Высыхание почв, скорость высыхания в зависимости от других свойств почв

Всякая смоченная водою почва, оставаясь некоторое время при естественных условиях без нового притока воды, высыхает до большей или меньшей степени вследствие испарения из нее воды. Из различных почв и из одной и .той же почвы при разных условиях вода испаряется с различной скоростью. Из втого ясно, что обеспечение растений водою зависит не только от того, сколько воды может задерживаться в почвах, но и от быстроты высыхания почв. Изучение условий, имеющих влияние на быстроту высыхания почв, представляет поэтому первостепенную важность в сельскохозяйственном отношении.

Самыми простыми опытами и наблюдениями мы можем убедиться в том, что кусок всякой влажной почвы, высохши до известной степени на воздухе, перестает, наконец, терять воду и может даже при некоторых условиях (рассматриваемых ниже) поглощать из воздуха водяные пары. В обыкновенном разговорном языке такая почва носит название сухой, хотя на самом деле в ней всегда есть некоторое количество влажности. В отличие от совершенно сухих мы будем называть такие почвы воздушносухими, или высушенными на воздухе.

При наблюдениях над почвами при естественных условиях легко видеть, что высыхание почвы начинается с поверхности, а затем доходит до большей и большей глубины. Это общеизвестное явление повело к установлению понятия о глубине испаряющего слоя почвы. Прежде рассмотрения различных случаев высыхания почв мы должны остановиться на разъяснении этого понятия.

Когда почва влажпа вся, без исключения, то пспареппе воды из нее происходит с поверхности; в высохший верхний слой вода поднимается в силу капиллярности снизу и испаряется тоже с поверхности. Но если наверху образуется воздушносухой слой, то и из него уже, по общеприняты:! представлениям, не может испаряться вода. Тогда испарение происходит с поверхности того слоя, который находится тотчас же под воздушносухим; в таком случае слой этот и будет испаряющим слоем. Так как воздушносухой верхний слой может иметь разпую толщину, то ясно, что испаряющий слой может находиться на различной глубине.

Очевидно, что понятие об испаряющем слое предполагает отсутствие капиллярного поднятия воды из влажных слоев почвы в сухой верхний; кроме того, при этом предполагается, что испаряющаяся из нижнего влажного слоя вода беспрепятственно проходит сквозь сухой верхний слой в атмосферу. Относительно капиллярного поднятия воды мы уже говорили в предыдущей главе и видели, что оно отрицается на основании весьма неточных опытов и что, напротив, при опытах точных оказывается, что вода поднимается капиллярно и в таких почвах, которые высыхают до значительной степени. Кроме того, при изучении гигроскопических явлений в почвах мы увидим, что пары воды пе могут проходить свободно сквозь сухую почву, не поглощаясь ею. В настоящее время мы не можем войти в подробное рассмотрение этого вопроса и примем пока без доказательства, что пары воды, выделяющиеся из почвы в воздух, -отделяются всегда с поверхности частиц, находящихся в самом верхнем слое, и что, следовательно, понятие о глубоком положении испаряющего слоя едва ли согласно с действительностью. Процесс высыхания почв в общем его виде состоит, по нашим представлениям, в следующем.

Понятно, что когда в почве содержится много воды, то из нее может и испаряться гораздо более, чем из почвы не столь влажной. Когда почва очень •сыра, то с определенной площади ее пары отделяются даже в большем количестве, чем с открытой поверхности воды. Так, например, Несслер при опытах над испарением воды из почв нашел, что при равных площадях земли и воды испарялись с них следующие количества равных весовых единиц:

Почва Вода.

• 1 852 1 Ш
• 1 160 1 077
• 9175 8 278

То же самое замечено было Грувеном_у Морозовым (в Харькове) и т. д.

Явление это петрудно объяснить, принявши в расчет следующие обстоятельства: в капиллярных скважинах почв вода образует вогнутые мениски, поверхность которых более поперечного сечения скважин (в цилиндрических трубках, если мениск представляет полушаровую поверхность, то поверхность •его вдвое больше поперечного сечения трубки). Кроме того, вследствие меньшего частичного давления воды на поверхности менисков вода о известной поверхности мениска испаряется в большем количестве, чем с такой же по величине горизонтальной площади, как это видно, например, из опытов Жер— лева. Кроме того, поверхность каждой частицы влажной почвы окружена слоем воды, и общая поверхность даже выровненной искусственно почвы представляет множество мелких углубленийи возвышений; вследствие этого испаряющая поверхность почвы всегда больше испаряющей поверхности воды, занимающей такую же площадь.

При испарении с поверхности почвы водяные пары отделяются и из капиллярных скважин и с поверхности влажных частиц. Уровень в скважинах от этого понижается, а слой воды, покрывающий частицы, делается тоньше. Нотолщина этого слоя тотчас же востанавливается на счет воды, находящейся в скважинах; вследствие этого уровень воды в скважинах понижается еще более. Но понижение это не может быть одинаковым во всех скважинах, потому что в узких высота уровня будет восстановляться на счет воды из широких скважин, и сперва только в них уровень воды понизится. При дальнейшем ходе испарения широкие скважины будут, наконец, совсем опорожнены, и тогдатолько начнут опоражниваться скважины узкие. После того как опустеют (н даже когда только уровень воды в них понизится) широкие скважины, испаряющая поверхность почвы уменьшится, и испарение из нее будет слабее. Когда понизится уровень воды в узких скважинах, то испарение снова уменьшится, и мало-помалу дело дойдет до того, что вода будет испаряться только о поверхности частиц почвы. Если бы после этого капиллярное движение воды, но поверхности частиц могло вознаграждать расход воды при испарении, то оно оставалось бы одинаковым, но этого обыкновенно не бывает, слой воды на поверхности частиц становится мало-помалу все тоньше и, следовательно, вода удерживается почвою все с большей и большей силою и испарение слабеет; наконец, и движение воды по поверхностям частиц с уменьшением толщины слоя воды становится медленнее. Из всего этого ясно, что чем суше почва, тем медленнее должно происходить ее дальнейшее высыхание.

В предыдущем рассуждении мы имели в виду такую почву, у которой уровень грунтовой воды лежит глубоко н потому вода эта не может оказывать заметного влияния на испарение. Если же уровень грунтовой воды недалек, то испарение будет всего сильнее из таких почв, в которых вода поднимается по капиллярным скважинам до поверхности почвы в таком же количестве, в каком она испаряется. Следующие опыты Джонсона могут всего лучше пояснить это.

При этих опытах исследовалось испарение из слоев наждака (следовательно, все равно, что из песчаной почвы), состоящих из зерен разной крупности. Высота слоя во всех случаях была 14 дюймов; взамен испарившейся воды могла притекать вода снизу, где уровень ее оставался на одной и той же высоте. В следующей таблице показаны результаты одпого опыта:

Испарение всего сильнее происходило при зернах средней крупности. Из первых двух сортов испарение было слабее, потому что вследствие большого размера капиллярных скважин во многих из них вода не могла подниматься до верха и испаряющая поверхность от этого была сравнительно мала. В последних сортах зерен капиллярные скважины были очень узки, и потому вода по ним не могла подниматься с той же скоростью, с какой происходило испарение. При средней величине зерен вода могла подниматься, вероятно, во всех скважинах до верха, и вместе с тем движение ее было настолько же или почти настолько же быстро, как и испарение.

Если бы при подобных же опытах с теми же самыми материалами уровень грунтовой воды был гораздо ниже, то наибольшее испарение было бы не при средней крупности зерен, а при меньшей, потому что только узкие капиллярные скважины могли бы поднимать воду достаточно высоко. Поэтому при глубоком положении уровня грунтовой воды испарение воды из почв мелкозернистых будет сильнее.

Во многих случаях грунтовая вода находится так глубоко, что о поднятии ее до поверхности почвы не может быть и речи. Тогда к высыхающему верхнему слою может подниматься из нижних слоев только та вода, которая задержана почвою в силу ее влагоемкости. В этих случаях количество испаряющейся воды почти так же определяется быстротою ее поднятия снизу, а так как в мелкозернистых и вообще в плотных почвах с мелкими скважинами капиллярное передвижение воды совершается легче и доходит до большей высоты, сравнительно с почвами крупнозернистыми и рыхлыми, то отсюда ясно, что почвы с узкими капиллярными скважинами должны при указанных условиях испарять большее количество воды. Справедливость этого доказана многочисленными опытами (в первый раз Несслером), из которых мы для примера приведем здесь следующий опыт Волыш.

В высокие цилиндрические сосуды были помещены почвы плотные и рыхлые, и затем сосуды были выставлены на воздух. Влажность почв была определена до начала опыта (1 мая) и после него (30 октября). Почвы, как и при естественном положении их, смачивались дождевой водою, часть которой просачивалась сквозь весь слой почвы, после чего ее собирали и измеряли. Количество выпавшего за лето дождя было известно. При таком опыте из почв могла испаряться только та вода, которая была в них первоначально, и та, которую почвы могли задерживать во время дождей. Никакого другого источника воды.

не было. Опыт дал следующие результаты (цифры означают число граммов воды):

Во всех случаях из почв плотных испарилось большее количество воды. Другими опытами Вольни доказал, что испарение из одной и той же почвы усиливается по мере ее уплотнения.

Для песчаных почв, состоящих из зерен разной крупности, Вольни нашел при помощи такого же опыта следующие количества испаряющейся воды с 20 апреля по 25 сентября.

Крупность зерен.

• 0,00—0,25 мм в поперечнике … 21 940
• 0.23—0,50 * «» … 8 829
• 0,50—1,00 «» «… 5 735
• 1,00—2,00 з * » ,... 3 759

Из мелкозернистых почв испаряются большие количества воды, по сравнению с почвами крупнозернистыми, очевидно, не только вследствие различия в капиллярном передвижении воды, по также и по той причине, что мелкозернистые почвы задерживают большие количества воды во время дождей, так как наименьшая влагоемкость этих почв сравнительно очень велика, а потому и запас воды, подлежащей испарению, в них больше.

Так как испарение воды происходит с поверхности, то на быстроту его оказывает сильное влияние не только разрыхление, уплотнение и высыхание всей почвы, по и изменение одного ее поверхностного слоя. Такое влияние поверхностного слон разъяснено было еще Несслером, и затем правильность полученных им результатов и верность его объяснений подтверждены были многими исследованиями. Мы приведем здесь исследования Вольни; по его опытам, при равных условиях испарялось воды:

При обработке почв очень часто бывают такие случаи, когда разрыхленный слой почвы с поверхности снова уплотняется действием дождей или далее искусственно—укатыванием. В этом случае из рыхлого слоя вода может легко всасываться в уплотненный верхний слой и испаряется уже из этого слоя. Это усиленное движение воды к поверхности почвы, повышающее влажность верхнего слоя, ускоряет п испарение; на таких почвах оно будет больше, чем в почвах, до той же глубины разрыхленных, но сверху не уплотненных, но оно всегда будет менее, чем на почвах совсем неразрыхленных, потому что существование разрыхленного слоя замедляет движение воды вверх и, следовательно, в верхнем слое все-таки будет меньше воды, чем в верхнем слое почвы, илотыой во всех ее слоях.

Кроме плотности почв, на испарение из них воды оказывает сильное влияние и структура их. В предыдущей главе мы указывали, что капиллярное движение воды при комковатой структуре бывает медленнее, чем при сплошной или раздельнозернистой (при малой величине зерен); соответственно с этим можно ожидать, что испарение воды из комковатых почв будет слабее. При этом следует, однако, принять в расчет, что испаряющая поверхность почвы при комковатой структуре, обусловливающей неизбежную неровность поверхности, будет больше, чем у почвы разделыюзернистой или сплошной; в силу этого обстоятельства, усиливающего испарение, трудно сказать a priori, каково будет испарение из комковатых почв, сравнительно с другими. Опыты показали, что результаты получаются различные: иногда комковатые почвы испаряют меньше, иногда больше порошковатых, как видно из следующих опытов Вол ыш.

Если почва будет в виде очень крупных комьев (глыб), то поиятпо, что она будет высыхать очень быстро, потому что испаряющая поверхность ее будет очень велика, а плотность отдельных комьев будет способствовать испарению из них воды.

Понятно, что при смешанной структуре почвы, когда она отчасти разбита в порошок, а отчасти состоит из комьев, испарение из нее воды будет определяться относительным количеством комьев и порошковатой земли Если комьев столько, что они соприкасаются между собою, а порошконатан земля только выполняет промежутки между ними или даже не будет выполнять их, то, как уже мы говорили, вода будет передвигаться исключительно по комкам, и испарение будет такое же, как из комковатой земли. При малом количестве комков, когда каждый из них окружен порошковатой землею, передвижение воды будет только в этой земле, и испарение будет такое же, как и в том случае, когда вся земля разбита в порошок, с той только разницею, что комки не будут передавать воду в порошковатую землю, а потому запас воды, подлежащей испарению, будет меньше, п почва будет высыхать медленнее вследствие сохранения влаги в тех комках, которые закрыты сверху разбитой порошке ватой землею.