Žemės ūkis ir ateities maisto sistemos · Straipsnis

Infiltracija, vandens atsargos ir evapotranspiracija

Atsekite lietaus ir laistymo vandenį apibrėžtoje šaknų zonoje: jo atsargas, drenažinį nutekėjimą ir augalų vandens naudojimą.

Pasirengimas ir susiję straipsniai

Bendrieji žinių pagrindai

Susiję straipsniai

Straipsnis padės

Atskirti vandens patekimą per paviršių, persiskirstymą, atsargas ir prieinamumą šaknims.
Paaiškinti garavimą ir transpiraciją, nelaikant etaloninės ET tikruoju auginamo augalo vandens poreikiu.
Sudaryti vandens balansą vienam nurodytam plotui, gyliui ir laikotarpiui.
Perskaičiuoti vandens sluoksnio storį į tūrį ir atpažinti matavimo ribas.

Kur keliauja lietaus vanduo

Po lietaus viena vieta lieka šlapia, o kita greitai išdžiūsta. Kritulmatis parodo virš paviršiaus atkeliaujantį vandenį, bet nepasako, kiek jo patenka į dirvožemį, lieka prie šaknų ar tampa prieinama augalui. Vandens kelio sekimas paaiškina šį skirtumą.

Prieš sudarydami apskaitą pasirinkite plotą, dirvožemio gylį ir laikotarpį. Šiame straipsnyje šaknų zona yra pastovaus gylio sluoksnis, kuriame yra aktyvių šaknų. Vanduo gali patekti per jo viršutinį paviršių, kilti iš gilesnio dirvožemio arba judėti į šonus. Jis gali būti paimamas augalų, išgaruoti, nutekėti žemyn ar judėti į šonus. Pakeitus pasirinktą gylį, pasikeičia ir vanduo, įskaičiuojamas į atsargas.

Infiltracija yra patekimas, o ne nuolatinis išlaikymas

Infiltracija – vandens prasiskverbimas per dirvožemio paviršių. Jos sparta dažnai išreiškiama vandens sluoksnio milimetrais per valandą. Ji kinta priklausomai nuo paviršiaus būklės, pradinio drėgnumo, porų jungčių ir dirvožemio struktūros. Granuliometrinė sudėtis svarbi, bet vien jos pavadinimas neleidžia numatyti spartos konkrečiame lauke. Plutos susidarymas ar suslėgimas gali riboti patekimą; susijungusios poros gali sudaryti greitesnius kelius.

Greičiau tiekiamas, negu į dirvožemį patenka, vanduo gali telkšoti arba nutekėti paviršiumi. Infiltravęsis vanduo vis tiek gali judėti žemiau pasirinktų šaknų. Šis gilesnis judėjimas yra perkoliacija; apatinės šaknų zonos ribos kirtimas šioje apskaitoje laikomas drenažiniu nutekėjimu. Taigi šlapias paviršius nei įrodo tolygų sudrėkimą giliau, nei garantuoja, kad visas patiektas vanduo lieka prieinamas šaknims.

Vandens atsargos ir prieinamas vanduo skiriasi

Dirvožemis sulaiko vandenį porose ir ant paviršių. Dirvožemiui džiūstant, dalis likusio vandens laikoma per stipriai arba pernelyg lėtai juda link šaknų, kad patenkintų augalo poreikį. Šaknys taip pat skiriasi gyliu, pasiskirstymu ir aktyvumu. Todėl du sluoksniai, kuriuose yra vienodas vandens kiekis, gali suteikti skirtingas paėmimo galimybes.

Lauko drėgmės imlumas apibūdina atskaitinį vandens kiekį, kai palyginti spartus nutekėjimas sulėtėja. Tai nėra universalus laukimo laikas ar tiksli riba tarp sveiko ir nesveiko dirvožemio. Taip pat pastovaus vytimo drėgmė yra atskaitos reikšmė augalams prieinamam vandeniui įvertinti, o ne teiginys, kad visas dirvožemio vanduo išnyko. Šaknų gylis, druskingumas ir aeracija padeda nustatyti, kaip šios sąvokos taikomos.

Evapotranspiracija sujungia du procesus

Garavimas perkelia skystą vandenį nuo atvirų drėgnų paviršių į orą. Transpiracija perkelia vandenį per gyvą augalą ir iš jo į aplinką, daugiausia per lapų žioteles. Bendras šių procesų vandens kiekis vadinamas evapotranspiracija, trumpinama ET. Ją veikia saulės šviesa, oro sąlygos, vėjas, lapijos vystymasis ir vandens tiekimas. ET yra vandens srautas, o ne augalo prieaugio kiekis.

Pagal orų duomenis apskaičiuota etaloninė ET apibūdina nustatytą etaloninį paviršių. Tikroji auginamo augalo ET taip pat priklauso nuo jo vystymosi ir auginimo sąlygų. Stresą patiriantis ar užmirkęs pasėlis gali naudoti mažiau vandens dėl ribojamo augimo ar paėmimo; maža ET savaime nerodo efektyvios gamybos. Vandens balanse taip pat reikia atskirti virš dirvožemio sulaikytą ir išgaravusį lietų nuo lietaus, kuris iš tikrųjų pasiekia dirvožemio paviršių.

Kartu apskaitykite įnašus, ištekėjimą ir atsargas

Supaprastintai pastoviai šaknų zonai užrašykite: galutinės atsargos = pradinės atsargos + lietus + laistymas − paviršinis nuotėkis − ET − drenažinis nutekėjimas. Čia lietus ir laistymas yra kiekiai, pasiekiantys pasirinktą dirvožemio paviršių. Daroma prielaida, kad nėra kapiliarinio kilimo, šoninio srauto ar reikšmingo vandens atsargų augaluose pokyčio. Visi dydžiai taikomi tam pačiam plotui ir laikotarpiui; paviršinis nuotėkis atimamas prieš skaičiuojant infiltravusį vandenį.

Mokomuoju laikotarpiu pradinės dirvožemio vandens atsargos yra 40 mm. Lietus prideda 18 mm, o laistymas – 12 mm. Paviršinis nuotėkis pašalina 4 mm, ET – 16 mm, o drenažinis nutekėjimas – 4 mm. Taigi lieka 40 + 18 + 12 − 4 − 16 − 4 = 46 mm. Atsargos padidėja 6 mm, o ne 30 mm. Šios pateiktos reikšmės parodo apskaitą; jos nėra rekomenduojamas drėgmės kiekis ar laistymo grafikas.

Hipotetinė pastovios šaknų zonos apskaita vienam plotui ir laikotarpiui
Dydis	Vandens sluoksnio storis (mm)	Vaidmuo apskaitoje
Pradinės atsargos	40	Pradinis kiekis
Lietus + laistymas	18 + 12 = 30	Tiekimas į paviršių
Paviršinis nuotėkis	4	Neinfiltruoja
ET	16	Išeina kaip garai
Drenažinis nutekėjimas	4	Kerta apatinę ribą
Galutinės atsargos	46	40 + 30 − 4 − 16 − 4

Tas pats vandens balansas srautų diagramoje

Rodyklės nurodo apskaitytus kiekius, o ne spartas ar proporcingus pločius. Šiame pavyzdyje neįtraukti lietaus sulaikymas lapijoje, šoninis srautas, kapiliarinis kilimas ir reikšmingas vandens atsargų augaluose pokytis.

Skaityti schemos paaiškinimą

Atsekite hipotetinį 30 mm tiekimą į paviršių ir pradines 40 mm dirvožemio atsargas iki galutinių 46 mm atsargų šaknų zonoje.

Dalys

Lietus 18 + laistymas 12 mm: Per pasirinktą laikotarpį į paviršių patiekiama iš viso 30 mm.
Į paviršių tiekiama 30 mm: 26 mm infiltruojasi; 4 mm nuteka paviršiumi.
Paviršinis nuotėkis 4 mm: Šis vanduo nepridedamas prie šaknų zonos atsargų.
Pradinės atsargos 40 mm: Pastovus šaknų gylis; nėra šoninio srauto ar kapiliarinio kilimo.
Galutinės atsargos 46 mm: 40 + 26 − 16 − 4 = 46 mm.
ET 16 mm: Garavimas iš dirvožemio ir augalų transpiracija.
Drenažinis nutekėjimas 4 mm: Vanduo kerta apatinę šaknų zonos ribą.

Ryšiai

Lietus 18 + laistymas 12 mm → Į paviršių tiekiama 30 mm: patiekta 30 mm
Į paviršių tiekiama 30 mm → Paviršinis nuotėkis 4 mm: 4 mm paviršinio nuotėkio
Į paviršių tiekiama 30 mm → Galutinės atsargos 46 mm: 26 mm infiltruojasi
Pradinės atsargos 40 mm → Galutinės atsargos 46 mm: pradžioje 40 mm
Galutinės atsargos 46 mm → ET 16 mm: 16 mm į orą
Galutinės atsargos 46 mm → Drenažinis nutekėjimas 4 mm: 4 mm žemiau šaknų

Sluoksnio storiui reikia ploto ir matavimo metodo

Vandens sluoksnio storis išreiškia tūrį, paskirstytą nurodytame plote. Vienas milimetras viename kvadratiniame metre yra vienas litras; vienas milimetras viename hektare yra dešimt kubinių metrų. Sluoksnio storis per dieną yra sparta, o per savaitę sukauptas sluoksnio storis – kiekis. Lygindami lietaus įvykį su dienos ET, šiuos vienetus laikykite atskirai.

Matavimai turėtų apimti svarbius dirvožemio sluoksnius ir skirtingas vietas; registruokite jutiklių kalibravimą bei matavimo laiką. Nematuotas drenažinis nutekėjimas ar kapiliarinis vandens tiekimas gali klaidinti aiškinant tariamą balanso neatitikimą. Skaitmeniškai užsidarantis balansas naudingas, bet vien sutampančios sumos neįrodo, kad kiekvienas išmatuotas dydis teisingas. Naudokite jį trūkstamiems srautams nustatyti ir stebėjimams gerinti.

Išnagrinėti pavyzdžiai

Atsargos padidėja šešiais milimetrais

Kiek vandens lieka pavyzdžio šaknų zonoje?

Pradėkite nuo 40 mm sukaupto vandens.
Į paviršių tiekiama 18 + 12 = 30 mm; 4 mm nuteka paviršiumi, todėl infiltruoti lieka 26 mm.
Pagal nurodytas prielaidas iš dirvožemio ir augalų pašalinama 16 + 4 = 20 mm.
Galutinės atsargos yra 40 + 26 − 20 = 46 mm.

Atsargos padidėja 6 mm; nei vien kritulmačio rodmuo, nei vien bendras tiekimo kiekis šio pokyčio neparodo.

Aštuonių milimetrų laistymas

Kokį tūrį atitinka 8 mm sluoksnis 250 m² plote?

Perskaičiuokite 8 mm į 0,008 m.
Padauginkite 0,008 m × 250 m² = 2 m³.
Perskaičiuokite 2 m³ į 2 000 L.

Tūris yra 2 m³, darant prielaidą, kad 8 mm yra vidutinis sluoksnio storis visame 250 m² plote; tai nieko nepasako apie tolygumą ar šaknų zonoje išlaikytą vandenį.

Pasitikrinkite supratimą

Ar visas infiltravęsis vanduo lieka pasirinktoje šaknų zonoje?
Rodyti atsakymą ir paaiškinimą
Ne.
Dalis jo gali kirsti apatinę ribą per drenažinį nutekėjimą arba judėti į šonus; infiltracija apibūdina patekimą, o ne galutinę vietą.
Sausame sluoksnyje vis dar yra vandens. Ar tai įrodo, kad jo paėmimas gali patenkinti auginamo augalo poreikį?
Rodyti atsakymą ir paaiškinimą
Ne.
Sulaikymas, judėjimas link šaknų, šaknų išsidėstymas ir druskingumas veikia likusio vandens prieinamumą.
Ar vien maža stebėta ET gali patvirtinti gerą vandens produktyvumą?
Rodyti atsakymą ir paaiškinimą
Ne.
Ji gali rodyti ribojamą augimą ar vandens paėmimą. Lyginkite apibrėžtą naudingą produkciją su apibrėžtu vandens kiekiu vardiklyje.

Svarbiausios mintys

Prieš sumuodami vandens srautus nurodykite šaknų zonos ribas, plotą ir laikotarpį.
Infiltracija, vandens atsargos ir prieinamas vanduo atsako į skirtingus klausimus.
ET sujungia garavimą ir transpiraciją; svarbios tikrosios augalo sąlygos.
Apskaitykite paviršinį nuotėkį, drenažinį nutekėjimą ir atsargų pokytį, o ne priskirkite augalui visą patiektą vandenį.

Šaltiniai

Šaltiniai, kuriais grindžiami straipsnio paaiškinimai ir pavyzdžiai.