В нескольких (4-5) типичных для данного поля местах, если это не было сделано заранее, в полосе орошения, ближе к капельницам (на расстоянии 30-40 см от них), берут образцы почвы в слое 0,2-0,3 м и 0,5-0,6 м.) образцы с каждой глубины смешивают между собой и получают два средних образца с глубины 20-30 см и 0-60 см. Каждый средний образец объемом 1,5-2,0 л почвы просеивается после небольшой просушки от корней и других случайных включений.

Затем просеянную землю в вышеуказанных объемах помещают в сушильный шкаф на 6-8 ч при температуре 100-105°С до полного высыхания.

Необходимо приготовить цилиндр без дна с установленным объемом 1 л почвы (можно использовать бутылку ПЭТ из-под воды, аккуратно срезав дно и верхнюю горловину) и взвесить пустой сосуд. Дно сосуда обвязывают тканью (марлей в несколько слоев), ставят на ровную поверхность и наполняют почвой объемом 1 л, слегка постукивая по стенкам, чтобы ликвидировать пустоты, затем взвешивают и записывают вес почвы объемом 1 л.

В подготовленную емкость с водой опускают на 1 -2 см ниже уровня дна сосуд с почвой для капиллярного объема воды. После появления на поверхности почвы в сосуде капиллярно поднятой в ней воды сосуд осторожно, вынимают из воды, чтобы не отпало закрытое тканью дно, затем дают стечь лишней воде. Взвешивают сосуд с почвой и определяют количество капиллярной воды в граммах на 1 л почвы (1 мл воды = 1 г).

Уровень испарения воды из почвы - фактор, определяющий нормы и интервалы полива. Объем испарения зависит от двух факторов: испарение с поверхности почвы и испарение воды растением. Чем больше вегетативная масса, тем большая величина испарения воды, особенно при значительной сухости воздуха и высокой температуре воздуха. Относительная зависимость этих двух факторов дает большую испаряемость воды за вегетацию. Особенно она возрастает в период нарастания массы плодов и их созревания (см. табл. 12.23). Поэтому при расчете поливной нормы вводят коэффициент испарения, учитывающий эти факторы.

Коэффициент испарения растениями (К исп) - это соотношение между фактической транспирацией и потенциальным испарением с единицы водной поверхности за единицу времени.

Суточное испарение Е определяется как испарение с открытой водной поверхности площадью 1 м 2 за сутки и выражается в мм, л/м 2 или м 3 Да.

Суточное испарение Е сут растением определяется по формуле:

Е сут = Е и х К исп

Например, 9 л/м 2 /сутки х 0,6 = 5,4 л/м 2 /сут. Это один из способов определения суточной поливной нормы или величины испарения.

В окультуренной почве минеральная часть составляет примерно 45%, органическое вещество почвы - до 5%, вода - 20-30%, воздух - 20-30% объема почвы. От момента насыщения почвы влагой (ирригация, осадки) в довольно короткий период, часто в течение нескольких дней, в результате испарения и дренирования открывается много пор, часто до 50 % общего объема в зоне корней.

На разных почвах эти показатели различные. Чем выше насыпная плотность почвы, тем выше запас воды при НВ 100%, на тяжелых почвах ее всегда больше, чем на легких. Применение систем капельного полива определяет на различных по механическому составу почвах распределение в них воды. На тяжелых почвах наблюдается более сильное горизонтальное распределение воды, влажная "луковица" - форма распространения воды от одной капельницы - более широкая, соотношение ширины и глубины примерно равное, в то время как на легких почвах "луковица" имеет вертикаль-

ную форму, ширина ее меньше длины в 2-3 раза; на средних по механическому составу почвах "луковица" имеет промежуточную форму.

Оценку запасов продуктивной влаги в миллиметрах проводят с учетом пределенной глубины слоя почвы (см. табл. 12.24).

Методы определения поливной нормы

Необходимо организовать ежедневный учет испарения воды с единицы площади. Зная запас продуктивной воды в почве на определенную дату и ежедневный ее расход на испарение, определяют поливную норму за определенный промежуток времени. Это составляет обычно 1-3 дня для овощных культур, 7 и более дней - для плодовых и винограда, что конкретно рассчитывается для каждой культуры. Обычно в практике фертигации используют два метода определения поливной нормы: эвапориметрический и тензиометрический.

Эвапориметрический метод. На метеопостах устанавливают специальный

прибор - эвапориметр для определения суточного испарения с единицы водной поверхности площади, к примеру 1 м 2 . Этот показатель - потенциальное испарение Е и с 1-го м 2 в мм/день, л/день. Однако для пересчета на фактическую испаряемость растений с единицы площади вводят коэффициент пересчета К раст, величина которого учитывает испаряемость растений по периодам их роста, т. е. с учетом степени облиственности растений, а также почвы (см. табл. 16). Например, для томатов в июле Е н = 7,6 л/м 2 , К раст = 0,8.

Суточное испарение растений в этих условиях равно:

Е сут = Е и х К раст, = 7,6 л/м 2 х 0,8 = 6,1 л/м 2

На 1 га площади это составит 6,1мм = 61 мУга воды. Затем делают пересчет на фактическую полосу увлажнения в пределах 1 га.

Это стандартный метод определения поливной нормы, принятый FАО -

международной сельскохозяйственной организацией. Данный метод отличается большой точностью, но требует оборудования метеопоста в хозяйстве и ежедневного учета.

Теизиометрический метод. В настоящее время, внедряя новые системы

капельного орошения на различных культурах, начинают использовать разные типы тензиометров зарубежного производства, определяющие влажность почвы в любом месте поля и на любой глубине активного слоя почвы. Существуют водомерные, ртутные, барометрические, электрические, электронно-аналоговые и другие тензиометры. Все они снабжены трубкой, переходящей в керамический пористый сосуд, через которую вода по порам поступает в грунт, создавая разрежение в трубке, герметично соединенной с водомерным устройством - ртутным или другим барометром. При полном заполнении трубки водой и герметически вставленной в нее сверху трубки-вставки ртутный барометр или воздушный манометр показывает ноль (0), а по мере испарения воды из почвы она из керамической трубки переходит в почву, создавая в трубке разрежение, что изменяет показание давления в приборе,

по которому судят о степени влажности в почве.

Степень снижения давления манометра определяют в таких единицах: 1

Бар = 100 центибар - примерно 1 атм. (точнее 0,99 Бар).

Так как часть объема почвы должна быть заполнена воздухом, то с учетом этого интерпретируют показатели прибора следующим образом:

* 0-10 центибар (0-0,1 атм.) - почва переувлажнена;

* 11-25 центибар (0,11-0,25 атм.) - оптимальные условия влажности,

необходимость в орошении отсутствует;

* 26-50 центибар - имеется потребность в пополнении запасов воды в почве, в зоне основной массы корней, с учетом послойной влажности.

Так как с изменением механического состава почвы нижний предел необходимой ее влажности не существенно изменяется, то в каждом конкретном случае до полива определяют нижнюю, но достаточную, степень обеспечения почвы влагой в пределах 30 центибар (0,3 атм.) и составляют номограмму для оперативного расчета поливной нормы или пользуются, как указано выше, данными суточного испарения воды с учетом коэффициента транспирации.

Зная исходную влажность почвы, т. е. с момента начала отсчета - 11 центибар

(0,11 атм,), суточные снижения показателя тензиометра до 26-30 центибар

(0,26-0,3 атм.) на овощных, и несколько ниже, до 0,3-0,4 атм. на винограде и плодовых, где глубина корнеобитаемого слоя достигает 100 см, определяют поливную норму, то есть количество воды, необходимое для доведения до верхнего уровня оптимальной влажности почвы. Таким образом, решение задачи управления режимом капельного орошения на основе тензиометрического метода сводится к поддержанию в период вегетации оптимальной влажности почвы и соответствующего ей диапазона всасывающего давления. Установлены величины всасывающего давления для плодовых культур по показаниям тензиометра при различных порогах предполивной влажности в контуре увлажнения на глубине 0,3 и 0,6 м на расстоянии от капельницы на 0,3-0,4 м.

Нижние границы оптимального влагосодержания - 0,7-0,8 (НВ)и, соответственно, тензиометрические показания - начиная от 30-20 сантибар (0,3-

0,2 атм.). Для овощных культур нижняя граница будет на уровне 0,25-0,3 атм.

При использовании тензиометров следует соблюдать определенные пра-

вила: место расположения тензиометра должно быть типичным для поля. Обычно в одной точке располагают 2 тензиометра. Для овощных культур -один на глубине 10-15 см, а второй - 30 см, на расстоянии 10-15 см от

капельницы. На плодовых и винограде один тензиометр располагают на глубине 30 см, а второй - 60 см, на расстоянии 15-30 см от капельницы.

Чтобы производительность капельницы была в пределах нормы, необходимо регулярно следить за тем, чтобы она не была засорена нерастворимыми солями и водорослями. Для проверки производительности капельниц обычно подсчитывают количество вытекающих капель за 30 сек в разных местах поля и в месте установки тензиометра.

Тензиометры устанавливают после полива участка. Для их установки используют ручной ямобур или трубку диаметром несколько большим, чем стандартный диаметр тензиометра (> 19 мм). Установив тензиометр на нужную глубину, свободное пространство вокруг него осторожно уплотняют, для того чтобы не было воздушных полостей. На тяжелой почве тонкой трубкой делают отверстие на нужную глубину, ждут, когда появится вода, затем размещают тензиометр и уплотняют почву вокруг него.

Снимать показания тензиометра необходимо в ранние утренние часы, когда

температура еще стабильна после ночи. Следует учитывать, что после полива или дождей при повышенной влажности почвы показатели тензиометра будут выше предыдущих показателей. Почвенная влага через пористую часть (сенсор) проникает в колбу тензиометра, пока давление в тензиометре не сравняется с давлением воды в почве, в результате чего давление в тензиометре уменьшится, вплоть до исходного, равного 0 или несколько ниже.

Расход воды из тензиометра происходит постоянно. Однако могут иметь место резкие перепады при высокой испарительной способности почвы (жаркие дни, суховей), а высокий коэффициент транспирации наблюдается в периоды цветения и созревания плодов.

Во время полива или после него добавляют в прибор воду, чтобы восполнить ранее вытекшую. Для полива необходимо использовать только дистиллированную воду, добавляя на 1 л воды 20 мл 3 %-го раствора гипохлорида натрия, который обладает стерилизующими свойствами против бактерий, водорослей. Заливают воду в тензиометр до начала ее вытекания, то есть на весь объем нижней трубки. Обычно требуется до 1 л дистиллированной воды на каждый тензиометр.

Нужно следить, чтобы в прибор не попала грязь, в том числе с рук. Если по условиям эксплуатации в прибор доливают небольшое количество дистиллята, то и профилактически доливают в прибор дополнительно 8-10 капель 3%-го раствора гипохлорида натрия, кальция, что защищает керамический сосуд (сенсор) от вредной микрофлоры.

В конце сезона ирригьции вращательным движением осторожно вынимают прибор из почвы, промывают под проточной водой керамический сенсор и, не повреждая его поверхности, протирают 3%-м раствором гипохлорида чистящей подушечкой. При мытье прибор держат только вертикально сенсором вниз. Хранят тензиометры в чистой емкости, заполненной раствором дистиллированной воды с добавкой 3%-го раствора гипохлорида. Соблюдение правил эксплуатации и хранения прибора - основа его долговечности и правильных показаний при эксплуатации.

При работе тензиометров в первое время после их установки проходит определенный период адаптации, пока в зоне замера не сформируется кор-

невая система и корни не будут контактировать с сенсором прибора. В этот период можно поливать с учетом факторов транспирации весовым методом с водной поверхности.

Когда вокруг прибора достаточно сформируется корневая система (молодые корни, корневые волоски), прибор показывает реальную потребность в воде. В это время могут отмечаться резкие перепады давления. Это наблюдается при резком снижении влажности и является показателем для начала ирригации. Если растения хорошо развиты, имеют хорошую корневую систему и достаточно облиственны, то перепад давления, т. е. уменьшение влажности почвы, будет более сильным.

Малое изменение давления почвенного раствора и соответственно тензиометра указывает на слабую корневую систему, слабое поглощение растением воды или ее отсутствие. Если известно, что место, где установлен тензиометр, не соответствует типичности участка по причине заболевания растений, чрезмерной засоленности, недостаточной проветриваемости почвы и др., то тензиометры необходимо переместить в другое место, и чем раньше, тем лучше.

Помимо тензиометров, следует использовать экстракторы почвенного раствора. Это те же трубки с пористым сосудом внизу (сенсором), но без манометров и без заполнения их водой. Через пористую керамическую трубку почвенный раствор проникает внутрь ее, а затем с помощью шприца-экстрактора с длинным патрубком, опускаемым на дно сосуда, отсасывают почвенный раствор для проведения полевого экспресс-определения рН, ЕС (концентрация солей в миллисименсах для дальнейшего пересчета их количества в растворе), определения количества Nа, С1 с помощью индикаторных ра-створов. Этот раствор можно анализировать и в лабораторных условиях. Такой контроль позволяет оптимизировать условия выращивания в течение

всей вегетации, особенно в период фертигации. При использовании ионоселективных электродов или иных методов экспресс-анализа контролируют наличие в почвенном растворе азота, фосфора, калия, кальция, магния и других элементов.

Приборы для экстракции необходимо устанавливать рядом с тензиометрами.

РАСЧЕТ ПОЛИВНОЙ НОРМЫ

Определение величины поливных норм по показаниям тензиометров проводится с использованием графиков зависимости всасывающего давления прибора от влажности почвы. Такие графики в конкретных почвенных условиях позволяют оперативно определять поливные нормы.

Для плодовых и винограда тензиометр, установленный на глубине 0,3 м, характеризует среднюю величину влажности в почвенном слое 0-50 см, а на глубине 0,6 м - в слое 50-100 см.

Расчет дефицита влаги проводят по формуле:

Q = 10h (Q нв - Q пп), мм водяного столба,

где h - глубина расчетного слоя почвы, мм; Q нв - влажность объема

почвы, НВ; Q пп - предполивная влажность объема почвы, % НВ.459

Поливная норма, л/растение, определяется по формуле:

V = (Q 0-50 + Q 50-100) ХS

где V - поливная норма; Q 0-50 - влажность почвы, мм, в слое 0-50 см,

Q 50-100 в слое 50-100 см; S - размер контура увлажнения, м 2 .

Например, 1,5 м х 1,0 м = 1,5 м 2 .

Учет можно вести за сутки или иной период времени. Для упрощения расчетов используют номограмму - график, учитывающий зависимость всасывающего давления от влажности почвы отдельно по каждому слою. Например, О-25, 26-50, 51-100 см. На номограмме по оси абсцисс откладывают величину всасывающего давления для слоя 0-50 см в точке 30 см (РS 1 и для слоя 51-100 см в точке 60 см (РS 2) с интервалом 0,1 атм. по оси ординат. График покажет расчетное количество воды в литрах на растение, л/м 2 или м 3 |га.

Определение поливной нормы с помощью номограммы сводится к расчету объема воды V по замеренным тензиометрами величинам РS. и РS 2 .

Поливная норма в расчете на 1 га определяется:

М(м 3 |га) = 0,001 V Х N,

где М - поливная норма; N - количество растений (капельниц) на 1 га.

Аналогичный расчет проводят и для овощных культур, но обычно на этих культурах тензиометры помещают на небольшую глубину и они дают быстро меняющиеся показания влажности почвы, то есть поливы проводятся чаще. Продолжительность полива определяется по формуле:

Т= V: G,

где G - расход воды капельницей, л/ч; V - поливная норма, л; Т -продолжительность полива, ч, в зависимости от объема воды и производительности капельниц. "

Используя определенные типы тензиометров, можно автоматизировать процесс полива. В этом случае отключение насоса поливной системы проводится несколько ранее (что следует программировать), чем достигается верхний предел необходимой влажности.

Для расчета интервала полива в днях необходимо поливную норму V разделить на дневную поливную норму (мм/день), определяемую тензиометрически. Поливная норма может выражаться в мм/га или в л/м 2 , в пределах между максимальным и нижним порогами влажности. Поливная норма за период времени в этих пределах влажности, деленная на дневную поливную норму, дает величину интервала между поливами.

ВОДА ДЛЯ ОРОШЕНИЯ

И РЕГУЛИРОВАНИЕ ЕЕ КАЧЕСТВА

В практике орошения используют различные источники воды. Это прежде всего воды рек, водохранилища, шахтные воды, воды скважин и т. д.

Водный потенциал Украины очень богат. По ее территории протекает 92 реки, находится 18 очень крупных водохранилищ, 362 больших озера и пруда. Три четверти всех водных ресурсов река Днепр. На основе днепровской воды созданы крупнейшие водохранилища: Киевское, Каневское, Кременчугское, Днепродзержинское, Запорожское и Каховское, которые являются источниками воды для различных целей, в том числе и для орошения

На величину показателя Рн воды Киевского водохранилища влияют гумусо-вые выносы реки Припять. Летом в придонных отложениях водохранилищ на-капливается 5-10 мг/л СО 2 , иногда до 20-45 мг/л, поэтому показатель Рн сни-жается до 7,4. Разница показателя Рн поверхностных и придонных вод можетдостигать 1-1,5 Рн. Осенью, в связи с затуханием фотосинтеза, величина Рнснижается за счет подкисления СО 2 , . Летом СО 2 , поглощается в процессе фото-синтеза, поэтому Рн достигает 9,4. Количество NH 4 , варьирует от 0,2 до 3,7 мг/л,NO 3 максимален зимой - 0,5 мг/л, Р - от 0 до 1 мг/л, так как он адсорбируется Fе, общий азот - 0,5-1,5 мг/л, железо растворимое от 1,2 мг/л зимой до 0,4 мг/л летом (максимум), а обычно 0,01-0,2 мг/л. Сезонные изменения величины Рн обусловлены, главным образом, карбонатным равновесием в воде. Минимальный показатель Рн зимой - 6,7-7,0; максимальный летом - до 9,7.

Северный Донец и реки Приазовья, включая водохранилища Северного Донца (Исааковское, Луганское, Краснооскольское), характеризуются повышенным содержанием кальция и натрия, хлора - 36-124 мг/л, общей минерализацией - 550-2 000 мг/л. В этих водах содержится NO 3 - 44-77 мг/л (следствие их загрязнения). Подземные воды среднеминерализованы -600-700 мг/л, Рн - 6,6-8, воды гидрокарбонатно-кальциевые и магниевые.

Скважины дают воду от слабоминерализованной питьевой до сильнозасо- ленных, особенно в каменноугольных районах Донбасса.

Воды Бугского лимана у г. Николаева характеризуются высокой минерализацией - 500-3 000 мг/л, содержащие НСО 3 , - 400-500 мг/л, Са - 50-120 мг/л, Мg- 30-100 мг/л, сумма ионов - 500-800 мг/л, Nа + К - 40-

70 мг/л, С1 - 30-70 мг/л.

В Крыму находятся кроме Северо-Крымского канала, орошающего Степной Крым водами Каховского водохранилища, ряд водохранилищ: Чернореченское, Качинское, Симферопольское, а также воды горного Крыма.

Воды горного Крыма имеют минерализацию от 200-300 до 500-800 мг/л,

НСО 3 , от 150-200 до 300 мг/л, SО 4 , - от 20-30 до 300 и более мг/л, С1- от 6-10 до 25-150 мг/л, Са - от 40-60 до 100-150 мг/л, Мg - от 6-10 до 25-40

мг/л, На + К - от 40 до 100-200 мг/л. Воды водохранилищ имеют минерализацию от 200 до 300-400 мг/л, НСО 3 - от 90-116 до 220-270 мг/л, SО 4 , - от 9-14 до 64-75 мг/л, С1 - от 5-8 до 18-20 мг/л, Са - 36-87 мг/л, Мg- от 1-2 до 19-23 мг/л, На + К - от 1-4 до 8-24 мг/л.

461 Приведенные цифры следует учитывать при организации капельного орошения, желательно раз в 2-3 месяца проводить анализ воды по вышеуказанным параметрам. Анализ должен включать оценку уровней физического, химического и биологического загрязнения воды. Обычно лаборатории качества воды санэпвдемстанций проводят такой стандартный анализ.

При использовании воды водоемов, особенно водохранилищ днепровской воды, обычно мелководных, хорошо прогреваемых летом, с большей степенью распространения в них сине-зеленых и других водорослей и бактерий, которые образовывают студенистую слизь и забивают форсунки, необходимо регулярно проводить их очистку (см. процесс хлорирования активным хлором).

В случае необходимости регулирования количества водорослей и бактерий в воде, а также продуктов их жизнедеятельности - слизи, следует непрерывно вводить в поливную воду активный хлор, чтобы на выходе из поливной системы орошения его концентрация в поливной воде была не менее 0,5-1 мг/л, в рабочем растворе - до 10 мг/л С1. Можно применять другой метод - периодически вводить очищающие дозы активного хлора 20 мг/л в последние 30-60 мин цикла орошения.

Выпадающие в осадок СаСО 3 , и МgСО 3 , можно удалить подкислением оросительной воды до уровня Рн 5,5-7. При таком уровне кислотности воды эти соли в осадок не выпадают и выводятся из системы орошения. Кислотная очистка осаждает и растворяет образующиеся в системах полива осадки - гидроокиси, карбонаты и фосфаты.

Обычно используют технические кислоты, не засоренные примесями и не содержащие в своем составе гипсовых и фосфатных осадков. Для этой цели используют техническую азотную, ортофосфорную или хлорную кислоту. Обычная рабочая концентрация этих кислот 0,6 % по действующему веществу. Продолжительность кислотной ирригации около 1 ч вполне достаточна.

При сильном загрязнении воды соединениями железа или железосо-держащими бактериями, воду обрабатывают активным хлором в количестве 0,64 от количества железа в воде (принятым за единицу), что способствует выпадению железа в осадок. Подачу хлора в случае необходимости проводят до системы фильтров, которые следует регулярно проверять и очищать.

Контроль за сероводородными бактериями осуществляется также с помощью активного хлора в концентрации, в 4-9 раз превышающей концентрацию сероводорода в воде для орошения. Проблему избытка марганца в воде устраняют внесением хлора в концентрации, превышающей концентрацию марганца в воде в 1,3 раза.

Таким образом, готовясь к ирригации, необходимо оценить качество воды и подготовить необходимые решения для доведения воды, в случае необходимости, до определенных кондиций. Окись серы можно хлорировать периодическим или постоянным внесением 0,6 мг/л С1 на 1 мг/л S.

Процесс хлорирования активным хлором. Для растворения органического вещества систему труб заполняют водой, содержащей повышенные дозы - 30-50 мг/л С1 (в зависимости от степени загрязнения). Вода в системе без вытекания через капельницы должна находиться не менее 1 ч. В конце обработки вода должна содержать не менее 1 мг/л С1, при более низкой концентрации обработку повторить. Повышенные дозы хлора обычно применяют только для промывания системы после завершения вегетационного периода. При передозировке хлора может нарушаться стабильность осадка, вызывая его перемещение в направлении капельниц и их засорение. Нельзя проводить хлорирование, если концентрация железа превышает 0,4 мг/л, т. к. осадок может засорить капельницы. При хлорировании избегают при-менения удобрений, содержащих NH 4 , NH 2 , с которыми хлор вступает в реакцию.

Химические вещества для водоочистки. Для улучшения качества поливной воды применяют различные кислоты. Достаточным является подкисление воды до Рн 6,0, при которой осадки СаСО 3 , фосфата кальция, окисей железа растворяются. В случае необходимости проводится специальная очистка системы орошения продолжительностью 10-90 мин подкислений до Рн 2 водой с последующей промывкой. Наиболее дешевые азотная и соляная кислоты. При значительных количествах железа более 1 мг/л) нельзя применять для подкисления ортофосфорную кислоту. Обработка воды кислотой в открытом грунте проводится периодически. При Рн 2 - кратковременная обработка (10-30 мин), при Рн 4 - более продолжительные промывки.

При концентрации железа в воде более 0,2 мг/л проводят профилактическую промывку систем. При концентрации железа от 0,3 до 1,5 мг/л могут развиваться железобактерии, которые забивают форсунки. Отстаивание и аэрирование воды до использования улучшает осаждение железа, это касается и серы. Аэрирование воды и окисление ее активным хлором (на 1 мг/л S необходимо 8,6 мг/л С1) уменьшает количество свободной серы, вступающей в

реакцию с кальцием.

ЭКСПЛУАТАЦИЯ КАПЕЛЬНЫХ

ОРОСИТЕЛЬНЫХ СИСТЕМ

Кроме фильтрации воды применяют систематическую промывку магистральных и капельных линий. Промывка осуществляется одновременным открытием на 5-8-ми капельных линиях концевиков (заглушек) на 1 мин для удаления грязи, водорослей. При хлорировании с концентрацией активного хлора до 30 мг/л длительность процесса обработки не более 1 ч. При периодической обработке кислотой против неорганических и органических отложений в системах капельного орошения используют различные кислоты. При концентрации НС1 - 33%, Н 3 РО 4 - 85%, НNО 3 -60% используют рабочий раствор с концентрацией 0,6 %. В пересчете надействующее вещество это составит: НС1 - 0,2% д. в., Н,РО^ - 0,5% д. в.. Н 3 РО 4 - 0,36% д. в., что следует учитывать при использовании кислот с иной концентрацией. Продолжительность кислотной обработки 12 мин, последующей промывки - 30 мин.

Задание 2. Определить максимальную молекулярную (адсорбционную) влагоемкость методом А.Ф. Лебедева.

Максимальной молекулярной влагоемкостью (ММВ) называется наибольшее количество гигроскопической пленочной воды, удерживаемой частицами почвы за счет сил молекулярного притяжения.

Метод ее определения основан на удалении влаги сверх ММВ с помощью пресса.

Порядок проведения работы

Взять 10–15 г почвы, просеянной через сито d= 1мм (мелкозем), в фарфоровую чашку, смочить водой до полного насыщения и тщательно перемешать шпателем.

На лист фильтровальной бумаги, покрытой куском марли, положить металлическое кольцо с внутренним отверстием диаметром 4–5 см и равномерно намазать шпателем переувлажненную почву, заполнив отверстие кольца.

После снятия кольца на фильтровальной бумаге остается кружок почвы, равный толщине кольца. Этот кружок покрыть кусочком марли и переслоить сверху и снизу фильтровальной бумагой (в 20 листов).

Приготовленные таким образом кружочки почвы (5–6 штук) поместить между деревянными прокладками под пресс на 30 мин под давлением около 100 кг/см 2 . В результате в почве останется лишь молекулярная вода.

По окончании прессования кружок почвы быстро очистить от приставших волокон бумаги или марли и перенести во взвешенный стаканчик.

Стаканчик с почвой взвесить и просушить в термостате при температуре 100–105 ºС до постоянного веса.

Охлажденный после сушки стаканчик с почвой взвесить с точностью до 0,01 г.

ММВ вычислить по формуле:

где А – масса стакана с сырой почвой, г;

В – масса стакана с абсолютно сухой почвой, г;

С – масса пустого стакана.

Величина ММВ имеет те же зависимости от свойств почвы, что и максимальная гигроскопическая влажность. Она является постоянной для каждой почвы и содержит в себе весьма труднодоступную влагу для растений. ММВ составляет ориентировочно 7–9 % от массы почвы.

Задание 3. Определить капиллярную влагоемкость почвы (кв).

Капиллярная влагоемкость – максимально возможное содержание капиллярной воды в почве (без перехода ее в гравитационную). Она фактически определяет запасы так называемой продуктивной влаги и водные условия жизни растений. Ее величина зависит от механического и структурного составов почвы, содержания гумуса и состава солей.

Порядок проведения работы

Взвесить пустой цилиндр с сетчатым дном и вложенным в него кружочком фильтровальной бумаги с точностью до 0,1 г.

Наполнить цилиндр до половины объема воздушносухой почвой, уплотняя постукиванием о ладонь, и взвесить цилиндр с почвой.

Поставить цилиндр с почвой в ванночку с водой на фильтровальную бумагу так, чтобы вода была выше уровня дна цилиндра на 0,5 см.

После насыщения, когда поверхность почвы в цилиндре увлажнится, вынуть цилиндр из ванночки, промокнуть дно и взвесить.

КВ =
,

где КВ – капиллярную влагоемкость, %;

С – масса цилиндра с почвой после насыщения, г;

В – масса цилиндра с воздушно-сухой почвой, г;

А – масса пустого цилиндра, г.

Капиллярная влагоемкость, определенная в полевых условиях для конкретной разновидности почв при глубоких грунтовых водах, называется наименьшей влагоемкостью (НВ). Наименьшая влагоемкость характеризует максимальную водоудерживающую способность почвы при промачивании ее сверху. Величина наименьшей влагоемкости зависит от целого ряда характеристик почвы, главным из которых является механический и структурный составы и содержание гумуса.

Наименьшая влагоемкость имеет важное значение в орошаемом земледелии. По ее величине рассчитывают сроки поливов, поливные и промывные нормы, определяют водоотдачу, продуктивную влагу и т.д.

При увлажнении до наименьшей влагоемкости в почве содержится максимальное количество доступной для растений влаги, т.к. 55–75 % пор почвы заполнены водой.

Полная влагоемкость (ПВ) – это максимальное содержание воды в почве, равное объему всех пор, трещин и пустот. Она характеризует водовместимость почвы. Полную влагоемкость можно рассчитать по общей пористости почвы: ПВ = S, % от объема почвы и ПВ = , % от массы абсолютно сухой почвы, где S – общая пористость, % объема; d – объемная масса почвы, г/см 3 .

Данные водных свойств почв записать в табл. 1.

Капиллярная влагоемкость - способность почв и грунтов удерживать в своей толще максимально возможное количество капиллярной воды (без перехода ее в гравитационную форму), выраженное в весовых или объемных процентах или в кубических метрах на 1 га. Капиллярная влагоемкость, таким образом, представляет собой верхний предел водоудерживающей способности почв, обусловленный капиллярно-менисковыми силами. Поэтому и величина капиллярной влагоемкости (капиллярной водоудерживающей способности) в общем соответствует капиллярной скважности почв и грунтов. Поскольку граница и различия между капиллярной и некапиллярной скважностью в почвах условны и представлены рядом переходов, постольку и величина капиллярной влагоемкости несколько условна, она изменяется в зависимости от ряда факторов.
При близком залегании (1,5-2,0 м) уровня грунтовых вод, когда капиллярная кайма смачивает толщу почвы до поверхности, капиллярная влагоемкость почвы характеризуется наибольшими величинами, так как капиллярная влагоемкость в данном случае обусловлена суммарной всасывающей деятельностью менисков тонких и крупных пор и капилляров. В этом случае капиллярная влагоемкость соответствует максимально возможной величине содержания в почве капиллярно-подпертой воды. Наиболее точно величина капиллярной влагоемкости определяется в этом случае в поле путем установления послойной влажности от поверхности почвы до уровня грунтовых вод. Для 1,5-метрового слоя среднесуглинистых почв это соответствует 30-40 об.%, или около 4500- 6000 м3/гa.
В случае глубокого залегания уровня грунтовых вод капиллярная влагоемкость почвы связана только с работой сравнительно тонких пор и капилляров. В этом случае ее величина соответствует максимально возможному объему удержанной в почве капиллярно-подвешенной воды. Величина влагоемкости в случае капиллярно-подвешенной воды колеблется в зависимости от структуры и механического состава почв в пределах 20-35 об.%, что составляет для 1-метрового слоя 2000-3500 м3/га, а для 1,5-метрового - 3000-5250 м3/га.
Очень часто влагоемкость в отношении капиллярно-подвешенной воды называют наименьшей влагоемкостью (HB). Этот термин, введенный П.С. Коссовичем, основан на идее о том, что в почвах глубокого уровня грунтовых вод нет подпирающего влияния восходящей капиллярной каймы и пористая почвенная система удерживает то наименьшее количество влаги, которая остается после свободного оттока гравитационной воды.
Капиллярная влагоемкость может быть определена на монолите в лаборатории или в полевых условиях методом предварительного длительного увлажнения почвы таким объемом воды, который заведомо превышает водоудерживающую способность почвы. Переувлажненная почва оставляется на известное время защищенной от испарения. Гравитационной воде в течение нескольких дней предоставляется возможность свободно стечь из почвенных горизонтов. Затем определяется количество влаги, удержанной в почве. Эта величина и будет соответствовать капиллярной (подвешенной) влагоемкости (наименьшей влагоемкости) почвы. Капиллярная влагоемкость, определенная для полевых конкретных условий, называется полевой влагоемкостью (полевой предельной влагоемкостью, полевой водоудерживающей способностью) почвы.
Почва в естественных условиях залегания не может удержать капиллярной воды больше этого «предельного» количества. Возрастание влажности почвы сверх ее водоудерживающей способности вызывает образование гравитационной воды, стекающей в нисходящем направлении или питающей грунтовые воды.
Понятие «предельная полевая влагоемкость» (ППВ) почв является важной гидрологической характеристикой, широко используемой в практике водных мелиораций. Величина предельной полевой влагоемкости зависит от ряда факторов.
Почвы глинистого тяжелого механического состава имеют большую величину полевой влагоемкости - 3500-4000 м3/га для 1-метрового слоя, почвы легкого супесчаного и песчаного механического состава - 2000-2500 м3/га. Почвы с хорошо развитой комковато-зернистой структурой обычно имеют умеренные средние показатели полевой влагоемкости - 2500-3000 м3/га для 1-метрового слоя; бесструктурные почвы характеризуются более высокой величиной полевой влагоемкости. Ниже приводятся величины полевой влагоемкости почв различного механического состава в % от скважности:

Как это ясно из предыдущего изложения, полевая влагоемкость зависит также от положения грунтовых вод, сильно возрастая в случаях близкого уровня грунтовых вод (капиллярная кайма в пределах почвенного профиля) и уменьшаясь при глубоком положении грунтовых вод. Так, при близких (1,5-2 м) грунтовых водах с углублением на каждые 10 см глубже 50 см величина полевой влагоемкости возрастает на 2-3%, а при очень глубоких грунтовых водах - уменьшается на каждые 10 см на ту же величину.
Неоднородность и слоистость почв по профилю, в частности смена механического состава и структурного состояния грунта, способствуют увеличению суммарной величины полевой влагоемкости всего профиля. Это объясняется тем, что вблизи поверхности раздела между соседними слоями вышележащий слой имеет повышенную влажность за счет образования дополнительных менисков и дополнительной водоудерживающей способности (капиллярно-посаженная вода).
Зная величину предельной влагоемкости почвы и сопоставляя с ней величину влажности, зафиксированной в почве на определенный момент, можно оценить состояние и форму воды и определить направление движения влаги. В тех случаях, когда влажность почвы выше величины предельной полевой влагоемкости, имеют место нисходящие токи гравитационной воды. В случае, когда влажность верхних горизонтов меньше полевой влагоемкости, поток капиллярной воды направлен обычно кверху от зеркала грунтовых вод.
Многочисленными исследованиями на опытных станциях и в производственных условиях установлено, что оптимальная влажность почв для развития сельскохозяйственных растений в условиях орошения колеблется в пределах от 100 до 70-75% от полевой влагоемкости. Отсюда следует, что в межполивные периоды относительная влажность почв перед очередным поливом не должна опускаться ниже 70-75% от полевой влагоемкости.
Разность между величиной полевой влагоемкости и фактической влажностью почвы перед очередным поливом называется дефицитом влажности до полевой влагоемкости.
Дефицит влажности до полевой влагоемкости в условиях орошаемого хозяйства должен быть не больше, чем разность между полевой влагоемкостью и величиной 70-75% полевой влагоемкости (на глинах и солончаках 80-85%). Если величина фактической влажности перед поливом ниже 70-75% от полевой влагоемкости (например, 60-50%), то растения будут испытывать депрессию в развитии, что вызовет снижение урожая. Хлопчатник в таких случаях сбрасывает свои плодовые органы (бутоны, завязи, коробочки).
Таким образом, по полевой влагоемкости устанавливаются рациональные нормы поливов. Если при очередном поливе подача воды превысит величину дефицита влаги до полевой влагоемкости, запас воды в почве превысит ее водоудерживаюшую способность, появится свободная гравитационная вода, которая начнет двигаться в нисходящем направлении и пополнять запасы грунтовой воды, повышая их уровень.
В практике орошаемого земледелия иногда применяют поливы без норм, большими количествами воды, в 1,5-2 раза превышающими дефицит до полевой влагоемкости. Такие поливы вызывают интенсивный подъем уровня грунтовых вод, приближение их к дневной поверхности, развитие процессов заболачивания и засоления. Особенно часто это происходит на полях орошаемого риса, где нередко за вегетационный период дается 30-40 тыс. м3/га поливной воды.
Рационально рассчитанная норма полива для незасоленных почв должна представлять собой величину, не превышающую дефицит влажности до полевой влагоемкости, чтобы свести к минимуму фильтрацию избыточной свободной воды в грунтовые воды.
Величина поливной нормы выражается следующим простейшим равенством:

M = П - м + к,

где M - поливная норма; П - полевая влагоемкость; м - фактическая влажность перед поливом; к - потери воды на испарение в момент полива.
Поскольку известно, что при орошении обычных полевых культур влажность почвы не должна перед очередным поливом опускаться ниже 70-75% от полевой влагоемкости, то величина дефицита влажности П - м в большинстве случаев должна быть не выше 25-30% П, что для почв суглинистого механического состава для 1-метровой толщи составит 800-1200 м3/га.
Поясним это на следующем примере. Полевая влагоемкость незасоленной почвы равна 20 вес.%, объемный вес почвы 1,4. Требуется установить оптимальный дефицит До полевой влагоемкости, который и будет представлять оптимальную величину поливной нормы воды для 1-метрового слоя.
Полевая влагоемкость в абсолютном выражении будет составлять П = 2800 м3/га; допустимая влажность до полива - 70% от П, т. е. 1960 м3/га. Тогда дефицит, а следовательно, и поливная норма, составляя разность между полевой влагоемкостью и допустимым запасом воды перед поливом (2800-1960 м3/га), будут равны 840 м3/га.
Зная величину полной влагоемкости и полевой влагоемкости, можно всегда представить себе вероятную величину свободной гравитационной воды, образующейся в почве в случае естественного или искусственного снижения уровня грунтовых вод. Эта величина называется водоотдачей грунта.
Водоотдача грунта - количество свободной гравитационной воды, образующейся в грунте при снижении уровня грунтовых вод, выраженное в процентах от скважности (полной влагоемкости), от объема грунта или в виде коэффициента. Коэффициент водоотдачи сильно колеблется в зависимости от структуры, механического состава и скважности почв и грунтов. Об этом можно судить по данным табл. 6.

Зная величину коэффициента водоотдачи, можно предвидеть вероятный подъем уровня грунтовых вод при поступлении в грунт свободной гравитационной воды. Вероятный подъем уровня грунтовых вод h (в см) при поступлении в них гравитационной воды равен слою просочившейся воды b (в см), деленному на коэффициент водоотдачи Q:

Из величин коэффициента водоотдачи видно, что при поступлении гравитационной воды интенсивность подъема уровня грунтовых вод возрастает тем больше, чем тяжелее механический состав грунта. Так, в глинах каждый миллиметр просочившейся и поступившей в грунтовые воды гравитационной, воды может повысить уровень грунтовой воды на 3-10 см, в суглинках - на 2-3 см, в песках значительно меньше - на 0,3-0,5 см.
Зная дефицит влажности до полевой влагоемкости, можно установить то количество свободной гравитационной воды, которое появляется в толще горизонтов почвы при ее увлажнении сверх водоудерживающей способности. Количество гравитационной воды, образующейся при этом в толще грунта, представляет собой разность между объемом поданной воды и объемом дефицита до полевой влагоемкости, что может быть показано следующим выражением:

В = М - (П - м),

где В - гравитационная вода; M - вода, поступившая на почву сверху; П - полевая влагоемкость; м - запас воды в почве.
Таким образом, капиллярная влагоемкость и ее разновидность для почв, находящихся в культуре, так называемая полевая (предельная) влагоемкость, являются важнейшими почвенно-гидрологическими характеристиками, на знании которых и правильном применении должно базироваться рациональное регулирование водного режима почв и осуществление водных мелиораций.

Влагоемкость почвы – величина, которая количественно характеризует водоудерживающую способность почвы. Как и влажность, влагоемкость определяется в % к весу сухой почвы. В зависимости от сил, удерживающих влагу в почвах, различают три основные категории влагоемкости: полная, наименьшая и капиллярная.

Полная влагоемкость – это максимальное количество воды, которое может удерживать почва с использованием всех влагоудерживающих сил.

Наименьшая влагоемкость – это максимальное количество воды, которое почва может удерживать в химических связях и коллоидных системах.

Капиллярная влагоемкость – это максимальное количество воды, которое почва может удеживать в своих капиллярах.

Материалы и оборудование

1) стеклянные цилиндры без дна; 2) марля; 3) ванночки; 4) фильтровальная бумага; 5) технические весы; 6) образцы почвы.

Ход работы

Стеклянный цилиндр без дна обвязывают марлей с нижнего конца. В предварительно взвешенный на технических весах цилиндр насыпают, слегка уплотняя постукиванием, почву на высоту 10 см. Определяют массу цилиндра с почвой. Далее цилиндр с почвой помещают в специальную ванночку с водой – так, чтобы дно цилиндра стояло на фильтровальной бумаге, концы которой опущены в воду.

Вода по порам бумаги передается почве, производя ее капиллярное насыщение. Через каждые сутки цилиндр взвешивают на технических весах до тех пор, пока его масса не перестанет возрастать. Это укажет на то, что почва достигла полного капиллярного насыщения. Капиллярную влагоёмкость рассчитывают по формуле:

где КВ – капиллярная влагоёмкость, %;В – масса почвы в цилиндре после насыщения, г;

М – масса абсолютно сухой почвы, г.

Поскольку в цилиндр помещается воздушно-сухая навеска, а расчеты производятся на массу абсолютно сухой почвы, поэтому массу абсолютно сухой почвы предварительно надо вычислить, используя значение коэффициента пересчёта, полученное в предыдущей работе (все лабораторные работы выполняются с тем же почвенным образцом) по формуле:

где М – масса абсолютно сухой почвы,b – вес воздушно-сухой почвы,

k H 2 O ‑ коэффициент гигроскопичности.

Полученные результаты занести в таблицу.

Лабораторная работа № 7

Определение кислотности почвы

Основные сведения по теме работы

Кислотность почв – это их способность обуславливать кислую реакцию почвенного раствора за счет наличия в ней катионов водорода. Наиболее распространенным источником кислотности почв являются фульвокислоты, которые образуются при разложении растительных остатков. Кроме них в почве присутствуют многие низкомолекулярные кислоты – органические (масляная, уксусная) и неорганические (угольная, серная, соляная).

Кислотность – это диагностический параметр, оказывающий значительное влияние на жизнь обитателей почвы и произрастающих на ней растений. Для большинства сельскохозяйственных культур оптимальные диапазоны кислотности близки к нейтральным, однако многие естественные почвы являются щелочными или кислыми, поэтому возникает необходимость оценки и, при необходимости, коррекции их кислотности.

Избыточная кислотность прямо или косвенно оказывает негативное влияние на растения. Подкисление почв приводит к нарушению их структуры, что в свою очередь вызывает резкое ухудшение аэрации и капиллярных свойств почвы. Избыточная кислотность подавляет жизнедеятельность полезных микроорганизмов (особенно нитрификаторов и азотфиксаторов), усиливает связывание фосфора алюминием, что нарушает ионообменные процессы в корнях растений. В конечном счете, эти процессы приводят к закупорке корневых сосудов и отмиранию корневой системы.

Различают две формы кислотности - актуальную и потенциальную.

Актуальная кислотность обусловлена наличием в почвенном растворе свободных ионов водорода, образовавшихся в результате диссоциации водорастворимых органических и слабых минеральных кислот, а также гидролитически кислых солей. Она непосредственно влияет на развитие растений и микроорганизмов.

Потенциальная кислотность характеризуется наличием в почвенно-поглотительном комплексе ионов Н + и Al 3+ , которые при взаимодействии твердой фазы с катионами солей вытесняются в почвенный раствор и подкисляют его.

Определение кислотности почвы как правило проводится потенциометрическим методом. Он основан на измерении электродвижущей силы в цепи, состоящей из двух полуэлементов: электрода измерения, погруженного в испытуемый раствор, и вспомогательного электрода с постоянным значением потенциала. Прибор для измерения рН называется потенциометром или рН-метром.

Результаты потенциометрического измерения рН почвы оцениваются по стандартным шкалам. В практическом почвоведении используется классификация почв по уровню рН водной вытяжки (актуальная кислотность) или солевой вытяжки (потенциальная кислотность) (табл. 6).

Табл. 6. Классификация почв по уровню кислотности

Тип почвы
Очень сильнокислые
Сильнокислые
Слабокислые
Близкие к нейтральным
Нейтральные
Слабощелочные
Щелочные
Сильнощелочные
Очень сильнощелочные

Материалы и оборудование

1) химические стаканчики на 100-150 мл, 2) 1 N раствор КСl, 3) потенциометр (рН-метр), 4) технические весы; 5) образцы почвы.

Ход работы

Для определения актуальной кислотности следует на технических весах взвесить 20 г воздушно-сухой почвы. Навеску поместить в химический стакан на 100-150 мл и прилить 50 мл дистиллированной воды. Содержимое перемешивать 1-2 мин и оставить стоять 5 мин. Перед определением суспензию еще раз перемешать, после чего полностью погрузить в нее электрод измерения и электрод сравнения. Через 30-60 сек. отсчитать по шкале потенциометра значение рН, соответствующее измеряемой кислотности почвенной суспензии.

Для определения потенциальной кислотности к навеске почвы 20 г приливают 50 мл 1N р-ра КСl. Дальнейший ход анализа тот же, что и при определении актуальной кислотности.

Результаты работы занести в таблицу:

Лабораторная работа № 8

Одним из основных водных свойств почвы является влагоемкость, под которой понимают количество воды, удерживаемые почвой. Она выражается в % от массы абсолютно сухой почвы или от ее объема.

Важнейшей характеристикой водного режима почв является ее наименьшая влагоемкость, под которой понимается наибольшее количество подвешенной влаги, которую почва способна удерживать после обильного увлажнения и стекания гравитационной воды. При наименьшей влагоемкости количество доступной влаги для растений достигает максимально возможной величины. Количество воды в почве, за вычетом той ее части, которая составляет так называемый мертвый запас, Э.Митчерлих назвал "физиологически доступной почвенной влагой".

Наименьшую влагоемкость определяют в полевых условиях при естественном сложении почвы методом заливаемых площадок. Суть метода заключается в том, что почву насыщают водой до тех пор, пока ею не будут заполнены все поры, а затем дают избытку влаги стечь под действием силы тяжести. Установившаяся равновесная влажность будет соответствовать НВ. Она характеризует водоудерживающую способность почвы. Для определения НВ выбирают площадку размером не менее 1 х 1 м, вокруг которой создают защитный бортик, обволакивают ее двойным кольцом уплотненных земельных валиков высотой 25-30 см или устанавливают деревянные или металлические рамки. Поверхность почвы внутри площадки выравнивают и покрывают крупным песком слоем 2 см для предохранения почвы от размыва. Рядом с площадкой по генетическим горизонтам или отдельным слоям берут образцы почвы для определения ее пористости, влажности и плотности. По этим данным определяют фактический запас воды в каждом из горизонтов (слоев) и пористость. Вычитая из общего объема пор объем, занятый водой, определяют количество воды, необходимое для заполнения всех пор в изучаемом слое .

Пример расчета. Площадь заливной площадки S = 1 х 1 = 1 м 2 . Установлено, что мощность пахотного слоя равна 20 см или 0,2 м, влажность почвы W - 20%; плотность d - 1,2 г/см 3 ; порозность Р - 54%.

а) объем пахотного слоя: V пах = hS = 0,2 х 1 = 0,2 м 3 = 200 л.

б) объем всех пор в исследуемом слое:

V пор = Vпах (Р/100) = 200 (54/100) = 108 л

в) объем пор, занятых водой при влажности, равной 20%

V вод = Vпах (W/100) S = 200 (20/100) · 1 = 40 л

г) Объем свободных от воды пор

V своб = Vпор - Vвод = 108 - 40 = 68 л.

Для заполнения всех пор в пахотном слое почвы в пределах заливной площадки потребуется 68 л воды.

Таким образом рассчитывают количество воды для заполнения почвенных пор до той глубины, на которую определяют НВ (обычно до 1-3 м).

Для большей гарантии полного промачивания количество воды увеличивают в 1,5 раза на боковое растекание.

Определив требуемое количество воды, приступают к заливке площадки. Струю воды из ведра или шланга направляют на какой-нибудь твердый предмет, чтобы избежать нарушения сложения почвы. Когда весь заданный объем воды впитается в почву, поверхность ее накрывают пленкой, чтобы исключить испарение.

Время для стекания избытка воды и установления равновесной влажности, соответствующей НВ, зависит от механического состава почвы. Для песчаных и супесчаных почв оно составляет 1 сутки, для суглинистых 2-3, для глинистых 3-7 суток. Точнее это время можно установить, наблюдая за влажностью почвы на участке в течение нескольких дней. Когда колебания влажности почвы во времени будут незначительными, не превышающими 1-2%, то это и будет означать достижение равновесной влажности, т.е. НВ.

В условиях лаборатории НВ для почв с нарушенным сложением можно определить методом насыщения почвенных образцов водой сверху по аналогии определения строения пахотного слоя почвы.