Новости
01.12.2016


29.11.2016


29.11.2016


29.11.2016


28.11.2016


26.11.2015

На земной поверхности постоянно происходят два противоположно направленных процесса: орошение местности осадками, конденсацией воздушной влаги и осушение ее испарением. Степень увлажнения территории обусловливается соотношением осадков и испарения. По результатам наблюдений метеослужб определяются (рис. 5.2) количество осадков и испарений в течении года. Очевидно, что разница между осадками и испарением ЕД = 4 мм недостаточна для формирования урожая, поскольку для развития растений необходим минимум ЕД = 100 мм.
Испарение - это испарившееся и поступившее в окружающую среду количество водяного пара. Скорость испарения зависит от многих причин, но главным образом от температуры воздуха и ветра. Понятно, что чем выше температура, тем больше испарение.

Контроль и управление влажностью почвы

Но ветер, постоянно перемещая насыщенный водяными парами воздух, приносит в данное место новые и новые объемы сухого воздуха. Даже слабый ветер скоростью 2...3 м/с увеличивает испарение в три раза. На испарение влияют также характер рельефа, растительный покров и т.д.
Иначе говоря, испаряемость - это потенциально возможное испарение в данной местности, которое чаще всего определяется с помощью испарителя или по показателям испарения с открытой водной поверхности крупного естественного (пресноводного) водоема или с избыточно увлажненной почвы.
Испаряемость, как и испарение, выражается в миллиметрах слоя испарившейся воды (мм); за конкретный период -мм/год и т.д.
Увлажнение территории характеризуется коэффициентом увлажнения (К), под которым понимается отношение суммы осадков (Q) к испаряемости (И): К = Q/И (К - выражается в долях единицы дробью и в процентах). Например, в европейской тундре осадков выпадает 300 мм, а испаряемость только 200 мм, т.е. осадки превосходят испаряемость в 1,5 раза; коэффициент увлажнения равен 1,5 или 150%.
Увлажнение бывает избыточным, когда К > 1, или > 100%; нормальным, когда К = 1, или 100%; недостаточным, когда К < 1, или < 100%. По степени увлажнения выделяют влажные (гумидные) и сухие (аридные) территории. Коэффициент увлажнения характеризует условия стока, развитие растительности и другое. В лесной зоне он равен примерно 1,0...1,5, в лесостепной 0,6...1,0, в степях 0,3...0,6, полупустынях 0,1...0,3, пустынях менее 0,1.
Влажность воздуха - это содержание в нем водяного пара. При условии достаточного поступления влаги в атмосферу влажность зависит от температуры воздуха. Чем выше температура воздуха, тем больше водяного пара он может вместить. Так, 1м воздуха при температуре 30°С может содержать 30 г влаги, при 20°С - 17,3 г, при 0°С - только 4,8 г. При отрицательных температурах влагосодержание воздуха заметно уменьшается, и уже при -10°С влаги в 1м воздуха только 2,3 г. Следовательно, ход влажности параллелен ходу температуры воздуха. Обычно влажность больше днем, чем ночью, в течение года наибольшая влажность отмечается в летние месяцы, а наименьшая - зимой.
Влажность воздуха характеризуется абсолютной и относительной влажностью.
Абсолютной влажностью (а) называется фактическое количество водяных паров в воздухе в данный момент, измеряемое в г/м3. Отношение абсолютной влажности к максимальной, выраженное в процентах, называется относительной влажностью, т.е. φ = %. Воздух, имеющий максимальную влажность, называется насыщенным φ = 100%. В отличие от него ненасыщенный воздух еще обладает способностью поглощать водяные пары. Однако при нагревании насыщенный воздух становится ненасыщенным, а в случае охлаждения - перенасыщенным.
При исследовании теплового режима почвы появляется необходимость в умении прогнозировать и управлять элементами почвенного профиля: распределением температур внутри почвенного массива, скоростью их изменения, факторами, влияющими на их динамику, тепловым потоком, теплоаккумуляцей и формированием влаги в почве.
Контроль и управление влажностью почвы

Известно, что влага может попадать в почву двумя путями: летом - снаружи из воздуха, во время дождя, зимой - из глубины почвы, в результате диффузии водяного пара и его конденсации. Дождевая вода должна проникать в почву без помех. Это достигается применением различных технологий обработки. Накопление влаги из воздуха и глубин имеет более сложный характер и связано с понятиями: давление водяного пара, его диффузия и конденсация.
Контроль и управление влажностью почвы

Как видно из графика рис. 5.3, максимальное парциально давление водяного пара, а значит, и количество «лишней» влаги, которую может впитывать в себя воздух, резко уменьшается при снижении температуры. Летом, когда температура на поверхности почвы гораздо выше (до 50° С), чем на глубине, то поток тепла будет направлен от более теплого к холодному рис. 5.4, при этом концентрация влаги и тепла направлены в одну сторону. Поэтому водяной пар будет диффундировать в почве с поверхности на глубину. При движении температура пара будет уменьшаться, как при поступлении на глубину почвы, так и при прохождении через неё. Если температура воздуха на поверхности земли станет меньше от значения температуры почвы, то количество влаги содержащейся в ней, начнет конденсироваться в виде капель на поверхности земли. Но, даже при сухой поверхности земли, летом в почве создаются условия, когда на определенной глубине влага начинает конденсироваться (рис.5.5), результат образование родников, рек
Контроль и управление влажностью почвы

Оценка возможного количества конденсации пара может выполняться графическим способом. При таком способе сначала строится график распределения температур в почве Затем по нему строится график максимальной упругости водяного пара Е и наносится линия распределения действительной упругости водяного пара е. Если линии графиков Е и е не пересекаются, конденсация влаги не происходит. При пересечении линий Е и е конденсация водяного пара на определенной глубине возможна. Зону конденсации, в таком случае, можно определить нанесением касательных к линии максимальной упругости водяного пара Е из точек определенных на заданной глубине почвы еi. Часть между касательными определяет зону конденсации. Количество конденсата может быть определено по разности количества водяного пара поступившего в зону конденсации и на большую глубину.
Процессом формирования влаги можно управлять с помощью контроля температур на поверхности и глубине почвы с последующим принятием решений по способу обработки почвы.
Нами разработан прибор для измерения температуры почвы на поверхности и глубине почвы рис. 5.6 за счет вдавливания в почву трубки с наконечником (мокрый термометр). Прибор состоит из ручки 1, трубки из стали 4, термодатчика, который вмонтирован в медный наконечник 6 с внешним диаметром 10 мм. Наконечник накручивается на трубку из стали 6 с диаметром 6 мм, присоединенную к ручке 1. В ручке вмонтирован воздушный термодатчик 7, блок управления с включателем 8 источника питания и температурным индикатором 2. Для определения глубины проникновения наконечника в почву используется рулетка 3.
Контроль и управление влажностью почвы

Результаты исследований температуры воздуха t1 и почвы t2 приведены на графике рис. 5.6.
Согласно графика от пересечения линий (t1 = t2) температуры воздуха t1 и почвы t2 с 7...8 утра и до пересечения линий (t1 = t2) в 17...18 вечера на глубине 100...150 мм происходит накопление влаги (конденсация) 1...2 мм , а с 17...18 вечера до 7...8 утра (испарение). Перепад температур Д 1 рис. 5...7 в точках соединения двух графиков (t1 = t2) в 7...8 утра и 17...18 вечера указывает:
- если Δt в 17...18 вечера по сравнению с 7...8 утра увеличилась на 1...2°С то произошло накопление влаги (конденсация) в почве 1...2 мм;
- если Δt в 17...18 вечера по сравнению с 7...8 утра уменьшилась на 1...2°С то произошла потеря влаги (испарение) с почвы 1...2 мм;
Контроль и управление влажностью почвы

Модель процесса накопления (конденсации) влаги в почве можно представить зависимостью t1 * 0,618 ≥ t2 (0,618 золотое сечение).
Модель процесса потери (испарения) влаги почвой можно представить зависимостью t1/0,618 ≤ t2 (роса на поверхности почвы).
В итоге используя разность температур Δt (замерить простым термометром, пирометром или с помощью беспилотника с высоты все поле одновременно) на поверхности почвы в 7...8 утра и 17...18 вечера можно получать реальную характеристику по накоплению или потере влаги в почве.