I. Fizyka gleb
MIECZYSŁAW BIRECKI, STANISŁAW TRZECKI
PRZEMIESZCZANIE SIĘ WÓD W WARSTWIE ORNEJ DWU RÓŻNYCH GLEB NIE NASYCONYCH WODĄ
Zakład Ogólnej U praw y Roli i Roślin SGGW W arszawa
Zagadnienie ruchu wody w w arstw ie ornej i podornej gleby (w stre fie zasięgu korzeni roślin) jest niezm iernie ważne, bo w pływ a na pobie ranie wody i składników pokarm owych przez rośliny upraw ne w czasie w egetacji [5, 6]. W okresie w egetacji spotykam y się często z niedoborem wody, a naw et nadm iernym przesuszeniem w arstw powierzchniowych gleby [6]. Opady atm osferyczne zwiększają wilgotność powierzchniowych w arstw , ale zaraz po deszczu w yw ołują dwa przeciw staw ne procesy, a mianowicie dalsze przemieszczanie się wód w głąb gleby oraz znacznie zwiększone powierzchniowe nieprodukcyjne jej parowanie.
Głębokość, na jaką przesiąkną wody opadowe w glebie, zależy przede w szystkim od ilości opadu oraz zdolności chłonnych (magazynowanie wody) gleby w chwili poprzedzającej opad.
Ze względu na wagę tego zagadnienia przystąpiliśm y w latach 1963 i 1964 w K atedrze Ogólnej U praw y Roli i Roślin SGGW do eksperym en talnych pomiarów przemieszczania się wody w dół przy stanie nie nasy conym gleby i przy ograniczeniu do zera parow ania powierzchniowego gleby.
Badanie prowadzono m etodą wazonową w laboratorium na czarnej ziemi średniej i bielicy piaszczystej lekkiej, pochodzących z Pola Doświad czalnego RZD SGGW w Chylicach.
Skład m echaniczny oraz zawartość próchnicy w badanych glebach, przedstaw ia tab. 1.
Przed przystąpieniem do zasadniczych badań nad przemieszczaniem się wody z jednej strony starannie w ykalibrow ano pomiarowe elem enty elektrom etryczne do oznaczania wilgotności w tych samych glebach, u*
164 M. BIRECKI, S. TRZECK I
T a b e l a 1 Skład mechaniczny i zawartość próchnicy w warstwie ornej gleb użytych do badań Mechanical composition and humus content in the arable layer of the teste d s o il
Bodzaj gleby S oil type o P o Ф co 1H -4-» Ф *4 •r-i (D • M 04 6) W rH « •H -*-» O 9 vn «Hф* Ф N M o ca % części z ie m is ty c h % ea rth p a rt s
V części ziem istej % f r a k c ji w om % fra c tio n s in the e arth p a rt mm
W części ziem istej % grup f r a k c ji % fra c tio n a l groupe in the earth p a rt nrni % p ró c h n ic y % hu m us 1,0-0,5 i m CVJ оi о 0,2 5 -0 ,1 0 о о i о гН о 0,0 5 -0 ,0 2 0 ,0 2 0 -0 ,0 0 6 OJ 8 о ^0 8 о о о о V 1,0-0,1 0,1 0 -0 ,0 2 eg о о V Czarna ziemia średnia 2,7 97,3 13,7 21,6 24,2 7,5 8,5 8,0 4,5 12,0 59,5 16,0 24,5 1,70 Medium black earth B ielica p iasz czysta lekka 1.1 98,9 i / , 7 26,3 34,0 10,0 3,5 2,5 3,5 2,5 78,0 13,5 8,5 0,80 Light sandy podsol
z drugiej strony oznaczono możliwe do określenia właściwości wodne (w tym pełną krzyw ą sił ssących pF) [1, 2, 3, 4, 7].
Ze w stępnie zbadanych bloków gipsowych, gipsowo-piaskowych z elektrodam i nierdzew nym i m etalow ym i i węglowymi oraz płytek w ę glowych o w ym iarach 5X 20X 25 cm, umieszczonych bezpośrednio w gle bie, użyto do oznaczania wilgotności tych ostatnich ze względu na ich dokładność. Sam proces kalibrow ania elektrod węglowych, jak i później
sze właściwe pom iary przemieszczania się wody prowadzono — w celu w yelim inowania zmian w oporze elektrycznym — przy jednakowej tem peraturze, tj. ok. + 20 °C. Pom iary kalibracyjne oraz późniejsze właściwe przeprowadzono m ostkiem W heatstonea, stosując prąd zm ienny o często tliwości 1500 Hz. O trzym yw ano go z generatora włączonego do układu. Jako wskaźnika kompensującego używano słuchawek elektrycznych. Skala pomiarowa zastosowanego układu elektrycznego wynosiła od 1 do 100 000 O. Założenie właściwego doświadczenia polegało na napełnieniu wazonów czarną ziemią o wilgotności 2,44% wag. i bielicą piaszczystą o wilgotności 0,14'% wag., przy równoczesnym umieszczeniu w każd§j 3-centym etrow ej w arstw ie pary elektrod węglowych w rozstawie 25 mm. Doświadczenie przeprowadzono w dwóch powtórzeniach. Wysokość gleby w wazonie wynosiła 20 cm.
Pom iaram i objęto 6 w arstw , po 3 cm każda (od 2 do 19 cm włącznie). Znając pojemność połową, oznaczoną laboratoryjnie za pomocą pF 2,54, wyliczono ilość wody, jaką należało dodać na wazon (uwzględniając w il gotność gleby), aby uzyskać stan żądanej wilgotności.
PR ZEM IESZCZANIE SIĘ WOD W W ARSTW IE ORNEJ 165
Wodę tak dawkowano, aby otrzym ać wilgotność równą 1/2, 1 i 1 1/2 pojemności polowej, co wynosiło w procentach objętościowych dla czarnej ziemi 8,7, 17,4, i 26,l'°/o, a dla bielicy piaszczystej — 3,9, 7,8 i 11,7%.
W badanych glebach ilość wody niedostępnej dla roślin, oznaczona przy pF 4,2, w ynosiła w czarnej ziemi 8,5% objętościowych, a w bielicy piaszczystej — 2,9%.
Wyliczoną ilość wody dodawano do gleby kolejno (po 1/2 pojemności polowej) przykryw ając wazon szczelnie przezroczystą błoną polietyleno wą w celu uniknięcia stra t parującej wody i rozpoczynano pom iary prze mieszczania się wody w dół wazonu.
Doświadczenie trw ało około 10 miesięcy. Po dodaniu bowiem porcji wody mierzono zarówno szybkość jej przemieszczania, jak i ilość.
N iektóre dane dotyczące szybkości i ilości przem ieszczającej się wo dy przedstaw iają tab. 2 oraz rys. 1 i 2. Jak w ynika z tabeli, szybkość przemieszczania się wody w głąb była bardzo m ała przy stanie równym 1/2 pojemności polowej (tj. nieco większej niż wilgotność w punkcie trw ałego więdnięcia) i wynosiła 0,02 do 0,03 cm/godz, a znacznie większa, bo 0,1 do 0,9 cm/godz. przy pełnej i nieco większej wilgotności niż pojem ność połowa.
T a b e l a 2 Szybkość przemieszczania się wody w głąb warstwy ornej przy różnej w ilgotności gleby
Donward T elocity of water movement in the arable lay er at d iffe re n t e o il moisture
Rodzaj gleby S o il type Ilo ść dodanej wody w stosunku do p o j.p o i przy pF 2,54 Amount of water added in r a tio to f ie ld capacity a t pF 2.54 Ilo ść dni, po któ rej ślad naniesionej wody na powierzchnię d ostał się na g ł. 19 cm Number of days x a f te r which a trace of the water
added on the s o il surface appeared at 19 cm depth Przeciętna szybkość w cm/godz. (średnie z 3 cm warstw) Mean v elo city
cm/h (means from 3 cm-layers) Ilo ść wody wyrażona w ma opadu na absolutnie suchą glebe Amount oi water expressed in mm p re c ip ita tio n on absolutely dry s o il Czarna ziemia Black earth 1/2 27 0,029 14,0 1/2 + 1/2 1 0,792 22,8 1/2 + 1/2 + 1/2 0,92 0,864 31,7 B ielica piaszczysta 1/2 34 0,023 7,1 Sandy podsol 1/2 + 1/2 7 0,113 13,8 1/2 + 1/2 + 1/2 0,92 0,864 20,5
W ykresy przedstaw iają rozkład wilgotności w poszczególnych trzy - centym etrow ych w arstew kach wazonów w różnym czasie od m om entu dodania 1/2, 1 i 1 1/2 wody w stosunku do pojemności polowej.
166 M. B IR E C K I, S. T R Z E C K I
I
i
Wi/gofnoSó w °/o obj. - Moisture /n volume °/o
Rys. 1. W ilgotność na różnej głębokości w arstw y ornej (w w azonie) czarnej ziem i przed oraz w różnym czasie po dodaniu następujących ilości wody: a) 0,5 pojem
ności polowej, b) całej pojemności polowej, c) 1,5 pojem ności polowej
h — g o d zin y , d — doby; 1 — w ilg o tn o ść p rzed d o d a n iem p o rcji w o d y , 2 — w ilg o tn o ść po d o
daniu p o rcji w o d y rów n ej xh p o je m n o śc i p o lo w ej
Soil m oisture at different depths of the arable layer of black earth (in pot) befor, and at various tim es after, addition of w ater amounts equalling: a) 0,5 field capacity,
b) field capacity, c) 1,5 field capacity
h — hours, d — 24 hours; 1 — zero m o istu r e, b e fo r e a d d itio n of w a te r p o rtio n , 2 — m o istu r e a fte r a d d itio n of w a te r p o rtio n e q u a llin g 0,5 fie ld c a p a c ity
I
I
§Wilgotność у/ °/o obj.-Moisture in voiume %
Rys. 2. W ilgotność na różnej głębokości w arstw y ornej (w wazonie) bielicy piaszczy stej przed oraz w różnym czasie po dodaniu następujących ilości wody: a) 0,5 pojem ności polow ej, b) całej pojem ności polowej, с) 1 i 1/2 pojemności polowej; objaśnie
nia jak w rys. 1
Soil m oisture at different depths of the arable layer of sandy podsol (in pot) before and at various tim es after addition of w ater amounts equalling: a) 1/2 field capacity,
PR ZEM IESZCZANIE SIĘ W ÛD W W ARSTW IE ORNEJ 167
Zarówno w w arstw ie ornej czarnej ziemi, jak i bielicy piaszczystej można zaobserwować, że dopiero większe dawki, doprowadzające w ilgot ność całej w arstw y ornej do wilgotności nieznacznie przewyższającej po jemność połową, powodują, że przemieszczanie się wody zachodzi sto sunkowo szybko, bo w ciągu około jednej doby na głębokość całej w ar stw y ornej. Wyniki te mogą mieć znaczenie przy wyliczaniu ilości wody potrzebnej do naw adniań różnych gleb w zależności od ich zdolności m agazynowania, jak i wilgotności w chwili przed nawadnianiem . Pozwa lają na określenie najbardziej właściwej i najekonomiczniejszej dawki niezbędnej do naw adniania.
LITERATURA
[1] B i r e c k i M., T r z e ć к i S.: Water retention ability and m oisture tension (pF) occuring at field w ater capacity in artificial homogeneous profiles of se v e ral polish soils. Roczn. Glebozn., dodatek do t. XIV, 1964.
[2] B i r e c k i M., T r z e c k i S.: Siła ssąca (pF), pojemność połowa i niektóre inne w łaściw ości w odne w profilu naturalnym i sztucznym piaszczystej gleby le k kiej. Zeszyty Problem ow e Postępów Nauk. Roln., 50b, 1964.
[3] J o h n s t o n W. R., P e r r i e r E. R.: U se of direct and alternating-current m eters for m easuring resistance of soil m oisture units. Soil Sei., 6, 1961.
[4] P o p o w L. W.: Metody opriedielenija w łażnost i poczw. Trudy Wost. Sib. fil. Sib. Otd. AN SSSR, 1960.
[5] R i c h a r d F.: W assergehalt und W asserbew egung im Boden. Schweizer. Land w irtschaft. Forsch., 2, 1963.
[6] R о d e A.: Woda w glebie. PWRiL, 1956.
[7] W e t t e r l e i n E.: Über m ethodischen Ergebnisse von stationären Feuchtig keitsm essungen in sandigen Waldböden. Mitt. II. Ergebnisse m it der G ips blockmethode. Z. Pfl. Ernähr. Düng. Bodenk., 2, 1961.
M. БИ РЕЦ К И , C. Т Ж ЕЦ К И ПЕРЕМЕЩЕНИЕ ВОД В ПАХОТНОМ ГОРИЗОНТЕ ДВУХ РАЗЛИЧНЫ Х ПОЧВ НЕНАСЫЩЕННЫХ ВОДОЙ К а ф е д р а О бщ его З ем л ед ел и я В арш авск ой С ел ь ск охозя й ств ен н ой А кадем ии Р е з ю м е В лабораторных условиях и в вегетационном опыте сравнивали на 2 типах почв (темноцветной и песчаной подзолистой) скорость и количество передвига ющейся воды в пахотном слое при состоянии ненасыщения водой, т.е. от влаж ности немного превышающей точку завядания до влажности немного выше полевой влагоемкости. Средняя скорость колебалась от 0,023 см/час при наиболее сухом состоянии, до 0,864 см/час при самом влажном.
168 M. BIRECKI, S. TRZECKI Для измерений применяли калиброванные на этих ж е почвах угольные электроды помещенные непосредственно в почве, в которой определяли вл аж ность измеряя изменение сопротивления земного электрического тока частоты 1500 Hz в пределах от 0 до 1 ООО ООО омов. Измерения проводили при различной влажности: 1/2, 1 и 1 1/2 полевой вла- гоемкости на сосуд. М. BIRECKI, S. TRZECKI
DISPLACEMENT OF WATERS IN THE ARABLE LAYER OF TWO DIFFERENT SOILS UNSATURATED WITH WATER
D ep a rtm e n t o f G en eral S o il and P la n t C u ltiv a tio n , A g ricu ltu ra l U n iv e r sity , W arsaw
S u m m a r y
In pot tests under laboratory conditions w as compared the velocity and amount of w ater m ovem ent, flow in 2 soil types (black earth and sandy podsol) at unsatur ated state, that is from a m oisture content slightly above the w iltin g point to m oisture som ew hat in excess of field capacity. Mean velocity varied from 0.023 cm/h at the dryest to 0.864 cm/h at the m ost humid state.
M easurem ents w ere made w ith carbon electrodes, calibrated previously on the respective soils. They w ere placed in the soil w hose m oisture w as to be determined from the variations in resistance to the 1500 Hz earth current in the range О to 100 000 ohms.
M easurements w ere performed at different degrees of soil moisture, nam ely V2, 1 and 1V2 tim es field capacity.
