uchebnik13

Почвенные полевые испарители

Для определения испарения применяют испарители различной

конструкции: Попова, Государственного гидрологического инсти­

тута (ГГИ), испаритель лаборатории физики почв МГУ - поз,

Рыкачева, испарители, построенные по принципу гидростатиче­

ского взвешивания, компенсационные испарители Жилинского

и др.

Величину испарения определяют повторным взвешиванием

\10нолита почвы в металлическом или деревянном корпусе сосу­

~а-испарителя. Недостатком испарителей такого тИПа следует

считать трудность получения результатов и их малая точность

при большом весе моно­

лита, уменьшение же

веса монолита увеличи­

вает ошибку определения.

Удовлетворительные ре­

зультаты можно получить

при использовании моно­

литов с площадью сече­

ния 500-1000 см2, глу­ биною 50-100 см и ве­

сом 40-60 кг. При уве­

личении глубины пло­

щадь сечения испарителя

уменьшают. В испарителе

часто наблюдают ухуд­ шение развития растений

ибольшее высыхание

почвы по сравнению с

естественными условия­ ми, поэтому ночву И ра­

иодин раз в месяц

вобычных условиях.

Ис пар и т е л ь Поп о в а (рис. 82) состоит из двух цилин­

дрических сосудов из оцинкованного железа: внутреннего (1), в который помещают монолит почвы, и внешнего, защитного (2).

Размер внутреннего цилиндра: высота 27,5 см, площадь сече­

ния 500 см2, дно (/) цилиндра из латунной сетки. В зависимости

от поставленной задачи высоту цилиндра (глубину) можно уве­

дичить. Верхний край цилиндра имеет выступающие заплечки,

которые закрывают щель между ним и внешним цилиндром.

Цилиндр загружают почвой. Для вырезки почвенного монолита

используют специаJIЬНЫЙ струг (6), состоящий из каркаса, за­

канчивающегося ножом, и ЦИJIиндра, по размерам равного внут-

261

реннему цилиндру испарителя. В поле окапывают монолит поч·

вы по размерам неСКОЛЬКQ больше цилиндра. Сверху на него

накладывают струг, обрезают и надвигают цилиндр. Взятый

монолит перекладывают в испаритель, последний устанавливают

во внешний цилиндр. Внешний цилиндр (2) имеет диаметр на 2-5 .мм и высоту на 30 мм более внутреннего. Установленный, он

опирается на поверхность почвы тремя лапками-пластинами (4),

на дне его устанавливают водосбор (3).

При взятии почвенного монолита внутренний цилиндр вго­

няют в почву и окапывают. После вЗятия почвы монолит опу­ скается во внешний цилиндр, установленный в почве. При взве­

шивании ручкой (5) цилиндр с почвой цепляют за ушки и извле­ кают из почвы. Взвешивают раз в сутки, в 19 час при интенсив­

ном испарении влаги из почвы при низкой влажности. При

слабом испарении - 1 раз в 5 или 10 дней. Форма записи

наблюдения испарения приведена в табл. 40.

коэффициеит С.м в .м.м.

ТаБЛllца 40

Формы записи иаблюдений испареиня

испарителей, дождемера и весов в будке. Устройство его, в прин~

ципе, сходно с испарителем Попова: дождемер состоит из цилин­ дрического ведра и гнезда в виде конуса для установки. Прием~

ная площадь дождемера 500 см2• Весы на 150 кг помещают

в специальной будке с отверстиями для установки испарителя

и откидной двускатной крышей.

На почвенной площадке с испарителями все приборы уста­ навливают по одной прямой на расстоянии 3 м друг от друга,

262

кроме весов, которые удаляют на 8~lO м от крайнего испари­ теля. Приборы этой конструкции показали хорошие результаты

ив настоящее время их внедряют в практику.

Ис пар и т е ль П-3. В лаборатории физики почв МГУ по

проекту Качинского изготовлен прибор для изучения испарения

с полей зерновых сельскохозяйственных культур сплошного по­ сева с междурядьями в 15 см. Прибор по форме напоминает ис­

паритель Рыкачева, а по принципу устройства - испаритель

Попова.

Испаритель (рис. 83) состоит из двух металлических ящиков,

плотно входящих один в другой. Размеры внутреннего ящика

12х30Х40 см, наружного - 12,5х30,5х50 см. Дно (3) внут-

,

б

з

~l-G~~~~~

Рис. 83. Испаритель П-3 лаборатории физики почв МГУ:

стиями 1,5-2-3 мм в диаметре плотно лежит на воронкообраз­ ной нижней части испарителя (3), оканчивающейся воронкой в форме усеченной пирамиды (4). В наружный ящик с глубоким

дном вставляют водосбор (5). Для взятия почвенного монолита

изготовлена специальная форма (6), ширина и длина которой на

2-5 мм меньше соответствующих размеров внутреннего цилин­

дра. Для облегчения погружения одна из узких сторон не сплош­

ная, а в виде 3 планок (7). Взятый монолит почвы формой (6)

аккуратно выжимают в испаритель. На место, откуда взят поч­

венный монолит, вставляют внешний защитный ящик (1), в ко­ торый опускают водосборное устройство и затем испаритель

с почвенным монолитом. Почвенные монолиты берут вместе

с культурой (пшеница, рожь, просо и т. д.), а в междурядьях­ без растений. Испарители с растениями устанавливают в рядке

263

посева, а те, что без растений,- в междурядьях. При взвешива

нии испаритель вынимают из гнезда с помощью ручек (8). Испарители гидростатического взвешивания

основаны на том, что вес монолита почвы в испарителе уравно вешен гидростатическим давлением воды, в которую погружаЮ1

испаритель, а изменения веса, связанные с испарением или выпа

дением осадков, фиксируют вертикальным перемещением монО лита, что позволяет использовать монолиты больших размеров

и производить измерение испарения с точностью до 0,01 мм.

Гидравлический почвенный испаритель по

про е к т у У рыв а е в а был построен в 1950 г. Его размеры'

площадь сечения 5 .м2, высота 2 м, вес монолита почвы вместе

с металлическим корпусом испарителя 21-25 т (около 14 т ве

сит почва). Монолит держат на кольцевом поплавке (понтоне)

в бетонированном бассейне с водой. Подъемная сила поплавка

уравновешивает вес испарителя с почвой. Имеется устройство для точного отсчета погружения испарителя в бассейн.

около 0,2 м2 и весом почвенного образца 400-500 кг. Определе­

с т о я н н о м при т о к е в о Д ы. Величина испарения водона­ сыщенной почвы стоит в тесной связи с притоком тепла к поверх­

ности почвы. Будыко предлагает измерять ее отношением вели­

чины радиационного баланса к скрытой теплоте парообразо­

вания.

Для учета испарения из водонасыщенной почвы в ПО.1Jевы1l.

условиях употребляют компенсационные испарители Жилинско­

го, Роде, испарители ГГИ и др Принцип устройства их СОСТОИ1

в том, что испаритель соединяют с сосудом, наполненным водой, уровень которой поддерживают постоянным. По мере испарения

убыль воды пополняют из сосуда, расход воды в котором ком­ пенсируется автоматически с помощью системы Мариотта, или

его периодически доливают. Величину испарения вычисляют по

расходу воды в компенсационном сосуде.

Пусть за сутки в сосуд долито 100 МЛ воды. При площади

дает возможность изучить влияние грунтовых вод на величину

испарения. Испаритель (1) площадью сечения 0,3 м2 и глуби­

ною 2 м погружают в бетонное гнездо, сделанное в почве или

грунте. Причем, строят сразу 3-4 испарителя с общей каме­

рой (А). В дно испарителя вмонтирована выводная трубка (4)

264

С помощью каучуковой трубки испаритель соединяют с цилин­

дром-компенсатором (3). Цилиндры установлены на подставке

штатива, имеющего шкалу на вертикальной стойке. Перемещая

цилиндр-компенсатор по вертикали, устанавливают в испарителе

заданный уровень воды. В испаритель можно помещать насып­

ную почву и почвы естественного сложения. После взятия моно­

лита нижнюю часть его выравнивают и к краю цилиндра прива­

ривают дно. Установка дает возможность изменять уровень

«грунтовых» вод от 25 до 180 см (от поверхности). Величину

испарения определяют по количеству воды, долитой в компен­

сатор, с учетом слива дождевой воды.

I

,I

,

1

А

Б

Рис. 84. Компеисациониый испаритель ГГИ. А -общий

вид камеры с компенсаторами, Б - испаритель:

1 - испаритель с ПОЧВОЙ. 2 - бетонное гнездо. 3 - компенсатор,

4 - ВХОД трубки компенсатора в ПОЧВУ

в Средней Азии на опытных полях Института хлопка (совхоз «Пахта-Арал», Бухарское и Федченское опытные поля) установ­ лены испарители-лизиметры площадью 0,7 м2 (металлические),

глубиною 50 CJ1 И больше с постоянным уровнем грунтовых вод. Уровень грунтовых вод поддерживают в них на 1,2 и 3 м, доли~

вая или откачивая воду из лизиметра через контрольную труб­

ку. Расход воды определяют по количеству прилитой воды в ли­

лизиметр за сутки.

По данным И. К. Киселевой, за срок 28.VI-28.VII люцерна второго года жизни израсходовала на испарение грунтовой воды

при уровне ее 1 лt - 3680 мЗ, 2 м - 3279 м3 и 3 м - 436 м3•

265

На основании лизиметрических данных установлена доля

участия грунтовых вод в той же влаге, которая испаряется с по верхности почв, и зависимость ее величины от глубины их зале

гания. По данным С. Н. Рыжова, при глубине залегания грунто­

вых вод 1 .м оросительная норма хлопка может быть снижена до

3000-4000 .мЗ ; при глубине залегания грунтовых вод на 1-2.м

оросительную норму уменьшают до 2000-2500 .мЗ и т. д. Таким

образом, наблюдения над испаряемостью дают весьма важные

данные для решения практических задач.

•

ГЛАВА /Х

ТЕПЛОВЫЕ СВОйСТВА ПОЧВ И МЕТОДЫ·

ИХ ИЗМЕРЕНИЯ

Основной источник тепла в почве - солнечная радиация.

В небольших количествах выделяется теплота некоторыми эле­ \fентами в земной коре при радиоактивном распаде, в ходе био­

логических процессов и химических реакций; она выделяется так­

же при смачивании сухой почвы (теплота смачивания). Тепло,

идущее из нижних глубоких слоев земли, имеющих высокую тем­

пературу, ничтожно и практического значения не имеет. Приток

тепла к поверхности земли от солнца и аккумуляция его почвой

!ависят от географического положения территории, свойств по­

верхности и верхних горизонтов почвы -- ее окраски, механи­

ческого состава, структуры, содержания влаги и т. д.

Тепловой баланс подстилающей поверхности почв складывается из радиационного притока тепла - Qp, теплоотдачи путем турбу­

лентного обмена с аТl\юсферой - Qm' потери тепла на испарение

влаги из почвы - QuClt' потока тепла в глубинные горизонты почвы Qn. Уравнение теплового баланса:

Qp - (Qm +Qucn +Qn) = о.

Приток тепла от солнечной радиации очень важен при ха­

рактеристике теплового режима почв. В верхних слоях атмосфе­

ры солнечная радиация дает 1,88 кал/см2/мuн, однако до поверх­ ности земли доходит значительно меньше тепла. Радиационный баланс поверхности почвы равен разности потоков падающей на Jемлю и отраженной от нее солнечной радиации. Поглощенное

поверхностью почвы тепло расходуется на нагрев глубинных

горизонтов, испарение влаги из почвы и излучение.

Радиационное тепло измеряют балансомерами разных кон­ струкций. Балансомер состоит из двух горизонтальных зачернен­

ных пластин, одна из которых обращена вверх и воспринимает

267

падающую на землю радиацию, другая - вниз - отраженную.

Поток радиации, попадающий на верхнюю и нижнюю пластину.

различен, что обусловливает разность температур пластин и, как следствие этого, преобразование его в термоток, силу которого

измеряют гальванометром.

При изучении теплового режима почвы можно использовать

термоэлектрический балансомер Янышевского. Балансомер со

стоит из латунного диска, к которому привинчены две круглые

пластины с квадратными окнами в центре. Окна закрыты сна­

ружи зачерненными медными листами-приемниками, к внутрен·

ней поверхности которых припаяны термопары из манганина

и константана. Величина тока пропорциональна радиационном~ балансу. Гальванометр градуируется на КD.'IИчество тепла в ка­

лориях, полученные показания рассчитывают на 1 CM2/MUH 1.

А л ь б е д о п о в е р х н о с т и п о ч в ы. Солнечная радиация (прямая и рассеянная) частично отражается от поверхности

почвы. Поток отраженной радиации, выраженный в О/о от потока

первоначальной радиации, достигшей данной поверхности, на­

зывают альбедо. Чем выше альбедо, тем меньше нагревается

поверхность почвы. Альбедо 'почвы зависит от ее окраски, шеро

ховатости llOверхности, влажности почвы и характера расти

теЛI;>НОГО покрова, измеряют его альбедометрами.

Известны альбедометры различных конструкций.

При почвенных исследованиях для быстрых и массовых опрt

делений можно использовать походный альбедометр Янышев­

ского.

Значения альбедо (А %) для некоторых

поверхностей:

ТЕПЛОТА СМАЧИВАНИЯ

,

При смачивании абсолютно сухой почвы водой выделяется тепло. Теплота смачивания образуется, гдавным образом, за

счет уменьшения кинетической энергии молекул воды, адсорби

руемых на поверхности почвенных частиц, и гидратации пОгло

щенных катионов. Величина ее зависит от общей поверхности,

минералогического и химического состава почвы и важна дю.

ее физической характеристики. Теплоту смачивания учитываЮ1

в практике орошения: полив сельскохозяйственных культур

обычно производят рано утром или вечером. когда теплота смачи

.

l Точное описание и использовачие прибора изложено в книге В. Н. I\e,.l

роливанского и М С. Стернзат « Метеорологические приборы», Л., 1953.

268

Теплоемкость калориметра - ql равна весу всех металлических

частей, умноженному на удельную теплоемкость латуни 0,0917, /

из которой он сделан. Эбонитовые ручки мешалки и палочки I

отвинчивают и металлические части калориметра взвешивают Hft

Определяют теплоемкость погруженной части термометра 'q2'

С помощью резинового кольца отмечают глубину погружения

термометра Бекмана в калориметр. Затем до этой же метки тер­

Регулировка термометра Бекмана. Термометр Бекма­

на имеет два резервуара со ртутью - один в верхней

части в виде изогнутой узкой (рис. 86) трубки - 2 и второй внизу -1. Ожидаемый подъем температуры

обычно бывает 1-2°. Шкала термометра рассчитана на

50 с делениями до 0,01°. Через лупу на глаз отсчет де­

лают с точностью до 0,0050 С. Перед опытом нужно до­

биться, чтобы мениск шкалы термометра был не выше 3

ине ниже 1-0,50 с тем, чтобы ожидаемый подъем ртути

ипоследующее понижение не вышли за пределы шкалы.

Если мениск стоит низко, то и,з верхнего резервуара

ртуть перегоняют в нижний и наоборот. Для этого ртуть

внижнем резервуаре подогревают рукой до тех пор, пока мениски верхний и нижний не соединятся, после

чего резервуар, в который переливают ртуть, опускают

вниз. Желательно его слегка охладить. О количестве

ртути, перешедшей из одного резервуара в другой, мож­

НО судить по шкале верхнего резервуара. Легким посту-

рез сито с отверстиями в 1 .мм,

отбирают две пробы, приблизительно по 10 г для суглинистых почв и по 15-для супесчаных. Почву сушат в течение 10 час,

после охлаждения взвешивают с точностью до 0,001 и перено-

270