Моделирование водного режима почвы под насаждениями яблони горного сада (на примере чернозема выщелоченного опытной станции «Горно-Алтайское»)

Abstract

Актуальность исследования водного режима почв сельхозугодий обусловлена их прогрессирующей деградацией: эрозией, засолением, опустыниванием. Цель: выявить особенности водно-физических свойств и связанные с ними закономерности профильного распределения влаги в черноземе выщелоченном под яблоневым садом в летний период в условиях дефицита осадков. Методы. Содержание влаги в почвенных горизонтах определялось термостатно-весовым методом. Для определения гранулометрического состава почв использовали пипеточный метод. Плотность сложения почвы определяли методом режущего кольца, плотность твердой фазы - пикнометрическим методом. При переходе от отечественной к зарубежной классификации гранулометрического состава почв применяли метод графической интерполяции. Моделирование движения влаги в почве выполнялось в программе HYDRUS-1D. Параметры аппроксимации основной гидрофизической характеристики почв уравнением ВанГенухтена получали расчетным методом педотрансферных функций «Rosetta Lite» программы RETC с использованием данных о плотности почвы и ее гранулометрическом составе. Результаты. Установлено, что большей водоудерживающей способностью отличаются верхние хорошо структурированные горизонты чернозема выщелоченного под яблоневым садом, их кривые водоудерживания более выположены. Основная гидрофизическая характеристика более легкого по гранулометрическому составу бесструктурного В2к горизонта смещена в сторону меньшей влажности. Дефицит влаги в почве в период жаркого и сухого летнего периода отмечен только в верхней двадцатисантиметровой толще (14 мм); уровень увлажненности нижних горизонтов, где сосредоточена основная масса корней деревьев, удовлетворительный. В условиях почвенно-мелиоративного эксперимента наименьшие расхождения с измеренными показателями влажности модель демонстрирует через сутки после начала исследования. Быстрому нисходящему проникновению влаги в нижние почвенные слои препятствует низкое давление в глинистых А и АВ горизонтах. Подбор входных параметров и отладка модели по экспериментальным данным позволяет использовать ее для моделирования дальнейших процессов, происходящих в почве. Выявлено, что существенное влияние на распределение влаги в черноземе под яблоневым садом оказывает формирование положительных (восходящих) потоков, обеспечивающих «подтягивание» солей и веществ из нижней части профиля в верхние слои во время засушливых периодов года

Relevance. Progressive degradation of farmland soils - erosion, salinization, desertification. Aim. To establish features of water-physical properties of leached chernozem under an apple orchard and associated patterns of soil profile moisture distribution in summer period when precipitation deficiency observed. Methods. Moisture content in soil horizons was determined by the gravimetric method. To determine the granulometric composition of soils, the pipette method was used. The soil bulk density was determined by the cutting ring method. For solid phase density determination the pycnometric method was used. The method of graphic interpolation was used for transition the soil texture classification from Russian to international one. Water infiltration modeling into the soil profile was carried out using the HYDRUS-1D program. The parameters of approximating of the water retention curve of soils by the Van Genuchten equation were obtained by the calculation method of pedotransfer functions «Rosetta Lite» of the RETC program, using data on soil density and soil texture. Results. It has been established that the upper well-structured horizons of leached chernozem under an apple orchard have a greater water-holding capacity; their water-retention curves are more flattened. The water retention curve of the more structureless B2k horizon, the soil texture of which is dominated by sandy fractions, is shifted towards lower humidity. During hot and dry summer period the moisture deficiency in the soil was noted only in the upper twenty-centimeter soil column (14 mm). The moisture of the lower horizons, where the bulk of tree roots are concentrated, is satisfactory. The model demonstrates the smallest discrepancies with the moisture values measured during the soil reclamation experiment one day after the start. The downward moisture penetration into the lower soil layers is prevented by low pressure in the clayey A and AB horizons. Selection of input parameters and debugging of the model based on experimental data allows it to be used to simulate further processes occurring in the soil. It was revealed that the formation of positive (upward) water flows, which ensure the "pull-up" of salts and substances from the lower part of the profile to the upper layers during dry periods of the year, has a significant impact on moisture distribution in the chernozem under the apple orchard