Файл: Кочина-Полубаринова П.Я. Подземные воды.pdf

Выделим в трубке линию тока между частицами грунта. Она получится чрезвычайно сложной и извили­ стой, ее можно уподобить вертикальной линии, более длинной, чем трубка. Предположим, что в трубке вода под влиянием капиллярности (дополнительного давле­ ния) поднялась на высоту h. Тогда давление в верхней ча­ сти столба воды будет равно разности между атмосфер­ ным давлением и весом столба жидкости h с основанием в 1 см2, т. е. р —р а — 7 h- Здесь р — давление в верхней части воды, р а — атмосферное давление, у — удельный вес воды. Из физики известно, что высота капиллярного

подъема тем больше, чем тоньше трубка: h = — где г

радиус капиллярной трубки, а — величина, зависящая от свойств жидкости и смачиваемого тела.

Отсюда следует, что капиллярная влага в почве всег­ да находится под отрицательным (меньше атмосферно­ го) давлением, величина которого зависит от дисперсно­ сти и структуры почвы.

Если рассматривать почво-грунт в целом, то сначала надо выделить подвешенную влагу. Она задерживается в верхней части грунта, когда, после дождя или полива вся вода, не удержанная частицами почвы, уже стекла' вниз. Ниже находится аэрационная влага. В области аэрации поры заполнены воздухом и связанной влагой. Затем идет слой капиллярной воды, поднявшейся от уровня грунтовых вод. И, наконец, грунтовые воды, сплошь заполняющие поры земли.

Доступные формы влаги. Сосущая сила клеток мо­ жет в умеренном климате достигнуть 20, в сухих обла­ стях— 35, в пустынных— 100 атмосфер. Следовательно, часть рыхло связанной влаги доступна для растений.

То количество воды, которое не всасывается даже при максимальном напряжении осмотического давле­ ния, называется мертвым запасом, а соответствующая

31

влажность почвы — коэффициентом увядания. Эта влажность несколько больше влажности прочно связан­ ной воды.

Мертвый запас влаги составляет в песке около 2 проц. от веса сухой почвы, в песчаной почве — 4—5, в тяжелых черноземах — 20, а в торфянистых почвах — до

25—30 проц.

То количество воды, которое остается в почве после того, как стечет ее избыток, называется наименьшей по­ левой влагоемкостыо. Это максимальное количество воды, удерживаемое почвой над капиллярной каймой или областью аэрации. Полевая влагоемкость может быть в 2—4 раза больше коэффициента увядания. В хо­ роших условиях 70 проц. почвенных пор занято водой и 30 проц.— воздухом.

Влажность почвы должна быть больше коэффициен­ та увядания, но меньше полевой влагоемкостн. Избыток влаги, при котором в воде отсутствуют частицы воздуха, вреден для растения.

На рис. 6 под кукурузой и пшеницей стоят проценты от полевой влагоемкостн. Они характеризуют влажность почвы, наиболее подходящую для растения в данный момент его жизни.

Как подавать в почву влагу и сохранять ее? После сильного дождя или обильного полива пересохшей поч­ вы поверхность ее заплывает, на ней образуется полу­ жидкая грязь, задерживающая поступление воды в поч­ ву. Это объясняется тем, что воздух, находящийся в ка­ пиллярах, когда почву зальет сразу большим количе­ ством воды, вырывается из нее и разрушает ее комочки, превращая их в пыль. Сначала происходит размыв поч­ вы, а потом пыль, оседая между частицами грунта, об­ разует корку и препятствует проникновению воды в почву.

Рекомендуется сначала слегка взбрызнуть поверх-

32

ность почвы водой, чтобы все капилляры всосали воду и воздух вышел постепенно. Полив, при котором следят за тем, чтобы вся вода впитывалась почвой, а не застаи­ валась и не стекала, не будет разрушать почвенную структуру и не вызовет заплывания.

Народный опыт колхозников Средней Азии учиты­ вает указанные обстоятельства: там пускают воду по борозде тонким ручейком, а затем подают ее полностью.

При прорастании семян, до появления всходов, реко­ мендуется делать частые и легкие поливы, считая более надежным расчет на питание семян влагой снизу, за счет запасов ее в почве. Полезно предохранять почву от испарения, покрывая ее соломой, торфяной крошкой или специальной прозрачной пленкой стекловидного поли­ мерного вещества.

Вдальнейшем необходимо давать обильные, хотя бы

иредкие, поливы, с указанными выше предосторожно­

стями и обязательным поверхностным рыхлением.

Мы уже говорили, что обычно в степных районах при­ нимают оросительную норму для поливов зерновых 3—4 тысячи куб. метров на гектар. Однако эта норма мо­ жет быть уменьшена при орошении дождеванием и вооб­ ще должна строго согласовываться с местными условия­ ми. Распределение ее по отдельным поливам требует еще большей индивидуализации. В частности, нужно учиты­ вать, что активность поглощения воды корневой системой зависит от состава удобрений и что транспирация расте­ ний несколько уменьшается, если добавляют соответст­ вующие удобрения. Орошение иногда вымывает питатель­ ные вещества почвы вниз. Тогда вносят дополнительное количество удобрений.

Отметим интересный способ орошения чайных кус­ тов—так называемое прерывистое дождевание, изучае­ мое в Институте физиологии растений АН СССР. Его про­ водят в самые жаркие часы дня, с 11 до 16 часов. После

каждого трехминутного полива устраивается 12-минут­ ный интервал. В условиях жаркого Азербайджана новый способ изменяет микроклиматические условия — темпе­ ратуру и влажность воздуха, ведет к повышенным уро­ жаям. И это с той же оросительной нормой за сезон, что и при обычном дождевании.

На свойстве капиллярности почвы основаны приемы сохранения влаги. По-разному разрыхленная почва не одинаково подает воду к своей поверхности.

Почва, уплотненная за зиму и насыщенная весенней водой, быстро подымает ее к поверхности земли и высы­ хает полностью. Когда верхний слой почвы разрыхлен (в нем разрушены капилляры), тогда приток воды к по­ верхности замедляется. Верхний слой, не получая воду, быстро подсохнет, а в нижележащих слоях вода сохра­ нится.

Если судить по внешнему виду поверхности почвы, то можно прийти к обратному заключению, ибо неразрыхленная почва, постепенно питающаяся снизу водою, дольше кажется сырой, между тем как в ней происходи! высыхание всего слоя. Такое явление наблюдается при ранней пахоте сырой почвы. Пашня, оставленная в плот­ ных пластах, высыхает, не предохраняя верхних слоев почвы. Боронование вслед за вспашкой быстро прекра­ щает этот нежелательный процесс.

Капиллярными свойствами объясняется рационалы ность посева семян в бороздки, которые засыпаются рых­ лой землей.

Искусственная структура почвы. Еще сто лет тому назад агрономы различали две группы пор: большие, по­ рядка одного-двух миллиметров в диаметре, и малые, капиллярные поры. Впоследствии ученые сделали фото­ графии почвенных разрезов, подтвердившие это наблю­ дение. Одним из этих исследователей был советский агроном А. Г. Дояренко.

3 4

Крупные поры являются проводниками воды, мелкие служат для накопления влаги. Хорошая почва та, в ко­ торой суммарная порозность капиллярных пор примерно равна порозности крупных. Такая почва будет иметь до­ статочную аэрацию, проницаемость и водоудерживаю­ щие свойства.

Возникла мысль — нельзя ли создать искусственную структуру почвы с усилением указанных свойств? Эта идея осуществлена почетным изобретателем Казахской ССР агрономом П. П. Савиным. Он построил специаль­ ный почвообрабатывающий комбайн, который позволит полностью освободиться от применения различных сов­ ременных орудий: плугов, борон, культиваторов и отча­ сти сеялок.

Комбайн идет по полю и роет впереди себя четыре траншейки шириной 10 см, глубиной 40—50 см, на рас-

Рис. 10. Траншеи П. П. Савина.

стоянии 50—60 см одна от другой (рис. 10). Специаль* ные транспортеры поднимают почву внутрь комбайна,

где она перерабатывается и насыщается минеральными удобрениями, прессуется под давлением 5—12 атмосфер в шарики диаметром 1—1,5 см или цилиндрики длиной 3—5 см. В почвенную массу вводится небольшое коли­ чество склеивающего вещества, например, гумииовой кислоты, из расчета 4 грамма на 1 куб. метр почвы.

Комбайн укладывает позади себя обогащенные ка­ лием и спрессованные шарики на самое дно траншеи, на первый слой насыпается второй, насыщенный супер­ фосфатом с небольшим количеством азота, затем насы­ паются шарики, насыщенные азотом (селитрой) с не­ большой примесью суперфосфата. Высеваются семена, например, кукурузы, и покрываются слоем рыхлой зем­ ли в 6 см. На разных стадиях развития растение полу­ чает самое нужное питание. В поливных зонах комбайн одновременно делает сбоку поливную бороздку.

Автор утверждает, что в шаровой структуре корни быстро доходят до нижних горизонтов почвы и что в по­ ливной зоне расход воды сильно уменьшается — шарики жадно впитывают влагу и не отдают ее на испарение. Это утверждение находит'теоретическое объяснение на основе тех сведений, которые мы сообщили выше о ка­ пиллярных свойствах грунтов: так как уплотненные ша­ рики имеют малую площадь соприкосновения друг с другом, то непрерывных ходов снизу доверху, образую­ щих капиллярные трубки, почти нет и возможности капиллярного подъема влаги малы.

Более глубокие подземные воды

Под почвенным слоем хорошо проницаемые грунты — песчаные, супесчаные — перемежаются с плохопрони­ цаемыми, иногда практически непроницаемыми, глини­ стыми и суглинистыми (рис. 11). На глубине нескольких

36

сот метров или нескольких километров залегают так на­ зываемые коренные породы — граниты, базальты или другие водоупорные породы. Гидрогеологи выделяют во­ ды верхнего проницаемого горизонта — грунтовые.

/V - неоген

Рд - палеоген

СГ - меловые отложения

J - юрские отложения

Рг - палеозойский фундамент

Рис. 11. Геологический профиль района Кулунды.

Безнапорным называется движение воды со свобод­ ной поверхностью, вдоль которой давление равно атмо­ сферному. Подземные воды, находящиеся между непро­ ницаемыми пли слабопроницаемыми пластами, являют­ ся напорными, ибо испытывают давление столба жидко­ сти; высота его определяется в месте выхода пласта на поверхность земли.

Они называются также артезианскими — по имени провинции Артуа (по-латыни Артезия) во Франции, где они были обнаружены.

---- Область разгрузки

Рис. 12. Артезианский бассейн.

Изображенный на рис. 12 пласт является напорным на участке б, безнапорным — на участках а, в. Как вид­ но, самоизлив может получиться в пониженных местах, где линия уровня (линия напоров) поднимается выше по. верхности земли. Когда линия напоров горизонтальна, то никакого движения в пласте не бывает, а когда она

38

наклонна, происходит движение от больших уровней к меньшим.

Модель напорного пласта осуществляют в лаборатор­ ных условиях (рис. 13, а). Горизонтальная трубка, на­ полненная песком, соединена с двумя вертикальными трубками, через которые поступает вода, просачиваю­ щаяся через песок. Около ста лет тому назад француз­ ский инженер Дарси, работавший на водопроводе горо­ да Дижона, произвел подобного рода'опыт и обнаружил

коэффициент пропорциональности, зависящий от свойств грунта и называемый коэффициентом фильтрации.

I

Рис. 13. Модели напорного и безнапорного водоносных пластов.

Для безнапорного движения (рис. 13, б) формула дебита (для единицы толщины пласта) может быть по-

№