, подстилаемом на глубине 240 см валунным песчанистым суглинком. Te же данные в цифровом выражении приводятся в табл. 6.
Подстилающая порода, довольно грубого механического состава (о чем можно судить по низкой величине МГ, равной 3,7%), отличается очень низкой величиной общей порозности, не достигающей 30%- Эта черта, возможно, характерна для моренных отложений, образование которых сопровождалось переминанием грунтовых масс, а иногда и последующим их оглеением, — процессами, влекущими за собой разрушение микроструктуры.
Материнская порода почвы — тяжелый пылеватый покровный суглинок, как видно из рисунка, в пределах толщи 100—240 см отличается очень большой однородностью как по водным свойствам, так и по механическому составу. Общая порозность его колеблется в пределах 40—41% от объема, HB — в пределах 37—38%, ВЗ — 20—21% и МГ — 13—15%, слегка возрастая книзу.

Водные свойства почв некоторых типов

Из всей влаги, содержащейся в породе при влажности, равной HB, менее половины (17—18% из 37— 38%) доступно для растений. Характерной чертой является низкая порозность аэрации, которая колеблется в пределах 2—4% от объема почвы.
В пределах собственно почвенного слоя (от 0 до 100 см) водные свойства сильно изменены по сравнению с породой.
Общая порозность в пахотном горизонте достигает почти 60%. При переходе в подпахотный горизонт она резко падает — до 46% и далее книзу постепенно убывает. Величина HB в верхнем полуметре варьирует в пределах 30—35%, книзу медленно нарастает до 37%. МГ и ВЗ имеют отчетливо пониженное значение в пределах пахотного слоя и верхней половины горизонта А2В вследствие столь же резко пониженного содержания илистых частиц, обусловленного процессом оподзоливания. Ниже эти две величины постепенно нарастают. В соответствии с таким изменением величин HB, с одной стороны, и В3 — с другой, содержание доступной влаги при влажности, равной HB (диапазон активной влажности), в верхнем 30-сантиметровом слое достигает 20—25% от объема, составляя гораздо более половины общего содержания влаги при этой влажности, равной 30—34% от объема. Глубже, начиная с нижней половины горизонта А2В, диапазон активной влажности падает до 15—17%, составляя, примерно, половину общего запаса влаги. Весьма велика в верхней части почвенной толщи и порозность аэрации, которая достигает здесь 25% от объема почвы.
Водные свойства почв некоторых типов

Из всего сказанного об этом профиле видно, что почвообразовательный процесс, в данном случае подзолообразовательный, очень сильно изменил водные свойства первоначальной породы в процессе превращения ее в почву. Значительно увеличилась общая порозность и порозность аэрации, снизилось относительное содержание влаги, недоступной растениям. Все эти изменения, несомненно, благоприятны для растений и могут рассматриваться как элементы естественного повышения плодородия почвы, происходящего под влиянием растительности. Эти изменения являются результатом многолетнего воздействия сначала на материнскую породу, а затем и на почву древесных корней, в частности глубоких корней дуба, который и поныне занимает существенное место в составе древостоев на участках леса, окружающих пашню, на которой был заложен рассмотренный разрез. Исходя из рис. 37, можно предположить, что заметное влияние корневых систем простиралось до глубины около 1 м или немного больше. Именно до этой глубины наблюдается отчетливое увеличение порозности аэрации. Что касается уменьшения содержания недоступной влаги и увеличения диапазона активной влажности, то эти изменения сами по себе являются также благоприятными для растений. Однако непосредственная причина, лежащая в их основе, — разрушение илистой фракции в процессе оподзоливания, слабо компенсированное в данном случае накоплением гумуса, благоприятным явлением считаться не может, ибо оно влечет за собой ухудшение структурности.
Водные свойства почв некоторых типов

К указанным изменениям водных свойств, обязанным своим происхождением влиянию биологических факторов, в пахотном слое присоединяется влияние механической обработки, выразившееся в дополнительном разрыхлении почвы.
Рассмотрим теперь другой профиль подзолистой почвы, отличающийся значительно более легким механическим составом.
На рис. 38 представлены водные свойства и механический состав подзолистой лесной почвы, развитой на легком покровном суглинке, который на глубине около 85 см подстилается более тяжелым песчанистым суглинком — перемытой мореной. В табл. 7 приводятся соответствующие цифровые данные.
Общая картина изменения водных свойств по профилю почвы та же, что и в предыдущем случае. Существенная разница заключается в том, что степень этого изменения в верхней части профиля (особенно увеличение общей порозности и порозности аэрации) гораздо больше, но глубина распространения этих изменений значительно меньше. Эту разницу можно объяснить тем, что здесь господствующей породой является ель, обладающая очень неглубокой корневой системой и поэтому меняющая водные свойства на небольшую глубину.
Водные свойства почв некоторых типов

Переходим к почвам черноземного типа.
На рис. 39 изображено изменение водных свойств по профилю мощного целинного чернозема, развитого на лёссовидном суглинке, который на глубине 220 см подстилается тоже лёссовидным суглинком, но более легкого механического состава.
Водные свойства почв некоторых типов

В табл. 8 приводятся цифровые данные, относящиеся к этому профилю.
В этом профиле прежде всего бросается в глаза высокая общая порозность, которая в верхней части профиля превышает 60% и остается до глубины почти 150 см выше 50%. До этой же глубины весьма велика и порозность аэрации, колеблющаяся в пределах 20% от объема почвы и лишь глубже 150 см падающая до 10%. Величины МГ и ВЗ изменяются по профилю сравнительно мало, вплоть до перехода в подстилающую породу, где они заметно уменьшаются вследствие более легкого механического состава.
Высокие величины общей порозности и порозности аэрации обязаны своим происхождением, несомненно, значительной структурности чернозема. При этом, если в пределах гумусового горизонта (до глубины 80 см) хорошо развита макростуктура, то в горизонте Bк (80—160 см), где наблюдается максимальное накопление карбонатов, высокая порозность обязана своим происхождением уже микроструктуре.
Таким образом, и в черноземе значительное изменение водных свойств породы, возникающее в процессе превращения ее в почву, связано также с влиянием корней (но уже травянистых растений), создающих структуру и непосредственно повышающих порозность.
Водные свойства почв некоторых типов

На рис. 40 изображено изменение по профилю водных свойств южного солонцеватого глинистого чернозема, находящегося под 45-летним дубовым насаждением, развитого на легкой покровной глине. Пунктиром нанесены данные, относящиеся к такому же чернозему, но находящемуся на пашне. Цифровой материал к этому профилю дается в табл. 9.
Водные свойства почв некоторых типов

При первом взгляде на рис. 40 заметны две особенности. Первая — низкая величина диапазона активной влажности, которая варьирует в пределах 13—15% от объема почвы, не превышая половины общего содержания влаги или влажности, равной HB. Сравнивая этот профиль с профилем мощного чернозема (рис. 39), мы видим, что такое резкое снижение содержания доступной влаги вызвано тем, что в южном черноземе гораздо выше величина ВЗ, причиной чего, без сомнения, является его более тяжелый механический состав, а также, возможно, некоторая солонцеватость. В то же время величина HB в разрезах обоих черноземов, примерно, одинакова, колеблясь в пределах 30—37% от объема почвы. Существенная разница в величине HB наблюдается только в верхних частях гумусовых горизонтов: в мощном черноземе эта величина значительно выше.
Водные свойства почв некоторых типов

Вторая особенность, бросающаяся в глаза, — сближение величин HB и ПВ в профиле южного чернозема во втором полуметре, наиболее резко выраженное на глубине 80—90 см (см. рис. 40). В этом слое объемный вес достигает наибольшей величины (1,66 г/см3). При этом механический состав по профилю почвы почти не изменяется. Причину таких явлений следует искать в солонцеватости чернозема, которая на указанной глубине бывает наибольшей. В этом черноземе, в слое 100—200 см имеется горизонт накопления солей, в том числе натриевых. В летние периоды соли в некотором количестве подтягиваются в почвенный профиль. В результате их проникновения в почвенный профиль появляется обменный натрий, т. е. возникает некоторая солонцеватость. Вследствие этого происходит частичное разрушение микроструктуры и уплотнение почвенной массы. Общая порозность уменьшается, величина ВЗ возрастает, а величина HB остается постоянной, вследствие чего порозность аэрации падает и одновременно уменьшается диапазон активной влаги.
В гумусовом горизонте пахотного чернозема порозность аэрации довольно низка (см. рис. 40, пунктир), в то время как под лесом она значительно больше, на основании чего можно заключить, что 45-летнее произрастание дубового насаждения значительно повысило порозность аэрации, причем это повышение охватывает 70—80-сантиметровую толщу.
Водные свойства почв некоторых типов

Переходим к типичному богарному серозему, водные свойства которого изображены на рис. 41. Цифровые данные, относящиеся к этой почве, представлены в табл. 10. В соответствии со слабой расчлененностью профиля на горизонты водные свойства почвы изменяются по профилю очень мало. Порозность аэрации очень велика, что объясняется хорошо выраженной микроструктурой и относительно легким механическим составом, понижающим величину HB. Диапазон активной влажности варьирует по профилю в пределах 15—16% от объема почвы, что составляет около 2/3 запаса влаги при HB. Абсолютная величина ДАВ в этой почве такая же, как и в рассмотренных выше черноземах, но ее относительная величина больше вследствие меньшей величины ВЗ, что обусловлено легким механическим составом. В отношении водных свойств почвенные слои богарного серозема почти не отличаются от толщ породы, как это имело место в рассмотренных выше профилях черноземных подзолистых почв. Это объясняется тем, что период вегетации естественной растительности, свойственной сероземам, настолько краток, разложение ее остатков происходит так быстро, что она неспособна вызвать сколько-нибудь существенные изменения в свойствах породы. А содержание гумуса, который играет большую роль в образовании структуры, в сероземах очень низко (1—2%).
В заключение рассмотрим табл. 11, в которой приводятся запасы некоторых категорий влаги для всех рассмотренных почв, выраженные в миллиметрах водного слоя для слоев почв 0—50, 50—100, 100—200 и 0—200 см.
Водные свойства почв некоторых типов
Водные свойства почв некоторых типов

Три разреза — подзолистая почва на тяжелом суглинке и оба черноземных профиля в пределах 2-метровой толщи — обладают близкими величинами запасов влаги, соответствующих HB, которые варьируют от 650 до 695 мм. То же самое наблюдается и в отношении запасов влаги той же категории и в первом метре: они варьируют в пределах 320—370 мм.
Другие два разреза — дерновоподзолистой почвы на легком покровном суглинке и серозема, отличающиеся от рассмотренных разрезов более легким механическим составом, обладают как в первом, так и во втором метрах одинаково более низкими запасами влаги при влажности, равной HB.
Рассматривая запасы влаги, соответствующие ВЗ, мы видим прежде всего, что по этим величинам почвы отличаются очень резко. Если в 2-метровой толще серозема этот запас влаги равен 188 м, то в такой же толще южного глинистого чернозема он достигает 400 мм. Решающее влияние механического состава в этом отношении очевидно.
Далее отметим, что в каждой почве, кроме подзолистых, запасы, соответствующие ВЗ в первом и втором метрах, одинаковы. Невелика также разница этих запасов между верхним и нижним полуметрами первого метра. Эти два факта свидетельствуют о том, что содержание гумуса оказывает лишь очень небольшое влияние на запасы влаги, соответствующие ВЗ. В подзолистой почве на тяжелом покровном суглинке запасы влаги, соответствующие ВЗ, в первых двух полуметровых слоях и в обоих метровых слоях отличаются очень сильно, что зависит опять-таки от влияния механического состава, который в верхней части почвенного профиля значительно легче вследствие оподзоливания.
Обращаясь к величинам диапазона активной влажности, мы видим следующее.
Наименьшей величиной этого диапазона в верхней метровой толще и во всех отдельных слоях отличается южный глинистый чернозем. Очень низкой величиной диапазона во втором метре характеризуется также порода, подстилающая подзолистую почву на легком суглинке. Наибольшую величину диапазона мы находим у мощного чернозема на лёссовидном суглинке.
Таким образом, наибольшая величина Диапазон^ активной влажности зависит от двух факторов: механического состава и сложения почвы. Основным является механический состав. В прямой зависимости от содержания илистых частиц находится величина ВЗ, а следовательно, и соответствующий запас недоступной для растений влаги. Что же касается величины HB, то она в гораздо большей мере, чем ВЗ, связана со сложением почвы. Именно рыхлое сложение мощного чернозема обусловило небольшую величину этого диапазона.
В итоге можно сказать, что наибольшие изменения водных свойств по сравнению с материнской породой мы находим в верхних почвенных горизонтах. Это указывает на решающую роль в данном отношении биологических факторов, в первую очередь растений и роющих животных — дождевых червей, насекомых и их личинок и т. д., влияние которых на водные свойства почвы многообразно.
Во-первых, растения, непосредственно своими корнями разрыхляя почвенную толщу, повышают ее общую порозность и полную влагоемкость, порозность аэрации и наименьшую влагоемкость, а равным образом и водопроницаемость.
В этом же направлении влияют на почву дождевые черви, насекомые и их личинки и пр., которые также рыхлят ее, создают в ней более или менее крупные поры, ходы и т. д. Ho особенно сильной в этом отношении оказывается деятельность древесных корней.
Во-вторых, растения являются важнейшим фактором создания структуры почвы, так как влияют на почву своими корнями и продуктами превращения корневых остатков — гумусовыми веществами, которые представляют собой клеящие вещества. В связи с этим очень важна и деятельность микроорганизмов. Продуктом их жизнедеятельности являются вещества, из которых тоже могут образоваться гумусовые соединения. Образование структуры влияет на водные свойства в том же направлении, что и непосредственное воздействие корней, повышая полную влагоемкость, порозность аэрации, наименьшую влагоемкость и водопроницаемость. Вместе с тем возникновение структуры увеличивает величину ВРК, что способствует повышению прочности запаса влаги в почве.
Таким образом, влияние биологических факторов на водные свойства заключается прежде всего в том, что водные свойства, присущие первоначальной материнской породе, изменяются в сторону приобретения ими ряда черт, благоприятных для произрастания растений, в конечном счете — в сторону прямого или косвенного повышения плодородия почвы. В этом можно видеть проявление общей закономерности, которая была установлена
В. Р. Вильямсом, заключающейся в том, что первоначальная горная порода под влиянием жизнедеятельности различных организмов приобретает новое свойство — плодородие.
Важнейшим фактором преобразования водных свойств материнской породы в процессе превращения ее в почву являются различные живые организмы, которые и в этом отношении сохраняют свое ведущее положение в ряду природных факторов почвообразования.
В руках человека живые организмы, наряду с почвообрабатывающими орудиями, являются эффективным средством преобразования и улучшения водных свойств почвы в процессе ее окультуривания.