Дипломная работа: Влияние водопроницаемости биологически активного слоя чернозема выщелоченного на развитие водной эрозии
Однако всегда следует помнить, что природные условия создают лишь предпосылки для возникновения антропогенной эрозии, но непосредственная причина ее проявления – это хозяйственная, вернее, бесхозяйственная деятельность человека, связанная с неправильным использованием склоновых земель.
Между всеми факторами, создающими возможность для проявления эрозии, существует тесная связь. И, рассматривая влияние даже отдельных факторов на ее развитие, мы всегда должны иметь в виду, что в действительности все явления и процессы в природе тесно взаимосвязаны. При одном сочетании условий климата, рельефа, геологии, почвенного и растительного покрова эрозия вообще не возникает; при другом сочетании может появиться небольшая опасность для ее возникновения; при третьем сочетании эрозия не только проявится, но и примет катастрофический характер.
Рельеф, почвенный покров и растительность, влияя на развитие эрозии, сами со временем изменяются под воздействием эрозионных процессов. Это одно из проявлений закономерной взаимосвязи причин и следствия. Поэтому природные условия необходимо рассматривать в тесной взаимосвязи с теми изменениями, которые происходят в результате проявления эрозии.
В природе редко встречаются случаи, чтобы на одной территории природные условия исключали возможность проявления эрозии, а на другой – создавали опасность сильного ее развития. Зная роль отдельных природных факторов и их сочетание в проявлении эрозии, можно соответствующими мерами предупредить или ограничить влияние неблагоприятных природных условий.
Значение природных закономерностей эрозионных процессов – необходимая основа для разработки системы мер против эрозии. Чем более территория эрозионно опасна, тем надежнее должны быть приемы защиты почв от нее. При этом меры, предупреждающие эрозию, должны быть в первую очередь направлены на то, чтобы уменьшить неблагоприятное влияние тех природных факторов, которые создают наибольшую опасность для проявления эрозии.
Почва – это тот самый объект, плодородие которого подвергается разрушению поверхностным стоком осадков. Поэтому свойства и состояние почв не могут не оказывать существенного влияния на развитие эрозионных процессов.
Опасность развития эрозии тесно связанна со следующими факторами: 1) водопроницаемость, которая наряду с интенсивностью осадков определяет возможность и интенсивность формирования стока; 2) противоэрозионной устойчивостью почв – их способностью противостоять смыву и размыву, водным потокам и 3) общим уровнем плодородия почв, во многом обусловливающим уровень способности сельскохозяйственных культур защищать почву.
Водопроницаемость является важнейшим свойством почвы, которое лучше всего характеризует почву в физическом отношении и определяет ее водный режим. От величины водопроницаемости в значительной степени зависит водный баланс почв, в том числе поверхностный сток, а, следовательно, и увлажнение почвы. С водопроницаемостью почв и грунтов связаны многие проблемы, имеющие актуальное хозяйственное значение.
Знание этого свойства почвы необходимо в гидрологической практике, ибо позволяет рассчитывать количество поглощаемой почвой воды, что имеет большое значение для повышения точности прогнозов по запасам продуктивной влаги в пахотном слое.
Водопроницаемость почвы, обеспечивая благоприятный водно-воздушный режим в почве, является одним из существенных факторов плодородия.
Итак, под водопроницаемостью почв понимается явление, происходящее в почве при поступлении воды на ее поверхность, то есть это способность почвы пропускать через себя воду. Явление водопроницаемости состоит из двух фаз: 1) насыщение почвы водой (впитывание или инфильтрация) и 2) проникновение воды через слой почвы максимально насыщенный водой (просачивание или фильтрация). Поэтому в процессе проведения опыта, мы определяем две величины, характеризующие водопроницаемость: скорость впитывания и скорость фильтрации. Скорость впитывания определяется количеством воды, прошедшем в единицу времени на максимальное насыщение исследуемого слоя почвы (до предельной полевой влагоемкости). Скорость фильтрации есть скорость прохождения воды через слой почвы максимально насыщенный водой. Естественно, что твердой границы между первой и второй фазами нет.
Первую фазу можно подразделить на две стадии. Первая стадия – чистое впитывание, когда вода попадает на почву, не достигшую полевой влагоемкости, и передвигается в ней под действием всасывающих сил поверхности частиц почво-грунтов и капиллярных менисков. Действие силы тяжести не значительно. Во второй стадии преобладает просачивание. На этой стадии абсорбирующая способность почвы уменьшается до минимума, а преобладает пленочное, капиллярное и гравитационное передвижение воды. Переход ко второй стадии происходит быстрее в тех почвах и грунтах, которые обладают большей некапиллярной скважностью. По некапиллярным порам вода передвигается под действием силы тяжести действие молекулярных сил в некапиллярных порах ничтожно. Таким образом, задерживание воды в почве обусловливается ее капиллярной скважностью, а фильтрация находится в зависимости от некапиллярных промежутков в почве. И, наконец, в фазе фильтрации вода передвигается через исследуемый почвенный горизонт под действием силы тяжести.
При характеристике водопроницаемости почвы помимо скорости впитывания и скорости фильтрации, дается, и суммарная величина впитывания за определенный промежуток времени – слой воды (в миллиметрах). Скорости впитывания и фильтрации даются, как правило, в миллиметрах в минуту.
Н.А. Качинским (1965) предложена градация почв по водопроницаемости. Если почва пропускает за 1 час более 1000 мм воды при напоре 5 см и температуре 10°С, водопроницаемость считается провальной, от 1000 до 500 мм – излишне высокой, от 500 до 100 – наилучшей, от 100 до 70 мм – хорошей, от 70 до 30 мм – удовлетворительной, менее 30 мм – неудовлетворительной.
Наиболее широко применяемым в работах почвоведов является определение водопроницаемости почв с помощью рам (квадратов), погруженных в почву на глубину 5-10 см. Площадь квадратов колеблется в различных пределах (до 1 м²) и определяется, как правило, количеством воды, которое можно доставить к месту опыта. Для предотвращения растекания воды в стороны употребляются защитные рамы, площадь которых больше площади внутренних рам. С их помощью создается защитный экран переувлажненной почвы вокруг почвенного монолита, ограниченного внутренней рамой, по которой идет расчет водопроницаемости почвы. Во внутренней и внешней раме поддерживается постоянный уровень воды в 2-5 см. Опыты проводятся в нескольких повторностях. Для определения потерь, на впитывание воды в почву при расчетах максимальных ливневых расходов на малых водосборах, применяется двухрядное ограждение из колец. Недостатком этих способов определения водопроницаемости почвы является невозможность поддерживать постоянный уровень воды. При понижении уровня вода вновь подливается и измеряется объем залитой воды.
Существует и более совершенный способ определения водопроницаемости почвы, заключающийся в автоматическом поддерживании постоянного уровня воды при помощи сосудов Мариотта или других приспособлений. Все эти приборы имеют те или иные недостатки: малая глубина погружения прибора в почву, вследствие чего возможно боковое растекание воды, малая площадь внутреннего цилиндра, а также малый объем сосуда, из которого подается вода.
В настоящее время для определения водопроницаемости почвы широко применяется инфильтрометр Нестерова. Инфильтрометр ПВН состоит из двух цилиндрических колец высотой 150 см. Диаметр внутреннего кольца равен 226 мм, внешний – 450 мм, таким образом, площадь, ограниченная внутренним кольцом равна 400 см2 , внешним – 1600 см2 . Кольца забиваются в почву на глубину 8-10 см. Как во внутреннем, так и во внешнем кольцах во время опыта над поверхностью почвы с помощью сосудов Мариотта поддерживается постоянный уровень воды высотой 5 см. Слой впитывающейся воды в почву определяется по величине падения уровня воды в сосуде, установленном над внутренним кольцом. Цена одного деления на водомерном стекле сосуда равна 0,1 л, что в пересчете на слой почвы во внутреннем кольце составляет 2,5 мм.
И.С. Шпак применял инфильтрометр с цилиндрическими кольцами значительно большей высоты, которые забивались на глубину до 50 см. Инструментальная ошибка инфильтрометра складывается из ошибки определения величины падения уровня, которая соответствует объему впитавшейся за определенное время в почву воды, и ошибки времени. Возможная ошибка отсчета по водомерному стеклу равна половине наименьшего деления, что составляет 0,05 л. Так как наименьший интервал времени при установившейся величине инфильтрации равен 10 мин, а точность отсчета по секундомеру 0,2 сек, то относительная ошибка времени мала, и ею можно пренебречь. Таким образом, абсолютная инструментальная погрешность результатов исследований по инфильтрометру не превышает ±0,125 мм/мин. Наблюдения желательно проводить при одинаковом температурном режиме воды, воздуха и почвы, чтобы влияние этого фактора на точность измерения инфильтрации была незначительным.
С помощью инфильтрометра ПВН, как и при определении водопроницаемости почвы, методом заливаемых колец, определяется максимальное количество воды, которое данная почва способна впитывать и профильтровать через себя в определенное время. Водопроницаемость почвы, Г.П. Сурмач (1976) называет «максимальной», в отличие от «реальной», учитываемой при наличии дождя и стока.
Установленная с помощью инфильтрометра величина водопроницаемости почвы, как правило, больше, чем водопроницаемость, определяемая с помощью дождевания. При сплошном затоплении поверхности земли вода просачивается в почву под действием гидростатического напора и почти полностью заполняет капиллярные и некапиллярные поры, которые в этом случае работают всем сечением. При дождевании же, когда интенсивность дождя не превышает скорости впитывания, вода в почву поступает под действием силы тяжести, а также капиллярных и молекулярных сил. Увлажнение почвы при дождевании сельскохозяйственных полей должно проходить без образования луж и поверхностного стока (то есть без гидростатического напора). Поэтому метод заливаемых колец при определении водопроницаемости почвы и соответствующем расчете интенсивности дождя совершенно неприемлем.
На основании сопоставлении показаний инфильтрометра ПВН с данными, полученными при дождевании, пришли к выводу, что интенсивность впитывания (инфильтрации) по ПВН значительно выше, чем по дождевальной установке. Объясняется это тем, что интенсивность впитывания воды в почву просто равна интенсивности дождевания. Величины же фильтрации по данным дождевальной установки в основном довольно не плохо совпадают с величиной фильтрации, полученной с помощью ПВН, несмотря на то, что величина последней, может быть завышена.
Таким образом, в тех случаях, когда необходимо получить лишь сравнительные характеристики инфильтрационной способности различных почв на разных угодьях, а не определение величины «реальной» водопроницаемости, применение инфильтрометра ПВН весьма целесообразно. Важным обстоятельством является и то, что работа с инфильтрометром чрезвычайно проста и не требует громоздкого оборудования.
Водопроницаемость почв в основном зависит от механического состава, оструктуренности, а также от плотности и влажности верхнего горизонта почвы.
Водопроницаемость почв теснейшим образом связана с механическим составом, который определяет размер почвенных пор, что в свою очередь влияет на скорость просачивания воды через почву. Почвы, сложенные крупнозернистыми породами обладают широкими порами, по которым вода передвигается под влиянием силы тяжести. Почвы, сложенные из мелкозема, обладают меньшей водопроницаемостью, так как в таких почвах некапиллярных пор мало, в основном это капиллярные поры, движение воды, по которым из верхних слоев почвы в нижние происходит под действием капиллярных сил. Водопроницаемость бесструктурных почв полностью зависит от механического состава.
Однако прямая связь между свойствами механических элементов, слагающих почвы, и водопроницаемостью отмечена лишь для почв легкого механического состава (песок, супесь) и для тяжелых, но полностью оструктуренных почв. Водопроницаемость же почв, обладающих хорошей структурой, определяется не механическим составом, а почти полностью их структурно-агрегатным состоянием.
Почвы с тяжелым механическим составом, но хорошо оструктуренные, могут обладать гораздо лучшей водопроницаемостью, чем почвы более легкого механического состава, но плохо оструктуренные. Об этом свидетельствуют данные, приведенные в таблице 1.
Таблица 1- Водопроницаемость различных типов почв
| Угодье | Почва | Механические фракции, % от абсолютно сухой почвы | Водопроницаемость за 1-й час, мм/мин | ||
|
Песок (0,05-1 мм) |
К-во Просмотров: 375
Бесплатно скачать Дипломная работа: Влияние водопроницаемости биологически активного слоя чернозема выщелоченного на развитие водной эрозии
| ||||