Водопроницаемость почвы

Водопроницаемость почвы газонного поля

Недостаточная водопроницаемость почвы газонного поля, вызванная не  только нагрузками, но и плохим качеством земли, приводит к повреждению дернового покрова во время нагрузки (особенно в сырую погоду). Состояние газона резко ухудшается, усложняется уход за ним и удорожается содержание.

Часто можно наблюдать такую картину: на стадионе создали газонное поле, и на первый взгляд неплохое, но сразу же после ввода его в эксплуатацию ухудшилось его состояние - почва поля быстро уплотнилась, стала плохо проницаемой для воды и воздуха.

Всегда следует иметь в виду, что водопроницаемость почвы зависит от суммарного объема пор (от величины общей порозности) и от размера пор. И то и другое, в свою очередь, зависит от механического состава почвы и ее сложения. Чем легче механический состав почвы поля, тем крупнее поры и выше водопроницаемость.

Водопроницаемость газонных полей можно определять лабораторными и полевыми методами.

Определение водопроницаемости почвы в лабораторных условиях

Металлический цилиндр диаметром 100 мм и высотой 150 мм заполняют смесью земли, увлажняют ее водой (цилиндр помещают в ванну с водой на 2 ч), цилиндр ставят на песочное основание (в ящик с песком), где образец освобождается от лишней воды в течение двух суток, затем смесь в цилиндре уплотняют грузом весом 2,5 кг, падающим с высоты 30 см два-три раза, и после этого определяют водопроницаемость образца по уравнению Дарси:

Kt = 10 Qt/St(h+l),

Где K_t - коэффициент впитывания (мм/мин);

Q - количество профильтровавшейся воды (см³);

t - время (мин);

10 - коэффициент перевода (см в мм);

S - площадь (см²)

h - высота столба (слоя) воды на поверхности почвы (см);

l - толщина слоя почвы, через который проходит фильтрация (высота цилиндра в см).

Величина коэффициента фильтрации, рассчитанная по вышеприведённой формуле, должна быть пересчитана с учетом температуры воды по формуле Хозена:

,

где t⁰ C-температура воды, используемой в опыте.

Этой методикой, разработанной научно-исследовательским институтом спортивных газонов Англия-Бинглей, пользуются во многих странах мира при строительстве спортивных газонов.

Определение водопроницаемости почвы в полевых условиях

Для определения водопроницаемости в полевых условиях пользуются рам (метод малых заливаемых площадок). Используются металлические цилиндры: малые (учетные) диаметром 12-20 см и наружные (защитные) диаметром 35 см, погружаемые в почву поля на глубину 2-3см. Затем наливают воду до 5 см и поддерживают ее постоянный уровень в обеих рамах (учетной и защитной), а расход воды учитывают только во внутренней (учетной) раме. Воду  подавали под постоянным напором в 2-3 см.

Для этого можно использовать проградуированный сосуд Мариотта. Расход воды  замеряют каждые 10-15 мин в течение 1-2 ч - до наступления постоянной скорости впитывания, т.е. инфильтрации.

При изучении интенсивности просачивания воды в почву следует различать стадию впитывания, когда наполняются влагой свободные поры почвы, и стадию фильтрации, когда вода протекает через поры, уже заполненные водой. Для спортивного  газона очень существен такой показатель, как скорость впитывания воды в почву. Рис. 10, а, б, в иллюстрирует динамику просачивания воды в почву футбольного поля. Наибольшая скорость впитывания воды на поле отмечается в первые 20-30 мин - в период заполнения пор влагой, затем по мере насыщения почвы влагой, когда набухают почвенные коллоиды и сужаются или даже полностью закрываются трещины, поры, водопроницаемость заметно уменьшается и наступает стадия инфильтрации.

Наблюдения показали, что на экспериментальных участках, где почва содержала более 18 % пылеватых частиц размером 0,05-0,01мм, затухание фильтрации происходило интенсивно. В почвах, которые содержали до 60 % однородных по размерам частиц песка (фракция 0,25-0,6 мм), инфильтрация стабилизировалась в пределах 30-50 мм/ч.

Механический и агрегатный состав почвы, ее водопрочность значительно влияют на стабильность инфильтрации. Если в почве содержится избыточное количество илистых или пылеватых частиц, то после продолжительных осадков, обильных поливов скорость просачивания воды резко падает, что нежелательно для спортивного газона.

До улучшения механического состава почвы футбольного поля Большой спортивный арены Центрального стадиона имени В.И. Ленина (Москва) инфильтрация в первые 20 мин исследования составляла 15-20 мм/ч, после 45 мин наблюдения она снижалась до 5,2 мм/ч, поэтому после выпадения осадков на поле застаивалась вода. После улучшения структуры почвы скорость инфильтрации заметно возросла и в первые 20 мин наблюдения составляла 48 мм/ч, после 45мин наблюдения - 25 мм/ч в центральной части поля и 120 мм/ч - на краю поля. Как видим, скорость инфильтрации в центре поля ниже, чем на краях.

На тренировочном поле № 1 в Лужниках в первые 20 мин наблюдения скорость инфильтрации в центре поля составляла 33 мм/ч, а после 40 мин начала падать. На футбольном поле стадиона «Локомотив» инфильтрация была более стабильной, чем на других стадионах.

Скорость инфильтрации зависит главным образом от механического состава (размеры частиц, слагающих почву) и влагоемкости почвы.

На тех полях и отдельных его участках (особенно в центральной зоне футбольного поля), где переуплотнение почвы было сильно выражено, травы отрастали очень плохо, инфильтрация почвы составляла не более 3,5-7,2 мм/ч, там же, где дерновый покров нормально развивался и в сырую погоду газон поля меньше повреждался во время нагрузки, она составляла не менее  55 мм/ч.

На экспериментальном участке, где использовались новые смеси земли и травосмеси, наилучший рост дернового покрова наблюдался при водопроницаемости почвы 36-85 мм/ч.

Во многих случаях существует связь между объемным весом, с одной стороны, и порозностью, степенью аэрации и водопроницаемостью почвы - с другой. Чем меньше объемный вес почвы, тем более благоприятны ее аэрации и проницаемость для воды и корней.

Так, при твердости почвы поля 18-20 кг/см² водопроницаемость ее составляла 30-65 мм/ч, а при твердости 25-28 кг/см² водопроницаемость снижалась на 30-40 %.

Американские исследователи указывают, что на сильно уплотненном участке, где произрастал мятлик луговой, аэрация в верхнем 3-сантиметровом слое уменьшилась с 33,1 до 6,1 %, а инфильтрация снизилась с 38 до 8,4 мм/ч (табл.1).

Данные табл. 1 наглядно показывают, что по мере увеличения объемного веса и уменьшения пористости супесчаной почвы резко снижается скорость инфильтрации (со 162 до 5 мм/ч - примерно в 32 раза). Эти данные согласуются и с нашими наблюдениями. На отдельных участках футбольного поля, где мятлик луговой плохо отрастал из-за повышенной плотности почвы (в результате чего он утрачивал жизнеспособность), водопроницаемость почвы, по нашим многолетним наблюдениям, составляла не более 7,7-10 мм/ч. После того как на поле провели работы по улучшению рыхлости почвы и предоставили ему отдых, покров из мятлика лугового восстановил жизнеспособность и начал отрастать нормально, а водопроницаемость почвы составляла не менее 19 мм/ч. Нормальная водопроницаемость почвы поля благоприятно сказывалась и на условиях зимовки дернового покрова.

Таблица

Зависимость объемной плотности, пористости, аэрации и гидравлической проводимости¹ на супесчаной почве от степени ее уплотненности (по данным D. V. Waddington)

¹ Здесь гидравлическая проводимость соответствует термину «коэффициент фильтрации».

Почва современного газонного поля, способного переносить повышенные нагрузки, должна иметь минимальную водопроницаемость 50-75 мм/ч.

В настоящее время проводится исследования и опыты по модификации механического состава почвы футбольного поля, а также использованию в смеси земли новых структуроулучшающих материалов - вермикулита, перлита, полиакриламида К-4 и др., способствующих поддержанию фильтрационных свойств почвы поля на оптимальном уровне.