Водный режим почвы
Во́дный режи́м по́чвы, совокупность процессов поступления, перераспределения и расхода влаги в почве.
Основным источником влаги в почве являются атмосферные осадки, количество которых для каждой территории определяется климатическими условиями и погодными характеристиками года, сезона, дня. Конденсация также пополняет запасы воды в почве, однако её количество значимо только для тех периодов и территорий, в которых наблюдаются частые переходы через точку росы. Большие объёмы влаги поступают на поверхность почвы при орошении, её количество может превышать количество осадков. Ещё одним источником воды в почве являются грунтовые воды при условии их близкого расположения к поверхности.
Перераспределение влаги в почве обусловлено её передвижением как в вертикальном, так и латеральном направлениях. В условиях когда скорость поступления воды на поверхность почвы превышает скорость её впитывания, может формироваться поверхностный сток влаги, способный перемещаться в направлении более низких отметок рельефа. Наличие слоёв с низкой водопроницаемостью ведёт к формированию внутрипочвенной влаги, которая также способна двигаться латерально по внутрипочвенному рельефу слабопроницаемого горизонта.
Процессы расходования влаги могут быть представлены испарением с поверхности (часто этот процесс называют физическим испарением) и транспирацией растительного покрова, их суммарное значение имеет название «эвапотранспирация». Расход влаги из почвы также может быть обусловлен вертикальным оттоком в нижние слои почвы и подстилающего грунта (инфильтрация) и поступлением в подпочвенные воды и в дренажные системы.
Обычно водный режим почв рассматривается в заранее оговорённом почвенном объёме, как правило, в почвенном индивидууме (педоне). Если речь заходит о водном режиме некоторого участка, ландшафта, то он изучается как состоящий из взаимосвязанных водных режимов отдельных индивидуумов.
Основы изучения водного режима почв были заложены в 20 в. Г. Н. Высоцким, затем дополнены А. А. Роде, Н. А. Качинским, С. А. Вериго и Л. А. Разумовой, Ф. Р. Зайдельманом, Л. О. Карпачевским и др. Для классификации водных режимов Г. Н. Высоцкий руководствовался следующими вопросами:
есть ли в профиле вечная мерзлота;
насколько глубоко проникают почвенные воды в почву в течение года, достигают ли они грунтовых вод;
как соотносятся процессы восходящего и нисходящего движения влаги;
каково соотношение количества осадков и испаряемости, т. е. чему равен коэффициент увлажнения (КУ).
На основании этих принципов Г. Н. Высоцким было выделено 5 основных типов водного режима, а А. А. Роде впоследствии дополнил эту классификацию. В результате современная российская классификация водных режимов почв включает следующие типы:
Мерзлотный (КУ > или < 1) – с наличием в почве вечной мерзлоты. Дополнен сезонно-мерзлотным подтипом.
Застойный (как правило, КУ > 1) – воды различного происхождения (атмосферные, грунтовые, намывные и пр.) заполняют поровое пространство почв, вызывая процессы анаэробиоза и формирование почвенного глееобразования. Ф. Р. Зайдельман дополнил этот тип водного режима застойно-промывным, когда период длительного застоя влаги в почвенном профиле сменяется промывным типом движения влаги. Застойно-промывной подтип приводит к формированию почв с отбелёнными горизонтами в профиле почв.
Промывной (КУ > 1) – вода осадков ежегодно в некоторый период времени просачивается сквозь всю почвенную толщу и проникает в грунтовые воды.
Периодически промывной (КУ > или < 1) – вода осадков редко, как правило в период весеннего снеготаяния, способна достичь грунтовых вод. В этом случае количества поступившей и испарившейся влаги примерно одинаково. То есть приходные и расходные статьи влаги в почве близки.
Непромывной (КУ < 1) – поступающая в почву влага циркулирует только в почвенных горизонтах, не достигая грунтовых вод. Как правило, в данном случае приходные статьи меньше расходных, и влага перемещается в пределах 1–2-метровой толщи почв.
Выпотной (КУ << 1) – наблюдается в условиях, когда в почве преобладают восходящие потоки. Обычно это возникает в почве с близко залегающими грунтовыми водами, вода из которых, поднимаясь к поверхности, быстро испаряется. Иногда выделяют подтипы – собственно выпотной и десуктивно-выпотной. В десуктивно-выпотном подтипе важна роль не только испарения, но и десукции (транспирации) растений в процессе расходования влаги.
Классификация Высоцкого является почвенно-генетической, т. е. её цель состоит в объяснении почвенно-генетических процессов, протекающих в почве.
За рубежом чаще используют американскую классификацию водных режимов почв, имеющую агрономическую направленность. В ней рассматриваются процессы, приводящие к недостатку почвенной влаги, её избытку и их продолжительность, сопряжённые с температурными характеристиками почвы.
Классификация типов водного режима (по Glossary of Soil Science Terms, 1996; принята в США и ряде других стран):
Aquic – водонасыщенные слои, анаэробные условия.
Aridic – недостаток доступной воды в вегетационный период, но период с доступной для растений водой при температуре > 5 °C составляет более 90 дней.
Torric – аналогичен aridic, но учитывает почвенные горизонты и гидрологические слои.
Udic – засушливый. 90 дней после летнего солнцестояния с температурой на 50 см < 5 °C.
Ustic – полуаридный, периоды засухи с температурой < 5 °C ниже 50 см.
Xeric – средиземноморский, тёплый, увлажнение только в зимний период.
Количественной формой представления водного режима почв являются карты хроноизоплет влажности почв (весовой, объёмной, или относительной) либо запасов влаги. Карта хроноизоплет представляет собой графическую картину, где по оси абсцисс представлено время, а по оси ординат – глубина исследованной почвы. На карту наносят изоплеты влажности с выделением почвенно-гидрологических констант. Допускается также представление водного режима почвы в виде величин давления почвенной влаги. Хроноизоплеты соединяют точки в пространстве «глубина почвы – время» равных значений влажности; рекомендуется использовать изоплеты почвенно-гидрологических констант и категорий влажности. При таком подходе линии хроноизоплет, соответствующие значениям полной влагоёмкости (ПВ) или пористости почвы, ограничивают зоны почвы и длительность проявления в почве анаэробных процессов. Линии хроноизоплет со значениями ППВ (предельно полевой влагоёмкости) или НВ (наименьшей влагоёмкости) и более, вплоть до ПВ ограничивают почвенное пространство и периоды влажности почв с высокой вероятностью проявления гравитационно стекающих потоков влаги. Линии со значениями 100–70 % НВ либо диапазон ВРК – ППВ (НВ) – зоны расположения и длительность наличия в почвенном профиле доступной для растений влаги. Линии с влажностью ВЗ (влажность устойчивого завядания растений) – ВРК (влажность разрыва капилляров) и менее характеризуют участки почвы с содержанием труднодоступной для растений, малоподвижной влаги, < ВЗ – недоступной для растений, неподвижной влаги. При таком изображении карты хроноизоплет с нанесёнными на ней почвенно-гидрологическими константами или их диапазонами чётко выделяют периоды с избытком, наличием и недостатком доступной для растений влаги разной подвижности, периоды с застоем влаги и возможным глееобразованием. Для обозначения условия на верхней границе почвы хроноизоплеты дополняют показателями динамики температуры, осадков, испаряемости и пр.
Водный режим может быть также представлен в виде послойных динамик влажности почвы, а в случае пространственного анализа водного режима почв – в виде топоизоплет влажности.