П.  В.  ВЕРШИНИН,  М.  К.  МЕЛЬНИКОВА,  Б.  Н.  МИЧУРИН.
Б.  С.  МОШКОВ,  Н.  П.  ПОЯСОВ,  А.  Ф.  ЧУДНОВСКИЙ
 основы
 АГРОФИЗИКИ
 под  редакцией
академика  А.  Ф.  ИОФФЕ
и  кандидата  с.-х.  наук
И.  Б.  РЕВУТ  А
 ГОСУДАРСТВЕННОЕ  ИЗДАТЕЛЬСТВО
ФИЗИКО-МАТЕМАТИЧЕСКОЙ  ЛИТЕРАТУРЫ
МОСКВА  1959

ОГЛАВЛЕНИЕ
 Введение
 9
 ЧАСТЬ  ПЕРВАЯ
СВЕТ  И  РАСТЕНИЕ
Глава  I.  Лучистая  энергия
 §  1.  Солнечная  радиация 	 17
 §  2.  Ослабление  солнечной  радиации  в  атмосфере 	 20
 §  3.  Методы  измерения  притекающей  к  деятельной  поверхности
 солнечной  радиации 	 27
 §  4.  Приток  к  деятельной  поверхности  прямой  солнечной  радиации  35
§  5.  Приток  к  деятельной  поверхности  рассеянной  радиации  ... 	47
 §  6.  Приток  к  деятельной  поверхности  суммарной  радиации  .  . 	52
 §  7.  Приток  к  деятельной  поверхности  длинноволновой  радиации  57
 §  8.  Альбедо 	 59
 §  9.  Излучение  деятельной  поверхности  	 66
 §  10.  Эффективное  излучение  деятельной  поверхности 	 70
 §  11.  Радиационный  баланс  деятельной  поверхности 	 73
 §  12.  Значение  естественного  и  искусственного  освещения  для  ра¬
стений  	 78
 Глава  II.  Основные  типы  электрических  ламп,  применяемые  для
выращивания  растений,  и  способы  учета  поглощения
лучистой  энергии
 §  1.  Электрические  источники  радиации 	 81
 §  2.  Основные  способы  определения  количества  лучистой  энер¬
гии,  связываемой  растениями  в  процессе  фотосинтеза  ... 	89
 Глава  III.  Зависимость  различных  физиологических  процессов
жизнедеятельности  растений  от  физических  особен¬
ностей  и  характера  лучистого  потока
 §  1.  Зависимость  использования  растениями  света  от  направлен¬
ности  лучистых  потоков  и  расположения  листьев  в  простран¬
стве  	 93
 §  2.  Влияние  на  растения  интенсивности  и  продолжительности
 освещения 	100
 §  3.  Влияние  видимой  радиации  на  фотосинтез  и  на  накопление  су¬
хой  растительной  массы 	123
 §  4.  Влияние  видимой  радиации  на  фотопериодическую  реакцию
 растений 	135
 §  5.  Влияние  на  растения  инфракрасной  радиации 	149
 §  6.  Влияние  на  растения  ультрафиолетовой  радиации 	164

4
 ОГЛАВЛЕНИЕ
 §  7.  Влияние  световых  режимов  выращивания  растений  на  суточ¬
ные  ритмы  физиологических  процессов 	166
 Глава  IV.  Влияние  внешних  условий  на  использование  растениями
 света
 §  1.  Взгляды  на  использование  растениями  света  в  зависимости
 от  температуры  воздуха,  распространенные  в  овощеводстве  175
§  2.  Влияние  мощности  лучистого  потока  и  температуры  воздуха
 на  температуру  листьев  растений 	177
 §  3.  Влияние  температуры  воздуха  на  использование  растениями
 электрического  освещения 	181
 §  4.  Влияние  водного  режима  растений  на  использование  ими
 лучистой  энергии 	188
 Глава  V.  Искусственное  освещение  —  новый  метод  воздействия
 на  растения 	195
 Литература 	• 	205
 ЧАСТЬ  ВТОРАЯ
 ТВЕРДАЯ  ФАЗА  ПОЧВЫ  КАК  ОСНОВА  ЕЕ  ФИЗИЧЕСКОГО  РЕЖИМА
 Глава  I.  Дисперсность  твердой  фазы  почвы,  химическое  и  мине¬
ралогическое  строение  почвенных  частиц
 §  1.  Общие  сведения 	209
 §  2.  Методы  определения  дисперсности  почвенных  частиц  ....  211
§  3.  Химическое  и  минералогическое  строение  твердых  почвенных
 частиц 	217
 §  4.  Строение  глинистых  минералов  и  круговорот  минералов
 в  земной  коре 	219
 Глава  II.  Процессы  связанные  с  дисперсностью  и  строением  по¬
верхностных  слоев  почвенных  частиц
 §  1.  Удельная  поверхность  почвы  и  методы  ее  определения  .  .  .  222
 §  2.  Адсорбционные  свойства  почв 	229
 §  3.  Электрокапиллярные  явления  в  почвах 	235
 §  4.  Коагуляция  коллоидов  в  почве 	240
 §  5.  Молекулярные  силы 	241
 §  6.  Теория  коагуляции  дисперсных  систем 	243
 §  7.  Коагуляция  почвенных  коллоидов.  Взаимная  коагуляция.
 Образование  микроструктуры 	251
 Глава  III.  Структура  почв
 §  1.  Почвенная  структура,  понятие  и  методы  определения  раз¬
личных  ее  свойств 	256
 §  2.  Микроструктура  почв 	  256
 §  3.  Агрономическое  значение  макроструктуры  почв 	261
 Глава  IV.  Возможные  пути  слипания  в  комок  частиц  почвы  и  ми¬
кроагрегатов
 §  1.  Слипание  почвенных  частиц  в  комок  при  коагуляции  ....  269
§  2.  Возможность  слипания  почвенных  частиц  при  помощи  цемен¬
тации  	 271
 §  3.  Слипание  почвенных  частиц  под  влиянием  капиллярных  сил  273
§  4.  Слипание  и  склеивание  почвенных  частиц  при  высыхании  .  .  276
§  5.  Явление  склеивания  при  формировании  почвенного  комка  .  .  282

ОГЛАВЛЕНИЕ
 5
 Глава  V.  Крошение  почвы  на  макроагрегаты
 §  1.  Крошение  слитной  почвы  при  высыхании 	290
 §  2.  Крошение  почвы  на  комки  под  влиянием  промораживания  294
§  3.  Крошение  почвы  корневыми  системами  травянистой  расти¬
тельности
 §  4.  Крошение  почвы  почвообрабатывающими  орудиями 	305
 §  5.  Крошение  почвы  землероями  и  червями 	327
 Глава  VI.  Возникновение  водопрочности  в  почвенном  комке
 §  1.  Понятие  водопрочности  и  методика  ее  определения 	330
 §*  2.  Возникновение  водопрочности  в  почвенном  комке 	335
 §  3.  Органическое  вещество  и  водопрочиость  почвенной  струк¬
туры  	339
 §  4. 	Физико-химическая  сущность  явления  водопрочности 	в 	комке 	344
 §  5. 	Микробиологические  факторы  водопрочности 	почвенной
 структуры 	351
 Глава  VII.  Пористость  комков  и  классификация  структуры  по
агрофизическим  показателям
 §  1. 	Плотности  почвы  и  связь  ее  с  пористостью  .  • 	356
 §  2. 	Определение  плотности  и  пористости  почв 	362
 §  3.  Классификация  почвенной  структуры  по  физическим  показа¬
телям  	367
 Глава  VIII.  Накопление  водопрочной  структуры  под  травами
 §  1.  Действие  трав  на  структуру  почв  в  дерново-подзолистой  зоне  373
§  2.  Действие  трав  на  структуру  почв  на  серых  лесных  землях,
 деградированных  и  обыкновенных  черноземах 	376
 §  3.  Действие  трав  на  структуру  почв  в  каштановой  зоне  и  зоне
 сероземов  Средней  Азии 	377
 Глава  IX.  Проблема  искусственного  оструктуривания  почв
 §  1.  Физические  основания  искусственного  структурообразования
 и  техника  внесения  клеящих  веществ 	380
 §  2.  Ионообменные  клеящие  вещества 	382
 I  3.  Неионообменные  клеящие  вещества 	• 	386
 §  4.  Клеящие  вещества  с  неустановленным  механизмом  склеива¬
ния  	387
 §  5.  Полевые  опыты  с  вискозой,  коллоидом  А,  торфяным  клеем  392
 §  6.  Полевые  опыты  со  смоляным  клеем 	395
 §  7.  Полевые  опыты  с  крилиумами 	398
 Литература 	399
 ЧАСТЬ  ТРЕТЬЯ
 ТРАНСФОРМАЦИЯ  ЛУЧИСТОЙ  ЭНЕРГИИ  НА  ДЕЯТЕЛЬНОЙ
ПОВЕРХНОСТИ.  ТЕПЛОВОЙ  БАЛАНС  ЕЕ
 Введение 		405
 Глава  I.  Тепловой  баланс  деятельной  поверхности
 §  1.  Тепловой  баланс  и  его  составляющие 	408
 §  2.  Тепловой  поток  в  почву  и  теплоаккумуляция  почв 	410

ОГЛАВЛЕНИЕ
 €
 §  3.  Турбулентный  теплообмен  между  деятельной  поверхностью
 и  припочвенным  слоем  воздуха
 §  4.  Теплообмен  между  деятельной  поверхностью  и  припочвен¬
ным  воздухом  вследствие  процессов  испарения  и  конденса¬
ции
 §  5.  Определение  испарения  с  поля  по  методу  теплового  баланса
 Глава  II.  Теплообмен  в  почве
 §  1.  Общие  сведения  .  •
 §  2.  Комплекс  термических  характеристик  почвы
 §  3.  Методы  определения  термических  характеристик
 §  4.  Зависимость  термических  характеристик  почвы  от  химико¬
минералогического  состава  ее
 §  5.  Влияние  размеров  (дисперсности)  почвенных  частиц  на  тер¬
мические  свойства  почвы  ....  •
 §  6.  Зависимость  термических  характеристик  почвы  от  ее  темпе¬
ратуры
 §  7.  Связь  тепловых  свойств  почвы  с  ее  плотностью  и  пори¬
стостью  	•  ...
 §  8.  Зависимость  термических  характеристик  почвы  от  ее  влажности
 Глава  III.  Результативный  тепловой  эффект  в  почве  —  ее  темпе¬
ратура
 §  1.  Температура  почвы  и  факторы,  ее  определяющие
 §  2.  Методы  измерения  температуры  почвы
 Глава  IV.  Методы  прогнозирования  температурного  режима
в  почве
 §  1.  Прогноз  ночных  заморозков
 §  2.  Прогноз  температуры  почвы  по  заданному  прогнозу  погоды
 Глава  V.  Оценка  и  регулирование  теплового  режима  сельскохо¬
зяйственного  поля  под  влиянием  активного  воздей¬
ствия
 §  1.  Активное  воздействие  на  тепловой  режим  сельскохозяйст¬
венного  поля
 §  2.  Влияние  лесных  полос  на  тепловой  режим  сельскохозяй¬
ственного  поля
 §  3.  Влияние  орошения  на  тепловой  режим  сельскохозяйственного
 поля  .
 §  4.  Регулирование  теплового  режима  сельскохозяйственного
поля  путем  изменения  микрорельефа  почвы  ........
 §  5.  Тепловой  режим  почвы  при  различных  способах  обработки
§  6.  Мульчирование  как  тепломелиоративное  воздействие  на  почву
 Литература
 ЧАСТЬ  ЧЕТВЕРТАЯ
ВОДА  В  ПОЧВЕ
 Введение
 Глава  I.  Водные  свойства  почвы  и  их  физическая  природа
 §  1.  Об  адсорбции  газов  и  паров  почвами  .  .
 §  2.  Гигроскопичность  и  максимальная  гигроскопичность  почв  .  .
 424
 439
 443
 455
 456
 458
 472
 479
 482
 488
 493
 519
 530
 540
 562
 577
 578
 596
 616
 622
 629
 633
 635
 637
 654

ОГЛАВЛЕНИЕ
 7
 §  3.  Влажность  устойчивого  завядания  растений 	662
 §  4.  Максимальная  молекулярная  влагоемкость;  полевая  влаго¬
емкость;  капиллярная  влагоемкость 	675
 Глава  II.  Передвижение  капельно-жидкой  влаги  в  почве  под  воз¬
действием  различных  физических  сил
 §  1.  Передвижение  влаги  в  водонасыщенной  почве 	707
 §  2.  Передвижение  влаги  при  неполном  увлажнении 	716
 Глава  III.  Водный  режим  почв
 §  1.  Общие  сведения 	728
 §  2.  Влажность  почвы  и  методы  ее  измерения 	730
 §  3.  Водный  баланс  почв 	734
 §  4.  Роль  грунтовых  вод  в  водном  балансе  почв 	737
 §  5.  Основные  типы  водного  режима  почв 	740
 §  6.  Показатели  климатического  увлажнения  почв 	743
 Глава  IV.  Испарение  воды  почвой
 §  1.  Общие  сведения 	746
 §  2.  Факторы  испарения 	—
 §  3.  Испарение  из  почвы,  лишенной  растительности 	747
 §  4.  Испарение  из  почвы,  покрытой  растительностью 	752
 §  5.  Методы  измерения  испарения 	756
 Глава  V.  Распределение  типов  водного  режима  почв  в  соответ¬
ствии  с  климатом
 §  1.  Общие  сведения 	764
 §  2.  Водный  режим  дерново-подзолистых  почв 	765
 §  3.  Водный  режим  серых  лесных  почв 	776
 §  4.  Водный  режим  обыкновенных  черноземов 	782
 §  5.  Водный  режим  южных  черноземов  и  лугово-черноземных  почв  786
 §  6.  Водный  режим  каштановых  почв 	796
 §  7.  Водный  режим  сероземных  почв 	802
 Глава  VI,  Принципы  регулирования  водного  режима  почв
 §  1.  Общие  сведения 	809
 §  2.  Принцип  зональности  факторов  водного  режима  почв  ....  810
 §  3.  Принцип  капиллярности 	• 	811
 §  4.  Принцип  транспирации 	813
 Литература 	814
 ЧАСТЬ  ПЯТАЯ
АЭРАЦИЯ  ПОЧВЫ
 Плава  I.  Деятельность  живых  организмов  в  почве  и  потребность
в  аэрации
 §  1.  Почва  как  местообитание  микроорганизмов  и  корней  расте¬
 ний  	819
 §  2. 	Строение  почвы  и  почвенный 	воздух 	823
 §  3.  Интенсивность  потребления  кислорода  и  продуцирования
 (производства)  углекислоты  в 	почве 	829
 §  4. 	Потребность  растений  в  аэрации  почвы 	834

8
 ОГЛАВЛЕНИЕ
 Глава  II.  Газообмен  почвенного  воздуха
 §  1.  Газообмен  почвенного  воздуха  с  атмосферным  как  основной
 источник  пополнения  кислорода  в  почве  	 844
 §  2.  Условия  аэрации  почвы 	847
 §  3.  Действующие  факторы  аэрации  почвы  (механизм  газообмена)  848
 Глава  III.  Основные  закономерности  диффузии  газов  в  почве
 §  1.  Некоторые  теоретические  положения  о  диффузии  газов  в  по¬
ристых  телах  и  в  почве 	860
 §  2.  Методика  определения  коэффициента  диффузии  углекислоты
 в  почве 	865
 §  3.  Зависимость  скорости  диффузии  углекислоты  от  пористости
 (плотности)  воздушносухих  почв 	869
 §  4.  Зависимость  скорости  диффузии  углекислоты  от  влажности
 почвы 	874
 Глава  IV.  Физические  свойства  почв  недостаточного  и  избыточ¬
ного  увлажнения  и  пути  регулирования  аэрации
 § 	1. 	Условия  аэрации  почв  недостаточного  увлажнения 	880
 §  2.  Физические  свойства  почв  временного  избыточного  увлажне¬
ния  и  некоторые  агротехнические  приемы  по  улучшению  их
аэрации 	892
 Литература 	897
 Приложение.  Значение  коэффициентов  диффузии  для  пористых
 твердых  тел,  грунтов  и  почв 	899

ВВЕДЕНИЕ
 Настоящая  книга  посвящена  одной  из  наиболее  молодых
областей  физики  —  агрономической  физике.  В  ней  читатель  най¬
дет  основное  содержание  теории,  методов  и  экспериментальных
результатов,  накопленных  учеными  в  этой  отрасли  знаний.  На¬
ряду  с  этим  здесь  отражены  многочисленные  практические
приемы,  теоретические  основы  которых  разработаны  агрономи¬
ческой  физикой.
 Агрономия  является  комплексной  наукой.  По  самому  своему
содержанию  она  тесно  связана  с  рядом  смежных  наук.  Уже
давно  она  пользуется  результатами  биологических,  химических
и  других  наук.  Решающую  роль  в  изучении  состава  почвы,
потребности  растений  в  элементах  пищи  и,  наконец,  в  создании
мощной  индустрии  искусственных  удобрений  играла  и  играет
рсимическая  наука.  Возникшие  на  этой  основе  агрохимия  и  химия
почв  являются  теперь  неотъемлемой  частью  агрономии.  Они
в  немалой  степени  способствуют  непрерывному  повышению  уро¬
жайности  сельскохозяйственных  культур.
 Однако  регулирование  урожая  сельскохозяйственных  куль¬
тур  не  может  быть  достигнуто,  пока  нерегулируемыми  остаются
физические  факторы,  играющие  решающую  роль  в  жизни
растений.  К  последним  относятся  условия  освещения  рас¬
тений,  тепловой  режим  в  почве  и  в  приземном  воздухе,  усло¬
вия  влажности  почвы  и  воздуха  и,  наконец,  состав  воздуха
в  почве  и  в  прилегающем  к  поверхности  почвы  тонком  слое
атмосферы.
 Без  необходимого  количества  света  и  углекислоты  невоз¬
можна  основная  жизненная  функция  зеленого  растения  —
фотосинтез,  т.  е.  формирование  органического  вещества  из
неорганического.  Ясно  также,  что,  как  и  любая  иная
реакция,  фотосинтез  проходит  лишь  в  определенных  температур-

10
 ВВЕДЕНИЕ
 ных  условиях.  И  если  полное  его  прекращение  в  нормальных
условиях  наблюдается  редко,  то  заметное  снижение  интенсивно¬
сти  этой  реакции  имеет  место  уже  и  при  сравнительно  ничтож¬
ных  колебаниях  температуры  окружающей  среды.
 Решающее  значение  в  жизни  растений  имеет  также  и  вода.
Хорошо  известно,  какие  тяжелые  последствия  для  урожаев
•сельскохозяйственных  культур  наблюдаются  при  отсутствии  или
при  резком  недостатке  влаги.
 Поэтому  ясно,  насколько  важно  во  всех  деталях  разо¬
браться  в  том,  как  именно  воздействуют  на  процессы  жизне¬
деятельности  растений  изменения  физических  факторов;  найти
объективные  методы  измерения  света,  тепла,  состава  воздуха
и  воды;  теоретически  и  экспериментально  установить  закономер¬
ности  в  постоянных  изменениях  этих  условий  жизни  растений
и  на  этой  основе  изыскать  теоретически  обоснованные  и  прак¬
тически  приемлемые  приемы  их  регулирования  в  благоприятных
для  растений  направлениях.  В  сущности,  перечисленные  здесь
задачи  и  составляют  основное  содержание  агрономической  фи¬
зики  как  науки.
 Более  частной  задачей  этой  науки,  ярко  выражен¬
ной  в  деятельности  творческого  коллектива  Агрофизического
научно-исследовательского  института,  является  изыскание  путей
всестороннего  использования  в  агрономии  достижений  новейшей
физики,  ее  теоретических,  методических  и  экспериментальных
результатов.  Именно  этим  объясняется  все  более  широкое  при¬
менение  для  решения  теоретических  и  практических  задач  в  агро¬
номии  достижений  физики  в  области  атомного  ядра,  полупровод¬
ников,  электроники  и  в  других  новейших  направлениях  физиче¬
ских  исследований.  На  этом  новом  пути  агрономическая  физика
имеет  немало  достижений,  которые  в  известной  мере  получили
отражение  в  настоящей  книге.
 Нельзя  не  отметить,  что  агрономическая  физика  —  молодая
наука.  Ее  формирование  началось  только  в  самом  конце  прош¬
лого  столетия.  В  России  основоположниками  ее  были,  главным
образом,  крупные  почвоведы  и  агрономы.  Агрономическая  фи¬
зика  начала  формироваться  при  участии  В.  В.  Докучаева  и
 К. 	А.  Тимирязева,  П.  А.  Костычева  и  А.  А.  Измаильского,
 А. 	Г.  Дояренко  и  В.  Г.  Ротмистрова,  В.  Р.  Вильямса  и  целого

ВВЕДЕНИЕ
 И
 ряда  других  исследователей.  Заслуга  всех  этих  крупнейших
ученых  состоит  в  том,  что  они  впервые  обратили  внимание  на
важность  физических  факторов  в  жизни  растений  и  сформули¬
ровали  в  качестве  главной  задачу  всестороннего  их  изучения,
а  некоторые  из  них  показали  очень  существенные  направления
их  регулирования.
 Вместе  с  тем  нельзя  не  отметить  и  ограниченности  первого
периода  развития  агрономической  физики.  Основные  результаты
были  получены  главным  образом  путем  наблюдений  в  поле,  без
строгого  физического  эксперимента,  а  тем  более,  без  математи¬
ческого  анализа  физических  явлений  и  процессов.  В  связи
с  этим,  несмотря  на  выдающиеся  творческие  достижения  многих
исследователей  того  времени,  им  редко  удавалось  создать  закон¬
ченные,  убедительно  доказанные  теории.
 После  Великой  Октябрьской  социалистической  революции,
главным  образом  в  тридцатых  годах,  в  связи  с  коллективизацией
и  индустриализацией  нашего  сельского  хозяйства  и  открывши¬
мися  возможностями  для  введения  мероприятий  по  регулирова¬
нию  внешних  условий  жизни  растений  в  широком  масштабе,
исследования  по  агрофизике,  особенно  по  физике  почв,  приобре¬
тают  небывалый  размер.  В  это  время  начинают  интенсивные
исследования  уже  не  одиночки-ученые,  а  большие  коллективы
исследователей  в  Москве,  Ленинграде,  Украинской,  Узбекской,
Грузинской,  Азербайджанской,  Белорусской  и  ряде  других  Союз¬
ных  Республик.  Именно  этот  размах  позволяет  в  сравнительно
короткий  срок  накопить  большой  материал,  использованный  при
написании  настоящей  книги.
 Первая  часть  книги  посвящена  проблеме  —  растение  и  свет.
Как  известно,  решающими  в  этой  проблеме  являются  такие
вопросы:  потребная  для  наиболее  быстрого  роста,  развития  и
максимального  накопления  сырой  и  сухой  массы  интенсивность
светового  потока,  длительность  ежесуточного  освещения  (фото¬
периодизм),  оптимальный  спектральный  состав  света,  коэффи¬
циент  полезного  действия  света  в  зеленом  растении,  зависимость
действия  того  или  иного  светового  потока  от  условий  темпера¬
туры,  питательного  режима,  водоснабжения  растения  и  т.  д.
По  этим  вопросам  накоплен  большой  фактический  материал
в  естественных  условиях.

12
 ВВЕДЕНИЕ
 Не  умаляя  всех  преимуществ  изучения  указанных  вопросов
в  природных  условиях,  мы  все  же  не  можем  не  учитывать  почти
непреодолимых  трудностей,  встающих  перед  экспериментатором
в  связи  с  резко  переменными  условиями,  складывающимися
в  природе  в  результате  постоянно  меняющихся  облачности,  окру¬
жающей  температуры,  влажности  воздуха  и  т.  д.
 Огромные  возможности  открылись  в  связи  с  широко  разви¬
тыми  в  последние  десятилетия  работами  по  культуре  растений
на  электрическом  освещении.  В  условиях  искусственного  осве¬
щения  значительно  легче  удается  сохранить  постоянство  внешних
условий  в  течение  всего  вегетационного  периода  или,  скажем,
в  продолжение  той  или  иной  фазы  развития  растений.  Это  позво¬
лило  выявить  многие  важные  закономерности  в  жизни  растений.
Вместе  с  тем  культура  растений  на  электрическом  свете  позво¬
ляет  вести  физиологические  и  другие  исследования  с  растением
в  течение  всего  года.
 В  первой  части  книги  (I  гл.  —  А.  Ф.  Чудновский,  II—V  гл.  —
Б.  С.  Мошков),  изложены  методические  основы  приемов  свето¬
культуры  растений  и  результаты  многочисленных  исследований
в  этой  области.
 Все  остальные  части  книги  —  вторая,  третья,  четвертая  и  пя¬
тая—  посвящены  проблемам  физики  почвы.  Здесь  .прежде  всего
рассматриваются  поведение  и  основные  законы  трех  фазовых
составных  частей  почвы:  твердой,  жидкой  и  газообразной,
а  кроме  того,  большое  место  уделено  тепловому  режиму  почвы
и  прилегающего  слоя  воздуха.  Твердая  фаза  почвы  является
определяющей  для  других  ее  составных  частей:  в  зависимости
от  ее  состояния  ведут  себя  по-разному  тепло,  вода  и  воздух
в  почве.
 Среди  основных  качеств  твердой  фазы  решающим  является
степень  ее  дисперсности  и  размельченности.  От  этой  последней
зависят  все  вторичные  образования  (агрегирование)  в  почве,
а  дисперсностью  и  степенью  агрегирования  определяются  плот¬
ность,  поглотительная  способность,  влагоемкость,  воздухоем-
кость,  теплоемкость  и  теплопроводность  почвы  и  ряд  других  ее
свойств,  в  частности  свойства  почвы  как  объекта  механической
обработки.  Именно  по  этой  причине  в  I  главе  второй  части
главное  внимание  уделено  дисперсному  составу  почв  или  их

ВВЕДЕНИЕ
 13
 механическому  составу  и  структурному  состоянию.  Усвоив  это,
значительно  легче  разобраться  во  всех  других  вопросах  физики
почв.  Несомненный  интерес  вызывает  изложенная  в  этой  главе
физическая  теория  образования  микро-  и  макроагрегатов  в  почве
и  возникновения  их  водопрочности.  Здесь  описаны  также  основ¬
ные  методы  определения  устойчивости  почвенных  агрегатов
к  разрушающему  действию  воды.  Много  места  отведено  рассмо¬
трению  природных  процессов  структурообразования  под  влия¬
нием  различных  агентов:  в  частности  детально  изложены  воз¬
можности  непосредственного  воздействия  на  структуру  почвы
обработкой  ее  в  состоянии  максимального  увлажнения.  Важно
также  отметить,  что  вследствие  строгости  и  точности  применен¬
ных  в  последние  годы  физических  экспериментов,  удалось  всем
теориям  придать  количественный  характер.
 Все  перечисленные  вопросы  объединены  во  вторую  часть
книги,  написанную  П.  В.  Вершининым.
 Особенно  интересным  представляется  материал,  изложенный
в  третьей  части  книги,  написанной  А.  Ф.  Чудновским  и  посвя¬
щенной  тепловому  режиму  почвы.  Несмотря  на  колоссальное
значение  тепла  для  всех  процессов  в  почве  и  в  растении,  этому
вопросу  в  специальной  литературе  и  до  сих  пор  уделялось  ни¬
чтожное  место.  Естественно,  что  науку  о  тепловом  режиме  за
последнее  время  пришлось  создавать  заново.  Результаты  этих
обширных  исследований  изложены  в  настоящей  книге.
 В  итоге  рассмотрения  теплового  баланса  деятельной  поверх¬
ности  удается  построить  удобные  и  точные  схемы  определения
всех  тепловых  потоков,  составляющих  этот  баланс.  В  частности,
знание  величины  теплового  потока  в  почву  позволяет  решать
задачи  о  скорости  прогрева  почвы.  В  настоящее  время  уже  нако¬
плен  большой  фактический  материал  по  зависимости  скорости
прогрева  почвы  от  влажности,  плотности,  минералогического
состава  и  других  свойств  почвы.  Очень  интересны  и  другие  вы¬
воды  из  анализа  теплового  баланса.  Прежде  всего,  детальное
рассмотрение  его  позволяет  учесть  количество  тепла,  расходуе¬
мого  на  испарение.  Ясно,  что  если  речь  идет  о  паровом  (свобод¬
ном  от  растительности)  поле,  то  таким  путем  устанавливается
так  называемое  физическое  испарение,  или  испарение  из  почвы.
Если  же  поле  находится  под  той  или  иной  растительностью,  то

14
 ВВЕДЕНИЕ
 имеется  в  виду  суммарное  испарение  (транспирация  вместе
с  физическим  испарением).
 Учет  испарения  по  тепловому  балансу  в  настоящее  время  все
больше  завоевывает  права  гражданства  и  получает  широкое  рас¬
пространение.  На  основе  рассмотрения  теплового  баланса
удается  проанализировать  действие  на  температурный  режим
различных  агротехнических  мероприятий  и  приемов  обработки.
 Большой  интерес  всегда  вызывают  новые  возможности  прог¬
ностического  характера,  открывающиеся  также  в  результате  изу¬
чения  теплового  баланса.  Так,  удалось  построить  чисто  физико-
математическую  теорию  прогноза  радиационных  заморозков.
Появилась  также  возможность  по  прогнозу  температуры  воздуха
давать  прогнозы  на  сравнительно  длительный  период  тем¬
пературы  в  пахотном  слое  почвы,  что  представляет  несом¬
ненный  практический  интерес,  особенно  в  весенний  период,,
когда  устанавливаются  возможные  сроки  сева  теплолюбивых
культур.
 В  следующей,  четвертой,  части  книги,  написанной  М.  К.  Мель¬
никовой  (гл.  I—II)  и  Б.  Н.  Мичуриным  (гл.  III—VI),  рассматри¬
вается  водный  режим  почвы,  занимающий  особое  место  в  физике
почв  в  силу  того,  что  почвенная  влага  является  основным  источ¬
ником  материала  для  построения  организма  растений;  почвенная
влага  делает  энергетически  возможным  существование  растения
как  живого  организма.  Без  испарения  (транспирации)  в  некото¬
рых  случаях  растение  нормально  существовать  не  может  вслед¬
ствие  сильного  перегрева.  Вода  является  определяющим  агентом
для  любых  почвенных  процессов,  начиная  от  простейшего  физи¬
ческого  выветривания  породы  и  кончая  сложнейшими  физико¬
химическими  процессами  поглощения,  обмена,  выноса  и  т.  д.
С  содержанием  влаги  в  почве  родственно  связаны  явления  эро¬
зии  (водной  и  ветровой)  почвы.  Наконец,  от  содержания  влаги
в  почве  зависят  многочисленные  другие  ее  свойства;  скорость,
замерзания  и  оттаивания  почвы  и  т.  д.
 Вместе  с  тем  еще  недавно,  а  во  многих  случаях  и  до  сих  пор,
для  познания  водного  режима  велись  только  массовые  определе¬
ния  влагосодержания  в  почве.  Но  нельзя  не  учитывать,  что
содержание  влаги  в  почве,  или,  что  то  же  самое,  влажность
почвы,  является  результатом  большого  числа  процессов,  нередко

ВВЕДЕНИЕ
 15‘
 действующих  в  прямо  противоположных  направлениях:  осадков
и  испарения,  притока  и  оттока  в  другие  слои  почвы,  конденсации
и  диффузии  влаги.  Влажность  почвы  является  результирующей
всех  этих  процессов.  Не  зная  законов,  по  которым  идут  про-
цессы  испарения  почвенной  влаги,  движения  ее  при  различных,
уровнях  увлажнения,  процессы  конденсации  и  диффузии,  нельзя
и  мечтать  о  полном  овладении  режимом  влажности  почвы,  о  ре¬
гулировании  этих  процессов.
 Поэтому  четвертая  часть,  посвященная  почвенной  влаге,
устремлена  ко  всестороннему  ознакомлению  читателя  не  только
с  водными  константами,  не  только  с  физической  природой  каж¬
дой  из  них,  но  и  к  созданию  полного  представления  о  механизме
движения  воды  в  почве,  о  количественных  закономерностях
такого  движения.
 В  этой  же  части  приведены  исчерпывающие  данные  о  водном
балансе  почв.  На  основе  рассмотрения  процессов  движения
влаги  и  водного  баланса  почвы  сделаны  рекомендации  по  регу¬
лированию  водного  режима  почв.
 В  последней,  пятой,  части,  написанной  Н.  П.  Поясовым,  рас¬
сматриваются  вопросы  воздушного  режима  почвы.  Из  много¬
численных  вопросов,  могущих  быть  включенными  в  этот  раздел,
автор  избрал,  несомненно,  наиболее  важные.  Они  касаются
проблем:  растение  и  состав  почвенного  воздуха,  процессы,
обусловливающие  образование  в  почве  углекислоты  и  потребле¬
ние  кислорода,  процессы  воздухо-  или  газообмена  между  почвен¬
ным  и  атмосферным  воздухом.  В  этой  связи  особенно  подробно
рассмотрен  главный  фактор  газообмена  —  диффузия  углекис¬
лоты  из  почвы  в  атмосферу  и  зависимость  скорости  этого  про¬
цесса  от  пористости,  влажности  и  структуры  почвы.  Приведено*
описание  современного  метода  изучения  диффузии  газов  из
почвы  или  в  почву,  а  также  наиболее  приемлемые  методы  изуче¬
ния  состава  почвенного  воздуха.  В  заключение  даны  сведения
по  скорости  диффузии  для  различных  почв.
 На  основе  данных  по  структуре  почвы,  по  физическим  пред¬
ставлениям,  развитым  в  других  главах,  правильно  решаются
вопросы  обработки  почвы:  сроки  сева,  влажность  обработки,
оптимальное  состояние  поверхности  почвы  по  плотности  и  т.  д.
 Рассмотренные  в  книге  материалы  служат  теоретической

16
 ВВЕДЕНИЕ
 основой  мелиорации  и  ирригации  почв;  данные  по  тепловому
режиму  позволяют  вплотную  подойти  к  решению  задач  тепловой
мелиорации  почв;  они  же  дают  основания  для  оценки  роли  оро¬
шения,  лесных  полос  и  других  мероприятий  в  формировании
теплового  режима  почв.  Следовательно,  материалы  этой  книги
важны  не  только  в  теоретическом,  но  и  в  чисто  практическом
аспектах.  Здесь,  пожалуй  впервые,  с  достаточной  полнотой
собраны  все  физические  методы,  которыми  пользуется  современ¬
ная  агрофизика  и  которые  рекомендуются  для  широкого  исполь¬
зования.  Нельзя,  однако,  не  отметить,  что  в  книге  не  исчерпана
тематика  современной  агрофизики.  Из  рассмотрения  авторов
совсем  выпало  воздействие  на  почву  и  растение  таких  физиче¬
ских  факторов,  как  рентгеновы  лучи,  гамма-  и  бета-излучение,
ультразвуки,  сверхвысокие  частоты  и  др.,  по  которым  с  каждым
днем  накапливается  все  больше  материалов.  Последние,  веро¬
ятно,  составят  содержание  специального  труда.
 Трудности  создания  подобной  книги  вызваны  тем,  что  ее
содержание  должно  быть  интересно  широкому  кругу  читателей
и  притом  самых  разнообразных  специальностей:  физикам,  агро¬
номам,  почвоведам,  гидротехникам  и  мелиораторам  и  т.  п.  Учи¬
тывая  отсутствие  в  литературе  подобного  труда,  авторы  hn  уш
в  виду  также  и  читателей  с  широким  диапазоном  подготогки:
студентов  и  аспирантов,  научных  работников,  специалистов-прак-
тиков  в  соответствующих  областях  упомянутых  наук  и  препода¬
вателей  физики  сельскохозяйственных  вузов.
 Эти  и  другие  трудности,  вероятно,  обусловили  немало  н  до¬
статков  предлагаемого  вниманию  читателей  труда,  и  требу  тся
весьма  большая  и  длительная  работа  по  дальнейшему  ус  юр-
шенствованию  содержания,  характера  и  стиля  «Основ  агр  фи¬
зики».
 Считаю  своим  приятным  долгом  отметить  большую  помощь,
оказанную  мне  моим  ближайшим  сотрудником  проф.  А.  Ф.  Чуд-
новским  при  подготовке  и  редактировании  настоящего  труда.
 Академик  А.  Ф.  Иоффе

ЧАСТЬ  ПЕРВАЯ
 СВЕТ  И  РАСТЕНИЕ
 ГЛАВА  I
 ЛУЧИСТАЯ  ЭНЕРГИЯ
§  1.  Солнечная  радиация
 Лучистая  энергия  солнца  —  солнечная  радиация  —  главный
источник  энергии  'на  земле.  По  сравнению  с  ней  энергия,  полу¬
чаемая  землей  от  других  источников,  ничтожна.
 Несмотря  на  то,  что  на  землю  притекает  лишь  менее
1/200  000  доли  того,  что  солнце  излучает,  роль  этой  притекающей
солнечной  радиации  является  решающей  во  всех  процессах  на
земле.  Превращаясь  в  другие  формы  энергии  —  механическую,
химическую,  тепловую  и  т.  д.,  солнечная  радиация  определяет
собой  почти  все  органические  и  неорганические  процессы  на
земле,  обуславливает  основные  механические  и  энергетические
явления  как  в  атмосфере,  так  и  в  поверхностных  слоях  земной
коры.  Выясним  прежде  всего,  в  каком  виде  и  сколько  из  этого
огромного,  непрерывно  льющегося  потока  радиации  получает
почва  и  произрастающие  на  ее  поверхности  растения.
 .Следует  иметь  в  виду,  что  солнечная  радиация,  проходя  через
земную  атмосферу,  претерпевает  сложные  преобразования  вслед¬
ствие  рассеяния  и  поглощения.  Молекулы  газов,  входящих
в  состав  атмосферы,  частички  пыли,  мгла,  капли  воды  и  т.  п.,
рассеивая,  т.  е.  отклоняя  лучи  от  прямого  пути  во  все  стороны
как  в  обратном  (т.  е.  в  мировое  пространство),  так  и  в  направ¬
лении  земли,  в  то  же  время  поглощают  (особенно  водяной  пар
и  озон)  часть  падающей  на  них  солнечной  радиации  и  сами
нагреваются.  Ослабленная  таким  образом  радиация  также
частично  достигает  земли.
 Таким  образом,  на  землю  падают  три  вида  солнечной  ра¬
диации:
 1) 	прямой  поток  параллельных  лучей,  идущих  от  солнца,—
так  называемая  прямая  солнечная  радиация;

18
 ЛУЧИСТАЯ  ЭНЕРГИЯ
 [гл.  I
 2) 	ослабленный,  вследствие  рассеяния,  поток  радиации,  па¬
дающий  на  землю  под  самыми  различными  углами,  —  так  назы¬
ваемая  рассеянная  солнечная  радиация;
 3) 	ослабленный  вследствие  процесса  поглощения  поток  ра¬
диации,  также  попадающий  на  землю  с  разных  сторон,  —  так
называемое  противоизлучение  атмосферы.
 Прямая  и  рассеянная  радиации  состоят  из  коротких  световых
волн,  противоизлучение  же  представляет  собой  длинноволновую
радиацию.  Следует  иметь  в  виду,  что  солнечная  радиация,  при¬
текающая  к  земле,  содержит  целый  набор,  или  спектр,  световых
(электромагнитных  по  своей  природе)  волн.  Этот  спектр  может
быть  разделен  на  три  области:
 1) 	инфракрасные  лучи  с  длиной  волны  Я  >  0,75  мк,  причем
до  я  =  25  мк  имеют  в  виду  близкую  часть  инфракрасной  обла¬
сти,  а  свыше  25  мк  (вплоть  до  1000  мк)  —  далекую;
 2) 	видимые  лучи,  воспринимаемые  глазом,  длина  которых
укладывается  в  пределах  0,4—0,75  мк\
 3) 	ультрафиолетовые  лучи  с  длиной  волны  Я  <  0,4  мк  (часть
области,  ограниченная  участком  Я  =  0,4—0,3  мк,  называется
близкой;  часть,  лежащая  в  границах  Я  =  0,3—0,2  мк—дале¬
кой;  часть,  охватываемая  интервалом  Я  =  0,2—0,001  мк,  —  ва¬
куумной).
 Прямая  и  рассеянная  радиации  входят  в  основном  в  состав
видимой  области  спектра,  представляя  собой  коротковолновую
радиацию,  а  противоизлучение  атмосферы  входит  в  состав
инфракрасной  области  спектра  и  является  длинноволновой
радиацией.  Различные  длины  волн,  воспринимаемые  глазом,
создают  в  мозгу  впечатление  разных  цветов,  например,  фиолето¬
вые  соответствуют  интервалу  длин  волн  400—440  ммк,  синие  —
440—490  ммк,  зеленые  —  490—565  ммк,  желтые  —  565—595  ммк,
оранжевые  —  595—620  ммк,  красные  —620—760  ммк.
 Солнце  излучает,  как  абсолютно  черное  тело  (т.  е.  такое,  ко¬
торое  поглощает  все  падающие  на  него  лучи).  Спектр  абсолютно
черного  тела  при  температуре  его  излучающей  поверхности
ориентировочно  в  6000°  К  имеет  вид,  изображенный  на  рис.  1.
Этот  рисунок  показывает,  как  энергия  излучения  такого  тела  за¬
висит  от  длины  волны.  Максимум  энергии  приходится  приблизи¬
тельно  на  500  ммк  (зелено-голубая  часть  видимого  участка
спектра).  На  участки  ниже  0,17  мк  и  выше  4  мк  приходится
всего  лишь  1  %  всей  энергии,  излучаемой  солнцем.  Следует  иметь
в  виду,  что  сама  атмосфера  будет  также  излучать,  как  абсолютно
черное  тело.  (Мы  приписываем  ей  температуру  стратосферы,  как
наиболее  протяженной  части  атмосферы,  т.  е.  —73°  С;  максимум
спектра  излучения  при  —73°  С  приходится  на  длину  волны,
равную  15  мк,  а  весь  интервал  волн  этого  спектра  равен
4—120  мк.)

СОЛНЕЧНАЯ  РАДИАЦИЯ
 19
 §  П
 Спектр  солнечной  радиации,  доходящей  до  земли,  предста¬
вляет  собой  сложную  картину  наложения  обоих  спектров:  солнца
и  земной  атмосферы.  При  этом  следует  иметь  в  виду,  что  часть
лучей  (одних  длин  волн)  будет  поглощаться  атмосферой  солнца,
а  другая  часть  (с  другими  длинами  волн)  поглотится  при  прохо¬
ждении  земной  атмосферы.  Это  приведет  к  тому,  что  вместо  не¬
прерывной  гладкой  кривой  получится  кривая,  испещренная  мно¬
жеством  горбов  и  углублений,  а  при  наблюдении  в  специальный
прибор,  служащий  для  исследования  спектров  —  спектроскоп,  мы
увидим  в  этих  местах  темные  линии  и  полосы,  соответствующие
местам  поглощения  волн  данных  длин  (подробнее  об  этом  см.
в  следующем  параграфе).
 Рис.  1.  Распределение  энергии  в  спектре  излучения  абсолютно
черного  тела  при  6000°  К.
 Количественная  оценка  притока  солнечной  радиации  к  дея¬
тельной  поверхности  *)  зависит  от  времени  года,  часа  суток,  гео¬
графического  расположения  интересующего  нас  пункта  на  земле
и  рельефа  местности.
 Склоны,  долины,  холмы  и  другие  неровности  местности,
даже  характер  микрорельефа  (борозды,  гребни,  валы),  будут
влиять,  благодаря  различной  крутизне  и  различной  по  отно¬
шению  к  солнцу  ориентации,  на  величину  притоков  солнечной
радиации.  Растительный  покров,  особенно  в  период  активной
вегетации,  также  влияет  на  радиационные  притоки.  Для  солнеч¬
ных  лучей  он  является  своего  рода  ярко  выраженной  шерохова¬
тостью.  Однако  основным  фактором,  ослабляющим  солнечную
радиацию,  является  атмосфера.
 *)  Под  деятельной  поверхностью  имеется  в  виду  та  активная  поверх¬
ность,  на  которой  происходит  превращение  солнечной  радиации  в  другие
виды  энергии.
 2*

20
 ЛУЧИСТАЯ  ЭНЕРГИЯ
 [ГЛ.  I
 §  2.  Ослабление  солнечной  радиации  в  атмосфере
 При  прохождении  солнечного  луча  через  многие  десятки  кило¬
метров  атмосферы  интенсивность  его  резко  падает  благодаря
как  рассеянию,  так  и  поглощению  света.  Для  обоих  этих  процес¬
сов  в  настоящее  время  в  основном  выяснены  причины  и  важней¬
шие  факторы,  их  определяющие.  Так,  например,  известно,  что
чем  больше  длина  волны,  падающей  на  частицу  (молекулу,  пы¬
линку),  тем  свободнее  она  проходит  через  среду.  Наиболее
сильно  рассеиваются  короткие  —  синие  и  фиолетовые  лучи.  Ин¬
тенсивность  рассеянного  света  уменьшается  обратно  пропорцио¬
нально  четвертой  степени  длины  волны.  Теория  дает  в  настоящее
время  возможность  количественно  оценить  ослабление  лучистой
энергии  в  зависимости  от  количества  рассеивающих  молекул
в  единице  объема,  от  показателя  преломления  света  в  воздухе,
от  расстояния  точки  наблюдения  до  рассеивающей  частицы,  от
угла,  под  которым  происходит  рассеяние.  При  этом  необходимо
учитывать  изменение  с  высотой  плотности  воздуха,  температуры,
отклонения  давления  от  нормального,  наличие  отдельных  слоев
озона,  аэрозолей  и  т.  п.,  обладающих  повышенным  ослабляющим
действием  лучей.  Большое  влияние  на  процесс  рассеяния  света
оказывают  размер  и  форма  частиц.  В  сухой  и  чистой  атмосфере
рассеяние  происходит  на  молекулах,  составляющих  атмосферу,
т.  е.  на  частицах  крайне  малого  размера,  величина  которых  зна¬
чительно  меньше  длины  световых  волн,  падающих  на  них.  В  этом
случае  теоретические  расчеты  значительно  упрощаются,  особенно,
если  принять,  как  это  обычно  делается,  что  молекулы  —  непро¬
зрачные  твердые  шарики.  В  реальной,  т.  е.  во  влажной  и  запы¬
ленной,  атмосфере  размеры  частиц  могут  быть  и  сравнимы  и
значительно  больше  длины  падающей  на  них  волны.  Кроме  того,
частицы  имеют  самые  замысловатые  очертания  и  формы,  причем
некоторые  из  них,  например  частицы  пыли,  непрозрачны,  а  дру¬
гие,  как,  например,  дождевые  капли,  —  оптически  прозрачны.
Расчеты  рассеяния  послабления  света  при  этом  усложняются,  и
закономерности  этих  процессов  становятся  несколько  иными
(К.  С.  Шифрин,  1950  и  1951).  Мы  не  имеем  возможности  здесь
вникать  в  существо  процессов  рассеяния  и  рассматривать  тонко¬
сти  этих  сложных  явлений.
 Другая  категория  причин,  приводящих  к  ослаблению  солнеч¬
ной  радиации,  кроется  в  поглощении  света  постоянными  газами
атмосферы  и  атмосферной  влагой  и  пылью  (К.  Я.  Кондратьев,
1950—1956).  В  результате  этого  солнечный  спектр  приобретает
более  сложный  вид,  чем  изображенный  на  рис.  1,  который  по¬
строен  в  предположении  отсутствия  атмосферы.  Все  области  по¬
глощения  реального  спектра  детально  изучены  (рис.  2).  Резкий
обрыв  со  стороны  ультрафиолетовой  части  спектра  у  X  =  0,3  мк

ОСЛАБЛЕНИЕ  СОЛНЕЧНОЙ  РАДИАЦИИ  В  АТМОСФЕРЕ
 21
 §  2]
 объясняется  полным  поглощением  всех  более  коротких  волн  озо¬
ном,  находящимся  в  атмосфере  на  высоте  20—50  км.  Правда,
длина  волны,  при  которой  происходит  обрыв,  зависит  от  положе¬
ния  солнца  на  небосводе.  По  мере  приближения  солнца  к  гори¬
зонту  положение  обрыва  заметно  перемещается  в  сторону  более
длинных  волн.  Если  при  высоте  солнца  в  10°  обрыв  спектра  при¬
ходится  на  0,316  мк,  то  при  высоте  60°  он  приходится  на
0,298  мк.  Это  соответствует  известному  факту,  в  силу  которого
концентрация  ультрафиолетовых  лучей  в  дневное  время  значи¬
тельно  больше,  чем  в  вечернее.  Обрыв  спектра  справа  у  инфра¬
красной  области  объясняется  интенсивным  поглощением  всех
 Рис.  2.  Распределение  энергии  в  спектре  солнечной  радиации  при
различных  высотах  солнца.
 волн  длиннее  2,7  мк  водяным  паром.  Особенно  широкие  и  ча¬
стые  полосы  поглощения  имеют  место  в  области  X  =  0,9—3  мк.
В  промежутке  между  0,3—2,7  мк  полосы  поглощения  обусло¬
влены  поглощательной  способностью  водяного  пара  (0,72;  0,81;
0,93;  1,43;  1,42;  1,8;  2,01;  2,05  мк),  а  затем  кислорода  (0,69;
0,76  мк).  Полосы  поглощения  в  инфракрасной  и  в  далекой  ультра¬
фиолетовой  областях  имеют  место  также  из-за  наличия  углекис¬
лоты.  В  интервале  волн  13—18  мк  заметны  ничтожные  следы
поглощения  спектра.  Очень  сильно  поглощает  свет  в  инфракрас¬
ной  области  атмосферная  влага.  Однако,  учитывая  слабую  ин¬
тенсивность  солнечной  радиации  в  далекой  ультрафиолетовой  и
инфракрасной  областях,  а  также  принимая  во  внимание  малое
содержание  жидкой  влаги  по  сравнению  с  водяным  паром  в  ат¬
мосфере,  можно  утверждать,  что  атмосферная  влага  и  углекис¬
лота  играют  малую  роль  в  процессах  поглощения  солнечной
радиации.  Прямо  противоположный  вывод  следует  сделать  отно¬
сительно  влияния  на  те  же  процессы  атмосфернбй  пыли.
 Распределение  энергии  в  солнечном  спектре  у  земной  поверх¬
ности  в  сильной  мере  зависит  от  высоты  солнца:  при  высоте

22
 ЛУЧИСТАЯ  ЭНЕРГИЯ
 [ГЛ.  I
 солнца  в  40°  на  ультрафиолетовую  область  приходится  1%,  ви¬
димую  40%  и  инфракрасную  59%  от  всей  энергии.  При  другой
высоте  получается  другое  распределение  энергии  между  обла¬
стями  спектра:  чем  ниже  солнце,  тем  резче  изменения  в  этом  со¬
отношении.  Лишь  начиная  с  высоты  в  20—30°  соотношение  энер¬
гии  в  различных  областях  спектра  становится  довольно
постоянным  при  разных  положениях  солнца  на  небосводе.
 Не  только  соотношение  между  энергией  в  различных  участках
спектра  и  расположение  края  обрыва,  но  и  максимум  спектра
зависят  от  высоты  солнца.  Если  для  солнца  в  зените  максимум
спектра  приходится  на  желтую  часть,  то  с  понижением  высоты
солнца  он  перемещается  в  красную  часть.  Колебания  энергии
в  зависимости  от  положения  солнца  на  небосводе  наиболее  ве¬
лики  для  коротких  волн.  Измерения,  проведенные  на  специаль¬
ных  установках  —  спектрофотометрах,  показывают,  что  при
подъеме  солнца  от  10°  до  его  положения  в  полуденное  время
происходит  общее  прибавление  энергии  по  всему  спектру  (по
всем  длинам  волн)  на  25%;  при  этом  в  различных  участках
спектра  это  возрастание  энергии  оказывается  резко  неравномер¬
ным:  для  красных  лучей  имеет  место  даже  уменьшение  на  25%,
для  желтых  —  постоянство,  для  зеленых  —  возрастание  в  1,5  раза,
для  синих  —  возрастание  в  3  раза.  В  соответствии  со  сказанным
легко  объяснить  большое  содержание  инфракрасных  лучей  в  сол¬
нечном  спектре  в  северных  широтах  по  сравнению  с  южными  и
возрастание  инфракрасной  и  красной  составляющих  к  зимнему
периоду  для  любой  широты.  По-видимому,  рост  инфракрасной
радиации  к  северу  и  в  зимнее  время  обусловлен  низким  положе¬
нием  солнца  и  малым  содержанием  водяного  пара  для  указан¬
ных  широт  и  времени  года.
 Чтобы  количественно  оценить  влияние  процессов  поглощения
и  рассеяния  в  отдельности  и  в  совокупности  на  величину  притока
солнечной  радиации  к  почве,  введем  некоторые  понятия  для  ха¬
рактеристик  этих  притоков  и  тех  факторов,  которые  ведут  к  их
ослаблению.
 Под  потоком  солнечной  радиации  I  будем  понимать  величину,
равную  количеству  лучистой  энергии,  получаемой  в  единицу  вре¬
мени  единицей  площади,  расположенной  в  направлении,  перпен¬
дикулярном  солнечным  лучам.  Солнечная  постоянная  /0  пред¬
ставляет  собой  такой  поток  солнечной  радиации,  который  имел
бы  место  у  земной  поверхности,  если  бы  земная  атмосфера  или
отсутствовала,  или  была  совершенно  прозрачной.  Таким  образом,
при  среднем  расстоянии  между  землей  и  солнцем,  величина  /0
численно  равна  количеству  энергии  (в  калориях),  приходящейся
в  единицу  времени  (1  мин.)  на  единицу  площади  (1  см2)  поверх¬
ности,  перпендикулярной  к  солнечным  лучам  и  расположенной
за  пределами  атмосферы.

§  2) 	ОСЛАБЛЕНИЕ  СОЛНЕЧНОЙ  РАДИАЦИИ  В  АТМОСФЕРЕ
 23
 В  действительности  замечены  некоторые  колебания  (в  пределах
5%  от  среднего  значения)  величины  /0  в  связи  с  изменением  сол¬
нечной  активности  и  годового  изменения  расстояния  от  земли  до
солнца,  но  эта  тонкость  нами  не  учитывается.  Из  определения
величин  /  и  /0  вытекает  следующая  связь  между  ними:
 где  R  —  расстояние  между  землей  и  солнцем,  выраженное  в  еди¬
ницах  среднего  расстояния  и  приближенно  равное  единице.
 Формула  (1)  получается  на  том  основании,  что  полный  поток
солнечной  радиации  за  пределами  атмосферы  в  каждый  данный
момент  при  расстоянии  от  земли  до  солнца,  равном  /&,  не  отли¬
чается  от  величины  того  же  потока  при  среднем  расстоянии  ме¬
жду  землей  и  солнцем  /?0.  Иными  словами:
 вечной  радиации,  который  создает  освещенность  в  1  355  000  лк
на  площадке,  расположенной  на  верхней  границе  атмосферы,
ориентированной  перпендикулярно  солнечным  лучам.
 Ослабление  потока  прямой  солнечной  радиации  dl  тем
больше,  чем  больше  плотность  воздуха  р  и  чем  больше  пройден¬
ный  путь  лучей  dl.  Ввиду  этого
 где  а  —  коэффициент  ослабления  радиации.  По  существу  каждая
длина  волны  ослабляется  по-разному,  и  выражение  (2)  имеет
смысл  для  данной  длины  волны  X.  Иными  словами,  для  моно¬
хроматического  света  справедливо
 а  весь  поток  монохроматического  света  у  земной  поверхности
найдем  путем  интегрирования  выражения  (3)  по  всему  пути  лу¬
чей  от  уровня  земли  (0)  до  границ  атмосферы  (оо):
 (1)
 47r$/  =  4rD?'
 Величина  /о  ^  2  кал/см2  мин  соответствует  такому  потоку  сол-
 dl  —  —  alp  dl,
 (2)
 dl\  —  —  aj  xP  dl.
 (3)
 oo
 h  —  h,e
 (4)

24
 ЛУЧИСТАЯ  ЭНЕРГИЯ
 [гл.  I
 Здесь  введены  следующие  обозначения:
 /ох—  монохроматический  поток  солнечной  радиации  на  гра¬
нице  атмосферы;
 0(0)—оптическая  масса  атмосферы  вдоль  пути  солнечного
 оо
 луча,  равная  J*axp  dl\
 о
 m(O)  —  масса  атмосферы  в  направлении  солнца,  равная  отно¬
шению  оптической  массы  вдоль  любого  пути  I  к  оптической  массе
0о  в  направлении  вертикали  А,
 оо
 А0  =  /  axpdh;
 о
 Рх—коэффициент  прозрачности  атмосферы,
 Рх  =  е~\
 Полный  поток  прямой  солнечной  радиации  на  уровне  земли
найдется  путем  интегрирования  (4)  по  всем  длинам  волн  от  0
до  оо:
 со 	оо
 Im  =  f  kdl  =  f  10ХРГdk  =  10Рт. 	(5)
 о 	о
 Таким  образом,  для  нахождения  потока  солнечной  радиации
необходимо  знать  массу  атмосферы  и  интегральный,  т.  е.  осред-
ненный  по  всему  спектру,  коэффициент  прозрачности.  Следует
иметь  в  виду,  что  термин  «масса  атмосферы»  не  является  массой
 оо
 в  механическом  смысле  слова  (равной  J  р  dl)>  а  выражает  отно-
 о
 шение  оптических  масс  атмосферы  в  наклонном  и  в  вертикальном
направлениях  или,  что  то  же  самое,  отношение  путей  светового
луча  в  наклонном  и  вертикальном  направлениях.  Последнее  об¬
стоятельство  позволяет  связать  величину  т  только  с  зенитным
углом  О  и  представить  ее  с  достаточной  степенью  точности  в  виде
 т  =  sec  ft. 	(6)
 Формула  (6)  становится  несколько  менее  точной  для  Ф  >  60°.
что  связано  с  необходимостью  учета  кривизны  атмосферы  вместо
предполагаемого  плоского  ее  строения.
 Когда  солнце  в  зените  и  путь  луча  наименьший,  величину  т.
принято  условно  считать  равной  единице;  когда  солнце  на  гори¬
зонте  и  путь  луча  больше  в  40  раз,  т  =  40;  при  O'  =  60°  вели¬
чина  т  =  2.

§  2]
 ОСЛАБЛЕНИЕ  СОЛНЕЧНОЙ  РАДИАЦИИ  В  АТМОСФЕРЕ
 25
 Принципиально  формула  (6)  справедлива  лишь  для  случая,
когда  свет  от  источника,  находящегося  за  пределами  атмосферы,
наблюдается  на  уровне  у  земной  поверхности,  где  имеют  место
нормальные  условия  (давление  760  мм  рт.  ст.  и  температура
0°С).  Тем  не  менее,  справедливость  этой  формулы  для  практиче¬
ских  расчетов  не  вызывает  сомнения  и  при  условиях,  отличных
от  нормальных,  поскольку  изменение  давления  влияет  примерно
одинаково  на  массы  в  наклонном  и  вертикальном  направлении
и  их  отношение,  равное  т,  не  будет  зависеть  от  колебания  в  ве¬
личине  давления;  изменение  же  температуры  сказывается  лишь
при  Ф  >  85°,  что  мало  актуально  для  практики  земледелия
основных  районов  СССР.
 Коэффициент  прозрачности  может  быть  определен  очень  мно¬
гими  приемами,  но  здесь  мы  укажем  лишь  один  из  них,  основан¬
ный  на  использовании  формулы  (5).  Из  (5)  следует,  что
 Таким  образом,  для  определения  Рт  необходимо  измерение  по¬
токов  солнечной  радиации  /  и  /о  актинометрическими  приборами.
 Вследствие  того  что  коэффициенты  прозрачности  атмосферы
резко  зависят  от  массы  атмосферы,  оказывается  невозможным
сравнивать  их  значения,  если  они  получены  по  наблюдениям  при
различных  массах  атмосферы.  Следовательно,  по  изменениям  ве¬
личины  коэффициента  прозрачности,  рассчитанного  для  различ¬
ных  высот  солнца,  невозможно  судить  о  действительном  измене¬
нии  прозрачности  атмосферы  в  течение  дня.  Для  того  чтобы
можно  было  сравнивать  значения  коэффициентов  прозрачности,
полученные  при  различных  массах  атмосферы,  следовало  бы
предварительно  исключить  зависимость  коэффициента  прозрач¬
ности  от  массы  атмосферы.  Для  этой  цели  было  предложено
много  методов.
 Одни  из  них  сводятся  к  приведению  коэффициентов  прозрач¬
ности  к  какой-либо  заданной  массе  атмосферы,  например  к  массе
т=  1,  т  =  2,  /п  =  3  (разные  авторы  по-разному).  Другие  ме¬
тоды  предполагают  введение  таких  рационализованных  понятий
коэффициента  прозрачности,  как  эффективный  или  предельный
коэффициент  прозрачности.  Не  имея  возможности  останавли¬
ваться  на  существе  этих  понятий,  отметим  лишь,  что  широко
распространенной  характеристикой  прозрачности  атмосферы  яв¬
ляется  так  называемый  фактор  мутности  Т.  Плодотворность  и
общность  этого  понятия  заключается  в  том,  что  оно  позволяет
судить  об  общем  ослаблении  радиации,  обусловленной  тремя
факторами:  1)  молекулярным  рассеянием,  2)  рассеянием  и  по¬
глощением  водяным  паром  и  3)  рассеянием  и  поглощением
пылью.
 (7)

26
 ЛУЧИСТАЯ  ЭНЕРГИЯ
 [гл.  I
 Обозначив  оптические  массы  атмосферы  вдоль  вертикали,
рассчитанные  с  учетом  каждого  из  трех  факторов  в  отдельности,
соответственно  через  0Ь  02  и  03,  а  общую  оптическую  массу  —
через  0,  введем  понятие  о  факторе  мутности  Т  как  об  отношении
 Т
 _0_
#1  ’
 Вообще  речь  должна  идти  о  монохроматическом  факторе  мут¬
ности
 о
 (8)
 Здесь  К\  называется  массовым  коэффициентом  молекулярного
рассеяния.
 Таким  образом,  фактор  мутности  представляет  собой  отноше¬
ние  оптической  массы  атмосферы  в  направлении  вертикали  к  со¬
ответствующей  массе  атмосферы,  рассчитанной  с  учетом  только
молекулярного  рассеяния.  Иными  словами,  фактор  мутности,  ха¬
рактеризующий  отношение  общего  ослабления  к  ослаблению,
вызванному  лишь  процессом  молекулярного  рассеяния,  показы¬
вает  отношение  между  прозрачностью  реальной  и  прозрачностью
идеальной  атмосферы,  в  которой  предполагается  ослабление
лишь  за  счет  молекулярного  рассеяния.
 Фактор  мутности  в  значительно  меньшей  степени,  чем  коэф¬
фициент  прозрачности,  зависит  от  массы.  Для  исключения  этой
зависимости  или  для  сведения  ее  к  минимуму  предложен  ряд
мер,  как  то:  приведение  величины  7\  относящейся  к  различным
w,  к  одному  определенному  значению  массы  атмосферы  или  видо¬
изменение  понятия  фактора  мутности  в  смысле  отнесения  его  не
к  сухой  и  чистой,  а  лишь  к  чистой,  но  влажной  атмосфере  с  опре¬
деленной  концентрацией  водяного  пара,  например  равной  1  г/см2.
По  определению  ясно,  что  фактор  мутности  Т  для  совершенно
чистой  атмосферы,  в  которой  ослабление  солнечной  радиации
происходит  лишь  за  счет  молекулярного  рассеяния,  равен  еди¬
нице.  Если  величину  /  принять  при  этом  за  100%,  то  при  Т  =  2,75
величина  /  падает  до  65%,  а  при  Т  =  3,5  до  45%.  Отметим,  что
для  Москвы  среднее  годовое  значение  Т  =  2,45;  для  Ленинграда
1,96,  для  Арктического  района  4,0.
 Фактор  мутности  изменяется  в  течение  суток,  достигая  в  днев¬
ное  время,  когда  запыленность  возрастает,  максимального  значе¬
ния,  причем  в  летнее  время  дневная  изменчивость  величины  Т
значительнее,  чем  зимой.  В  вечернее  время  прозрачность  атмо¬
сферы  ниже,  чем  в  утренние  часы.

§  3]  МЕТОДЫ  ИЗМЕРЕНИЯ  ПРИТЕКАЮЩЕЙ  СОЛНЕЧНОЙ  РАДИАЦИИ 	27
 Фактор  мутности  и  другие  характеристики  прозрачности
имеют  годовой  ход.  Так,  прозрачность  атмосферы  имеет  макси¬
мум  зимой  и  минимум  летом,  что  связано  с  годовым  изменением
влаги  и  пыли  ц  атмосфере.  Соответственно  изменению  прозрач¬
ности  в  атмосфере  в  летнее  время  в  годовом  ходе  фактора  мут¬
ности  HMeef  место  максимум,  приходящийся  на  летние  месяцы.
Так,  для  Ленинграда  фактор  мутности  Т  почти  в  два  раза  меньше
зимой  (в  декабре  Т  =  1,56),  чем  летом  (в  мае  Т  =  2,94).
 Особо  следует  подчеркнуть  роль  облаков  в  ослаблении  сол¬
нечной  радиации.  Даже  облака  верхнего  яруса  существенно
ослабляют  последнюю.  Средняя  облачность  почти  не  пропускает
ее,  а  нижняя  совсем  непрозрачна  для  солнечной  радиации.  Ко¬
нечно,  пропускание  радиации  облаками  зависит  от  формы  и  мощ¬
ности  (т.  е.  толщины)  их.  Так,  при  мощности  облаков  в  200  м
для  высококучевых  облаков  (Ас)  проходит  43%  от  всей  радиа¬
ций,  для  слоистокучевых  (Sc)—59%.  При  мощности  облаков
в  500  м  пропускание  радиации  доходит  до  24%.
 §  3.  Методы  измерения  притекающей  к  деятельной  поверхности
 солнечной  радиации
 Мы  не  имеем  возможности  останавливаться  на  различных  ме¬
тодических  вариантах  й  конструктивных  схемах,  которые  пред¬
назначены  для  измерения  прямой  и  рассеянной  радиации  и
противоизлучения  атмосферы.  В  специальной  науке  —  актиномет¬
рии—  даны  обоснования  и  описания  подобных  устройств.  Нашей
целью  является  краткое  изложение  принципа  устройства  и  мето¬
дов  использования  наиболее  доступных  для  решения  агрофизи¬
ческих  задач  приборов,  служащих  для  регистрации  всех  трех
видов  притекающей  радиации.
 Измерение  прямой  солнечной  радиации.  Поток  прямой  сол¬
нечной  радиации  I  измеряется  двумя  типами  приборов  —  пир-
гелиометрами  и  актинометрами.  Первые  позволяют  получать
значения  /  в  абсолютных,  вторые  —  в  относительных  единицах.
 В  качестве  основного  рабочего  прибора,  применяемого  при
массовых  агрофизических  измерениях,  является  термоэлектриче¬
ский  актинометр  Савинова  —  Янишевского.  Помимо  рабочего
прибора,  для  контроля  работы  последнего  рекомендуется  иметь
контрольный  прибор.  Ежемесячная  сверка  рабочего  и  контроль¬
ного  приборов  крайне  желательна,  но  обычно  она  проводится
гораздо  реже.  Еще  реже  (один  раз  в  год  или  даже  один  раз
в  2  года)  производится  сличение  показаний  рабочего  и  контроль¬
ного  приборов  с  эталонным  прибором.  Последний  хранится
в  особо  устойчивых  и  неизменных  условиях  и  дает  показания  ве¬
личины  потока  прямой  солнечной  радиации  в  тепловых  единицах.

ю
 00
 Рис.  3.  Продольный  разрез  трубки  актинометра  Савинова—Янишевского.
 /—приемник  радиации;  2—горячие  спаи  термопар;  3  —  холодные  спаи;  медное  кольцо.
 ЛУЧИСТАЯ  ЭНЕРГИЯ

§  3]  МЕТОДЫ  ИЗМЕРЕНИЯ  ПРИТЕКАЮЩЕЙ  СОЛНЕЧНОЙ  РАДИАЦИИ 	29
 Вследствие  этого  он  является  абсолютным  прибором,  не  тре¬
бующим  сличения  с  какими-либо  другими  приборами.  В  качестве
такого  прибора  принят  пиргелиометр  Ангстрема.  Контрольным
прибором  чаще  всего  является  биметаллический  актинометр  Ми¬
хельсона  или  его  видоизменение  в  форме  актинометра  Михель¬
сона  —  Калитина  или  Михельсона  —  Мартена.  *)
 Рис.  4.  Термозвездочка  актинометра  Савинова  —  Янишевского.
 1  —  серебряный  диск;  2—  внутренние  горячие  спаи;  3—  внешние  холодные  спаи;  4  —  медное
кольцо;  5  —соединительные  провода.
 В  соответствии  с  задачами  данной  книги  и  учитывая  наличие
обширной  актинометрической  литературы,  мы  здесь  можем  опи¬
сать  принцип  действия  и  правила  пользования  лишь  основным
рабочим  прибором  —  актинометром  Савинова  —  Янишевского.
 Из  рис.  3  и  4,  на  которых  представлен  продольный  разрез
основной  части  прибора  и  термобатарея  в  виде  звездочки  из
36  последовательно  соединенных  термопар,  ясен  принцип  дей¬
ствия  этого  актинометра.  (На  рис.  3  и  4  одни  и  те  же  детали
обозначены  одинаковыми  цифрами.)
 Солнечные  лучи  после  вступления  через  отверстие  в  трубку  по¬
падают  на  приемник  /,  представляющий  собой  тонкий  серебряный
 *)  По  всем  вопросам  измерений  см.  монографии  К.  Я.  Кондратьева
(1954, 	1956  гг.),  Н.  Н.  Калитина  (1938  г.),  В.  Н.  Кедроливанского  и
 М.  С.  Стернзата  (1953  г.),  Ю.  Д.  Янишевского  (1957  г.).

30
 ЛУЧИСТАЯ  ЭНЕРГИЯ
 [гл.  I
 диск,  к  одной  части  которого  с  помощью  клея  прикреплены
«горячие  спаи»  2  расположенных  зигзагообразно  в  звездочку  ба¬
тарей  манганино-константановых  термопар.  Вторая  сторона  диска,
обращенная  к  солнцу,  зачернена.  «Холодные  спаи»  3  батареи
прикреплены  к  зажатому  в  корпусе  прибора  медному  кольцу  4.
 Звездочка  отделена  от  приемника  и  от  медного  кольца  про¬
питанной  шеллаком  папиросной  бумагой.  Крайние  выводы  термо¬
батареи  поданы  к  гальвано¬
метру  через  посредство  соеди¬
нительных  проводников  со
скобами.  Корпус  прибора
прикрыт  чехлом.  Его  снима¬
ют  отвинчивая  гайку,  распо¬
ложенную  в  задней  части
корпуса.  К  передней  части
корпуса  прикреплена  трубка
с  диафрагмами.  Трубка  при¬
бора  устанавливается  парал¬
лельно  солнечным  лучам  с
помощью  штатива,  который
с  помощью  шарнирной  систе¬
мы,  рукоятки  и  катящихся
шайб  позволяет  вращать
трубку  вокруг  оси  и  приво¬
дить  ее  в  любое  положение
под  углом  к  горизонту.  Дер¬
жатель,  соединенный  с  труб¬
кой,  позволяет  путем  враще-
ниявокруг  оси  склонения  при¬
водить  корпус  с  трубкой  в  лю¬
бое  положение  по  долготе.
 Внешний  вид  актинометра  Савинова  —  Янишевского  изобра¬
жен  на  рис.  5.  Солнечные  лучи  нагревают  горячие  спаи  термо¬
батареи,  в  то  время  как  ее  холодные  спаи  остаются  при  пони¬
женной  температуре  самого  корпуса.  При  этом  возникает
термо-э.  д.  с.  и  термоток  в  цепи  батареи,  измеряемый  гальвано¬
метром.  Приближенно  этот  ток,  а  также  поток  падающей  радиа¬
ции  пропорциональны  разности  температур  горячих  и  холодных
спаев.  Таким  образом,  при  линейной  шкале  гальванометра
должна  иметь  место  пропорциональность  между  отклонением
гальванометра  и  потоком  радиации.  Коэффициент  пропорцио¬
нальности  устанавливается  путем  сличения  показаний  этого  при¬
бора  с  показаниями  пиргелиометра  Ангстрема  и  является  пере¬
водным  множителем  прибора.
 В  нашу  задачу  не  входит  рассмотрение  вопроса  о  том,  какие
факторы  и  в  каком  соотношении  влияют  на  величину  этого  пере-
 Рис.  5.  Внешний  вид  актинометра
Савинова  —  Янишевского.

§  3]  МЕТОДЫ  ИЗМЕРЕНИЯ  ПРИТЕКАЮЩЕЙ  СОЛНЕЧНОЙ  РАДИАЦИИ 	31
 водного  множителя,  а  также  объяснение  того  обстоятельства,  что
описываемый  прибор  реагирует  преимущественно  на  поток  пря¬
мой  солнечной  радиации.  Это  относится  и  к  описанию  практиче¬
ских  советов  при  использовании  актинометра.  Освещение  всех
вопросов,  связанных  с  установкой  прибора,  порядком  наблюде¬
ния  и  обработкой  этих  наблюдений,  а  также  все  детали,  относя¬
щиеся  к  проверке,  контролю,  корректировке  переводного  множи¬
теля  и  уходу  за  прибором,  можно  найти  в  специальных  актино¬
метрических  наставлениях  гидрометеорологическим  станциям  и
постам.
 Рис.  6.  Пиранометр  Янишевского.
 а  —  вертикальный  разрез  приемника  пиранометра;  £  —внешний  вид  пиранометра  на  штативе.
7  —колпак;  2  —кольцо  колпака;  3  —  приемник;  4  —  изоляторы;  5  —  рамка;  6  —  клеммы;  7,  9  —  термо¬
батарея;  8  —  ребра;  10—  предохранительная  трубка;  77  —теневой  экран;  7?—шарнир  экрана;
13,  14  —  стержень  с  шарниром;  15  —  штатив;  16  —  установочный  винт;  17  —  тренога;  18—  уровень;
19,  20  —  пружина  с  гайкой;  27  —плита;  22  —сушилка.
 Измерение  рассеянной  солнечной  радиации.  Имеется  ряд
возможностей  учета  рассеянной  радиации,  но  мы  остановимся
вкратце  на  описании  основного  и  наиболее  распространенного
для  этой  цели  в  СССР  прибора  —  пиранометра  Янишевского,
устройство  которого  дано  на  рис.  6.  Солнечная  радиация  попа¬
дает  на  поверхность  латунного  корпуса,  представляющую  прием¬
ник  3.  К  этой  поверхности  прикреплена  термобатарея  7,  9,  со¬
стоящая  из  системы  манганино-константановых  полосок.  Горячие
спаи  батареи  покрыты  сажей,  холодные  (белые)  —  магнезией.
Над  батареей  для  защиты  от  ветра  установлен  полусферический
стеклянный  колпак  1.  Снизу  к  корпусу  прикреплена  сушилка  22,
соединенная  через  отверстие  с  пространством  под  колпаком.  Весь

32
 ЛУЧИСТАЯ  ЭНЕРГИЯ
 [гл.  I
 корпус  привинчен  к  штативу  15,  способному  вращаться  вокруг
вертикальной  оси  и  установленному  на  треноге  17.  Последняя
снабжена  установочными  винтами  16  и  уровнем  18.  К  штативу
присоединен  с  помощью  шарнирной  системы  12—14  теневой
экран  11.  Остальные  обозначения  пояснены  в  подписи  к  рисунку.
 Специальная  металлическая  непрозрачная  крышка,  опираю¬
щаяся  на  корпус,  служит  для  определения  места  нуля  гальва¬
нометра,  присоединенного  к  выводам  батареи,  и  для  защиты
стеклянного  колпака  от  повреждения.  Вся  коротковолновая  ра¬
диация,  именуемая  суммарной  и  представляющая  собой  сумму
потоков  прямой  и  рассеянной  радиации,  проникает  через  стек¬
лянный  колпак  к  приемной  части  прибора,  нагревает  горячие
спаи,  оставляя  холодными  спаи,  прикрепленные  к  корпусу.  Раз¬
ность  температур  и  самый  термоток,  измеряемый  по  гальвано¬
метру  в  цепи  батареи,  прямо  пропорциональны  потоку  суммар¬
ной  радиации.  Затеняя  приемник  экраном  от  прямого  солнца,
мы  получаем  лишь  один  поток  рассеянной  радиации.
 Определение  переводного  множителя  пиранометра  произво¬
дится  по  методу  «солнце—тень»,  который  состоит  в  том,  что  раз¬
ность  показаний  незатененного  и  затененного  от  прямого  солнца
пиранометра,  дающая  величину  потока  прямой  солнечной  ра¬
диации,  сличается  с  показанием  актинометра,  предназначенного
для  нахождения  подобных  величин.  При  этом  телесный  угол,
под  которым  виден  экран  с  приемной  поверхности  пиранометра,
и  угол  зрения  актинометра  одинаковы.  Переводный  множитель
для  рассеянной  радиации  лишь  приближенно  может  считаться
величиной  постоянной,  а  при  более  подробном  рассмотрении
оказывается  зависящим  от  температуры  и  величины  измеряе¬
мого  потока  радиации.
 Переводный  множитель,  получаемый  из  наблюдений  над
прямой  солнечной  радиацией  (по  показаниям  пиранометра),
применяется  непосредственно  для  обработки  наблюдений  над
рассеянной  радиацией,  но  при  этом  допускаются  погрешности,
ввиду  того,  что  оба  вида  радиации  имеют  различный  спектраль¬
ный  состав;  кроме  того,  поток  прямой  радиации  представляет
собой  пучок  параллельных  и  определенным  образом  направлен¬
ных  на  приемную  часть  лучей,  тогда  как  поток  рассеянной
радиации  приходит  к  этой  же  поверхности  под  разными  углами.
Соответственно  этому  вводят  коррективы  в  поправочный  мно¬
житель,  полученный  путем  градуировки  пиранометра  по  прямой
солнечной  радиации  для  того,  чтобы  он  мог  быть  использован
для  обработки  наблюдений  над  рассеянной  солнечной  радиа¬
цией.  Однако  общая  поправка  составляет  для  пиранометра
Янишевского  величину,  весьма  близкую  к  единице,  что  прак¬
тически  позволяет  воспользоваться  без  всяких  поправок  мето¬
дом  «солнце  —  тень».

§  3]  МЕТОДЫ  ИЗМЕРЕНИЯ  ПРИТЕКАЮЩЕЙ  СОЛНЕЧНОЙ  РАДИАЦИИ  33
 Поправка,  связанная  со  смещением  нуля,  может  не  учиты¬
ваться,  ибо  она  в  пиранометре  Янишевского  весьма  невелика,
несмотря  на  большое  число  факторов,  принципиально  действую¬
щих  в  этом  направлении,  как  то:  эффектов  Джоуля,  Томсона,
Пельтье,  а  особенно  явления,  связанного  с  различием  в  лучи¬
стом  теплообмене  между  приемной  поверхностью  и  стеклянным
колпаком  пиранометра  при  отсчете  нуля  до  и  после  открывания
колпака  пиранометра.  По  всем  вопросам  технического  исполь¬
зования  пиранометра,  в  частности  по  вопросам  установки,  кор¬
ректировки,  способов  наблюдения  и  обработки  результатов,
можно  найти  соответствующие  рекомендации  в  специальных
актинометрических  наставлениях.
 Измерение  противоизлучения  атмосферы.  Поток  длинновол¬
новой  радиации  измеряется  пиргеометром.  Обычный  термоэлек¬
трический  принцип  реализовать  в  подобном  приборе  затрудни¬
тельно  по  следующим  причинам:
 1) 	ввиду  того,  что  прибор  делается’открытым,  на  его  пока¬
зания  в  сильной  степени  влияет  ветер.  Не  только  величина  ско¬
рости,  но  и  структура  ветра  определяют  чувствительность  тер¬
моэлектрического  пиргеометра;
 2) 	последний  оказывается  чувствительным  не  только  к  длин¬
новолновой,  но  и  к  коротковолновой,  в  частности  к  рассеянной,
радиации.
 Попытки  учесть  в  чистом  виде  приток  длинноволновой  ра¬
диации  с  помощью  пиргеометра  путем  введения  в  его  показания
поправки  на  величину  рассеянной  радиации  на  основании  реги¬
страции  ее  затененным  пиргеометром  не  приводят  к  успеху,  так
как  чувствительность  пиргеометра  различна  для  разных  участ¬
ков  коротковолнового  спектра,  и  спектр  рассеянной  радиации
заметно  зависит  от  облачности.  В  силу  сказанного  термоэлек¬
трическим  пиргеометром  принципиально  невозможно  измерять
противоизлучение  в  дневное  время,  и  с  его  помощью  произво¬
дится  регистрация  этой  величины  лишь  ночью.
 Для  круглосуточных  измерений  противоизлучения  при  этом
применяют  пиргеометр  АФИ,  предложенный  С.  Б.  Хволес  (1952).
Этот  прибор,  по  существу,  также  является  термоэлектрическим
прибором,  ибо  его  приемная  часть  состоит  из  батареи  термопар
(из  сплава  Гутчинса),  представляющих  узкие  тонкие  полоски,
расположенные  в  одной  плоскости  звездой  (рис.  7).  Горячие
спаи,  сконцентрированные  в  центре  плоскости,  зачернены  и  под¬
вергаются  воздействию  радиации,  холодные  спаи  вделаны
в  инертную  металлическую  пластину,  соединенную  с  корпусом
прибора.  С  помощью  винтов  к  приемной  части  прикрепляется
оптический  фильтр  —  плоская  пластина  сильвина,  на  которую
вакуумным  испарением  с  обеих  сторон  нанесен  слой  аморфного
 3  Зак.  196.

34
 ЛУЧИСТАЯ  ЭНЕРГИЯ
 [ГЛ.  I
 селена.  Фильтр  защищает  приемник  от  ветра  и  одновременно,
пропуская  длинноволновую  радиацию,  задерживает  коротковол¬
новую  область  спектра.  Благодаря  этому  прибор  оказывается
нечувствительным  к  рассеянной  радиации,  а  потому  пригоден
для  круглосуточных  измерений.  Сильвин  обладает  постоянством
пропускания  вплоть  до  22  мк,  селен  также  прозрачен,  начиная
с  0,8  мк,  т.  е.  в  области,  важной  для  нас,  поскольку  максимум
интенсивности  излучения  воздуха  в  пределах  температур  —50°
—|—50°  С  падает  на  интервал  волн  9—13  мк.  Спектральная  харак¬
теристика  пиргеометра,  имеющего  подобный  фильтр  (сильвин  +
+  селен),  представлена  на  рис.  8.
 Рис.  7.  Расположение
термоспаев  в  пиргео-
метре  АФИ.
 ЩЮО
 80-
60  ■
40-
 =о
 ^  20  -
0^
 §
 £
 1  ч  7  ю  13  16  is  гг  zs
 Л.мк
 Рис.  8.  Спектральная  характеристика
дневного  пиргеометра  АФИ.
 Применение  гидрофобного  селена  крайне  выгодно  в  том
смысле,  что  атмосферная  влага  и  роса,  оседая  на  внешней  по¬
верхности  фильтра,  поглощаются  селеном,  не  достигая  термо¬
пар.  Наличие  фильтра  должно  снизить  чувствительность  при¬
бора.  Применяя  комбинированный  монтаж  термоспаев,  при
общем  числе  их  28  и  внутреннем  сопротивлении  25  ом,  можно
довести  чувствительность  прибора  до  6  мв/кал  см2  мин  и  обой¬
тись  при  этом  стрелочным  гальванометром  с  ценой  деления
1°  =  10"6  а.
 Одним  из  основных  источников  ошибок  прибора  яв¬
ляется  невозможность  сделать  фильтр  полусферическим,  а  ме¬
жду  тем  только  такой  фильтр  воспринимает  всю  радиацию
в  пределах  телесного  угла  2тс  радианов.  Однако  рациональным
выбором  соотношения  между  диаметром  входного  отверстия  и
размером  термобатареи  можно  свести  экранирование  радиации
бортами  фильтра  к  минимуму  (к  6°  из  180°).  При  этом  экрани¬
роваться  будут  далекие  от  зенита  малоактивные  зоны  неба.
Благодаря  плохой  теплопроводности  фильтра  температура
последнего  не  совпадает  с  температурой  корпуса  прибора,  что
создает  дополнительное  отклонение  гальванометра.  Этот  эффект

ПРИТОК  ПРЯМОЙ  СОЛНЕЧНОЙ  РАДИАЦИИ
 35
 §  4J
 вызывает  нагревание  фильтра  и,  хотя  последнее  происходит
только  за  счет  рассеянной  радиации,  при  работе  с  пиргеометром
требуется  затенение.
 Кроме  того,  следует  учитывать  возможное  смещение  нуля
при  закрывании  крышкой  прибора.  Неполное  (60%  вместо
 Рис.  9.  Внешний  вид  пиргеометра  АФИ.
 100%)  пропускание  радиации  фильтрами  приводит  к  искаже¬
нию  характеристики  пиргеометра.  Однако  одновременное  при¬
менение  прибора  для  учета  притекающей  длинноволновой  ра¬
диации  и  из  атмосферы  и  из  почвы  исключает  эти  искажения.
На  рис.  9  дан  общий  вид  пиргеометра  АФИ.
 §  4.  Приток  к  деятельной  поверхности  прямой  солнечной
 радиации
 Поток  солнечной  радиации  к  горизонтальной  поверхности
АВ  в  отсутствие  атмосферы  найдем  согласно  формуле  (1),  если
учтем,  что  на  ее  проекцию  СВ  попадает  в  cos  ft  раз  меньшее
количество  солнечной  радиации,  чем  на  АВ  (рис.  10).
 Таким  образом,  на  горизонтальную  поверхность  за  преде¬
лами  атмосферы  падает  поток  солнечной  радиации
 6
 •si
 .5
 *сл
 II
 (9)
 I  —  -^i  COS  ft.
 (10)
 Угол  //©—высота  солнца  над  горизонтом;  угол  ft  —  зенитное
расстояние  солнца.  Углы  О  или  /г©  могут  быть  на  основании  про¬
стых  соображений  связаны  со  следующими  новыми  тремя
углами:  географической  широтой  места  <р,  склонением  солнца  8
и  часовым  углом  а.  Напомним,  что  часовой  угол  определяет
положение  солнца  на  небосводе  в  течение  суток:
 а  =  (dtf

36
 ЛУЧИСТАЯ  ЭНЕРГИЯ
 [гл.  I
 где  (о  —  угловая  скорость  вращения  земли,  t  —  время,  а  ме¬
няется  от  максимального  положительного  значения  ао,  соответ¬
ствующего  заходу  солнца,  до  максимального  отрицательного
значения  —ао,  соответствующего  восходу  солнца  (время  отсчи¬
тывается  от  полудня).  Эти  крайние  положения  соответствуют
значению  зенитного  угла  6'  =  90°  при  расположении  солнца  у  го¬
ризонта.
 Понятие  географической  широты  <р  как  угла,  определяющего
положение  данной  точки  на  земле  относительно  экватора,  обще¬
известно:  угол  ф  меняется  от  —90°  на  северном  полюсе  до  0°  на
экваторе  и  до  +90°  на  южном  полюсе.  Все  4  угла,  й0,  ф,  8  и  а,
связаны  соотношением
 sin  Л0  =  sin  ср  sin  8  +  cos  ср  cos  о  cos  а. 	(11)
 Подставляя  значения  sin  /г0  из  соотношения  (11)  в  фор¬
мулу  (9),  найдем
 1  =  (sin  ср  sin  о  —f-  cos  ср  cos  о  cos  а). 	(12)
 Формула  (12)  позволяет  рассчитать  в  простейшем  случае  отсут¬
ствия  атмосферы  поток  солнечной  радиации  к  почве  в  зависи¬
мости  от  широты  места  ф,  вре¬
мени  года  8  и  времени  суток  а.
 Анализ  формулы  (12)  дает
возможность  решить  ряд  важ¬
ных  задач,  из  которых  отметим
следующие.
 1. 	Максимальный  приход
солнечной  радиации  имеет  ме¬
сто,  когда  солнце  находится
в  зените;  тогда  t  =  0,  <о/  =  0  и
а  =  0.  Минимум  облучения  по¬
лучится,  когда  солнце  находит¬
ся  у  горизонта;  тогда  #  =  0  и
 cos  а  =  —  tg  ф  tg  8. 	(13)
 2. 	Суточный  ход  потока  ра¬
диации  для  любого  пункта
 земли  в  любой  день  года  найдем,  если  в  формуле  (12)  посчитаем
8  и  ф  постоянными.  Тогда,  обозначив
 А  =  sin  ср  sin  8  =  const, 	(14)
 Z?  =  -7^cos  cpcos8  =  const, 	(15)
 Рис.  10.  К  выводу  формулы  для  по¬
тока  солнечной  радиации  на  гори¬
зонтальную  поверхность.
 найдем
 /  =  i4-|-i?cos  а.
 (16)

ПРИТОК  ПРЯМОЙ  СОЛНЕЧНОЙ  РАДИАЦИИ
 37
 .§  4]
 Полное  количество  энергии,  получаемое  в  данной  точке  на
земном  шаре  Qc  (суточная  сумма),  найдется,  если  проинтегри¬
ровать  величину  I  в  пределах  ее  суточного  изменения  от
схо  =  (о^о  До  —ао  =  —(о/о,  что  соответствует  интервалу  времени  от
восхода  до  захода  солнца:
 to
 Qc  =  -gi  /  (sin  ®  sin8-J-cos  tpcosScos  wt)dt  =
 -to
 2/
 =  ^  (sin  cp  sin  8a0-|-  cos  cp  cos  8  sin  wt0). 	(17)
 На  основании  формулы  (17)  можно  построить  таблицы  и  гра¬
фики,  которые  позволяют  для  любой  широты  и  для  любого  ме¬
сяца  года  найти  суточную  сумму  солнечной  радиации.  Более  де¬
тальный  расчет  по  формуле  (17)  позволяет  найти  суточные
суммы  не  как  осредненные  величины  за  данный  месяц,  а  в  лю¬
бые  конкретные  сутки.
 3. 	Из  той  же  формулы  (17)  можно  получить  выражение  для
притока  солнечной  радиации  за  год  или  за  полугодие  (годовые
и  полугодовые  суммы).  В  первом  случае  поток  /  интегрируется
в  пределах  изменения  8  от  положительного  максимального  зна¬
чения  до  до  следующего,  наступающего  ровно  через  год,  поло¬
жительного  максимального  значения  80.  Во  втором  случае  поток  I
интегрируется  в  пределах  изменения  значений  8  от  максималь¬
ного  положительного  до  максимального  отрицательного  значе¬
ний  80.
 Угол  8  характеризует  положение  солнца  на  орбите  в  течение
года  и  может  меняться  от  максимального  положительного  зна¬
чения  8о  =  23°27/  до  максимального  отрицательного  значения
—8о  =  —23°27'.  Каждое  склонение  солнца  соответствует  двум
определенным  дням  в  году.
 4. 	Из  той  же  формулы  (17)  удается  найти  количество  лучи¬
стой  энергии,  полученное  любым  участком  земной  поверхности
за  любой  промежуток  времени.  В  частности,  легко  получить
среднее  количество  радиации,  притекающее  на  каждый  квадрат¬
ный  сантиметр  земной  поверхности  в  единицу  времени.  Оно  ока¬
зывается  равным  0,5  кал/см2  мин,  т.  е.  в  четыре  раза  меньше
солнечной  постоянной.  Любопытно  отметить,  что  1  см2  поверх¬
ности  солнца  в  каждую  минуту  излучает  около  100  000  кал.
 Все  подобные  расчеты  не  учитывают  наличия  атмосферы  и
облачности  и  приводят  к  ряду  идеализированных  выводов,  вроде
того,  что  приполярные  области  в  зимнюю  половину  года  совер¬
шенно  не  получают  радиации,  а  летом  они  излучают  больше
энергии,  чем  экваториальные  области.  Формула  (12)  с  учетом
выражения  (5)  даст  поток  солнечной  радиации  на  горизонталь¬

38 	ЛУЧИСТАЯ  ЭНЕРГИЯ 	(гл.  I
 ную  поверхность  при  наличии  ослабляющего  действия  атмо¬
сферы:
 /  рт
 1т  =  °дГ  (sin  ср  sin  S  —|—  cos  ср  cos  8  cos  а). 	(18)
 Как  и  в  случае  отсутствия  атмосферы,  суточные  суммы  солнеч¬
ной  радиации  будут  найдены  из  выражения,  подобного  выра¬
жению  (17),  с  тем  лишь  отличием,  что  под  интегралом  будет
стоять  весьма  сложная  функция  от  времени  Р™>  которая  позво¬
ляет  найти  решение  не  в  общем  виде,  а  лишь  графически  или
численно.
 Рис.  11.  Широтный  ход  суточных  сумм  солнечной
радиации  на  горизонтальную  поверхность  при  раз¬
личных  условиях  прозрачности  атмосферы  в  день
летнего  солнцестояния.
 Рассчитанные  на  основании  формулы  (18)  возможные  суточ¬
ные  суммы  солнечной  радиации  (т.  е.  в  безоблачной  атмосфере)
для  разных  широт  иллюстрируют,  что  на  широте  0°  возрастание
коэффициента  прозрачности  (от  0,6  до  1,0)  приводит  к  удвое¬
нию  потока  радиации,  в  то  время  как  на  широте  90°  то  же  из¬
менение  коэффициента  прозрачности  ведет  почти  к  пятикрат¬
ному  увеличению  этого  потока.  Далее  мы  видим,  что  если  при
совершенно  прозрачной  атмосфере  (Р  =  1)  северные  широты
получают  наибольшее  количество  солнечной  радиации,  то  при
меньшей  прозрачности  (Р  =  0,6—0,8)  эти  широты  начинают
получать  значительно  меньшие  притоки  радиации,  чем  другие
широты  северного  полушария  (рис.  И).

ПРИТОК  ПРЯМОЙ  СОЛНЕЧНОЙ  РАДИАЦИИ
 39
 §  4]
 Интересные  выводы  из  анализа  теории  (формулы  18)  выте¬
кают  для  географического  распределения  годового  хода  суточ¬
ных  сумм  солнечной  радиации  (рис.  12).  Так,  на  экваторе  годо¬
вой  ход  солнечной  радиации  относительно  мало  меняется
в  течение  года.  Здесь  наблюдаются  два  слабых  максимума
(в  феврале  и  октябре)  и  два  минимума  (в  июне  и  декабре).
 L, 	удалением  от  экватора  резкость
кривых  суточных  сумм  в  годовом
ходе  становится  более  выражен¬
ной,  и  на  полюсе  кривая  превра¬
щается  в  островершинную  кри¬
вую  с  четким  максимумом.  Пред¬
ставление  об  изменении  по  широ¬
там  в  зависимости  от  прозрач¬
ности  атмосферы  полугодовых
сумм  солнечной  радиации  дает
рис.  13.
 К  КП  П
 Месяцы
 Рис.  11.  Годовой  ход  суточных  сумм
солнечной  радиации  на  различных  ши¬
ротах  (для  коэффициента  прозрачно¬
сти  0,8),
 Рис.  13.  Широтный  ход  полу¬
годовых  летних  и  зимних  сумм
солнечной  радиации  на  гори¬
зонтальную  поверхность  при
различных  условиях  прозрач¬
ности  атмосферы.
 Закономерности,  выраженные  на  рис.  11,  12,  13,  получены
расчетным  путем  по  формуле  (18).  Громоздкость  численных  и
графических  методов  исчисления  величины  возможных  суточных
сумм  солнечной  радиации,  требующих  при  этом  постоянства
значения  коэффициента  прозрачности  в  течение  суток*  потребо¬
вала  ряда  улучшений  в  области  подобных  расчетов.  Так,  для
упрощения  последних  вместо  интегралов  начали  применять
(С.  И.  Савинов),  без  большого  ущерба  для  точности  ре¬
зультатов,  конечные  суммы.  Вместо  обычных  коэффициентов

40
 ЛУЧИСТАЯ  ЭНЕРГИЯ
 [ГЛ.  I
 прозрачности  начали  вводить  понятия  об  эффективном  коэффи¬
циенте  прозрачности  и  другие  более  плодотворные  характеристики
прозрачности,  например,  известный  индекс  В.  Г.  Кастрова  (1928),
который  входит  в  формулу  его  имени:
 I
 т
 /о
 1  +  Ст
 (19)
 и  который  незначительно  зависит  от  массы  атмосферы  т,  зара¬
нее  рассчитан  и  представлен  в  таблицах.  Подставляя  (19)  в  вы¬
ражение  для  суточной  суммы
 t
 Q0  =  2  J  Imcos$dt
 о
 и  учитывая  формулу  (6),  можно  получить  после  ряда  упроще¬
ний  удобные  формулы  для  расчета  Qc.  При  этом  установлено,
что  формула  (18)  менее  точна  при  малых  высотах  солнца,  в  зим¬
нее  время  и  на  высоких  широтах.  Следует  также  иметь  в  виду,
что  при  всех  приведенных  выше  расчетах  не  учитывалось  нали¬
чие  облачности.  Приток  прямой  радиации  с  учетом  облачности,
экранирующей  солнце,  дает  действительные  (2Д  вместо  QB  воз¬
можных  сумм  радиации.  Имеется  ряд  возможностей  определе¬
ния  действительных  месячных  сумм  прямой  радиации.  Одна  из
них  реализуется  после  того,  как  известны  возможные  месячные
суммы  этой  радиации,  а  также  осредненные  за  месяц  значения
степени  облачности  (выраженные  в  долях  единицы),  например
среднего  и  верхнего  ярусов  п  и  пп  или,  кроме  того,  еще  осреднен¬
ные  значения  s  —  отношения  действительной  к  возможной  про¬
должительности  солнечного  сияния  за  данный  месяц.
 Другие  приближенные  приемы  требуют  для  нахождения  Qд
знания  одной  лишь  месячной  суммы  продолжительности  солнеч-  4
ного  сияния  5  (выраженного  в  часах).  Приводим  выражение
для  величины  С?д:
 Qn  =  Q„  S  +  2~”  ; 	(С.  И.  Савинов,  1931,  1933)
 =  QB  (l  — 	; 	(с.  и.  Сивков,  1949)
 Qfl  =  a(s+f>). 	(В.  Н.  Украинцев,  1939)
 Постоянные  а  и  b  заранее  вычислены  для  разных  месяцев  и
районов  СССР.
 Наибольшее  количество  закономерностей  в  суточном  и  годо¬
вом  ходе  потоков  прямой  солнечной  радиации  и  в  особенности
суточных,  сезонных  и  годовых  сумм  тепла  солнечной  радиации
удается  выявить  не  путем  расчетов,  а  главным  образом  путем
измерений.  Некоторые  из  этих  результатов  сообщаем  ниже.

§  4] 	ПРИТОК  ПРЯМОЙ  СОЛНЕЧНОЙ  РАДИАЦИИ 	41
 Суточный  ход  потока  и  суточные  суммы  прямой  солнечной
радиации.  Опыты  убеждают  нас  в  наличии  периодического  хода
величины  потока  солнечной  радиации  с  максимумом  в  дневное
время  и  минимумом  ночью.  Понятно,  что  околополуденный  мак¬
симум  связан  с  тем,  что  луч  солнца  в  это  время  проходит  в  ат¬
мосфере  более  короткий  путь  и  менее  всего  ослабляется.  Далее
известно,  что,  как  правило,  ход  потока  солнечной  радиации  зна¬
чительно  отличается  от  чистой  синусоиды,  т.  е.  не  подчиняется
принципу  строгой  симметрии.  Обычно  летом  в  утренние  часы,
когда  атмосфера  прозрачнее,  он  больше,  чем  в  вечерние  часы
при  наличии  увеличенной  замутненности,  а  зимой,  наоборот,
в  связи  с  обратным  ходом  прозрачности  атмосферы  дело  об¬
стоит  противоположным  образом.  Наглядное  представление  о  су¬
точном  ходе  потока  солнечной  радиации  дают  изоплеты  солнеч¬
ной  радиации.  На  рис.  14  представлены  изоплеты  солнечной
радиации  на  перпендикулярную  поверхность  (Уп),  построенные
для  Павловска  и  Ташкента.
 Хотя  вид  изоплет  для  разных  широт  весьма  сходен  между
собойг  однако  целый  ряд  особенностей  отличает  их.  Так,  макси¬
мум  потока  для  южных  районов  резче  выражен,  чем  для  север¬
ных.  что  связано  со  значительным  на  юге  и  слабым  на  севере
изменением  высоты  солнца  в  течение  суток.  Следует  отметить,
что  изоплеты  потока  прямой  солнечной  радиации,  построенные
не  для  перпендикулярной,  а  для  горизонтальной  солнечным
лучам  поверхности  (/г  ),  носят  несколько  более  симметричный,
сглаженный  характер,  в  частности  в  отношении  положения  лет¬
него  солнцестояния.  Между  /г  и  /п  имеет  место  простая  связь:
 /г  —  In  sin  Лф,
 Переходя  к  нахождению  суточных  сумм  прямой  солнечной
радиации,  отметим  их  резкую  годовую  и  широтную  изменчи¬
вость.  В  качестве  примера  приводим  табл.  1  осредненных  за
ряд  лет  наблюдений,  выражающую  суточные  суммы  солнечной
радиации  по  наблюдениям  в  Павловске  и  в  Ташкенте.
 Таблица  1
 Суточные  суммы  прямой  солнечной  радиации  кал/см2  сутки
 Месяцы
 I
 II
 III
 IV
 V
 VI
 VII
 VIII
 IX
 X
 XI
 XII
 Ташкент
 202
 249
 313
 456
 595
 738
 307
 773
 653
 450
 304
 184
 Павловск
 33
 99
 229
 308
 446
 480
 449
 281
 217
 118
 29
 20

42
 ЛУЧИСТАЯ  ЭНЕРГИЯ
 [ГЛ.  I
 В  связи  с  количеством  солнечных  дней  и  высотой  солнца
естественно,  что  различия  в  суточных  суммах  в  Павловске  и
в  Ташкенте  наиболее  велики  зимой  и  наименьшие  в  период
апрель—июнь.
 Рис.  14.  Изоплеты  потока  прямой  солнечной  радиации
на  перпендикулярную  лучам  поверхность.
 а  —Павловск;  б  —  Ташкент.
 Переход  от  суточных  сумм  тепла  солнечной  радиации  к  ме¬
сячным  осуществляется  простым  перемножением  суточной
суммы  на  число  дней  в  месяце.  В  качестве  примера  приводим
(рис.  15)  осредненные  за  много  лет  данные  по  годовому  ходу

Рис.  15.  Годовой  ход  месячных  сумм  солнечной  радиации  на  горизонталь¬
ную  поверхность  при  отсутствии  атмосферы  (/),  при  идеальной  (2)  и  при
 реальной  (3)  атмосфере.
 а  —  Павловск;  б  —Ташкент,  в  —  Владивосток.
 оо
 ПРИТОК  ПРЯМОЙ  СОЛНЕЧНОЙ  РАДИАЦИИ

44
 ЛУЧИСТАЯ  ЭНЕРГИЯ
 [ГЛ.  I
 месячных  сумм  солнечной  радиации  для  Павловска,  Ташкента
и  Владивостока,  составленные  Т.  Т.  Плешковой  (1947).  В  лите¬
ратуре  отмечаются  значительные  изменения,  которые  претерпе¬
вают  месячные  суммы  из  года  в  год  для  одного  и  того  же  гео¬
графического  пункта.  Поражает  также  размах  годовой  ампли¬
туды  в  годовом  ходе  месячных  сумм.  Так,  минимум  месячного
прихода  солнечной  радиации  отличается  от  максимума  почти
в  10  раз  в  Ташкенте,  в  100  раз  в  Павловске  и  в  огромное
число  раз  в  бухте  Тихой.  Для  Владивостока  интересно  также
возникновение  второго  минимума  в  летний  периодг  происхожде¬
ние  которого  связывается  с  резким  возрастанием  облачности.
 Годовой  ход  потока  и  годовые  суммы  солнечной  радиации.
 Те  же  изоплеты  помогают  выявить  и  закономерности  в  годовом
ходе  потока  прямой  солнечной  радиации  /.  Наиболее  выражен¬
ный  годовой  ход  величины  I  мы  наблюдаем  на  .полюсе,  наимень¬
ший  —  на  экваторе.  В  средине  дня,  чем  ближе  к  экватору,  тем
явственнее  возникновение  в  величине  /  двух  максимумов,  при¬
ходящихся  на  весну  и  осень.  Важно  отметить,  что  чем  ближе
к  северу,  и  особенно  на  полюсе,  годовой  ход  потока  I  имеет
более  независимый  от  часа  суток  вид.
 Эти  закономерности  вполне  объяснимы  тем,  что  на  полюсе
в  периоды  полярного  дня  высота  солнца  изменяется  хотя  и  не¬
значительно,  но  в  одинаковой  мере  для  любого  часа  суток,  тогда
как  на  экваторе  высота  солнца  крайне  мало  меняется  во  все
времена  года  утром  и  вечером*,  а  днем  дважды  в  год  (весеннее
и  осеннее  равноденствие)  солнце  находится  в  зените.  Положе¬
ние  изоплет,  их  смещения  и  деформации  (например  смещение
максимума  величины  /  на  весенний  срок)  связаны  с  понижением
абсолютного  значения  потока  I  в  это  время  (весеннее)  при  со¬
ответствующем  понижении  коэффициента  прозрачности  атмо¬
сферы.
 Таблица  2
 Сезонные  суммы  прямой  солнечной  радиации,  %
 Сезон
 Павловск
 Ташкент
 Зима
 2,2
 7,2
 Весна
 36,4
 25,9
 Лето
 51,6
 46,0
 Осень
 9,8
 20,9
 Год  (кал/см2  год)
 39,758
 101,64

ПРИТОК  ПРЯМОЙ  СОЛНЕЧНОЙ  РАДИАЦИИ
 45
 §  4]
 У-  см2•  год
 Для  характеристики  годовых  сумм  прямой  солнечной  радиа¬
ции  в,  разных  широтах  служит  рис.  16,  построенный  Т.  Г.  Бер-
лянд  (1949)  по  данным  наблюдения  двух  станций  северного
полушария.  Отклонения  от  естественного  хода  кривой  на  рис.  16
 легко  объясняются  облачностью
и  аномалиями  в  коэффициенте
прозрачности  атмосферы  (напри¬
мер  при  малых  широтах  <р  <  40°
во  Владивостоке).  Колебаниями
облачности  и  прозрачности  в  от¬
дельные  годы  следует  объяснить
отклонения  от  средних  много¬
летних  величин  годовых  сумм
потока  прямой  солнечной  радиа¬
ции  /.  Интересны  также  данные,
касающиеся  сезонных  сумм  пря-
 Рис.  16.  Изменение  годовых  сумм
солнечной  радиации  на  горизонталь¬
ную  поверхность  в  зависимости  от
широты  <р.
 Рис.  17.  К  выводу  формулы  для  при¬
хода  солнечной  радиации  к  склону.
 мой  солнечной  радиации.  Эти  данные  для  Ташкента  и  Павловска
приведены  в  табл.  2.
 Приход  солнечной  радиации  к  склону  и  к  микрошероховатым
поверхностям.  Поток  солнечной  радиации  у  земной  поверхности
на  перпендикулярную  поверхность  1т  (при  атмосферной
массе  т)  связан  с  ^потоком  радиации  на  наклоненную  под
углом  р  к  горизонту  поверхность  склона  /н  очевидной  зависимо¬
стью  (рис.  17):
 /н  —  Iт  COS  iy
 где  i  —  угол  падения  лучей  на  поверхность  склона,  связанный
с  углами  р,  Л©,  ф©  и  фЛ  (ф©,  ф№—азимуты  солнца  и  проекции

46
 ЛУЧИСТАЯ  ЭНЕРГИЯ
 [ГЛ.  I
 нормали  к  склону  на  горизонтальную  плоскость,  отсчитываемые,
в  направлении  часовой  стрелки  от  плоскости  меридиана  на
рис.  17);
 Ф  =  Фо  —  Фи-
 Учитывая  известные  связи  между  Л0,  9,  8  и  а,  с  одной  сто¬
роны,  и  между  ф  ,  /г0,ф,  8,  а  —  с  другой,  можно  вывести  общую
формулу  для  величины  /  в  виде:
 Iн  =  Im  {cos  р  (sin  9  sin  8  +  cos  9  cos  8  cos  a)  -|-  sin  p  [cos  фп  tg  ¥  X
X  (sin  9  sin  8+cos  9  cos  8  cos  a)—sin  8  sec  9+sin  фп  cos  8  sin  a]}.  (20)
 После  ряда  преобразований  выражение  (20)  может  быть  пред¬
ставлено  в  форме  связи  потока  радиации  на  наклонную,  гори¬
зонтальную  и  вертикальную  плоскости  в  форме:
 /н  =  /rcos  Р  +/в  sin  р,
где  р  —  угол  наклона  склона.
 Последнее  выражение  удается  расшифровать  конкретнее  для
южного  склона
 1ц.  ю:=  It  cos  р-(-/в.  ю  sin  р,
для  северного  склона
 1ц.  с  —  It  COS  Р  —1~  /в.  с  sin  р,
 для  западного  или  восточного  склона
 Iн.  в-з  =:  Iг  COS  р  —|—  /в.  в-з  Sin  Р,
 где  /в.ю,  /в.с,  /в.в-з  —  потоки  радиации  на  вертикальные  плоско<-
сти,  ориентированные  соответственно  на  юг,  север,  восток  и  запад.
 Выражение  для  суточного  хода  притока  солнечной  радиации
на  наклонную  плоскость  отличается  от  соответствующего  выра¬
жения  для  горизонтальной  плоскости  дополнительным  слагаемым:
 sin  р  cos  8  sin  ф„  sin  a.
 В  работе  М.  С.  Аверкиева  (1950)  можно  найти  таблицы,,
предназначенные  для  нахождения  /я  в  зависимости  от  р,  й0и  ф~
На  основании  этой  и  ряда  других  работ  можно  оценить  некото¬
рые  особенности  в  суточном  ходе  величины  /„.  В  отличие  от  по¬
тока  радиации  на  горизонтальную  или  вертикальную  поверхности
максимум  величины  для  наклонной  плоскости  смещен  относи¬
тельно  полудня,  в  частности  для  юго-западного  склона,  на  более
поздний  срок,  причем,  чем  меньше  коэффициент  прозрачности,
теМ  менее  выражен  этот  сдвиг.  Приход  солнечной  радиации
в  дневное  время  на  южно-ориентированную  поверхность  больше;
чем  на  горизонтальную  поверхность,  а  тем  более  —  на  северную.

ПРИТОК  РАССЕЯННОЙ  РАДИАЦИИ
 47
 §  5]
 Однако  в  вечерние  и  утренние  часы  дело  обстоит  обратным  об¬
разом.  Конечно,  в  сумме  солнечное  тепло  за  сутки  (а  следова¬
тельно,  за  месяц  и  год)  всегда  больше  для  южных  склонов.
 В  таблице,  составленной  А.  Ф.  Захаровой  (1951),  предста¬
влены  суточные  суммы  тепла  прямой  солнечной  радиации  для
северных  и  южных  склонов  при  различном  угле  их  наклона  к  го¬
ризонту  и  для  50°  и  60°  северной  широты.  Из  анализа  этих  дан¬
ных  следует,  что  летом  выгоднее  использовать  пологие,  а  зимой
крутые  склоны  для  получения  большей  суммы  радиации,  причем
это  правило  выступает  тем  резче,  чем  ниже  географическая  ши¬
рота  в  первом  случае  и  чем  выше  она  во  втором  случае.
 §  5.  Приток  к  деятельной  поверхности  рассеянной  радиации
 Мы  опускаем  здесь  вопросы,  касающиеся  расчета  потока  рас¬
сеянной  радиации,  поскольку  они  построены  преимущественно
для  идеальной  атмосферы,  либо,  если  имеют  в  виду  реальную
атмосферу,  то  основаны  на  большом  количестве  упрощающих
предположений  и  в  конце  концов  носят  сложный  характер,  а  по¬
тому  трудно  используемы  при  решении  практических  задач  сель¬
ского  хозяйства.
 Основные  закономерности  в  области  потоков  и  сумм  рассеян¬
ной  солнечной  радиации  выявляются  из  многочисленных  наблю¬
дений.  Основными  факторами,  влияющими  на  величину  рассеян¬
ной  радиации  //?,  являются:  высота  солнца,  степень  прозрачности
атмосферы  и  отражающие  свойства  деятельной  поверхности.
Выяснено,  что  величина  Id  примерно  прямо  пропорциональна  вы¬
соте  солнца  А©.  Однако  точнее  коэффициент  пропорциональности
между  Id  и  А©  зависит  от  условий  прозрачности  атмосферы:  при
больших  коэффициентах  прозрачности  Р  рост  Id  с  увеличением
А©  протекает  медленнее,  чем  при  малых  Р.
 Естественно  также  ожидать  увеличения  прихода  рассеянной
радиации  за  счет  эффекта  рассеяния  отраженной  деятельной  по¬
верхностью  радиации.  Так,  зафиксировано  почти  десятикратное
увеличение  потока  рассеянной  радиации  при  всех  прочих  равных
условиях,  но  при  условии,  что  в  одном  случае  деятельной  поверх¬
ностью  является  трава,  а  в  другом  —  снег.
 Существенно  на  величину  потока  рассеянной  радиации  влияет
облачность.  Н.  Н.  Калитиным  (1944)  в  Павловске  зафиксировано
7,5-кратное  увеличение  Id  в  дневное  время  при  переходе  от  без¬
облачного  дня  ко  дню  со  сплошной  высокослоистой  облачностью
(As).  Чем  больше  степень  облачности,  тем  более  резко  выражена
зависимость  потока  Id  от  А©.  Форма  облачности  сильно  влияет
на  величину  Id:  при  перистых,  а  также  при  высококучевых  обла¬
ках  рассеянная  радиация  Id  непрерывно  (для  всех  А©)  растет
с  ростом  облачности.  В  случае  же  кучево-дождевых  облаков

ЛУЧИСТАЯ  ЭНЕРГИЯ
 48
 [гл.  I
 такое  возрастание  имеет  место  лишь  до  того,  как  степень  облач¬
ности  достигнет  5—6  баллов.
 Переход  от  перистых  к  перистокучевым  и  высококучевым  об¬
лакам  сопровождается  увеличением  потока  Id  при  наименьшем
Ао-  Однако  при  дальнейшем  уплотнении  и  при  увеличении  облач¬
ности  происходит  уменьшение  Id  из-за  поглощения  радиации  об¬
лаками.  По  данным  Н.  Н.  Калитина  (1944)  и  Т.  Т.  Плешковой
(1947),  при  А©=30—40°  увеличение  потока  Id  наблюдается  при
переходе  от  Ci  к  Cs,  As,  Ас,  Си  и  Sc  и,  наоборот,  имеет  место
уменьшение  Id  при  наличии  St  и  СЬ.  Все  эти  выводы  отображают
средние  условия;  отмечены  отклонения  от  этих  правил.  Понят¬
ным  является  факт  уменьшения  величины  Id  на  более  высоких
уровнях  над  морем  из-за  уменьшения  толщины  атмосферы,  а  сле¬
довательно,  из-за  уменьшения  числа  рассеивающих  радиацию
частиц.  При  этом  изменение  высоты  от  0  до  3000  м  вызывает
почти  двойное  падение  величины  Id  при  высоте  солнца  в  60°  и
лишь  10%  изменение  потока  Id  при  высоте  солнца  в  10°.  Однако
следует  иметь  в  виду,  что  отмеченные  только  что  закономерности
справедливы  лишь  при  безоблачном  небе.  При  сплошной  облач¬
ности  происходит  не  уменьшение,  а  увеличение  потока  Id  по  мере
до  3000  м  вызывает  почти  тройное  увеличение  Id  при'  высоте
увеличения  высоты  над  уровнем  моря.  Изменение  высоты  от  0
солнца  60°  и  10%-е  увеличение  при  А©=  10°.  Последний  эффект
обусловлен  меньшей  мощностью  облаков  на  больших  высотах.
Мы  видим,  что  при  сплошной  облачности  величины  потоков  рас¬
сеянной  радиации  могут  оказаться  весьма  значительными,  дости¬
гая  в  отдельных  случаях  0,8—0,9  и  даже  1  кал/см2мин,  прибли¬
жаясь  к  значениям  прямой  солнечной  радиации,  наблюдающимся
в  арктических  районах,  где  к  хорошо  рассеивающим  облакам
прибавляется  хорошо  рассеивающий  радиацию  снег.
 Наличие  переменной  облачности  резко  изменяет  суточный  и
годовой  ход  потока  рассеянной  радиации.  Гораздо  проще  выгля¬
дит  этот  ход  потока  при  безоблачном  или  сплошь  облачном  небе.
В  этих  случаях  имеет  место  простой  периодический  ход  —  кривая
с  максимумом  в  околополуденные  часы.
 В  связи  с  особенностями  годового  хода  коэффициента  про¬
зрачности  атмосферы  и  изменением  альбедо  деятельной  поверх¬
ности  на  обычную  периодическую  кривую  рассеянной  радиации
с  максимумом  в  летнее  время  накладываются  вторичные  макси¬
мумы  и  минимумы.  Часто  приходится  иметь  дело  с  облучением
не  бесконечного  и  ровного  поля,  а  особым  образом  ориентиро¬
ванных  участков,  склонов  и  т.  п.  В  таких  случаях  интересуются
притоком  не  всей  рассеянной  радиации,  а  лишь  части  ее,  прихо¬
дящей  от  определенной  зоны  небесного  свода.  Для  измерения
зональной  радиации  используют  пиранометр,  монтированный  на
оси  зачерненного  изнутри  широкого  цилиндра.  При  вертикальном

ПРИТОК  РАССЕЯННОЙ  РАДИАЦИИ
 49
 §  5]
 расположении  цилиндра  и  горизонтальном  положении  приемной
поверхности  пиранометра  можно  перемещением  последнего  вдоль
оси  цилиндра  измерить  рассеянную  радиацию  от  определенной
зоны  небесного  свода  при  двух  положениях  пиранометра.  Проще
эти  измерения  выполняются  путем  закрывания  приемной  поверх¬
ности  цилиндрическим  колпачком  разной  высоты  с  диаметром,
равным  диаметру  тарелки  пиранометра.  Измерения  показывают,
что  в  случае  безоблачного  неба  зональная  радиация  имеет  ма¬
ксимум  при  некотором  зенитном  расстоянии.  При  пасмурном  небе
имеют  место  не  один,  а  два  максимума  рассеянной  радиации:  при
А©=  7°30'  один  из  максимумов  приходится  на  зону  20—30°,  дру¬
гой  —  на  50—60°.  При  иных  Л©  эти  максимумы  несколько  сме¬
щаются.
 Оценка  потока  рассеянной  радиации  часто  производится  на
основании  соотношения  между  этой  величиной  и  потоком  прямой
солнечной  радиации.  При  -неизменной  высоте  солнца,  в  соответ¬
ствии  с  изменением  коэффициента  прозрачности,  величины  пото¬
ков  Id  обратно  пропорциональны  друг  другу.  Такое  соотношение,
имеющее  место  при  безоблачном  небе,  перестает  быть  справед¬
ливым  в  реальной  атмосфере.
 Значения  потоков  рассеянной  радиации  могут  быть  в  этих
случаях,  особенно  при  сплошной  облачности  (высококучевые  и
высокослоистые  облака),  весьма  большими  —  до  1  кал/см2мин;
при  кучево-дождевых  облаках  заметно  снижение  величины  по¬
тока  Id.
 В  условиях  Арктики,  где,  помимо  хорошо  рассеивающих  сол¬
нечную  радиацию  облаков,  большое  влияние  имеет  рассеивание
радиации  снежным  покровом,  значения  потока  рассеянной  радиа¬
ции  превосходят  1  кал/см2  мин.  Поскольку  интенсивность  рас¬
сеянного  света  сильно  зависит  от  длины  волны  рассеиваемого
света,  то  ясно,  что  распределение  энергии  в  спектре  рассеянной
радиации  должно  значительно  отличаться  от  подобного  распре¬
деления  в  спектре  прямой  солнечной  радиации.  Кривая,  изобра¬
жающая  эту  зависимость,  имеет  сложный  характер.  Она  содер¬
жит  ряд  максимумов  и  минимумов  (с  главным  максимумом  около
410  ммк),  положение  которых  мало  зависит  от  высоты  солнца,
за  исключением  очень  малых  его  высот.  Зато  интенсивность  рас¬
сеянной  радиации  весьма  сильно  зависит  от  положения  солнца,
уменьшаясь  в  10  раз  при  изменении  Л©  от  1  до  50°.
 На  интенсивность  и  распределение  максимума  и  минимума
в  первую  очередь  влияет  прозрачность  атмосферы.  Вместе  с  тем
наблюдения  иллюстрируют  незначительное  влияние  частичной
облачности  на  изменение  спектрального  состава  рассеянной  ра¬
диации.  Общей  чертой  спектральной  кривой  рассеянной  радиа¬
ции  является  монотонное  возрастание  интенсивности  радиации
с  уменьшением  длины  волны  до  максимума  450  ммк  (резкий
 4  Зак.  196.

50
 ЛУЧИСТАЯ  ЭНЕРГИЯ
 [ГЛ.  I
 минимум  у  430  лшк);  второй  резкий  и  более  высокий  максимум  —
у  420  ммк.  В  условиях  сплошной  облачности  колебания  спек¬
трального  состава  рассеянной  радиации  относительно  незначи¬
тельны  по  сравнению  с  безоблачным  или  частично  облачным
небом.
 Переходя  к  расчету  месячных  сумм  рассеянной  радиации,  от¬
метим,  что  вследствие  сложности  теоретических  схем  обычно  ис¬
пользуются  разного  рода  эмпирические  формулы,  причем  формул,
 кал
 Рис.  18.  Годовой  ход  суточных  сумм  при  различ¬
ной  облачности  солнечной  радиации  рассеянной
и  суммарной.
 1  —  средняя  и  верхняя  облачность;  2  —  различная;  3  —  верх¬
няя;  -/  —  туман.
 пригодных  для  расчета  суточных  сумм,  не  существует  —  имеются
лишь  таковые  для  оценки  средних  месячных  сумм.  К  последним
относится,  например,  формула  Савинова:
 Qm  =  tCMi> 	(21)
 где  Qo  —  возможная  сумма  прямой  солнечной  радиации  на  гори¬
зонтальную  поверхность;  п\  —  показатель  ясности  неба;  ?  —  эмпи¬
рический  коэффициент,  показывающий,  какая  часть  прямой  сол¬
нечной  радиации,  рассеянной  в  атмосфере,  доходит  до
поверхности.
 Расчеты  по  формулам,  подобным  (21),  и  результаты  непо¬
средственного  измерения  рассеянной  радиации  позволяют  устано¬
вить  закономерности  в  суточных,  месячных  и  годовых  суммах
тепла  рассеянной  радиации.  Как  правило,  суточные  суммы  рас¬
сеянной  радиации  летом  максимальны.  В  это  время  различия
в  значениях  этих  сумм  на  юге  и  севере  значительно  меньше,  чем

ПРИТОК  РАССЕЯННОЙ  РАДИАЦИИ
 51
 §  5)
 зимой.  Туман  приводит  к  уменьшению  прихода  суточных  сумм.
Облака  верхнего  и  среднего  ярусов  способствуют  увеличению
прихода  сумм  рассеянной  радиации.
 Для  ориентировки  на  рис.  18  показан  годовой  ход  суточных
сумм  рассеянной  радиации  при  различной  облачности.  Для  Пав¬
ловска  самые  большие  значения  суточных  сумм  зафиксированы
в  летнее  время  1938  г.  (примерно  400  кал/см2  день),  а  самые  ма¬
лые—  той  же  зимой  (около  3  кал/см2  день).  Наибольшую  измен¬
чивость  в  приходе  радиации  мы  наблюдаем  в  осенне-зимние  ме¬
сяцы.  В  Арктике  в  период  полярного  дня  суточные  суммы
рассеянной  радиации  достигают  600  кал/см2  день.  Можно  также
отметить  возрастание  суточных  сумм  рассеянной  радиации  в  пунк¬
тах,  стоящих  выше  уровня  моря.
 Для  характеристики  месячных  сумм  рассеянной  радиации
в  табл.  3  приводятся  данные  для  Павловска  и  Ташкента.
 Таблица  3
 Месячные  суммы  рассеянной  радиации  (кал/см2  мес)
 Месяцы
 I
 II
 III
 IV
 V
 VI
 VII
 VIII
 IX
 X
 XI
 XII
 1
 Павловск
 1
 0,64
 1,43
 3,34
 4,37
 5,84
 5,9
 5,61
 4,31
 3,3
 1,52
 0,59
 0,37
 Ташкент
 2,36
 2,67
 3,78
 4,20
 4,41
 3,71
 3,2
 2,93
 2,71
 2,71
 2,18
 1,87
 Даже  в  Ташкенте,  где  облачность  незначительна,  рассеянная
радиация  никогда  не  опускается  ниже  16%  от  общего  притока
коротковолновой  радиации  и  зимой  достигает  60%  от  этой  вели¬
чины.  При  этом  по  абсолютным  значениям  QM  превосходит  вели¬
чины  рассеянной  радиации  в  эти  месяцы  для  Павловска  в  не¬
сколько  раз.  В  Павловске  с  сентября  по  март  месячные  суммы
рассеянной  радиации  превосходят  месячные  суммы  прямой  ра¬
диации.  В  общем  за  год  приход  рассеянной  радиации  в  обоих
пунктах  практически  одинаков.  Для  сопоставления  годовых  сумм
рассеянной  радиации  на  различных  широтах  в  табл.  4  приведены
данные  Т.  Г.  Берлянд  (1948).
 Таблица  4
 Годовые  суммы  рассеянной  радиации
 <?,  град.
 80
 75
 70
 65
 60
 55
 50
 45
 40
 35
 Qd>  икал/см2  год
 47
 41
 40
 38
 37
 37
 39
 43
 49
 52
 К  югу  относительная  доля  годового  прихода  рассеянной
радиации  уменьшается  пропорционально  широте.  В  связи
 4

52 	ЛУЧИСТАЯ  ЭНЕРГИЯ 	[гл.  \
 с  изменением  облачности  наблюдаются  заметные  (до  15%  от
многолетних)  отклонения  годовых  сумм  в  разные  годы.
 Интерес  представляют  данные  о  приходе  рассеянной  п*лиации
к  неровной  поверхности,  к  склонам,  гребням,  валам  и  т.  д.  Раз¬
ница  в  приходе  радиации  на  склон  и  горизонтальную  поверхность
увеличивается  с  ростом  потока  рассеянной  радиации,  а  также
с  увеличением  облачности  верхнего  яруса  (при  наличии  прямой
солнечной  радиации).  Плотные  облака  (As  и  Sc)  уменьшают  эту
разницу  в  связи  с  уменьшением  прихода  рассеянной  радиации.
Имеются  косвенные  измерения  (не  рассеянной  радиации,  а  про¬
порциональной  ей  величины  освещенности),  которые  показывают,
что  при  пасмурном  небе  приход  рассеянной  радиации  умень¬
шается  с  увеличением  угла  наклона  поверхности.  При  ясном  небе
для  поверхностей,  обращенных  к  солнцу,  имеет  место  максимум
прихода  рассеянной  радиации  при  некотором  угле  наклона
приемной  поверхности  0  <  а  <  90°.  Для  поверхностей,  обращен¬
ных  в  сторону,  противоположную  солнцу,  наблюдается  убывание
прихода  рассеянной  радиации  с  ростом  угла  наклона  поверхно¬
сти.  Важно  также  отменить,  что  различие  в  освещенности,  а  сле¬
довательно,  и  в  притоке  рассеянной  радиации,  уменьшается
с  увеличением  облачности.  Наибольший  приход  рассеянной  ра¬
диации  имеет  место  в  летнее  время  с  наклоном  склонов  в  45°,
обращенных  к  югу  и  востоку  (на  12%  больше,  чем  на  горизон¬
тальную  поверхность).  Осенью  подобный  склон,  ориентирован¬
ный  на  юг,  получает  на  46%  больше  рассеянной  радиации,  чем
горизонтальная  поверхность.  При  пасмурном  небе  преимуще¬
ство  имеет  горизонтальная  поверхность,  а  различная  ориенти¬
ровка  мало  влияет  на  приход  рассеянной  радиации.  Приход
рассеянной  радиации  на  гребневую  поверхность  изучен  В.  П.  Кис-
ловым  (1948),  который  учел  большее  поглощение  рассеянной
радиации,  падающей  на  гребни,  чем  на  ровную  поверхность,  из-за
эффекта  многократного  отражения  гребней.  Расчеты  показывают,
что  для  гребней  с  гранями,  наклоненных  к  горизонту  на  40—45°,
это  увеличение  поглощения  доходит  до  10%.
 §  6.  Приток  к  деятельной  поверхности  суммарной  радиации
 Сумму  потоков  прямой  и  рассеянной  радиации  называют  по¬
током  суммарной  радиации  /р.  Практически  чаще  всего  прихо¬
дится  иметь  дело  с  суммарной  радиацией.  Поскольку  ранее  уже
выяснено,  от  каких  факторов  зависят  в  отдельности  составляю¬
щие  суммарной  радиации,  а  именно  прямая  и  рассеянная  радиа¬
ция,  этим  самым  дан  ответ  на  вопрос  о  том,  от  чего  и  в  какой
мере  зависит  суммарная  радиация.  По-видимому,  в  первую  оче¬
редь  на  величину  /р  воздействуют  условия  прозрачности  атмо¬
сферы,  степень  облачности,  высота  солнца.

ПРИТОК  СУММАРНОЙ  РАДИАЦИИ
 53
 §  6]
 В  соответствии  со  своими  элементами  суммарная  радиация
растет  с  ростом  высоты  солнца,  причем  этот  рост  подчиняется
практически  линейному  закону:
 /р  =  const  Л©. 	(22)
 Константа  в  уравнении  (22)  устанавливается  эмпирически  и
весьма  мало  меняется  от  одной  широты  к  другой  (Москва  —
0,0245,  Архангельск  —  0,0252).  В  действительности  степень  про¬
зрачности  должна  влиять  на  величину  этой  константы  и  поэтому
 *с  >  смг.  су  тки
 Рис.  19.  Годовой  ход  средних  суточных  сумм  суммарной  ра¬
диации  для  Ташкента  (точки)  и  Подмосковья  (кружки).
 ее  значение  будет  для  каждого  географического  пункта  изме¬
няться  в  течение  года.  По-видимому,  в  случаях,  отклоняющихся
от  условий  ясного  и  полностью  облачного  неба,  нельзя  ожидать
выполнения  линейности  между  /р  и  А©.  Наличие  частичной  облач¬
ности  приводит  (при  закрытом  облаками  солнце)  чаще  всего
к  увеличению  величины  /р  по  сравнению  с  /р  при  безоблачном
небе.
 Естественно,  что,  как  правило,  большая  степень  всех  форм
облачности  ведет  к  уменьшению  /г;  особенно  же  это  относится
к  нижнему  ярусу.  Так,  сплошная  облачность  в  виде  Ci  и  Cs
уменьшает  поток  /р  по  сравнению  с  ясным  небом  в  30—50  раз
(А©  =5—10°)  или  в  2—10  (А©  =40—50°)  раз  соответственно;

54
 ЛУЧИСТАЯ  ЭНЕРГИЯ
 [гл.  I
 As  и  Ас—  в  30—40  раз  (Л0=  5—10°)  или  в  40—60  раз  (й0=5О°),
St  и  Sc  уменьшают  /р  в  75—85  раз  на  всех  высотах  от  5  до  50°.
 Суточный  и  годовой  ход  величины  суммарной  радиации  весьма
прост  и  характеризуется  наличием  дневного  и  соответственно  лет¬
него  максимума.  Некоторая  асимметрия  в  суточном  ходе  вели¬
чины  /  выражается  в  том,  что  она  до  полудня  больше,  чем
 Рис.  20.  Годовой  ход  месячных  сумм  суммарной  радиации.
 я  —Ташкент;  б—  Владивосток;  в  —  Саратов;  а—Павловск.
 в  послеполуденные  часы.  Аналогичное  явление  можно  отметить
и  в  годовом  ходе  величины  потока  /Р,  который  оказывается  в  пер¬
вом  полугодии  большим,  чем  во  втором.  Отмеченные  явления
полностью  объясняются  суточным  и  годовым  ходом  облачности.
Из  многочисленных  расчетных  формул,  предложенных  для  вы¬
числения  величины  /р,  отметим  формулу  В.  Н.  Украинцева
(1939):
 Iv  =  m's-\-n'. 	(23)
 Полученная  на  основании  большого  опытного  материала  фор¬
мула  (23)  позволяет  находить  /р  по  заранее  известным  величи¬

ПРИТОК  СУММАРНОЙ  РАДИАЦИИ
 55
 §  61
 икал
см  ?  год
 нам  т'  и  п',  установленным  для  каждой  широты  и  места  года.
Значение  коэффициентов  т'  и  пг  дано  в  работе  В.  Н.  Украин¬
цева,  который  в  силу  временной  и  пространственной  изменчиво¬
сти  считает  возможным  применять  их  для  вычисления  средне¬
месячных  значений  /р.
 Переходя  к  изложению  результатов  измерений  сумм  суммар¬
ной  радиации  суточных,  месячных,  годовых  и  сезонных,  остано¬
вимся  на  некоторых  типич¬
ных  примерах.  На  рис.  19
представлен  годовой  ход
средних  суточных  сумм  сум¬
марной  радиации  для  Под¬
московья  и  Ташкента.  В  обо¬
их  местах,  в  соответствии  с
ходом  облачности,  наблю¬
дается  простой  синусоидаль¬
ный  годовой  ход  суточных
сумм  суммарной  радиации
с  максимумом  в  летний  пе¬
риод.  Неправильности  в  ходе
облачности  приводят  к  от-  «^
клонению  от  вида  сглажен-  I  0
ных  кривых,  к  смещению  <5*
максимума,  к  возникновению
вторичных  максимумов.
 На  рис.  20  приведены
для  примера  4  кривые  годо¬
вого  хода  месячных  сумм
суммарной  радиации  для
Т  ашкента,  Владивостока,
 Саратова  и  Павловска.
 На  рис.  21  представлено
влияние  географической  ши¬
роты  на  величину  средней
годовой  суммы  суммарной
радиации  по  наблюдениям
85  станций  СССР.  Наконец,  в  табл.  5  содержатся  сезонные  и
годовые  суммы  прямой,  рассеянной  и  суммарной  радиации
в  различных  точках  СССР.  Эта  таблица  иллюстрирует  огромную
роль  рассеянной  радиации  в  общей  величине  суммарной  радиа¬
ции,  особенно  для  таких  мест  как  Якутск.  Но  даже  и  в  Кисло¬
водске  доля  рассеянной  радиации  достигает  в  общей  годовой
сумме  суммарной  радиации  почти  50%.
 В  литературе  известны  работы,  посвященные  построению  карт,
в  которых  представлены  сезонные  и  годовые  суммы  суммарной
радиации  для  всей  территории  СССР  и  даже  для  всего  северного
 50 	30
 <р.  град
 Рис.  21.  Широтное  изменение  средних
годовых  сумм  суммарной  радиации.
 Для  сравнения  ^приведена  кривая  прямой  радиа¬
ции  (пунктир).

56
 ЛУЧИСТАЯ  ЭНЕРГИЯ
 [гл.  I
 Таблица  5
 Сезонные  и  годовые  суммы  прямой,  рассеянной  и  суммарной
радиации  в  различных  точках  СССР  (ккал/см-)
 Пункт
 Радиация
 Зима
 Весна
 Лето
 Осень
 Год
 /
 0
 7
 8
 1
 16
 Бухта  Тихая
 Id
 0
 15
 23
 1
 39
 W+'b
 0
 22
 31
 2
 55
 /
 0
 12
 14
 1
 27
 Бухта  Тикси
 Id
 1
 18
 19
 4
 42
 'p  =  '+'d
 1
 30
 33
 5
 69
 /
 2
 20
 30
 5
 57
 Якутск
 fD
 2
 12
 14
 4
 32
 4
 32
 44
 9
 89
 I
 1
 14
 22
 4
 41
 Павловск
 Id
 2
 11
 13
 4
 30
 I?  =  I  +  Id
 3
 25
 35
 8
 71
 /
 3
 18
 28
 6
 55
 Новосибирск
 Id
 4
 10
 10
 5
 29
 I^I+Id
 7
 28
 38
 11
 84
 /
 2
 16
 22
 6
 46
 Минск
 Id
 4
 13
 15
 6
 38
 1
 6
 29
 37
 12
 84
 /
 2
 16
 27
 8
 53
 Воронеж
 Id
 5
 14
 15
 7
 41
 Iv  =  I+Id
 7
 30
 42
 15
 94
 /
 2
 22
 38
 15
 77
 Евпатория
 Id
 6
 15
 14
 9
 44
 IV  =  I+ID
 8
 37
 52
 24
 121

ПРИТОК  ДЛИННОВОЛНОВОЙ  РАДИАЦИИ
 57
 §  7}
 Продолжение  табл.  5
 Пункт
 Радиация
 Зима
 Весна
 Лето
 Осень
 Год
 /
 5
 23
 37
 15
 80
 Карадаг
 7в
 6
 12
 12
 7
 37
 /р  =  /  +  //>
 1
 35
 49
 22
 117
 /
 7
 17
 27
 15
 66
 Кисловодск
 !d
 10
 18
 17
 8
 53
 7v  =  '  +  'd
 17
 35
 44
 23
 119
 полушария.  Большая  ценность  этих  работ  состоит  <в  воз¬
можности  их  использования  для  решения  климатологических
и  агрофизических  задач.
 §  7.  Приток  к  деятельной  поверхности  длинноволновой  радиации
 Ранее  рассматривался  приток  к  деятельной  поверхности  лишь
коротковолновой  радиации.  Как  выяснилось  в  §  1  главы  I,  по¬
мимо  такого  притока,  имеет  место  приход  длинноволновой  радиа¬
ции,  или,  как  обычно  принято  называть,  противоизлучения,
обусловленного  излучением  атмосферы.  В  силу  значительных  ме¬
тодических  трудностей,  возникающих  при  регистрации  дан¬
ного  вида  радиации,  особенно  в  дневное  время,  необходимо
к  имеющимся  в  этой  области  экспериментальным  данным
подходить  с  точки  зрения  оценки  их  точности.  Суточный  ход
 Таблица  6
 Суточный  ход  противоизлучения  (ккал/см2  •  мин)
 t,  час.
 Противо¬
 излучение
 t,  час.
 Противо¬
 излучение
 ty  час.
 Противо¬
 излучение
 0-1
 0,5
 8—9
 0,52
 16—17
 0,58
 1—2
 0,5
 9—10
 0,58
 17—18
 0,56
 2-3
 0,5
 10—11
 0,62
 18—19
 0,56
 3-4
 0,5
 11—12
 0,64
 19—20
 0,54
 4-5
 0,5
 12—13
 0,64
 20—21
 0,53
 5-6
 0,49
 13—14
 0,64
 21—22
 0,53
 6—7
 0,44
 14—15
 0,63
 22—23
 0,53
 7-8
 0,47
 15—16
 0,62
 23—24
 0,51

58
 ЛУЧИСТАЯ  ЭНЕРГИЯ
 [ГЛ.  I
 противоизлучения  атмосферы  может  быть  полностью  объяснен
двумя  одновременно  действующими  факторами:  ходом  темпера¬
туры  и  влажности  воздуха.  В  результате  имеет  место  нарастание
противоизлучения  до  полудня,  достижение  в  некоторый  близкий
к  полудню  момент  не  ярко  выраженного  максимума,  а  затем  спад
в  послеполуденные  часы.  В  течение  ночи  происходит  непрерыв¬
ное  убывание  этой  величины.  В  качестве  иллюстрации  сказан¬
ного  приводим  суточный  ход  противоизлучения  для  ряда  пунктов
СССР  (табл.  6).  Таким  образом,  дневной  максимум  противо¬
излучения  обычно  исчисляется  примерно  0,5  кал/см2мин,  а  суточ¬
ная  амплитуда  его  равна  0,1—0,2  кал/см2.  Конечно,  противоизлу¬
чение  в  сильной  степени  зависит  от  облачности:  чем  больше
облаков,  тем  более  они  излучают  в  сторону  деятельной  поверх¬
ности.  Поэтому  противоизлучение  облачного  неба  может  быть
больше  противоизлучения  ясного  неба  (на  20—24%  для  кучевых
высокослоистых  и  на  4—8%  для  перистых  и  перистослоистых).
Ясно,  что  в  указанном  направлении  на  величину  противоизлуче¬
ния  будут  влиять  мгла,  туман  и  запыленность  атмосферы.  Все
эти  воздействия  могут  быть  учтены  хотя  бы  в  основных  чертах
теоретически.
 Для  наших  задач  достаточно  удовлетворительными  являются
эмпирические  формулы,  построенные  на  основе  использования
наблюдений  в  различных  точках  Советского  Союза.  Все  эти  фор¬
мулы  учитывают  два  основных  фактора,  действующих  на  вели¬
чину  противоизлучения: 	влажность  и  температуру.  Приводим
 одну  из  таких  формул,  принадлежащих  Бренту,  которая  может
считаться  достаточно  проверенной  в  различных  условиях:
 G  =  o0T*{\—a  +  bVe), 	(24)
 где  со  —  константа  лучеиспускания  абсолютно  черного  тела,  Т  —
температура  и  е  —  упругость  водяного  пара  (выраженная  в  мм
рт.  ст.)  на  уровне  метеорологической  будки.  Для  а  и  b  найдены
соответствующие  значения:  а  =  0,448,  b  =  0,064.  Формула  (24)
может  быть  несколько  улучшена  за  счет  неучтенных  факторов:
неполной  черноты  земной  поверхности  и  наличия  температурного
перепада  на  высоте  вблизи  деятельной  поверхности.  Однако  для
практических  задач,  встречающихся  в  агрофизике,  формула  (24)
вполне  пригодна.  Но  ее  пригодность  ограничивается  лишь  усло¬
виями  безоблачного  неба.  При  наличии  облаков  можно  с  доста¬
точным  для  практики  приближением  вычислить  противоизлуче¬
ние  по  формуле:
 Gi  :=  G  [  1  —(—  CHtiH  —(—  Cutic“l- 	=  GCqH. 	(25)
 Здесь  С„,  Сс  и  Св  —  коэффициенты,  характеризующие  влия¬
ние  облачности  нижнего,  среднего  и  верхнего  ярусов  на  величину
противоизлучения;  п»,  По  и  пв  —  количество  облаков  тех  же  яру¬

АЛЬБЕДО
 59
 §  8]
 сов,  выраженное  в  баллах.  При  этом  на  основании  опытных  ма¬
териалов  можно  сделать  вывод  о  том,  что  приближенно  Сп  =  0,2
(для  облаков  Ns,  St,  Sc,  Си  и  Cb);  Сс  =  0,5—0,6  (для  облаков
Ac,  As);  Св  =  0,8  (для  облаков  Gi,  Cs,  Сс).  В  действительности
значения  указанных  коэффициентов  зависят  от  температурных
условий  в  атмосфере,  от  времени  года  и  широты  местности.
 После  того  как  мы  выяснили,  в  какой  форме  и  каким  образом
солнечная  радиация  притекает  к  деятельной  поверхности,  воз¬
никает  вопрос  о  том,  что  происходит  со  всеми  этими  видами  ра¬
диации  на  указанной  поверхности.  По-видимому,  можно  говорить
об  отражении  и  излучении  деятельной  поверхностью  некоторой
части  притекшей  радиации.  Ясно,  что  процесс  рассеяния  на  та¬
ких  объектах,  как  почва  ц  растения,  рассматривать  не  прихо¬
дится:  слишком  эти  объекты  велики  по  сравнению  с  размерами
длины  световой  волны.  Таким  образом,  речь  может  идти  об  отра¬
жении  и  об  излучении  частично  поглощенной  радиации,  прите¬
кающей  на  деятельную  поверхность.  Говоря  в  первую  очередь
об  отражении,  необходимо  иметь  в  виду,  что  отражается  от  инте¬
ресующих  нас  объектов  (почвы,  растения)  по  преимуществу  ко¬
ротковолновая  радиация.  Отражательная  способность,  или  аль¬
бедо,  данной  поверхности,  под  которым  имеется  в  виду  отноше¬
ние  полного  отраженного  потока  к  полному  потоку,  пришедшему
на  данную  поверхность,  является  величиной  крайне  малой  для
длинных  волн  и  значительно  большей  для  коротких  волн.
 Излучательная  же  способность  поверхности,  равная  количе¬
ству  излученной  энергии  с  единицы  площади  ее  в  единицу  вре¬
мени,  по  смыслу  характеризует  длинноволновую  радиацию.  При¬
боры,  служащие  для  измерения  обоих  видов  оттоков  радиации,
а  именно  альбедо  и  излучения,  уже  ранее  описаны.
 Для  измерения  отраженной  радиации  служит  пиранометр
Янишевского,  обращенный  книзу:  к  почве,  растениям  —  вообще
к  деятельной  поверхности.  Измерение  альбедо  состоит  из  двух
действий:  регистрации  показаний  гальванометра,  присоединен¬
ного  к  приемнику  пиранометра  в  положении  «вверх»  и  затем
«вниз».  Отношение  второго  числа  к  первому,  выраженное  в  про¬
центах,  даст  величину  альбедо.  Пиргеометр  С.  Б.  Хволес,  обра¬
щенный  приемной  частью  вниз,  дает  излучательную  способность
деятельной  поверхности.
 §  8.  Альбедо
 Отражательная  способность,  или  альбедо  Л,  почв,  растений,
листьев,  стеблей  является  важнейшей  характеристикой,  которая
во  многом  определяет  их  тепловой  режим.  Величина  альбедо
почв  связана  со  структурой  почвы,  степенью  гладкости  и  цветом
поверхности.  Величина  альбедо  растений  связана  с  их  природой,

60
 ЛУЧИСТАЯ  ЭНЕРГИЯ
 [гл.  I
 цветом  листьев,  стеблей  и  т.  п.  Прежде  всего  следует  иметь
в  виду,  что  большинство  поверхностей  имеет  избирательное  по¬
глощение  в  той  или  иной  области  спектра.  Известно,  что  тело„
представляющееся  серым  в  видимой  области  спектра,  благодаря
равномерному  альбедо  для  всех  длин  волн  может  при  этом  иметь
резко  выраженное  селективное  поглощение  в  ультрафиолетовой
или  инфракрасной  областях,  что  приведет  к  существенному  раз¬
личию  в  значениях  интегрального  альбедо  двух  тел,  кажущихся
одинаково  серыми.  Так,  например,  отмечено,  что  зеленая  трава,
 Рис.  22.  Спектральная  отражательная  способность  почв.
 1  —  почва  луговая,  2  —  полуболотная,  3—  пахотная,  4  —  болотная  (торф)
 отражающая  в  видимой  части  максимум  30%  от  общей  падаю¬
щей  на  нее  энергии,  ведет  себя  в  ультрафиолетовой  части,  как
сажа.
 Обычный  ход  альбедо  выражается  в  росте  А  по  мере  увели¬
чения  длины  волны.  На  основании  многочисленных  спектрофото¬
метрических  опытов,  проведенных  Г.  А.  Тиховым  (1947),
Е.  Л.  Криновым  (1934),  В.  В.  Шароновым  (1934),  М.  П.  Остя-
ковым  и  К.  И.  Козловой  (1950),  В.  С.  Тихомировым  (1950),
удалось  достаточно  полно  выяснить  зависимость  отражательной
способности  (вернее  коэффициента  яркости,  который  чаще  всего
количественно  не  совпадает  с  величиной  А,  но  качественно  яв¬
ляется  характеристикой,  аналогичной  А)  от  длины  волны  для
ряда  природных  почв  и  растений.
 По  данным  Е.  Л.  Кринова  (рис.  22),  темные  почвы  (тучный
чернозем)  демонстрируют  слабую  зависимость  А  от  К.  Светлые
серые  пески,  глина,  известняк,  песчаник  в  сухом  состоянии,  на¬
оборот,  показывают  резкое  возрастание  отражательной  способ¬

АЛЬБЕДО
 61
 §  8]
 ности  в  желто-зеленой  части  спектра  (X  =  0,55  мк)  и  затем  силь¬
ное  возрастание  в  конце  видимой  области  при  X  =  0,7  мк,  что,
вероятно,  объясняется  частично  наличием  у  растений  в  инфра¬
красной  области  флуоресцирующего  эффекта  (рис.  23).  Лесные
насаждения  в  период  вегетации  качественно  ведут  себя  как
трава,  а  зимой  мало  отражают  вообще  и  практически  одинаково
во  всех  областях  спектра  (рис.  24).  У  снега  имеет  место  обрат¬
ный,  по  сравнению  с  ранее  рассматриваемым,  ход  отражатель¬
ной  способности  с  увеличением  Я.  Е.  Л.  Кринов  рассмотрел  во¬
прос  о  зависимости  отражательной  способности  природных
 Рис.  23.  Спектральная  отражательная  способность  зелени.
7  —листья  березы;  2  —лебеда;  5  —трава  сеяная.
 объектов  от  направления.  Так,  по  его  данным,  в  зависимости  от
направления  наблюдения  отражательная  способность  над  пше¬
ницей  может  отличаться  в  10  раз,  над  лугом  и  почвой  —  в  2,5
и  3  раза,  а  над  песком  отличия  в  связи  с  направлением  наблю¬
дения  не  замечается.  Непосредственные  измерения  величины  аль¬
бедо,  проведенные  Н.  Н.  Калитиным  (1938)  и  Е.  А.  Лопухиной
(1951)  с  помощью  селеновых  фотоэлементов  и  пиранометров,
покрытых  оптическим  фильтром,  показывают  также  возрастание
величины  альбедо  с  ростом  X  для  мелкого,  крупного,  мокрого  и
сухого  песка,  для  травы,  для  вскопанного  виноградника,  для
хлопкового  поля,  для  площадки  со  взрыхленной  почвой,  для
площадки,  расположенной  в  сосновом  лесу.  Но  в  одних  случаях
имеет  место  монотонное  возрастание  величины  А  (трава,  хлоп¬
ковое  поле  с  растениями  и  без  растений),  а  в  других  случаях

62
 ЛУЧИСТАЯ  ЭНЕРГИЯ
 [гл.  I
 наблюдается  то  менее  (мелкая  и  сухая  трава,  пляжный  отсеян¬
ный  песок),  то  более  (пляжная  сухая  и  мокрая  галька,  мелкий
сухой  и  мокрый  песок)  выраженный  максимум.  Однако  макси¬
мум  этот  имеет  место  не  в  желто-зеленой,  а  по  большей  части
в  красной  области  спектра.  По  данным  Н.  А.  Алексеевой  (1952),
исследовавшей  различные  объекты  в  длинноволновой  области
спектра  (0,6—1,2  мк),  выясняется,  что  альбедо  для  всевозмож¬
ных  лесных  участков,  травянистых  покровов,  огородных  и  поле¬
вых  культур  превышает  интегральное  альбедо.  Так,  для  луга,
покрытого  низким  травяным  покровом,  суходольного  луга,  для
смешанного  леса  и  для  картофельного  и  овсяного  Долей  это  пре¬
вышение  составляет  200%,  для  заливного  луга  с  густым  покро¬
вом—  почти  300%  и  только  для  поля  подсолнечника  160%.
 Рис.  24.  Кривые  спектральной  отражательной
способности  лесных  насаждений.
 7  —лиственные  породы  (осенью),  2  —хвойные  (летом);  3  —  ли¬
ственные  (летом),  4  —  лиственные  (зимой),  5  —  хвойные  (зимой)
 Спектральное  альбедо  для  снега  подробно  изучено  Н.  Н.  Ка-
литиным  (1938).  Им  показано,  что  в  пределах  от  ультрафиоле¬
товой  (0,38  мк)  до  инфракрасной  (0,9  мк)  области  значения
альбедо  снега  во  всех  стадиях,  начиная  с  момента  выпадения  и
кончая  моментом  стаивания,  растет,  достигая  в  красной  области
максимума  (0,612  мк),  а  затем  падает.  При  этом  чистый  сухой
снег  в  указанных  пределах  X  (0,38—0,90  мк)  изменяет  свое  аль-1
бедо  от  91  до  88%.  Мокрый  или  засоренный  снег  обладает  в  пре¬
делах  изменения  X  0,38—0,612—0,660—0,90  мк  следующими  со¬
ответствующими  областями  изменения  альбедо:  70—80—82—73%
или  56—67—58—46%.  Альбедо  снега  весьма  резко  изменяется
в  связи  с  той  или  иной  долей  проталин.  Так,  для  снега  с  80%
проталин  длинам  волн  0,38;  0,612;  0,660;  0,90  мк  соответствуют
значения  альбедо:  31,  53,  40,  31%;  для  снега  с  20%  проталин
тем  же  значениям  X  соответствуют  значительно  меньшие  вели¬
чины  альбедо,  а  именно:  8,  29,  21,  28%.

АЛЬБЕДО
 63
 §  8J
 Для  воды  установлен  рост  величины  А  от  5,4  %  при  К  =
=  0,38  жк  до  достижения  максимума  А  =  19—20%  при  Х  =
=  0,45—0,5  мк  и  дальнейший  спад  альбедо  до  4,5%  при
X  =  660  мк.  Поскольку  при  решении  агрофизических  задач  чаще
всего  интересуются  не  спектральными,  а  интегральными  альбедо,
то  приводим  некоторые  данные,  характеризующие  в  этом  отно¬
шении  сельскохозяйственные  объекты.  Если  мы  в  первую  оче¬
редь  обратимся  к  почвам  (табл.  7),  то  должны  будем  отметить,
что  альбедо  почв  зависит  от  структурного  состояния  поверхности,
степени  обработки  верхнего  горизонта  и  от  степени  увлажнен¬
ности,  от  которой,  в  свою  очередь,  зависит  цвет  почв.
 Таблица  7
 Альбедо  различных  почв
 Почва
 А,  %
 Почва
 А,  %
 Чернозем  сухой
 14
 Паровое  поле  (сухая  по¬
 »  влажный  ....
 8
 верхность)
 8—12
 Серозем  сухой
 25—30
 Паровое  поле  (влажная  по¬
 »  влажный  ....
 10—12
 верхность)
 5-7
 Глина  сухая
 23
 Вспаханное  влажное  поле
 14
 »  влажная
 16
 Песок  белый,  желтый  .  .
 34—40
 Песок  серый
 18-23
 Влияние  характера  шероховатости  на  величину  альбедо  иссле¬
довал  А.  А.  Скворцов  (1928).  Он  выяснил,  что  одна  и  та  же
почва  (глинистый  подгорный  светлозем)  может  иметь  альбедо
30—31%,  когда  поверхность  выровнена,  28%  и  25—30%,  когда
она  покрыта  соответственно  пылью  или  мелкими  и  крупными
комками  и,  наконец,  17%,  когда  эта  почва  свежевспахана.
 Влажность  значительно  снижает  величину  альбедо,  как  это
видно  из  опытов  А.  Ф.  Чудновского  (рис.  25).  Данные  Т.  В.  Ки¬
рилловой  (1952)  показывают,  что  альбедо  орошаемой  почвы
уменьшается  на  5—8%  по  сравнению  с  сухим  участком  той  же
почвы.  В.  Л.  Гаевский  (1953)  нашел,  что  в  случае  оголенной
почвы  орошение  вызывает  уменьшение  величины  А  на  14%,
а  в  случае  хлопкового  поля  —  только  на  3%.  По  данным  трех¬
летних  опытов  АФИ  (А.  Ф.  Чудновокий  1953)  с  орошением  в  За¬
волжье  и  Ростовской  области  выходит,  что  орошение  может  из¬
менить  величину  альбедо  пшеничного  поля  весьма  значительно.
 В  связи  с  экспедицией  АФИ,  по  данным  наблюдений  в  За¬
волжье,  получены  значения  альбедо  (средние  ц  полуденные
часы)  для  отдельных  дней  до  и  после  полива.  Кроме  того,  вы¬
числено  отношение  альбедо  орошаемого  к  альбедо  неорошаемого

64
 ЛУЧИСТАЯ  ЭНЕРГИЯ
 [ГЛ.  1
 поля  для  тех  же  дней.  Последняя  величина  более  объективно
характеризует  зависимость  альбедо  от  увлажнения,  ибо  влияние
облачности,  которое  сказывается  на  абсолютном  значении  А,
здесь  исчезает.  Необходимо  отметить  то  обстоятельство,  что  до
 полива  Лор>ЛНеор.  Это  вполне
тельном  покрове  (см.  табл.  8).
 Рис.  25.  Зависимость  альбедо
песка  от  влажности.
 объясняется  различием  в  расти-
 Таблица  8
 Альбедо  растительных  покровов
 Растение
 А,  %
 Пшеница  яровая
 10—25
 »  озимая
 16—23
 Рожь  озимая
 18-23
 Трава  высокая
 18—20
 »  зеленая
 26
 »  высохшая
 19
 Вершины  дуба
 18
 »  сосен
 14
 »  елей
 10
 Хлопок
 20—22
 Люцерна
 21—32
 Рисовое  поле
 12'
 Салат
 22
 Свекла
 18
 Картофель
 19
 Лук
 18—17
 Сельдерей
 22
 Интересными  представляются  данные  Б.  М.  Гальпериной
(1949),  иллюстрирующие  изменение  альбедо  ржи  и  пшеницы
в  течение  вегетационного  периода  (рис.  26).  Подобные  же  данные
для  хлопкового  поля  получены  Е.  А.  Лопухиным  (1949—1950).
 Благодаря  изменению  в  течение  дня  состава  потока  прямой
солнечной  радиации  имеет  место  зависимость  величины  альбедо
от  высоты  солнца.
 Кривые  на  рис.  27,  приведенные  для  разных  почв  и  для  травы
К.  Я-  Кондратьевым  (1954),  демонстрируют  то  обстоятельство,
что  в  течение  дня  альбедо  одного  и  того  же  объекта  может  изме¬
ниться  в  два  раза.  Естественно,  что  речь  может  идти  также  и
о  годовом  ходе  альбедо.  На  рис.  28  представлен  для  примера
годовой  ход  альбедо  для  естественного  покрова  в  Ташкенте.
 В  течение  года  альбедо  одного  и  того  же  объекта  может  также
измениться  в  два  раза.  Колебания  значений  величины  альбедо
могут  быть  весьма  значительными,  например  в  связи  с  выпаде¬
нием  осадков,  состоянием  снежного  покрова  и  т.  п.  Поэтому
от  года  к  году  среднемесячные  значения  альбедо  могут  сильно
меняться.  Даже  среднегодовые  значения  альбедо  в  связи  с  кли¬
матическим  состоянием  претерпевают  резкие  колебания.  Так,
И.  Н.  Ярославцев  (1952)  для  Ташкента  установил,  что  среднее

АЛЬБЕДО
 65
 §  8]
 5  Зак,  196.

66
 ЛУЧИСТАЯ  ЭНЕРГИЯ
 [ГЛ.  I
 годовое  значение  альбедо  может  колебаться  от  19%  (для  холод¬
ного  дождливого  года)  до  23%  (для  жаркого  лета  и  снежной
зимы)  и  даже  до  29%  (для  обильно  снежного  года).  Величины
альбедо  для  лесных  массивов,  зафиксированные  с  борта  самолета
для  хвойных  и  лиственных  лесов,  равны  12—15%.
 §  9.  Излучение  деятельной  поверхности
 Если  коротковолновая  часть  солнечной  радиации  при  дости¬
жении  земной  поверхности  претерпевает  преимущественно  отра¬
жение,  то  длинноволновая  часть  главным  образом  поглощается
почвой.
 Лучеиспускательная  способность  тела  U,  рассматриваемая
как  энергия,  излучаемая  1  см2  его  поверхности  в  1  сек.,  может
быть  представлена  в  виде
 со
 U=  f  UxdX,
 о
 где  Их  —  интенсивность  излучения  в  области  спектра,  соответ¬
ствующая  длине  волны  X  и  выражающаяся  законом  Планка  для
абсолютно  черного  тела  (интенсивность  его  излучения  Uox).  Для
такого  тела  из  закона  Планка  в  согласии  с  опытом  получается
другой  известный  закон  Стефана  —  Больцмана,  согласно  кото¬
рому
 £/=з07\
 где  со  —  константа  лучеиспускания  абсолютно  черного  тела,  рав¬
ная  5,43  •  10~5  эрг/см2  сек  град4;  Т  —  абсолютная  температура
поверхности  этого  тела.
 Переходя  от  абсолютно  черного  к  серому  телу,  интенсивность
излучения  которого  Ux,  коэффициент  поглощения  ^  и  кон¬
станта  излучения  о,  получим:
 U  =  o(T)Tn,
 где  пф  4.  Для  интересующих  нас  объектов  (почв,  воды,  снега,
растений  и  т.  д.)  с  достаточной  точностью  можно  пользоваться
более  простым  выражением
 U  =  аТ4.
 На  величину  коэффициента  лучеиспускания  почв  влияет  природа
излучающей  поверхности,  в  первую  очередь  ее  прозрачность  для
данной  радиации,  а  также  состояние  этой  поверхности  —  нали¬
чие  шероховатости,  неровностей  и  т.  д.

§  9J 	ИЗЛУЧЕНИЕ  ДЕЯТЕЛЬНОЙ  ПОВЕРХНОСТИ 	67
 Лучеиспускательная  способность  почв  определяется,  следова¬
тельно,  двумя  характеристиками: 	температурой  поверхности
 почвы  и  константой  ее  лучеиспускания.  По  поводу  последней,
весьма  существенной  характеристики  состояния  и  природы
почвенной  поверхности  существует  разнобой  во  мнениях,  вслед¬
ствие  несовершенства  методики  измерения  констант  лучеиспуска¬
ния  о.
 Методы  измерения  можно  разделить  на  две  категории:  ватт-
метрические  и  термоэлектрические.
 В  основу  ваттметрических  методов  положено  непосредствен*
ное  измерение  количества  энергии,  которое  вследствие  излучения
более  нагретое  тело  отдает  более  холодному.  Если  температуры
обоих  тел  поддерживаются  постоянными,  то  количество  лучистой
энергии,  теряемое  нагретым  телом,  равно  тому  количеству  тепла,
которое  надо  подвести  к  нагретому  телу  в  единицу  времени  для
поддержания  постоянства  его  температуры.  Применительно
к  почвам  холодным  телом  будет  поверхность  почвы,  а  нагревае*
мым  —  специальный  радиатор.  Формула,  положенная  в  основу
этих  методов,  получена  при  расчете  лучистого  обмена  между
двумя  параллельными  поверхностями,  находящимися  на  весьма
малом  расстоянии  (настолько  малом,  чтобы  можно  было  пре¬
небречь  участием  других  тел).  Задача  определения  констант
лучеиспускания  сводится,  таким  образом,  к  измерению  темпе¬
ратур  Т\  и  Т2  поверхности  этих  тел  и  потока  энергии,  передавае¬
мого  от  нагретого  тела  к  холодному;  необходимо  также  знать
константу  о  для  одного  из  тел.
 Термоэлектрический  метод  предполагает  применение  в  каче¬
стве  приемника  радиации  термостолбика,  который  охлаждается
проточной  водой  вместе  с  двумя  зачерненными  диафрагмами,
вырезающими  конус  лучей  в  направлении  от  объекта  к  термо¬
столбику.  Другой  вариант  метода  предполагает  помещение
приемника  термопары  в  замкнутом  латунном  цилиндре,  зачер¬
ненном  изнутри  и  открытом  с  обеих  сторон.  Спаи  термопары
обращены  к  противоположным  основаниям  цилиндра,  и  их  тем¬
пература  поддерживается  постоянно  с  помощью  проточной  воды.
Температура  поверхности  объекта  измеряется  другой  термопа¬
рой,  вделанной  в  уровень  с  поверхностью.
 Не  имея  возможности  дать  сколько-нибудь  подробный  ана¬
лиз  перечисленных  методов,  укажем  на  общий  для  них  дефект,
состоящий  в  ненадежности  определения  температуры  поверхно¬
сти  объекта,  особенно  такого  как  почва.  В  известной  мере  этот
дефект  устранен  в  методе  Б.  П.  Александрова  и  А.  В.  Куртенера,
суть  которого  вкратце  состоит  в  следующем.  Во  все  расчетные
формулы  предыдущих  авторов  входили  два  неизвестных:  темпе¬
ратура  поверхности  Т0  и  константа  ее  лучеиспускания  о.
Б.  П.  Александров  и  А.  В.  Куртенер  (1935)  предложили  схему

68
 ЛУЧИСТАЯ  ЭНЕРГИЯ
 [гл.  I
 бинарного  метода,  позволившую  им  написать  два  уравнения
с  этими  двумя  неизвестными  и  исключить  из  рассмотрения  Го.
С  этой  целью  рассматриваются  два  изотермических  конуса,  распо¬
ложенных  симметрично  относительно  некоторой  вертикальной
оси.  Непосредственно  под  нижними  отверстиями  обоих  конусов,
в  вершинах  которых  помещено  по  термостолбику,  находится
поверхность  интересующего  нас  объекта.  Применяя  к  замкнутой
системе  «конус  с  термостолбиком  —  часть  поверхности,  приле¬
гающая  к  нему»,  условие  баланса  лучистой  энергии  на  поверх¬
ности  приемника  для  двух  моментов  времени,  соответствующих
двум  значениям  температуры  поверхности,  можно  получить  два
уравнения:
 а  ;  =  аю(71  —7$,  о£  =  а*о(71  —  П),
где  а'0  и  <Xq  —  соответственно  отклонения  гальванометра  в  цепях
первого  и  второго  термостолбиков,  а  а\  и  а2  —  переводные  мно¬
жители  обеих  установок,  являющиеся  функциями  известных
коэффициентов  отражения  и  поглощения  стенок  конуса  относи¬
тельно  объекта.  Таким  путем  исключается  величина  Т0.
 Идея  опыта  состоит  в  следующем:  почвенный  образец  поме¬
щается  на  горизонтальном  плоском  диске,  вращаемом  мотором
вокруг  оси.  Оба  термостолбика  соединены  с  помощью  потенцио¬
метра  одноименными  полюсами  так,  чтобы  при  равенстве  темпе¬
ратур  обоих  конусов  и  наличии  объекта  на  вращающемся  диске
(под  ними)  их  э.  д.  с.  можно  было  полностью  откомпенсировать.
Конусы  с  термостолбиками  помещаются  внутри  металлических
сосудов,  наполненных  водой,  в  которых  с  помощью  электриче¬
ской  печи,  мешалки  и  специального  терморегулятора  поддержи¬
вается  постоянство  температуры  с  точностью  до  0,01°.
 Не  останавливаясь  на  деталях  опытной  схемы,  приведем  ре¬
зультаты,  полученные  для  констант  лучеиспускания  ряда  почв
различными  авторами  (табл.  9).
 Б.  П.  Александров  и  А.  В.  Куртенер  считают  возможным  всем
интересующим  нас  сельскохозяйственным  объектам  приписать
среднее  значение  о  =  0,90—0,98,  а  К.  Я.  Кондратьев  (1956)  по¬
лагает  при  этом,  что  среднее  значение  о  =  0,90—0,95.
 Все  процессы  превращения  лучистой  энергии  происходят,  по
существу,  не  на  поверхности,  а  в  некотором  слое,  который  мы
называем  деятельным  слоем.  Под  последним  имеется  в  виду  тот
слой,  в  котором  оставшаяся  после  процессов  отражения  и  излу¬
чения  радиация  практически  полностью  поглощается.  Численно
толщина  деятельного  слоя  весьма  ничтожна  для  длинноволновой
радиации  (доли  миллиметра)  и  несколько  больше  (до  несколь¬
ких  сантиметров)  для  коротковолновой  радиации.  Конечно,  тол¬
щина  этого  слоя  зависит  от  характера  деятельной  поверхности
и  может  меняться  от  весьма  малых  величин  для  гладких  оголен¬

ИЗЛУЧЕНИЕ  ДЕЯТЕЛЬНОЙ  ПОВЕРХНОСТИ
 69
 §  9)
 ных  почв  до  многих  метров  для  растительного  покрова,  в  част¬
ности  леса.  Деятельной  поверхностью  является  верхняя  граница
деятельного  слоя,  а  нижней  границей  последнего  является  уро¬
вень  постоянных  температур  (зависящий  от  длительности  про¬
цесса).
 Таблица  9
 Константы  лучеиспускания  различных  почв  и  покровов
 Объект
 а
 Автор
 Объект
 а
 Автор
 Ржаное  поле  .  .
 0,93
 Супесчаная  почва
 Чернозем  ....
 0,87
 Точидлов-
 сухая
 0,954
 Желтая  глина  .  .
 0,85
 ский,  1912
 Супесчаная  почва
 Редкая  трава  .  .
 0,84
 хорошо  увлаж¬
 Кусты  сирени  .  .
 0,91
 ненная  ....
Торф  сухой  .  .  .
 0,968
 0,970
 Песок
 0,89
 »  хорошо
 0,963
 Известняк  ....
 0,91
 увлажненный  .
 Гравий
 Снег
 0,98
 0,995
 Фалькен-
берг,  1928
 Зеленая  трава  гу¬
стая
 0,986
 Гаевский,
 Песок  белый  .  .
 0,95
 Зеленая  трава  ред¬
 1953
 Глина
 0,97
 кая  на  влаж¬
 а  гумусовая
 0,99
 ной  супесчаной
 0,975
 почве
 Хвойные  иглы  .  .
 0,971
 Песок
 0,949
 Снег  свежевыпав¬
 »  мелкозер¬
 Гаевский,
 ший
 0,986
 *
 нистый  ....
 1953
 Снег  загрязнен¬
 Песок  хорошо
 ный
 0,969
 увлажненный  .
 0,962
 Радиационный  баланс  деятельной  поверхности  представляет
собой  разность  между  всеми  видами  лучистой  энергии,  прите¬
кающей  к  этой  поверхности,  и  всеми  видами  лучистой  энергии,
покидающей  эту  поверхность,  или,  короче,  радиационный  ба¬
ланс  —  это  приходо-расход  лучистой  энергии.  К  приходной  части
относятся  радиации  прямая:  /  и  рассеянная  //>,  дошедшие  до
земли  в  виде  коротковолновой  солнечной  радиации,  а  также
длинноволновое  излучение  атмосферы  б  =  С?д  (противоизлуче¬
ние).  К  расходной  части  относятся:  отраженная  землей  коротко¬
волновая  радиация  Q0Tp,.  а  также  длинноволновое  температурное
излучение  подстилающей  поверхности  U  =  QH3л.  Выражая  все

70
 ЛУЧИСТАЯ  ЭНЕРГИЯ
 [ГЛ.  I
 эти  потоки  соответственно  в  тепловых  единицах,  получаем  сле¬
дующее  уравнение  радиационного  баланса:
 Q6  =  QP+Qfl—Qotp  —  Qh  зл« 	(26)
 Это  же  уравнение  может  быть  записано  иначе,  если  ввести  в  него
величину  альбедо  А:
 Qe  —  Q  р  (1 	А) 	Qotp  Qh3.i«
 Наконец,  удобно  путем  введения  понятия  эффективного  излуче¬
ния,  равного  <2эф=<3изл—<3Д,  выразить  уравнение  радиационного
баланса  через  Q3$  и  баланс  коротковолновой  радиации  в  форме:
 Q<  =  Q6к 	Qa$  •
 Величина  QeK  и  ее  элементы  были  рассмотрены  довольно  де¬
тально  в  §  4,  5,  8  данной  главы.  Ввиду  этого  обратим  внимание
на  две  величины:  Q3$  —  эффективное  излучение,  представляющее
баланс  длинноволновой  радиации,  и  <2б  —  представляющую  пол¬
ный  радиационный  баланс  длинноволновой  и  коротковолновой
радиации.
 §  10.  Эффективное  излучение  деятельной
поверхности
 На  величину  эффективного  излучения  воздействуют  как  атмо¬
сферные  (температура  и  влажность  приземного  воздуха),  так  и
почвенные  факторы  (излучательная  способность  и  температура
поверхности  почвы).  Как  и  противоизлучение,  величина  эффек¬
тивного  излучения  измеряется  недостаточно  точно,  особенно
в  дневное  время.  Приборами,  служащими  для  измерения  <2Эф,
являются  пиргеометры,  описанные  в  §  3  данной  главы.  Для  по¬
лучения  величины  необходимо  приемную  часть  пиргеометра
сначала  ориентировать  на  деятельную  поверхность,  а  затем  —
на  небо.  Разность  показаний  прибора  при  указанных  двух  поло¬
жениях  дает  возможность  найти  Q3$  .  Вследствие  методических
трудностей  непосредственного  измерения  Q3ф  чаще  всего  поль¬
зуются  эмпирическими  формулами  для  расчета  этой  величины.
 Из  подобных  формул,  построенных  на  основе  статистических
материалов  наблюдений,  укажем  на  формулу  Брента:
 (3,ф  = 	(0,448  —  0,064  У^ё). 	(27)
 Формула  (1),  написанная  для  ясного  неба,  требует  при  облач¬
ном  небе  введения  множителя  С0п  [см.  формулу  25].  Все  рас¬
суждения  относительно  изменчивого  характера  С0  и  относительно
способа  его  нахождения  в  связи  с  формой  облаков  изложены

§  10] 	ЭФФЕКТИВНОЕ  ИЗЛУЧЕНИЕ  ДЕЯТЕЛЬНОЙ  ПОВЕРХНОСТИ
 71
 в  §  7,  посвященном  противоизлучению.  Зависимость  эффектив¬
ного  излучения  от  облачности  довольно  сложная  и  только  в  гру¬
бом  приближении  может  считаться  линейной.  Если  при  безоб¬
лачном  небе  (Ээф  принять  за  100%,  то  при  облачности  в  3  балла
Q3$  составит  75%,  при  5  баллах  —  70%,  при  8  баллах  —  40%
от  начального  значения.  В  среднем  считается,  что  облачность
понижает  <2Эф  на  16—18%.  Наличие  мглы  вызывает  также
уменьшение  эффективного  излучения  примерно  на  30%,  а  нали¬
чие  тумана  приводит  к  еще  более  резкому  уменьшению  Q3ф.
 При  изучении  суточного  хода  эффективного  излучения,  кото¬
рое  осуществляется  обычно  не  прямым  измерением,  а  на  основе
фиксации  других  элементов  радиационного  баланса,  выясняется,
 Рис.  29.  Суточный  ход  эффективного  излучения  (ясные  дни
 июня).
 7  —Ростов;  2—  Воронеж;  3  —  Ленинград.
 что  <3эф  имеет  дневной  максимум  около  полудня.  Наибольшие
абсолютные  значения  суточных  максимумов  колеблются  около
0,5  кал/см2  мин.  В  ночное  время  имеет  место,  как  правило,
незначительное  уменьшение  величины  <2Эф  в  период  от  захода
до  восхода  солнца  (на  10—15%).
 В  некоторых  районах  (Ташкент,  Одесса)  наблюдались  два
суточных  максимума:  в  вечернее  и  утреннее  время.  Абсолютные
значения  величины  Qs<t>  в  ночное  время  обычно  колеблются
в  пределах  0,1—0,15  кал/см2  мин.  В  качестве  примера  на  рис.  29
дан  суточный  ход  эффективного  излучения  в  различных  районах
СССР  по  данным  наблюдений  АФИ.  Величина  эффективного
излучения  обнаруживает  также  годовой  ход,  который  в  одних
районах  является  простым  (с  одним  максимумом  в  весенне-лет¬
ний  период  и  с  одним  минимумом  в  зимнее  время),  а  в  других  —
более  сложным  (несколько  максимумов  в  год).
 В  табл.  10  и  11  представлены  данные  о  годовом  ходе  суточ¬
ных  и  среднемесячных  сумм  эффективного  излучения  для  ряда
пунктов  СССР.  Как  видно  из  этих  таблиц,  суточные  суммы
в  течение  года  могут  изменяться  в  два,  а  месячные  —  в  полтора
раза.  При  этом  на  юге  суммы  эффективного  излучения  больше,
чем  на  севере.

72
 ЛУЧИСТАЯ  ЭНЕРГИЯ
 [ГЛ.  I
 Таблица  10
 Годовой  ход  суточных  сумм  С?эф  при  безоблачном  небе
(кал/см*1  сутки)
 Пункт
 I
 II
 III
 IV
 V
 VI
 VII
 VIII
 IX
 X
 XI
 XII
 Павловск  .  .  .
 180
 158
 101
 180
 207
 192
 190
 160
 160
 192
 128
 122
 Иркутск  .  .  .
 144
 148
 180
 219
 203
 202
 202
 184
 171
 168
 174
 163
 Карадаг  .  .  .
 140
 156
 189
 215
 189
 167
 166
 163
 158
 147
 143
 124
 Таблица  11
 Годовой  ход  месячных  сумм  £?эф  при  безоблачном  небе  (кал/см?  мес).
 Месяцы
 пункт
 I
 II
 III
 IV
 V
 VI
 VII
 'VIII
 IX
 X
 XI
 XII
 Год
 Павловск  .  .  .
 5,6
 4,4
 5,6
 5,4
 6,4
 5,8
 5,9
 5,0
 4,8
 6,0
 3,8
 3,8
 61,5
 Иркутск  .  .  .
 4,5
 4,1
 5,6
 6,8
 6,7
 6,1
 6,5
 5,9
 5,2
 5,2
 5,2
 5,0
 66,8
 Карадаг  .  .  .
 6,3
 6,5
 7,5
 6,7
 6,3
 6,1
 6,9
 6,5
 6,6
 7,8
 7,4
 7,1
 82,9
 Ташкент  .  .  .
 4,7
 5,2
 6,2
 6,4
 6,8
 7,3
 7,0
 7,1
 6,9
 6,3
 5,8
 5,3
 75,1
 По  данным  М.  И.  Будыко,  Т.  Г.  Берлянд  и  Л.  И.  Зубенок
 (1954),  наибольшие  годовые  суммы  С?Эф  ,  порядка  80  кал/см2  году
наблюдаются  в  тропических  пустынях.  С  ростом  широты  эффек¬
тивное  излучение  возрастает  от  30  до  40  и  50  ккал/см2  год  при
переходе  от  экватора  к  широте  60°;  при  дальнейшем  увеличении
широты  <?эф  снова  уменьшается.  Интересное  исследование  пред¬
принял  К.  Я.  Кондратьев  для  установления  связи  между  эффек¬
тивным  излучением  горизонтальной  поверхности  Q3ф.г  и  накло¬
ненной  поверхности  С?Эф.  п,  что  имеет  важное  значение  при  реше4*
нии  вопроса  об  облучении  склонов.  Согласно  теоретическим  и
экспериментальным  исследованиям  практически  вполне  удовле¬
творительным  представляется  следующее  соотношение.
 С?эф.  г  —  (Зэф.  н  COS  ОС, 	(28)
 где  а  —  угол  наклона  поверхности  склона  относительно  гори¬
зонта.  Формула  (28)  точнее  при  углах  а  <  30°.

РАДИАЦИОННЫЙ  БАЛАНС  ДЕЯТЕЛЬНОЙ  ПОВЕРХНОСТИ
 73
 §  И]
 §  11.  Радиационный  баланс  деятельной  поверхности
 Радиационный  баланс  является  важнейшим  фактором,  опре¬
деляющим  температурный  режим  припочвенного  воздуха  и  верх¬
него  слоя  почвы.  Входя  как  суммарная  величина  в  уравнение
теплового  баланса,  величина  (?б  играет  решающую  роль  в  про¬
цессах  испарения.  Радиационный  баланс  является,  помимо  того,
весьма  существенной  характеристикой,  разной  для  разных  почв,
различных  растительных  покровов,  для  почв  различной  обра¬
ботки,  так  как  включает  их  отражательную  и  излучательную
способности.
 Рис.  30.  Балансомер  АФИ.
 1  —  капсуль  с  осушителем;  2  —  гильза  для  термометра;  3  —  термобатарея,  4  —  фильтр,
5  —отверстие  для  крепления  крышки,  б  —прижимное  кольцо,  7  —держатель,
б  —стопорный  винт,  9  —  крышка,  10—  герметизирующее  кольцо
 Весь  микроклимат  сельскохозяйственного  поля  формируется
под  воздействием  радиационного  баланса.  Так,  при  рассмотре¬
нии  вопроса  о  возникновении  и  прогнозе  заморозков,  туманов  и
других  явлений  удобно  учитывать  радиационный  баланс  как
единую  величину,  без  расчленения  его  на  элементы.  Однако  сле¬
дует  иметь  в  виду,  что  экспериментальных  данных  по  результа¬
там  наблюдения  радиационного  баланса  еще  крайне  мало,  что
объясняется  методическими  трудностями  измерения  этой  вели¬
чины.  В  качестве  основного  прибора,  пригодного  для  целей
агрофизики,  в  настоящее  время  можно  рекомендовать  балансо¬
мер  Ю.  Д.  Янишевского  или  С.  Б.  Хволес,  разработанный  ею
в  АФИ  (рис.  30).
 Устройство  этого  прибора  вкратце  таково.

74
 ЛУЧИСТАЯ  ЭНЕРГИЯ
 [гл.  I
 В  своей  приемной  части  он  представляет  две  спаренные
термобатареи,  каждая  из  которых  подобна  термобатарее  днев¬
ного  пиргеометра.  Приемники  заключены  в  общий  корпус  и
обращены  в  диаметрально  противоположные  стороны,  и  термо¬
батареи  их  включены  навстречу  друг  другу  через  гальванометр.
Для  ликвидации  влияния  вертикальных  градиентов  темпера¬
туры  воздуха  панели,  несущие  термобатареи,  имеют  хороший
контакт  между  собой  через  корпус.
 Рис.  31.  Суточный  ход  радиационного  баланса  (2-я  половина  июня).
7  —Ростов;  2—Воронеж,  3  —  Ленинград;  4—  Саратов.
 Основная  задача  прибора:  защита  от  ветра  и  независимость
его  чувствительности  во  всей  области  спектра  —  решается  путем
покрытия  приемных  поверхностей  плоскопараллельными  дисками
из  сильвина,  применяемыми  для  защиты  от  воздействия  атмо¬
сферной  влаги  нитроцеллюлозной  пленкой.
 Балансомер  снабжен  двумя  крышками,  несущими  консоли
с  осушителями  тогда,  когда  балансомер  служит  в  качестве
эффективного  пиранометра  или  одностороннего  пиргеометра  и
когда,  следовательно,  используется  один  из  двух  приемников.

РАДИАЦИОННЫЙ  БАЛАНС  ДЕЯТЕЛЬНОЙ  ПОВЕРХНОСТИ
 75
 §  П]
 Необходимо  при  этом  измерять  температуру  корпуса.  Это  осу¬
ществляется  термометром  или  термистором,  вставленным  в  кор¬
пус  прибора.
 Какие  же  закономерности  можно  выявить,  исследуя  радиа¬
ционный  баланс  различных  поверхностей?
 Во-первых,  обратимся  к  суточному  ходу  радиационного  ба¬
ланса.  На  рис.  31  представлен  суточный  ход  этой  величины  для
различных  пунктов  СССР  по  данным  наблюдений  АФИ.  Кривые
иллюстрируют  наличие  дневного  максимума  незадолго  до  насту¬
пления  полудня.  Абсолютные  значения  Qe  несколько  выше
в  этот  период  суток  ввиду  возрастания  эффективного  излучения
в  послеполуденный  период.  Кривая  Qe  дважды  в  сутки,  утром
 и  вечером  (примерно  при  высоте
солнца  в  10—15°),  меняет  знак.  При
этом  в  утренние  часы  этот  переход
часто  имеет  место  после  восхода
солнца,  а  вечером  —  раньше.  Как
 0  кал
*f'см2  мин
 0\
 -0,1-
-0.2L
 12
 t.nac
 гч
 Рис.  32.  Суточный  ход  радиа¬
ционного  баланса  для  Ленин¬
градской  области  в  июне.
 /  —  ясный  день;  2—пасмурный  день.
 Рис.  33.  Суточный  ход  радиационного  ба¬
ланса  в  зимнее  время  (Ташкент).
 выяснено  рядом  авторов  С.  А.  Сапожниковой  (1950),  Б.  А.  Айзен-
штадтом  и  М.  В.  Зуевым  (1952),  момент  перехода  радиацион¬
ного  баланса  через  нуль  связан  с  температурным  профилем
припочвенного  воздуха,  а  также  со  степенью  облачности.  Вообще
облачность  исключительно  резко  изменяет  суточный  ход  радиа¬
ционного  баланса.
 На  рис.  32  представлены  две  кривые  суточного  хода  радиа¬
ционного  баланса  для  Ленинградской  области,  из  которых  одна
вычерчена  для  ясного  неба,  а  другая  для  пасмурного.  Во  втором
случае  самый  ход  радиационного  баланса  неравномерен.  Мгно¬
венные  и  абсолютные  значения  и  амплитуда  ее  резко  сни¬
жены.
 Необходимо  отметить,  что  при  наличии  частичной  облачности
и  солнца,  закрытого  облаками,  когда  суммарная  радиация  зна¬
чительна,  а  эффективное  излучение  меньше,  чем  при  безоблач¬
ном  небе,  наблюдаются  максимальные  положительные  вели¬
чины  Qe,  превышающие  иногда  1,0  кал!см2  мин.

76
 ЛУЧИСТАЯ  ЭНЕРГИЯ
 [ГЛ.  I
 В  течение  ночи  величина  радиационного  баланса  почти
постоянна,  причем  этот  факт  имеет  место  на  любой  широте.
Абсолютные  значения  этой  постоянной  величины  порядка
0,1—0,15  кал/см2  мин.
 Суточный  ход  радиационного  баланса  в  зимнее  время  имеет
своеобразный  вид  (рис.  33).  В  качестве  примера  приводим  дан¬
ные  по  Ташкенту 	для 	одного  зимнего 	дня,  в 	течение  которого  <3б
 мало 	меняется, 	сохраняя 	отрицательные 	значения,  близкие
 к  нулю.  Такой  ход  Qe  связан  с  тем,  что  эффективное  излучение
 снежного  покрова  велико,
тогда 	как  поглощенная
 радиация  мала  из-за  зна¬
чительного  альбедо.
 Вообще  характер  дея¬
тельной  поверхности  осо¬
бенно 	сильно  сказывается
 на  величине  радиацион¬
ного  баланса.  Наиболь¬
шие  изменения  в  величи¬
ну  Qe  вносит  раститель¬
ный  покров.  На  рис.  34
даны  кривые  суточного
хода  баланса  на  озими
и  на  пару.  Для  поля,  по¬
крытого  растениями,  ве¬
личина  баланса  и  ее  мак¬
симум  меньше,  чем  для
оголенной  почвы,  из-за
увеличенных  значений  излучения  и  альбедо.  На  влажных  почвах
по  сравнению  с  такими  же,  но  сухими,  почвами  радиационный
баланс  возрастает  в  результате  уменьшения  альбедо,  темпера-  .
туры,  а  следовательно,  и  излучательной  способности  поверхности.
Это  обстоятельство  имеет  большое  значение  при  оценке  роли
орошения  для  произрастания  сельскохозяйственных  культур,
о  чем  речь  будет  идти  ниже.  Здесь  же  отметим  лишь  то  обстоя¬
тельство,  что  из-за  уменьшения  альбедо  и  излучения  почв  радиа¬
ционный  баланс  поля  после  полива  его  возрастает  (рис.  35).
 Для  учета  воздействия  лесных  полос  на  микроклимат  сель¬
скохозяйственного  поля  большое  значение  имеет  вопрос  об  изме¬
нении  баланса  под  пологом  леса.  Этот  вопрос  будет  также  де¬
тально  рассмотрен  в  третьей  части  (гл.  V).  Здесь  же  отметим
существующее  в  литературе  мнение  о  том,  что  упомянутое  изме¬
нение  радиационного  баланса  <?б  в  утренние  и  вечерние  часы
особенно  велико:  под  пологом  леса  <?б,л  иногда  составляет  не¬
большую  долю  от  £?б,п  в  открытом  поле  (15%).  В  дневное
время  Qб,  л  также  меньше,  чем  <Зб,л,но  не  в  такой  степени  (60%).
 Рис.  34.  Суточный  ход  радиационного  ба¬
ланса  на  пару  (/)  и  озими  (2).

§  И)
 РАДИАЦИОННЫЙ  БАЛАНС  ДЕЯТЕЛЬНОЙ  ПОВЕРХНОСТИ
 77
 Уменьшение  <3б,л  по  сравнению  с  Q<j,n  объясняется  тем,  что
убывание  суммарной  радиации  более  значительно,  чем  убывание
эффективного  излучения  под  пологом  леса.
 Переходя  к  годовому  ходу  радиационного  баланса,  отметим,
что  он  обычно  имеет  правильный  периодический  ход  с  максиму-
 q  кал
•  Си’-тн
 3-VU
 Рис.  35.  Сравнение  дневного  хода  радиационного  баланса  на
орошаемом  полосовым  поливом  (/)  и  неорошаемом  (2)  полях.
а  —  до  полива;  б—  после  полива.
 мом  в  летнее  и  с  минимумом  в  зимнее  время.  В  качестве  иллю¬
страции  приведем  рассчитанные  Т.  Г.  Берлянд  (1949)  кривые
(рис.  36)  годового  хода  месячных  сумм  радиационного  баланса
для  северного  (Ленинград)  и  южного  (Саратов)  районов  СССР.
В  Саратове  время,  приходящееся  на  положительные  значения  Qi,
несколько  больше,  чем  в  Ленинграде.  Во  всем  остальном
картина  примерно  для  всех  пунктов  одинакова.  Однако  деталь¬
ное  исследование  величины  <2б  для  разных  широт  показывает,
что  она  более  резко  изменяется  при  переходе  от  одной  широты

78
 ЛУЧИСТАЯ  ЭНЕРГИЯ
 [ГЛ.  I
 Таблица  12
 Сезонные  и  годовые  суммы  радиационного  баланса  (кал/см?)
 Пункт
 Зима
 Весна
 Лето
 Осень
 Г  от
 Сыктывкар
 —  7,4
 3,6
 25,5
 —  1,7
 20,0
 iWocKBa
 —  6,1
 8,1
 21,3
 1,2
 24,5
 Киев
 —  6,9
 11,2
 23,7
 2,4
 30,4
 Ростов-на-Дону
 -5,7
 14,5
 25,7
 5,6
 40,1
 к  другой  не  в  летнее  и  зимнее  время,  а  в  осенние  и  весенние
периоды  года  (см.  табл.  12).  Особенно  в  весеннее  время  четко
увеличивается  радиационный  баланс  в  южном  направлении,  что
 сказывается  на  возрастании  общей
годовой  суммы  величины  Qg  в  этих
районах.
 Б.  А.  Айзенштадтом  (1952)  по¬
строена  теория,  позволяющая  рас¬
считать  радиационный  баланс  и  его
элементы  для  наклонной  к  горизонту
поверхности.  При  сравнении  Qe  и
его  составляющих  для  наклонной  и
горизонтальной  поверхностей  выяс¬
няется  ряд  интересных  положений.
Почти  всё  различие  в  величине  ра¬
диационного  баланса  для  таких
поверхностей  обусловлено  различ¬
ной  их  температурой,  а  следователь-,
но,  излучением  и  приходом  прямой
солнечной  радиации.  В  суточном
ходе  Qб  для  самой  вершины  склона
имеет  место  симметричность.  В  то  же
время  наступление  максимума  на
склоне,  обращенном  на  юго-восток,
происходит  до  полудня,  что  вполне,  объясняется  режимом  уве¬
личенного  излучения  для  такого  склона.
 §  12.  Значение  естественного  и  искусственного  освещения
 для  растений
 Удивительная  способность  зеленых  растений  создавать  из
простых  элементов  неживой  природы  сложные  вещества,  состав¬
ляющие  живые  организмы,  является  одним  из  важнейших  про¬
цессов,  совершающихся  на  земле.  Можно  утверждать  без  вся¬
 п 	к  кал
 см2-мес
 Рис.  36.  Годовой  ход  радиа¬
ционного  баланса.
 а  —  Ленинград;  б  —  Саратов.

§  12]  ЗНАЧЕНИЕ  ЕСТЕСТВЕННОГО  И  ИСКУССТВЕННОГО  ОСВЕЩЕНИЯ
 79
 кого  преувеличения,  что  растения  —  основа  органического
мира.
 Разлагая  углекислоту  и  воду  и  непрестанно  выделяя  кисло¬
род,  они  тем  самым  поддерживают  состояние  атмосферы  на
уровне,  необходимом  для  нормальной  жизни.  Одновременно  рас¬
тения  поглощают  и  связывают  огромные  количества  солнечной
лучистой  энергии.
 Процессы  консервации  лучистой  энергии,  протекающие  при
фотосинтезе,  как  и  сам  фотосинтез,  характерный  для  зеленых
растений,  являются  наиболее  существенной  чертой  растительного
мира  и  определяют  его  космические  функции.  Справедливо  за¬
мечание  К.  А.  Тимирязева,  что  на  земле  нет  более  интересного
процесса,  чем  тот,  который  протекает  в  зеленом  листе,  когда
па  него  падает  луч  солнца.  Проблемой  фотосинтеза  начинают
заниматься,  кроме  физиологов,  физики  и  химики.
 Характерной  особенностью  текущего  столетия  является
использование  для  культуры  растений  искусственного  освещения.
Эта  проблема  возникла  в  связи  с  необходимостью  получения  све¬
жей  растительной  продукции  в  высокоширотных  областях  земли,
где  в  зимнее  полугодие  солнечного  света  или  нет  совсем,  или  его
очень  мало.
 Кроме  того,  полная  замена  при  культуре  растений  солнечного
освещения  искусственным  обеспечивает  выращивание  необходи¬
мых  растительных  видов  в  любых  темных,  в  том  числе  и  подзем¬
ных,  сооружениях.  В  частности,  при  использовании  электриче¬
ского  освещения  могут  быть  созданы  подземные  сады  на  стан¬
циях  метро.
 При  решении  проблемы  замены  естественного  освещения
искусственным  при  культуре  растительных  видов  возникает  много
разнообразных  вопросов.  Одним  из  них  является  вопрос  о  ко¬
личестве  света,  необходимого  для  нормальной  жизнедеятельно¬
сти  растений.  Для  этого  надо  уметь  правильно  характери¬
зовать  лучистые  потоки,  приходящие  к  растительным  поверх¬
ностям.
 Любой  пучок  излучений  может  быть  характеризован  количе¬
ством  энергии,  приходящейся  на  определенную  поверхность
в  единицу  времени.  Для  возможности  измерения  этой  энергии
она  предварительно  должна  быть  переведена  в  такую  форму,
которая  вполне  поддается  измерению.
 Лучистую  энергию  проще  всего  превратить  в  теплоту,  тогда
она  может  быть  выражена  расходом  тепла  в  единицу  времени,
т.  е.  в  калориях  в  секунду.  Измерив  этот  расход  и  учитывая
механический  эквивалент  тепла,  можно  легко  найти  значение
лучистого  потока  в  механических  единицах.
 Если  ясным  летним  днем  перпендикулярно  к  солнечным  лу¬
чам  поставить  черную  поверхность  площадью  в  1  см2  и  начать

80
 ЛУЧИСТАЯ  ЭНЕРГИЯ
 [ГЛ.  I
 измерять  выделяемое  ею  тепло,  то  оказывается,  что  в  каждую
минуту  оно  равно  1,5  кал.
 А  так  как  1  кал  —4,18  дж,  то  из  этого  вытекает,  что  пучок  сол¬
нечного  излучения,  падающий  на  1  см2  черной  поверхности,  ра¬
вен  1,5  -  4,18  =  6,27  дж/мин,  или  0,105  дж/сек,  или,  наконец,
0,105  вт.
 Следовательно,  оценка  лучистого  потока  может  производиться
в  следующих  единицах:  эрг/сек,  кал/сек,  в  ваттах  и  киловаттах,
приходящихся  на  определенную  единицу  площади  (мм2>  см2,  м2).
 При  измерении  солнечной  радиации  выбор  размера  площади
не  имеет  существенного  значения  благодаря  равномерности  ее
распределения  на  очень  больших  площадях.  Несколько  сложнее
обстоит  дело  с  выбором  размера  площади  при  измерении  лучи¬
стых  потоков  искусственных  источников  радиации.  Дело  в  том,
470  все  они,  будь  это  лампы  накаливания  или  люминесцентные
и  другие  газоразрядные  трубки,  способны  дать  равномерное
освещение  только  на  очень  незначительной  площади.  Поэтому
воспринимающая  поверхность  используемых  измерительных  при¬
боров  также  освещается  неравномерно.  Следовательно,  показа¬
ния  приборов  являются  усредненными.
 При  использовании  одной  500-ваттной  лампы  можно  скон¬
центрировать  излучаемую  ею  энергию  на  очень  малой  площади
и  получить  высокие  значения  мощности  лучистого  потока,  чис¬
ленно  превосходящие  величину  электрической  мощности  лампы.
Однако,  очевидно,  это  не  будет  означать,  что  целый  квадратный
метр  поверхности  освещается  равномерно  с  такой  мощностью
одной  500-ваттной  лампой.
 Вместе  с  тем  никогда  нельзя  забывать,  что  действие  измеряе¬
мой  лучистой  энергии  на  прибор  и  на  живое  растение  будет  да¬
леко  не  одинаковым.  В  первом  случае  вся  энергия  излучения,
упавшая  на  приемную  часть  прибора,  превращается  в  теплб,
а  во  втором  случае  —  не  только  в  тепло,  но  и  в  живую  расти¬
тельную  массу  —  в  тело  растения.  Необходимо  помнить,  что
растения,  живя  за  счет  света,  в  отличие  от  других  организмов,
питаются  им,  так  же  как  они  питаются  минеральными  элемен¬
тами,  углекислотой,  водою  и  т.  п.  Конечно,  термин  «питание»
в  применении  к  растениям  теряет  свое  первоначальное  значение,
взятое  из  физиологии  животных,  и  связывается  совсем  с  другими
процессами.  Пока  сущность  этих  процессов  не  будет  вскрыта
гораздо  полнее,  пока  не  выяснится  действительная  роль  света
в  питании  растений,  трудно  разработать  необходимый  метод
количественного  учета  используемого  растением  света.

ГЛАВА  II
 ОСНОВНЫЕ  ТИПЫ  ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ  ЛАМП,
ПРИМЕНЯЕМЫЕ  ДЛЯ  ВЫРАЩИВАНИЯ  РАСТЕНИИ
И  СПОСОБЫ  УЧЕТА  ПОГЛОЩЕНИЯ  ЛУЧИСТОЙ
ЭНЕРГИИ
 §  1.  Электрические  источники  радиации
 Основным  источником  искусственного  освещения  в  настоящее
время  являются:  лампы  накаливания,  газосветные  лампы  и
люминесцентные  лампы,  при  этом  газосветные  лампы  пока
используются  редко  и  в  малых  масштабах.  Основными  источни¬
ками  освещения  в  теплицах  являются  лампы  накаливания  и
люминесцентные  лампы.  И  те  и  другие  имеют  свои  преимущества
и  недостатки.
 Все  современные  электрические  лампы  могут  быть  разделены
на  две  группы.  У  одних  излучение  имеет  сплошной  —  непрерыв¬
ный  спектр,  а  у  других  прерывистый  —  линейный.  К  первой
группе  относятся  лампы  дуговые  и  накаливания,  ко  второй  —
газосветные  и  люминесцентные.  Изготовляются,  правда  пока  еще
редко,  лампы,  соединяющие  в  себе  особенности  и  первых,  и
вторых.
 Лампы  первой  группы  по  мощности  излучения,  а  главное,  по
характеру  своего  спектра,  стоят  ближе  к  солнечному  освещению,
чем  лампы  второй  группы.  Еще  ближе  к  спектру  солнечной  ра¬
диации  спектр  излучения  у  комбинированных  ламп.
 Наиболее  мощными  источниками  искусственной  радиации
являются  дуговые  осветительные  приборы;  они  сложны  в  экс¬
плуатации.
 Основным  источником  электрического  освещения  является
так  называемая  газополная  лампа  накаливания.  Лучистый  поток,
испускаемый  ею,  создается  за  счет  накала  током  вольфрамовой
спирали.  При  горении  лампы  в  нормальном  режиме  она  нагре¬
вается  до  температуры  в  2800°  К.  Для  предохранения  вольфра¬
мовой  нити  от  распыления  колбы  ламп  наполняются  инертными,
не  поддерживающими  окисление  газами:  азотом,  аргоном,  их
смесью  или  криптоном.  Поэтому  и  называются  газополными
 6  Зак  196

82 	ОСНОВНЫЕ  ТИПЫ  ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ  ЛАМП 	[гл.  II
 Лампы  накаливания,  у  которых  внутри  колбы  создается  без¬
воздушное  .пространство,  называются  вакуумными.
 Спектральный  состав  излучения  ламп  накаливания  находится
в  соответствии  с  температурой  накала  вольфрамовой  спирали.
Характер  излучения  этих  ламп  представлен  на  рис.  37.
 Максимум  излучения  ламп  накаливания  лежит  в  пределах
900—1100  ммк.  От'него  к  ультрафиолетовой  области  количество
энергии  резко  убывает,  а  в  инфракрасной  спадает  очень  плавно
В  результате  на  видимую  область  приходится  только  около  12%
от  всего  лучистого  потока,  создаваемого  лампой  накаливания.
 Рис.  37.  Распределение  энергии  в  спектре  излучения  ламп
накаливания.
 Все  остальные  88%  ее  радиации  лежат  в  пределах  инфракрас¬
ного  излучения.  Это  обстоятельство  делает  лампу  накаливания
несовершенным  источником  освещения  и  плохим  преобразова¬
телем  электрической  энергии  в  световую.  Поэтому  непрерывно
продолжаются  поиски  более  экономных  электрических  освети¬
тельных  приборов.
 В  видимой  области  излучения  ламп  накаливания  энергетиче¬
ские  мощности  по  спектру  быстро  падают  по  направлению  от
красного  к  фиолетовому  концу.  Если  разбить  весь  видимый
спектр  500-ваттной  лампы  накаливания,  как  это  сделано
в  табл.  13,  на  три  части:  сине-фиолетовую,  желто-зеленую  и
красно-оранжевую,  и  сравнить  их  спектральные  энергии  между
собою,  приняв  за  100%  энергию  всей  видимой  области,  то  полу¬
чатся  следующие  соотношения:  сине-фиолетовая  радиация  11,5%,
желто-зеленая  29%  и  красно-оранжевая  почти  60%  (59,4%)
Исходя  из  этих  сотношений,  лампы  накаливания  считают  хоро¬
шим  источником  радиации  для  фотосинтеза,  но  плохим  для
формообразовательных  процессов.
 В  табл.  14  дано  распределение  энергии  по  спектру  в  видимой
области  излучения  черного  тела  при  температуре  5200°  К,  близ¬
кого  к  среднему  дневному  свету,  для  тех  же  частей  спектра.СПри

ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ  ИСТОЧНИКИ  РАДИАЦИИ
 83
 §  1]
 сравнении  данных  табл.  13  и  14  нетрудно  видеть  иные  соотно¬
шения  между  тремя  частями  видимого  спектра.
 Таблица  13
 Спектральное  распределение  энергии  в  видимой  области  излучения
500-ваттной  лампы  накаливания
 Сине-фиолетовая
 Желто-зеленая
 Красно-оранжевая
 X  ммк
 энергия,  %
 X  ммк
 энергия,  %
 X  ммк
 энергия,  %
 405
 0,6
 505
 1,9
 605
 4,2
 415
 0,7
 515
 2,1
 615
 4,5
 425
 0,8
 525
 2,3
 625
 4,7
 435
 0,9
 535
 2,5
 635
 5,0
 445
 1,1
 545
 2,8
 645
 5,2
 455
 1,2
 555
 3,0
 655
 5,5
 465
 1,4
 565
 3,3
 665
 5,7
 475
 1,5
 575
 3,5
 675
 5,8
 485
 1,6
 585
 3,7
 685
 6,0
 495
 1,7
 595
 4,0
 695
 6,2
 705
 6,6
 Сумма
 11,5
 Сумма
 29,1
 Сумма
 59,4
 В  спектре  полуденного  солнца  процентное  соотношение  ука¬
занных  выше  частей  спектра  почти  одинаково,  тогда  как  в  ра¬
диации  отдельных  ламп  накаливания  сине-фиолетового  излуче¬
ния  почти  в  шесть  раз  меньше,  чем  красно-оранжевого.  Только
эта  особенность  мешает  созданию  за  счет  излучения  ламп  нака¬
ливания  световых  условий,  во  всем  подобных  солнечным.
 Собирая  в  осветительные  установки  достаточно  мощные
лампы  накаливания,  особенно  зеркальные,  и  используя  при  этом
соответствующие  фильтры  и  экраны,  можно  получать  за  их  счет
лучистые  потоки,  значительно  превосходящие  потоки  прямых
солнечных  лучей  в  любой  области  спектра.
 Таким  образом,  если  не  считаться  с  затратами  электроэнер¬
гии,  очень  высокими  при  эксплуатации  ламп  накаливания,
последние  могут  быть  признаны  хорошим  искусственным  источ¬
ником  освещения  для  имитации  солнечной  радиации.  И  если  их
широкое  использование  в  практике  пока  дорого,  то  для  научно-
исследовательских  работ,  имеющих  целью  выяснение  световых
потребностей  растений,  они  совершенно  незаменимы.
 Лампа  накаливания,  хотя  и  не  является  настоящим  точечным
излучателем,  но  практически  близка  к  нему,  и  поэтому  мощность
 6*

84
 ОСНОВНЫЕ  ТИПЫ  ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ  ЛАМП
 [ГЛ.  II
 ее  лучистого  потока  быстро  убывает  при  возрастании  расстояния
между  нитью  накала  и  освещаемым  объектом.  До  известной
степени  здесь  справедливо  правило  обратных  квадратов,ino  кото¬
рому  можно  считать,  что  мощность  (плотность)  лучистого  потока
отдельной  лампы  обратно  пропорциональна  квадрату  расстояния
от  нити  до  поверхности  растений.
 Таблица  14
 Распределение  энергии  по  спектру  излучения  черного  тела
при  5200°  К  (белый  свет)
 (По  Ш.  Фабри)
 Сине-фиолетовая
 Желто-зеленая
 Красно-оранжевая
 X  ммк
 энергия,  %
 X  ммк
 энергия,  %
 X  ммк
 энергия,  %
 400
 2,578
 500
 3,358
 600
 3,400
 410
 2,696
 510
 3,389
 610
 3,378
 420
 2,771
 520
 3,414
 620
 3,351
 430
 2,906
 530
 3,434
 630
 3,320
 440
 2,996
 540
 3,444
 640
 3,258
 450
 3,079
 550
 3,452
 650
 3,293
 460
 3,151
 560
 3,452
 660
 3,224
 470
 3,217
 570
 3,444
 670
 3,186
 480
 3,272
 580
 3,434
 680
 3,144
 490
 3,321
 590
 3,421
 690
 3,103
 700
 3,062
 Сумма
 29,987
 Сумма
 34,242
 Сумма
 35,719
 Поэтому  высоко  подвешенные  отдельные,  хотя  бы  и  мощные,
лампы  без  специальной  арматуры  прожекторного  типа  дают
достигающий  освещаемой  поверхности  лучистый  поток  очень
незначительной  мощности.
 Электрические  лампы,  действие  которых  основано  на  исполь¬
зовании  свечения  газа  или  паров  металлов  в  процессе  газового
разряда,  называются  газосветными.  Распределение  энергии  по
спектру  в  газосветных  лампах  зависит  от  природы  газа  или  пара,
его  состояния  и  т.  д.
 Чаще  всего  для  газосветных  ламп  используется  или  газ  неон,
или  пары  ртути  и  натрия.  Спектры  их  излучения  даны  на
рис.  38.
 Свечение  неона  в  видимой  области  слагается  ,из  желтого,
оранжевого  и  красного  участков  спектра  и  поэтому  его  цвет
оранжево-красный.  Пары  натрия  светятся  желтым  светом,  за

§  1] 	ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ  ИСТОЧНИКИ  РАДИАЦИИ 	85
 счет  двойной  линии  спектра,  характеризующейся  длинами  волн
в  589  и  589,6  ммк.  Ртутные  лампы  светятся  голубовато-белым
светом  и  имеют  в  спектре  видимой  области  4  отдельные  линии:
фиолетовую,  синюю,  зеленую  и  желтую.
 Все  эти  лампы  благодаря  их  определенной  цветности  упо¬
требляются  только  для  специальных  целей,  поэтому  изготов¬
ляются  в  небольшом  количестве.  Кроме  того,  они  обычно  тре¬
буют  специальных  пусковых  приспособлений  (дросселей)  и  повы¬
шенных  напряжений  (не  ниже  220  вт).
 Ртутные  и,  особенно,  натриевые  лампы  обладают  по  сравне¬
нию  с  другими  электрическими  излучателями  повышенной  отда¬
чей  света,  доходящей  до  50  лм/вт,  поэтому  они  достаточно  эко¬
номичны,  но  цвет  их  неприятен  для  зрения.  Поверхность
 Л.  ммк
 300 	350 	400  050  500 	600  700800  1000 	1500
 J 	I 		И 		j-j 	' 	' 	‘ 	1—
 I  ьшт  штш 	шш.  ш  |
 Ne  1
 1
 Nla
 |
 ZI
 1  Г
 Hg
 1  1  1
 1  II  1
 Ш  350  Ш  050  500 	000  700800  ЮОО  1500  2000
 Рис.  38.  Спектры  излучения  газосветных  ламп.
 излучения  их  больше,  чем  у  ламп  накаливания,  так  как  они
в  большинстве  случаев  представляют  собою  трубки  или,  во  вся¬
ком  случае,  удлиненные  светящиеся  объемы.  Такая  форма  делает
их  более  удобными  при  выращивании  растений.
 Особенного  внимания  заслуживают  ртутные  лампы  как  допол¬
нительный  источник  синего  и  фиолетового  света,  находящегося
в  минимуме  в  лучистом  потоке  ламп  накаливания.  В  табл.  15
приведено  распределение  энергии  по  спектру  в  видимой  области
для  ртутно-кварцевой  прямой  трубки  в  1000  вт  (ПРК-7).
 Почти  40%  энергии  излучения  падает  на  две  длины  волны:
в  405  и  436  ммк.  Опыт*  показал,  что  за  счет  излучения  только
этих  двух  монохроматических  участков  спектра  можно  без  труда
получать  мощности  не  менее  78—80  вт!м2,  т.  е.  больше  чем
в  прямом  солнечном  излучении  при  его  общей  мощности
500  вт/м2.  Понятно,  что  добавление  излучения  ртутных  ламп
к  радиации  ламп  накаливания  в  общей  осветительной  установке
приблизит  спектральный  состав  искусственного  света  к  солнеч¬
ному.  Кроме  того,  все  газосветные  лампы,  и  упомянутые  выше,

86
 ОСНОВНЫЕ  ТИПЫ  ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ  ЛАМП
 [ГЛ.  II
 и  другие,  например,  гелиевые,  аргоновые,'криптоновые,  ксеоновые
и  т.  д.,  выгодно  попользовать  для  выделения  отдельных  областей
спектра  при  излучении  их  влияния  на  рост  и  развитие  растений.
 Таблица  15
 Распределение  энергии  по  спектру  в  видимой  области  излучения
ртутно-кварцевой  лампы  ПРК-7
 Сине-фиолетовая
 Желто-зеленая
 Красно-оранжевая
 X  ммк
 энергия,  96
 X  ммк
 энергия,  96
 X  ммк
 энергия,  %
 405
 14,6
 546
 25,6
 691
 0,6
 436
 23,4
 577
 34,5
 492
 1,3
 Сумма
 39,3
 Сумма
 60,1
 Сумма
 0,6
 Вообще  газосветные  лампы  представляют  в  этом  отношении
очень  большой  интерес  для  многих  светофизиологических  иссле¬
дований,  некоторые  из  них  находят  и  уже  нашли  практическое
применение  в  светокультуре  растений.
 Люминесцентные  трубки  являются  фотолюминесцентными
газосветными  лампами.  От  обычных  газосветных  ламп  они  отли¬
чаются  тем,  что  на  внутренние  стенки  газоразрядных  трубок
нанесено  порошкообразное  кристаллическое  вещество  —  люмино¬
фор.  Люминофором  является  всякое  вещество  (газообразное,
жидкое,  твердое),  обладающее  свойством  фотолюминесценции.
Применяются  люминофоры  для  улучшения  световой  отдачи  и
цветности  газосветные  ламп.  В  состав  их  входят  окислы  метал¬
лов,  соли  кислот,  сернистые  и  селенистые  соединения,  а  также
тяжелые  металлы  и  редкие  земли  (самарий  и  празеодим).
 Спектральная  характеристика  люминофора  определяется  его
спектрами  поглощения  и  излучения,  состоящими  из  ряда  полос
различной  интенсивности.  Спектральная  характеристика  (излу¬
чения)  люминофоров  приведена  в  табл.  16.
 Из  табл.  16  видно,  что  какой  бы  цветностью  излучения
люминофора  не  характеризовались  люминесцентные  лампы,  все
они  очень  далеки  от  монохроматичности.
 Кроме  свечения  люминофора,  в  радиации  фотолюминесцент-
ных  ламп  всегда  присутствуют  характерные  спектральные  линии
видимого  ртутного  излучения,  не  поглощаемого  люминофором.
 Наиболее  распространенной  является  люминесцентная  лампа
белого  цвета.  Ее  спектральная  характеристика  дается  на  рис.  39
и  в  табл.  17. 	С

ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ  ИСТОЧНИКИ  РАДИАЦИИ
 87
 Наибольшим  количеством  энергии  обладает  красно-оранжевая
область  спектра  (до  45%).  Мало  уступает  ей  и  желто-зеленый
участок  излучения.  Зато  в  сине-фиолетовом  конце  энергии
 меньше  всего  (только  16%).  Такое  распределение  энергии  по
спектру  люминесцентной  лампы  белого  света  несколько  роднит
ее  с  тем  же  качеством  лампы  накаливания.
 Таблица  16
 Спектральная  характеристика  (излучения)  основных  люминофоров
 Состав  люминофора
 Основной  цвет
свечения
 X,  ммк
 Вольфрамат  кальция  CaW04(Mn)
 Синий
 380—700
 >  магния  MgW04
 Сине-белый
 380—720
 Метасиликат  цинка  ZnSi03(Mn)
 Зеленый
 450—620
 Силикат  цинка  —  бериллия  (ZnBe)Si03(Mn)  .  .
 Желто-белый
 450—720
 »  кадмия  CdSi03(Mn)
 Желто-розовый
 430—700
 Борат  кадмия  СбВ2СЦ(Мп)
 Розовый
 400—720
 Сульфид  цинка  ZnS(Cu)
 Зеленый
 470—620
 »  цинка  —  кадмия  ZnCdS(Cu)
 Желто-зеленый
 510—670
 Принципиальное  отличие  люминесцентных  ламп  от  ламп
накаливания  заключается  в  ограниченной  мощности  лучистого
потока  с  единицы  излучающей  поверхности.
 В  табл.  18  показана  предельная,  доходящая  в  самых  лучших
условиях  до  60  вт/м2  мощность  лучистого  потока  установки
с  люминесцентными  лампами,  составляющими  сплошной  свод.

88 	ОСНОВНЫЕ  ТИПЫ  ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ  ЛАМП 	[гл.  II
 В  той  же  таблице  приведены  и  максимальные  мощности  излу¬
чения  отдельных  областей  видимого  спектра.
 Таблица  17
 Распределение  энергии  по  спектру  в  видимой  области  излучения
люминесцентной  лампы  белого  света
 Сине-фиолетовая
 Желто-зеленая
 Красно-оранжевая
 X  ммк
 Энергия,
 %
 X  ммк
 Энергия,
 %
 X  ммк
 Энергия,
 9ь
 394—400
 1,4
 500—520
 2,4
 600—620
 12,9
 400—420
 3,3
 520—540
 6,1
 620—640
 11,6
 420—440
 6,1
 540—560
 9,3
 640—660
 8,5
 440—460
 3,4
 560—580
 10,1
 660—680
 5,7
 460—480
 1,0
 580—600
 11,8
 680—700
 3,5
 480—500
 0,9
 700—720
 1,7
 720—730
 0,7
 Сумма
 16,1
 Сумма
 39,7
 Сумма
 44,6
 С  незначительными  мощностями  излучения  люминесцентных
ламп  связана  и  низкая  температура  их  поверхности,  обычно
не  превышающая  50°  С.  Благодаря  такой  пониженной  темпера¬
туре  трубок  растения  не  обжигаются,  даже  прикасаясь  к  ним.
Зато  люминесцентные  лампы  сами  чувствительны  к  температуре
воздуха  и  плохо  горят  в  холодных  помещениях.
 Таблица  18
 Распределение  энергии  по  отдельным  областям  спектра  в  излучении
солнца  и  некоторых  искусственных  излучателей
 Мощность  лучистого  потока,  вт/м2
 Источники  излучения
 общая
 инфра¬
 красная
 красно¬
 оранжевая
 желто-
 зеленая
 сине-фио¬
 летовая
 сумма
 видимой
 ультра¬
 фиолетовая
 Солнце  при  ясном  небе  .  .
 1000
 530
 158
 150
 132
 440
 30
 Лампы  накаливания  с  во¬
дяным  фильтром  (зер¬
кальные)
 3000
 1000
 1180
 580
 240
 2000
 0
 Люминесцентные  лампы
в  осветительной  уста¬
новке
 60
 0
 27
 23,4
 9,6
 60
 0
 Ртутно-кварцевые  лампы
(ПРК-7)
 —
 —
 2
 120
 78
 200
 0

§  2]  СПОСОБЫ  ОПРЕДЕЛЕНИЯ  КОЛИЧЕСТВА  ЛУЧИСТОЙ  ЭНЕРГИИ
 89
 При  оценке  энергетических  возможностей  упомянутых  выше
электрических  ламп  для  выращивания  растений  на  искусствен¬
ном  освещении  необходимо  признать  исключительную  роль  за
газополными  зеркальными  лампами  накаливания.  Они  являются
и,  вероятно,  долго  еще  будут  являться,  особенно  в  соединении
с  газосветной  лампой,  ценным  и  мощным  источником  радиации
для  выращивания  самых  светолюбивых  видов  растений.
 Что  касается  люминесцентных  ламп,  то  они,  как  показано  при
описании  соответствующих  опытов,  дают  хорошие  результаты
при  выращивании  некоторых  теневыносливых  видов  и  особенно
для  создания  бокового  освещения.
 Все  указанные  выше  лампы  для  выращивания  растений  на
искусственном  освещении  употребляются  или  каждая  в  отдель¬
ности  в  различной  индивидуальной  арматуре,  или  же  в  виде
осветительных  установок  самых  разнообразных  типов.  Одни  из
них  служат  для  выращивания  растений  полностью  на  искус¬
ственном  освещении  в  темных  помещениях,  а  другие  —  для
досвечиваний  при  культуре  растений  в  теплицах.
 §  2.  Основные  способы  определения  количества  лучистой
 энергии,  связываемой  растениями  в  процессе  фотосинтеза
 Лучистая  энергия,  достигшая  любого  не  абсолютно  черного
тела,  частично  отражается  от  него,  частично  проходит  через  тело,
и  только  некоторое  ее  количество  оказывается  поглощенным.  Не
являются  в  этом  отношении  исключением  и  листья  растений.  Они
также  поглощают  только  часть  дошедшей  до  них  лучистой  энер¬
гии.  Поглощенная  листьями  лучистая  энергия  не  может  быть
измерена  непосредственно.  Количество  ее  определяется  путем
учета  отраженной  и  пропущенной  листьями  радиаций.  Измере¬
ние  прошедшей  сквозь  листья  радиации  не  представляет  боль¬
ших  затруднений  я  может  осуществляться  при  помощи  пирано-
метров.  Зато  учет  отраженной  части  лучистого  потока  весьма
затруднителен,  так  как  при  существующих  приборах  требует
очень  больших  площадей  листьев  —  не  менее  1  м2.
 Обычно  для  определения  отражательной  способности  листьев
берутся  квадратные  зачерненные  поверхности  в  1  м2  или  3  м2
н  сплошь  устилаются  облучаемыми  листьями.  Понятно,  что
такой  макрометод  совершенно  непригоден  для  лабораторных
условий  или  вообще  для  более  точных  работ,  и  им  приходится
пользоваться  только  потому,  что  пока  еще  нет  приборов  для
измерения  отраженной  лучистой  энергии  от  малых  по  своей
поверхности  тел,  каковыми  являются  отдельные  листья  растений.
Чтобы  измерить  отражение  листа,  надо  иметь  прибор  с  приемной
частью,  во  много  раз  меньшей  по  сравнению  с  листом.

90
 ОСНОВНЫЕ  ТИПЫ  ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ  ЛАМП
 [ГЛ.  II
 Отражающая  способность  листьев  зависит  прежде  всего  от
состояния  их  поверхности,  их  формы,  окраски,  наличия  защит¬
ных  покровов  и  т.  д.  Общая  площадь  поверхности  листа  зависит
не  только  от  расположения  фотосинтезирующих  частей  его  отно¬
сительно  скелетной  проводящей  основы,  но  также  и  от  формы
клеток  его  поверхностных  тканей.  Последние  могут  быть  вы¬
пуклыми,  плоскими  четырехгранными,  многогранными  и  т.  п.
Немалое  значение  должны  иметь  и  размеры  этих  кутикулярных
клеток.  Окраска  листа  определяется  наличием  тех  или  иных
пигментов  в  клеточках  самого  листа,  а  также  и  окраской  волос¬
ков,  желёзок  и  восковых  налетов,  часто  имеющихся  на  их
поверхности.  Наконец,  опушение  листьев  само  по  себе,  вне  зави¬
симости  от  его  окраски,  а  также  и  наличие  устьиц  и  пор  весьма
сильно  должно  влиять  на  отражательную  способность  листьев.
Понятно,  что  и  спектральный  состав  лучистого  потока,  равно
как  и  угол  его  падения  на  поверхность  листа,  не  остается  без¬
различным  для  альбедо  листьев.
 Что  касается  пропускания  солнечной  энергии  листьями  рас¬
тений,  то  оно,  помимо  их  поглотительной  способности,  опреде¬
ляется  теми  же  оптическими  особенностями  листовой  структуры:
количеством,  формой  и  размерами  клеток  и  межклетников,
устьиц,  но,  очевидно,  все-таки  более  всего  —  оптической  плот¬
ностью  общего  слоя  поглощающих  лучистую  энергию  пигментов:
хлорофилла,  каротиноидов,  антоцианов  и  т.  д.
 К.  А.  Пуриевич  (1913),  Ф.  Н.  Крашенинников  (1901),  Зей-
больт  (1932—1933)  и  другие  при  определении  коэффициентов
отражения  и  пропускания  пользовались  методами  фотографии
и  фотометрии,  что  делает  их  данные  мало  надежными.  Другая
группа  авторов  (Онгстрем,  Н.  Н.  Калитин,  1929—1931,  Н.  И.  Ма-
каревский,  1938,  и  др.)  пользовались  для  этих  же  целей  прибо¬
рами,  приемной  частью  которых  служили  пиранометры.
 Влияние  спектрального  состава  лучистой  энергии  на  про¬
пускание  ее  листьями  растений  было  показано  в  работах  Г.  И.  По¬
кровского  (1925),  П.  Н.  Лазарева  (1927),  Зейбольта  (1933)
и  других.  Наблюдения  их  ограничивались  только  видимой
областью  и  показали,  что  спектральная  кривая  пропускания
зелеными  листьями  лучистой  энергии  имеет  один  максимум
(540—560  ммк)  и  два  глубоких  минимума  около  440  и  660  ммк.
Аналогичные  исследования,  проведенные  в  лаборатории  свето-
физиологии  АФИ  Н.  И.  Макаровским  в  более  широких  пределах
солнечного  излучения,  показали,  что  зеленые  листья  растений
плохо  пропускают  голубые  лучи  (в  широкой  области  от  460
до  550  ммк)  и  красные  (около  660  ммк)  и  хорошо  —  желто-зеле¬
ные  (в  области  540—580  ммк).  Но  еще  лучше,  как  оказалось
и  что  можно  было  предвидеть,  они  пропускают  красные  и  бли¬
жайшие  к  ним  инфракрасные  лучи,  начиная  примерно  с  700^лшс

§  2]  СПОСОБЫ  ОПРЕДЕЛЕНИЯ  КОЛИЧЕСТВА  ЛУЧИСТОЙ  ЭНЕРГИИ 	91
 и  дальше  до  1200  ммк.  В  области  680—710  ммк  наблюдалось
резкое  возрастание  коэффициента  пропускания  зеленых  листьев.
 Пользуясь  методами  определения  коэффициентов  отражения
и  пропускания  листьями  различных  растений  солнечной  радиа¬
ции,  Н.  И.  Макаревский  получил  для  конца  вегетации  (в  сен¬
тябре  в  Ленинграде)  очень  высокие  величины  поглощения  лучи¬
стой  энергии  от  35  до  56%.
 По  данным  Н.  Н.  Калитина,  полученным  в  летние  месяцы
в  Павловске  под  Ленинградом,  величины  поглощаемой  листьями
лучистой  радиации  несколько  ниже  и  колеблются  в  пределах
от  24  до  39%.  У  него  же  (Калитин,  1947)  приводятся  интерес¬
ные  данные  об  отражении  зелеными  частями  растений  различ¬
ных  областей  солнечного  спектра.  Так,  по  его  данным,  зеленая
трава  отражает:  ультрафиолетовых  лучей  2%,  синих  6%,  зеле¬
ных  15%,  красных  17%,  темно-красных  25%,  инфракрасных  40%.
Приведя  эти  цифры,  Н.  Н.  Калитин  отмечает,  что  растения  при¬
способились  к  максимально  полезному  использованию  солнечной
радиации.  В  ультрафиолетовой  области  находится  совсем  мало
солнечной  энергии,  зато  она  почти  полностью  (98%)  исполь¬
зуется  растением;  наоборот,  инфракрасной  области  спектра  при¬
надлежит  почти  половина  энергии  всего  потока  солнечной  радиа¬
ции,  но  40%  ее  отражаются.
 Количество  действительно  связанной  в  процессе  фотосинтеза
лучистой  энергии  определяется  несколькими  методами.
 Один  из  них  заключается  в  том,  что  определяется  общее
количество  сухого  вещества,  накопленного  растением  за  опреде¬
ленный  отрезок  времени,  и  полученная  величина  сопоставляется
с  теплотой  сгорания  этого  вещества.  Зная  теплоту  сгорания,
можно  вычислить  количество  накопленной  энергии.  Располагая
значением  мощности  лучистого  потока,  нетрудно  определить  про¬
центное  соотношение  между  энергией,  падающей  на  лист,  и  энер¬
гией,  поглощенной  им  в  процессе  фотосинтеза.
 Применяя  этот  метод,  удобно  пользоваться  половинками
одного  и  того  же  листа.  Метод  был  применен  в  работах
Ф.  II.  Крашенинникова  (1901)  и  К.  А.  Пуриевича  (1913),  причем
последний  получил  следующие  результаты:  листья  клена  исполь¬
зовали  в  процессе  фотосинтеза  только  0,6—2,7%  всей  падающей
на  лист  энергии,  листья  сахалинской  гречихи  1,9—7,7%,
а  листья  подсолнечника  до  4,5%.
 Другой  метод  был  применен  в  работах  Броуна  и  Эскомба
(1902).  Он  заключается  в  определении  количества  углекислоты,
разложенной  листом  за  определенный  отрезок  времени.  На
основании  полученных  данных  высчитывается  количество  энер¬
гии,  необходимое  для  этого  процесса  (справочные  данные),  и
найденная  величина  сопоставляется  с  общим  количеством
энергии,  .полученным  листом.  Используя  этот  метод,  авторы

92 	ОСНОВНЫЕ  ТИПЫ  ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ  ЛАМП 	[гл.  II
 установили,  что  в  процессе  фотосинтеза  листья  растений  связы¬
вают  от  0,5  до  4,5%  всей  падающей  на  них  энергии.
 Еще  один  метод  определения  энергии,  идущей  на  фотосинтез,
предложил  К.  А.  Пуриевич  (1913).  Он  основан  на  вычислении
разности  в  поглощении  лучистой  энергии  листьями  растения  за
равные  отрезки  времени  в  атмосфере  с  нормальным  содержа¬
нием  СОг  и  в  воздушном  потоке,  лишенном  ее.  Результаты
в  этом  случае  аналогичны  двум  предыдущим.
 Все  эти  методы  нуждаются  в  дальнейшем  уточнении.  Тем
не  менее  следует  признать,  что  растительные  организмы  усваи¬
вают  незначительный  процент  доходящей  до  них  лучистой  энер¬
гии.  Очевидно,  основше  количество  поглощенной  тканями  рас¬
тений  лучистой  энергии  тут  же  затрачивается  на  физиологиче¬
ские  процессы,  не  связанные  непосредственно  с  накоплением
растительной  массы.
 Возможно,  что  самым  непроизводительным  видом  расхода
поглощаемой  лучистой  энергии  является  теплообмен  с  внешней
средой.  Быть  может,  в  нем  и  кроется  причина  медленного  роста
большинства  растений  при  невысоких  температурах  воздуха.
 Несомненно,  могут  быть  значительными  и  затраты  поглощен¬
ной  растениями  лучистой  энергии  на  транспирацию  или,  точнее,
на  поглощение,  передвижение  и  испарение  воды.  Но  прежде
всего  возникает  вопрос,  действительно  ли  растения  поглощают
столько  лучистой  энергии,  сколько  им  приписывают.  Не  очень  ли
занижается  количество  отражаемой  части  лучистого  потока.
Ведь  есть,  несомненно,  противоречия  в  способе  учета  поглоще¬
ния  и  в  основном  представлении  об  очень  малой  величине  погло¬
щения  растений  в  желто-зеленой  области  спектра.  Основные
энергетические  мощности  в  солнечной  радиации  лежат  как  раз
в  этой  области  излучения  и  составляют  основную  величину
в  определяемом  приходе  лучистой  энергии.
 Как  бы  то  ни  было  характер  и  величина  использования  рас¬
тениями  лучистого  потока  остаются  очень  неясными  и  нуждаются
в  серьезном  изучении.

ГЛАВА  III
 ЗАВИСИМОСТЬ  РАЗЛИЧНЫХ  ФИЗИОЛОГИЧЕСКИХ
ПРОЦЕССОВ  ЖИЗНЕДЕЯТЕЛЬНОСТИ  РАСТЕНИИ
ОТ  ФИЗИЧЕСКИХ  ОСОБЕННОСТЕЙ  И  ХАРАКТЕРА
ЛУЧИСТОГО  ПОТОКА
 §  1.  Зависимость  использования  растениями  света
от  направленности  лучистых  потоков
и  расположения  листьев
в  пространстве
 Солнечный  свет  у  поверхности  земли  в  вертикальном  напра¬
влении  практически  имеет  одинаковую  интенсивность.  Поэтому
любое  растение,  не  исключая  и  самых  высоких  (деревьев),  если
они  растут  на  открытом  месте,  находится  сверху  донизу  в  лучи¬
стом  потоке  равной  мощности.  Это  равенство  световых  условий
возрастает  еще  больше  в  случае  отсутствия  прямого  солнечного
излучения  и  при  наличии  только  рассеянной  и  отраженной  сол¬
нечной  радиации.  Последняя,  направляясь  от  всех  точек  атмо¬
сферы  и  от  земной  поверхности,  освещает  растительные  орга¬
низмы  равномерно  со  всех  сторон.  В  те  дни,  когда  солнце  за¬
крыто  облаками,  растения  живут  только  за  счет  рассеянной
радиации.
 Совсем  по-иному  распределяется  энергия  лучистого  потока
прямых  солнечных  лучей.  Только  в  тропических  странах  в  мо¬
мент  стояния  солнца  в  зените  его  лучи  равномерно  распреде¬
ляются  по  растительной  поверхности,  находящейся  под  открытым
небом.  В  другое  время  суток,  оообенно  в  утренние  и  вечерние
часы,  а  в  северных  и  южных  широтах  всегда,  солнце,  находясь
под  определенным  углом  к  горизонту,  освещает  растения  одно¬
сторонне,  т.  е.  на  стороне  растений,  обращенной  в  данное  время
к  солнцу,  мощность  лучистого  потока  будет  всегда  более  высо¬
кой  по  сравнению  с  тем  количеством  лучистой  энергии,  кото¬
рое  будет  приходиться  на  противоположную  сторону  растения.
 Постоянное  одностороннее  освещение  приводит  к  тому,  что
растения,  как  говорят,  тянутся  к  свету,  приобретая  совершенно
особую  форму  роста.

94  ФИЗИОЛОГИЧЕСКИЕ  ПРОЦЕССЫ  И  ОСОБЕННОСТИ  ЛУЧИСТОГО  ПОТОКА  [гл.  III
 В  процессе  длительной  эволюции  у  растительных  организмов
возник  ряд  приспособлений  к  самопроизвольному  регулированию
собственного  светового  режима.
 Сюда  относятся  такие  биологические  явления,  как  движение
листьев  и  цветов,  изменяющее  их  положение  в  пространстве  и
позволяющее  растениям  следовать  за  лучистым  потоком  или,-на¬
оборот,  уходить  от  него.  Известно  также,  что  многие  растения,
особенно  тропических  широт,  в  полуденные  часы  располагают
свои  листья  перпендикулярно  к  горизонту  и  параллельно  к  сол¬
нечным  лучам,  которые  благодаря  этому  не  попадают  на  листо¬
вые  пластинки.
 Кроме  того,  многие  растительные  виды  имеют  листья,  всегда
расположенные  под  значительным  углом  к  горизонту,  что  при¬
водит  к  весьма  незначительному  использованию  ими  лучистого
потока  солнца,  находящегося  около  зенита  в  полуденные  часы
летнего  полугодия.  К  таким  растениям  относятся  прежде  всего
многие  представители  класса  однодольных,  например:  луки,  нар¬
циссы,  ландыши,  ирисы,  а  также  отчасти  злакоцветные,  осоковые
и  т.  д.
 У  луков,  нарциссов,  ландышей  -и  у  многих  других  подобных
им  видов  листья  с  самого  начала  растут  почти  вертикально  вверх
и  поэтому  очень  мало  используют  прямую  полуденную  солнеч¬
ную  радиацию.
 Злаки  и  осоки  в  первый  период  жизни,  когда  листья  собраны
в  приземные  розетки,  еще  хорошо  усваивают  прямую  радиацию*
солнца,  стоящего  высоко  над  горизонтом,  но  по  мере  роста  ли¬
стья  их  все  больше  и  больше  располагаются  в  вертикальной
плоскости  и  все  хуже  и  хуже  используют  отвесные  и  близкие
к  ним  солнечные  лучи.
 Наоборот,  боковое  освещение  солнечными  лучами  становится
и  для  этой  группы  растений  наиболее  полезным.  Лучи  солнца,
стоящего  под  некоторым  углом  к  горизонту,  падают  на  листья
злаков  под  наиболее  прямым  углом  и  должны  лучше  всего  по¬
глощаться  ими.  В  густых  травостоях  приход  таких  лучей
к  листьям  затрудняется,  и  рост  растений  (злаков)  должен  ухуд¬
шаться.  Вероятно  именно  поэтому  растения  культурных  злаков,
например  пшеницы  и  кукурузы,  дают  гораздо  большую  расти¬
тельную  массу  и  урожай  зерна,  если  они  находятся  в  разрежен¬
ных  посевах  или  выращиваются  в  виде  отдельных  растений.
 Для  прямого  доказательства  этого  несомненного  физического
явления  были  проделаны  Б.  С.  Мошковым  и  его  сотрудниками
в  1948—1950  гг.  специальные  опыты  как  с  естественным,  так  и
с  искусственным  освещением.
 Один  из  опытов  с  солнечным  освещением  заключался  в  вы¬
ращивании  ветвистой  пшеницы  в  полевых  условиях  под  Ленин¬
градом,  но  не  прямо  в  почве,  а  в  специальных  сосудах,  вкопан¬

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ  РАСТЕНИЯМИ  СВЕТА
 95
 §  1]
 ных  в  'почву  на  различных  расстояниях  друг  от  друга.  Сосуды
в  полевом  опыте  использовались  для  того,  чтобы  при  различных
разреживаниях  растений  уравнять  условия  их  корневого  питания
и  тем  самым  выделить  воздействие  на  них  определенных  свето¬
вых  режимов.
 Для  постановки  данного  опыта  были  сделаны  сосуды  из  ли¬
стового  железа  диаметром  10  см  и  высотою  100  см,  покрытые
и  снаружи  и  внутри  битумной  пленкой.  После  набивки  землей,
взятой  здесь  же  на  поле,  сосуды  закапывали  в  почву  на  полную
высоту,  т.  е.  на  глубину  в  100  см.
 На  первую  делянку  было  закопано  100  сосудов  вплотную
друг  к  другу,  чтобы  получить  расстояние  между  растениями,
равное  10  X  10  см.  На  следующую  опытную  делянку  было  за¬
копано  также  100  сосудов,  но  с  расстоянием  между  ними
в  25X25  см.  Наконец,  в  третью  опытную  делянку  закопали
100  сосудов  с  расстоянием  50X50  см.
 Вокруг  сосудов,  вкопанных  в  землю,  высевалась  также  вет¬
вистая  пшеница,  причем  на  каждой  делянке  соблюдались  свои
расстояния  между  отдельными  растениями,  равные  расстояниям
между  растениями,  находящимися  в  сосудах.
 В  каждом  сосуде  выращивали  по  одному  растению  пшеницы
до  полного  вызревания.
 Как  и  следовало  ожидать,  наибольший  урожай  дали  расте¬
ния  пшеницы,  находившиеся  в  наиболее  разреженном  посеве
(50X50  см),  независимо  от  того,  были  ли  они  в  сосудах  или
прямо  в  почве  поля.  Наименьший  урожай  дали  растения  пше¬
ницы  в  наиболее  загущенном  посеве  (10  X  Ю  см).
 Измерения  прямой  солнечной  радиации  показали,  что  чем
больше  на  данной  площади  было  растений,  тем  скорее,  благо¬
даря  смыканию  листьев,  началась  задержка  лучистого  потока  и
ослабление  его  в  травостое  пшеницы.
 Так  как  в  сосудах,  в  которых  находились  опытные  растения
пшеницы,  условия  корневого  (почвенного)  питания  были  вырав¬
нены,  различия  урожаев  растений  в  разных  вариантах  опыта
могут  быть,  с  полным  правом,  отнесены  за  счет  различного  осве¬
щения  растений.  Понятно,  что  при  редком  стоянии  растений  и
при  равномерном  распределении  их  на  площади  и  рассеянная
радиация,  и  прямые  лучи  невысокого  солнца  (утреннего  и  вечер¬
него)  доходили  к  таким  растениям  в  большем  количестве.
 Неравнозначность  полуденного  и  вечернего  освещения  для
пшеницы  была  показана  в  специальных  опытах  Б.  С.  Мошкова
еще  в  1947—1948  гг.  Объектом  опыта  служила  яровая  пшеница
сорт  «Память  Урала».  Она  была  высеяна  на  небольших  делян¬
ках  с  площадью  в  1  ж2  на  опытном  участке  в  Лесном  (Ленин¬
град).  Контрольные  делянки  в  течение  всего  вегетационного  пе¬
риода  находились  в  обычных  условиях  освещения.  На  опытных

96  ФИЗИОЛОГИЧЕСКИЕ  ПРОЦЕССЫ  И  ОСОБЕННОСТИ  ЛУЧИСТОГО  ПОТОКА  [ГЛ.  III
 делянках  растения  пшеницы  в  солнечные  дни  лишались  света
на  3  часа:  в  первом  варианте  —  в  утренние  часы  с  6  до  9  часов,
во  втором  варианте  —  в  дневные  часы  с  10  час.  30  мин,  до
13  час.  30  мин.  и  в  третьем  варианте  —  вечером  с  17  час.  до
20  часов.
 Для  выключения  света  на  делянки  с  опытными  растениями
надвигали  светонепроницаемые  фотопериодические  кабинки,  ко¬
торые  после  трехчасового  периода  снова  раздвигали,  и  опытные
растения  оказывались  на  свету.  В  пасмурные  дни  кабинки  не
закрывали.
 Основным  показателем  состояния  растений  в  различных  усло¬
виях  данного  опыта  служил  вес  и  состояние  зерна  в  100  средних
колосьях  пшеницы  после  полного  созревания.
 Вес  зерен  в  100  колосьях  контрольных  растений,  т.  е.  не  ли¬
шавшихся  света,  равнялся  140  г,  или  100%  урожая.  Выклю¬
чение  света  в  дневные  часы  привело  к  незначительному  сокра¬
щению  веса  зерен  в  100  колосьях,  а  именно,  вес  зерен  в  этом
варианте  достигал  110  г,  т.  е.  был  меньше  по  сравнению  с  кон¬
тролем  только  на  18%.  Близкие  данные  получились  и  для  ва¬
рианта,  где  растения  лишались  утреннего  освещения.  Зато  уро¬
жай  пшеничных  растений  резко  снизился  в  том  случае,  когда  они
не  получали  прямого  солнечного  света  в  вечерние  часы.  В  этом
случае  вес  зерна,  находившегося  в  100  средних  колосьях,  со¬
ставлял  всего  70  г,  т.  е.  был  в  два  раза  меньше,  чем  в  контроле.
Характерным  отличием  этих  зерен  были  их  «щуплость»  и  мень¬
шая  величина  как  в  длину,  так  и  по  среднему  диаметру.
 Таким  образом,  значительное  понижение  продуктивности  пше¬
ничных  растений  наблюдалось  только  при  лишении  их  трех  ча¬
сов  вечернего  освещения  (с  17  до  20  часов),  в  то  время  как
выключение  утреннего  и  дневного  освещения  сказалось  на  уро¬
жае  пшеницы  в  очень  незначительной  степени.  В  основе  этого
явления  может  лежать  только  различное  использование  листьями
пшеницы  утреннего,  дневного  и  вечернего  освещения.
 Дневное  освещение,  когда  солнце  находится  под  наибольшим
углом  к  горизонту  и  ближе  всего  к  зениту,  используется  расте¬
ниями  пшеницы  и  многими  другими  однодольними  видами  незна¬
чительно  потому,  что  его  лучи  падают  на  листья  под  небольшим
углом  и  благодаря  этому  мало  поглощаются  их  тканями.  Напро¬
тив,  в  вечерние  часы  солнечная  радиация  падает  на  листья  пше¬
ницы  под  углом,  наиболее  близким  к  прямому,  что  способствует
высокому  поглощению  ее.  В  это  же  время,  т.  е.  в  послеполуден¬
ные  часы,  обычно  наблюдается  достаточно  высокая  температура
воздуха,  способствующая  наиболее  полному  использованию  по¬
глощенной  лучистой  энергии.
 В  результате  благоприятного  сочетания  угла  падения  лучи¬
стой  энергии  на  лист  со  средними  значениями  воздушной  темпе-

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ  РАСТЕНИЯМИ  СВЕТА
 97
 §  1]
 ратуры  вечернее  освещение  оказывается  весьма  полезным  для
пшеничных  растений.
 Что  касается  утренних  часов,  то  в  это  время  большей  частью
наблюдаются  недостаточно  высокие  воздушные  температуры,
мешающие  хорошему  использованию  растениями  падающей  на
них  лучистой  энергии.
 Можно  считать  несомненным,  что  в  северных  широтах  пше¬
ницы  и  подобные  им  растения  полнее  всего  используют  прямой
солнечный  свет  в  послеполуденные  вечерние  часы.
 Для  еще  более  веского  доказательства  в  пользу  наилучшего
использования  растениями  пшеницы  бокового  освещения  были
проведены  лабораторные  опыты  с  электрическим  освещением.
Источниками  радиации  служили  как  мелкие  лампы  накаливания
(21;  6  или  12  вт),  так  и  особенно  удобные  для  этих  опытов
люминесцентные  15-ваттные  лампы.
 Для  каждого  источника  радиации  (лампы  накаливания  и
люминесцентные)  было  установлено  три  варианта  освещения.
В  первом  варианте  растения  освещались  только  сверху,  во  вто¬
ром  —  с  двух  сторон  (двойное  боковое  освещение)  и  в  третьем—
с  одной  стороны  (одностороннее  боковое  освещение).
 Количество  электроэнергии,  затраченное  на  выращивание
растений  при  верхнем  и  боковом  одностороннем  освещении,  было
одинаковым.  При  боковом  освещении  с  двух  сторон  затраты
электроэнергии  в  приводимом  ниже  опыте  были  двойными.
В  других  же  опытах  при  боковом  освещении  с  двух  сторон,  но
с  затратой  энергии,  как  при  верхнем  освещении,  результаты  из¬
менялись  в  очень  слабой  степени.
 Объектом  опыта,  продолжавшегося  35  суток,  была  яровая
ветвистая  пшеница  «Кахетинская».  Результаты  опыта  предста¬
влены  в  табл.  19  и  на  рис.  40.
 Как  и  следовало  ожидать,  наибольшее  количество  сухой
растительной  массы  образовалось  у  пшеницы  при  боковом  осве¬
щении,  особенно  с  двух  сторон.  Однако  даже  и  одностороннее
боковое  освещение  люминесцентными  лампами  увеличило  сухую
растительную  массу  пшеницы  в  3,5  раза  по  сравнению  с  верхним
освещением.
 Такая  же  закономерность  в  использовании  верхнего  и  боко¬
вого  освещения  наблюдалась  и  при  выращивании  ветвистой  пше¬
ницы  в  лучистом  потоке  мелких  ламп  накаливания.  В  последнем
случае  накопление  растительной  массы  было  меньшим,  что,  од¬
нако,  не  мешало  более  быстрому  ее  развитию.
 Люминесцентное  освещение  задерживало  развитие  ветвистой
пшеницы  даже  будучи  двусторонним,  несмотря  на  непрерывность
освещения.
 Сопоставление  результатов  лабораторных  и  полевых  опытов,
относящихся  к  яровым  пшеницам,  с  полной  очевидностью
 7  Зак.  196.

98  ФИЗИОЛОГИЧЕСКИЕ  ПРОЦЕССЫ  И  ОСОБЕННОСТИ  ЛУЧИСТОГО  ПОТОКА  [гл.  III
 показывают,  что  злаки  используют  боковое  освещение  значи¬
тельно  лучше,  чем  верхнее.  Именно  поэтому  пшеничные  расте¬
ния  особенно  отрицательно  реагируют  на  лишение  их  света
в  послеполуденные  часы.
 Рис.  40.  Ветвистая  пшеница,  выращенная  при
люминесцентном  освещении.
 1  —  при  боковом;  2—при  верхнем.
 Еще  большее  значение  боковое  освещение  должно  иметь  для
таких  растений,  как  луки.  Для  доказательства  этого  с  луком  был
проведен  специальный  опыт  в  лаборатории  в  условиях  искус¬
ственного  освещения.
 Сеянцы  лука,  начиная  с  появления  всходов,  выращивали  на
люминесцентном  освещении,  верхнем  и  боковом.  В  обоих  слу¬
чаях  было  использовано  по  6  люминесцентных  трубок.  В  одном
варианте  они  составляли  общий  светящийся  потолок,  а  в  дру¬
гом  —  2  боковых  «забора»,  состоящих  из  3  трубок  каждый.  Элек¬
трические  мощности  в  каждой  установке  были  равными.  Осве¬
щение  непрерывное.

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ  РАСТЕНИЯМИ  СВЕТА
 99
 §  п
 В  результате  за  30  суток  сеянцы  лука  под  верхним  освеще¬
нием  накопили  только  40  г  сухого  вещества,  а  сеянцы  в  условиях
бокового  освещения  образовали  ПО  г  сухой  массы,  т.  е.  почти
в  3  раза  больше.
 При  верхнем  люминесцентном  освещении,  длившемся  около
3  мес.,  сеянцы  лука  так  и,  не  образовали  луковиц,  тогда  как  при
боковом  освещении  луковицы  начали  образовываться  в  двухме¬
сячном  возрасте.
 Таблица  №
 Влияние  верхнего  и  бокового  освещения  на  накопление  сухого
вещества  ветвистой  пшеницей
 Источники  радиации
 Электри¬
 ческая
 мощ¬
 ность
 уста¬
 новки,
 вт
 Затрата
 электро¬
 энергии
 Мощ¬
ность  лу¬
чистого
потока,
вт/м*
 Сухой  вес
растений
 Затрата
на  1  мг
сухого
вещества
электро¬
энергии,
вт/мг
 и  освещение
 на  1  ра¬
стение,
вт/час
 мг
 %
 Люминесцентные  лампы:
верхнее
 90
 7  560
 20
 840
 100
 9,0
 боковое  двойное  .  .
 180
 15120
 20
 4  020
 478
 3,7
 боковое  односторон¬
нее
 90
 7  560
 20
 2800
 333
 2,7
 Лампы  накаливания:
верхнее
 480
 40  320
 160
 740
 100
 54,5
 боковое  двойное  .  .  .
 960
 80  640
 160
 1  250
 169
 64,5
 боковое  односторон¬
нее
 480
 40  320
 160
 1  020
 137
 39,5
 Использование  двухстороннего  бокового  освещения  люминес¬
центными  трубками  позволяет  выращивать  лук  на  искусственном
освещении  с  лучшими  результатами,  чем  на  естественном  осве¬
щении.  Отсюда  становится  понятным,  что  для  таких  растений,
как  лук,  нужны  очень  небольшие  мощности  лучистого  потока,,
характерные  для  рассеянного  освещения.
 Совершенно  очевидно,  что  для  многих  однодольных  видов*
искусственное  освещение  следует  делать  не  верхним,  а  боковым.
В  этом  случае  не  только  улучшается  рост  однодольных  видов,,
но  также  удваивается  и  использование  источников  радиации.
Это  освещение  становится  двусторонним  вместо  одностороннего
при  верхнем  освещении.  Люминесцентные  трубки  особенно  при¬
годны  для  бокового  освещения.
 Естественно,  что  те  растительные  виды  (а  их  большинство),,
у  которых  листья  расположены  в  горизонтальной  плоскости.,
 7*

100  ФИЗИОЛОГИЧЕСКИЕ  ПРОЦЕССЫ  И  ОСОБЕННОСТИ  ЛУЧИСТОГО  потока  [гл.  Ill
 б  искусственных  условиях  должны  освещаться  сверху.  Таковы
томаты,  земляника,  хризантемы,  огурцы,  фасоль  и  многие  дру¬
гие  весьма  разнообразные  растительные  виды.  В  природных
условиях  они  используют  и  рассеянный  и  прямой  солнечный  свет
как  в  полуденные,  так  и  в  другие  часы  суток,  так  как  их  листья
в  большинстве  случаев  не  остаются  все  время  в  одном  положе¬
нии,  а  напротив,  изменяют  его.  Причинами  изменения  положения
листьев  являются  как  их  автономные  движения,  так  и  колебания
их  перемещающимися  массами  воздуха.
 В  условиях  защищенного  грунта  или,  тем  более,  в  лабора¬
торных  условиях,  где  нет  факторов,  вызывающих  механические
колебания  листьев,  виды  с  горизонтально  расположенными  ли¬
стьями  значительно  лучше  растут  при  верхнем  освещении:  одно
боковое  освещение  по  сравнению  с  верхним  понижает  их  общую
продуктивность.  Вместе  с  тем  введение  в  осветительные  уста¬
новки  с  верхним  расположением  ламп  дополнительного  бокового
освещения  или  даже  просто  хорошо  отражающих  свет  боковых
экранов  улучшает  световой  режим  растений,  делая  его  более
равномерным.
 Для  придания  наибольшей  равномерности  искусственному
освещению,  особенно  при  досвечивании  в  теплицах,  значитель¬
ный  интерес  представляет  использование  прожекторных  устано¬
вок  различного  типа.  Во  всяком  случае,  воздействие  на  расте¬
ния  создаваемых  ими  лучистых  потоков  должно  быть  изучено
в  ближайшее  время.
 Таким  образом,  при  решении  вопроса  о  том,  каким  способом
следует  освещать  растения,  надо  прежде  всего  исходить  из  осо¬
бенностей  их  листорасположения  в  пространстве,  имея  в  виду,
что  выгоднее  всего  лучистый  поток  направлять  на  листья  расте¬
ний  под  прямым  углом  или,  во  всяком  случае,  с  не  очень  боль¬
шим  отклонением  от  него.
 §  2.  Влияние  на  растения  интенсивности  и  продолжительности
 освещения
 Интенсивность  и  продолжительность  освещения  имеют  чрез¬
вычайно  большое  значение  для  жизнедеятельности  растений.  Они
характеризуют  общее  количество  лучистой  энергии,  получаемой
растениями  за  определенный  период.  Интенсивность,  или,  точнее,
мощность,  лучистого  потока  характеризует  количество  лучистой
энергии,  получаемой  растением  в  единицу  времени.  Продолжи¬
тельность  освещения,  как  в  пределах  суток,  так  и  за  любой  бо¬
лее  длительный  период  времени  дает  представление  о  длитель¬
ности  светового  воздействия.  Понятно,  что  общее  количество
лучистой  энергии,  получаемой  растением  за  любой  отрезок  вре¬
мени,  характеризуется  двумя  этими  факторами,  т.  е.  мощностью

§  2]  ВЛИЯНИЕ  ИНТЕНСИВНОСТИ  И  ПРОДОЛЖИТЕЛЬНОСТИ  ОСВЕЩЕНИЯ  101
 лучистого  потока  в  единицу  времени,  помноженною  на  время
воздействия.
 Отсюда  ясна  необходимость  знания  реакции  растений  как  на
каждый  из  этих  факторов,  так  и  на  их  определенные  сочетания.
 И  мощность  лучистого  потока,  и  продолжительность  периода
ежесуточного  освещения  имеют  для  растений  самостоятельное  и
очень  большое  значение.  По  отношению  к  мощности  лучистого
потока,  или,  что  то  же,  к  интенсивности  освещения,  растения
делятся  на  светолюбивые  и  теневыносливые.  Первые  виды  плохо
или  совсем  не  растут  при  слабом  освещении  и  не  боятся  силь¬
ного  света,  а  вторые  могут  расти  при  меньших  мощностях  лучи¬
стого  потока  и  иногда  страдают  от  избыточного  освещения.
 Во  всяком  случае,  у  всех  видов  фотосинтезирующих  расте¬
ний  от  мощности  лучистого  потока  зависит  их  продуктивность,
начиная  с  накопления  сухой  растительной  массы  и  кончая  уро¬
жаем  плодов  и  семян.  Именно  из-за  недостатка  света  многие
растительные  виды  не  могут  расти  в  лесах,  в  густых  травостоях
и,  наконец,  зимою  в  теплицах,  находящихся  в  северных  широтах.
Очень  может  быть,  что  светолюбивые  растения  отличаются  от
теневыносливых  меньшей  чувствительностью  к  световым  раздра¬
жениям.
 Что  касается  продолжительности  освещения  или  длины  дня,
то  этот  фактор,  помимо  общего  количественного  влияния  на  про¬
дуктивность  растений,  имеет  и  свое  специфическое  воздействие
на  весь  ход  их  онтогенеза.
 Неоднократные  указания  на  вероятность  зависимости  между
течением  отдельных  физиологических  процессов  и  продолжитель¬
ностью  ежедневного  освещения  делали  ботаники-географы
(Шиммер,  Варминг  и  др.),  а  также  агрономы,  наблюдавшие  одни
и  те  же  сорта  культурных  растений  на  различных  географиче¬
ских  широтах.
 Общее  признание  значения  суточных  чередований  света  и
темноты,  дня  и  ночи,  для  жизнедеятельности  растений  осуществи¬
лось  только  в  нашем  столетии  после  работ  Гастона  Бонье,  Тур-
нуа  (1912),  Клебса  (1918)  и  Гарнера  и  Алларда  (1920).
 А  между  тем  ранее  экспериментального  открытия  фотоперио¬
дизма  К.  А.  Тимирязев  предугадал  его  место  в  цепи  светофизио¬
логических  явлений.  В  1903  г.  в  своей  блестящей  крунианской
лекции  он  писал:
 «Хорошо  известен  факт,  что  в  высших  широтах  растение  тре¬
бует  более  короткого  промежутка  времени  для  достижения  из¬
вестных  стадий  развития,  чем  в  низших  широтах.  Это  обыкно¬
венно  приписывают  большей  продолжительности  дня.  Но  и
солнце  стоит  тогда  не  так  высоко  и  до  той  поры,  пока  предпола¬
галось,  что  действие  света  пропорционально  его  напряжению,  это
объяснение  было  очевидно  неудовлетворительно.  Теперь,  когда

102  ФИЗИОЛОГИЧЕСКИЕ  ПРОЦЕССЫ  И  ОСОБЕННОСТИ  ЛУЧИСТОГО  ПОТОКА  [гл.  III
 мы  знаем,  что  только  приблизительно  половина  непосредственной
полуденной  инсоляции  может  быть  использована,  мы  можем
легче  понять,  что  более  долгий  период  при  менее  значительной
высоте  солнца  оказывается  более  полезным,  чем  период  более
короткий  при  более  высоком  стоянии  солнца».  (Тимирязев,  1937,
стр.  440).
 Но  в  то  время  еще  не  были  известны  факты  противополож¬
ного  значения,  состоящие  в  том,  что  ряд  растительных  видов  за¬
цветает  скорее  не  на  длинном  северном  дне,  а  лишь  при  его
значительном  укорачивании.  И  хотя  французский  ботаник  Турнуа
был  первым  экспериментатором,  показавшим  значение  коротких
дней  для  жизнедеятельности  растений,  а  американские  исследо¬
ватели  Гарнер  и  Аллард  немало  потрудились,  изучая  это  явле¬
ние,  однако  настоящей  родиной  современной  теории  фотоперио¬
дизма  с  полным  основанием  может  быть  названа  наша  страна.
 Одной  из  объективных  причин  этого  явилось  то  обстоятель¬
ство,  что  в  СССР  все  основные  исследования  по  фотопериодизму
с  самого  начала  проводились  в  Ленинграде,  т.  е.  значительно
севернее,  чем  в  других  странах.  Это  значит,  что  русские  исследо¬
ватели  имели  возможность  пользоваться  более  длинным  летним
днем  и  получать  большие  контрасты  при  его  укорачивании,  чем
их  зарубежные  коллеги.
 Интересные  и  сами  по  себе  фотопериодические  исследования,
исходящие  из  представлений  о  роли  листьев  в  этом  явлении,  на¬
чинают  приобретать  все  большее  значение  в  искании  новых  фак¬
тов,  необходимых  для  построения  физиологической  теории  онто¬
генеза  растений.  Кроме  того,  самые  разнообразные  биологические
явления  фотопериодической  реакции  растительных  видов  находят
себе  место  при  толковании  многих  разделов  фитофизиологии.
 Исключительно  глубока  роль  фотопериодизма  в  современных
светофизиологических  работах,  особенно  —  преследующих  непо¬
средственные  цели  светокультуры  растений.
 Под  влиянием  фотопериодических  исследований  складываются
совершенно  по-иному  представления  о  роли  темноты  не  только
для  хода  онтогенеза  растений,  но  и  для  течения  основных  про¬
цессов  их  суточного  метаболизма.
 Можно  сказать  с  уверенностью,  что  в  настоящее  время  нельзя
переоценить  значение  фотопериодизма,  который  сочетает  в  себе
реакцию  растений  как  на  действие  солнечного  луча  на  зеленый
лист,  о  котором  Тимирязев  писал,  что  это  интереснейший  из  всех
процессов,  совершающихся  на  земле,  так  и  на  влияние  темноты,
которая  вступает  в  свои  права  после  угасания  луча  и  определяет
ход  каких-то  совершенно  определенных  и  длительных  процессов,
о  которых  мы  еще  можем  только  догадываться.
 Ежесуточное  чередование  света  и  темноты,  являющееся  в  при¬
роде  одним  из  самых  постоянных  географических  факторов,  опре¬

§  2)  ВЛИЯНИЕ  ИНТЕНСИВНОСТИ  И  ПРОДОЛЖИТЕЛЬНОСТИ  ОСВЕЩЕНИЯ  103
 деляет  всю  жизнедеятельность  зеленых  растений,  этих  единствен¬
ных  организмов  нашего  мира,  обладающих  космическими
функциями.  Поэтому  фотопериодичеекие  исследования  стояли,
стоят  и  должны  стоять  в  фокусе  внимания  советских  бота¬
ников.
 Для  растениеводческой  практики  имеет  большое  значение
физиологическое  состояние  растений,  а  в  формировании  его
исключительная  роль  принадлежит  свету  не  только  как  внешнему
раздражителю,  но  и  как  фактору,  ассимилируемому  растением.
Поэтому  в  различных  световых  условиях  формируются  неодина¬
ковые  растительные  организмы.  В  природе  широко  распростра¬
нены  явления  значительной  изменчивости  растений,  связанной
в  первую  очередь  со  световыми  воздействиями.  Давно  известны
факты,  когда  северные  виды  и  сорта  плодовых  деревьев  и  ку¬
старников  оказываются  совершенно  непригодными  для  культуры
в  южных  широтах.  Так,  например,  при  перенесении  хорошо  ра¬
стущих  под  Ленинградом  древесных  видов  в  Сухуми,  последние
становятся  неузнаваемыми.
 Среди  практиков,  работающих  на  черноморском  побережье,
существовало  убеждение,  что  северные  виды  плодовых  растений
не  могут  расти  в  южных  условиях  по  причине  высоких  летних  и
зимних  температур.  Однако  основная  причина  плохого  роста  се¬
верных  видов  на  юге  зависит,  в  основном,  от  световых  —  фото-
периодических  условий.  Это  было  показано  специальными  опы¬
тами  Б.  С.  Мошкова.
 Для  их  осуществления  были  взяты  черенки  черной  смородины
(сорт  Галиаф)  и  дикорастущий  под  Ленинградом  вид  ивы  Salex
phylicifolia.  Часть  черенков  была  высажена  в  Ленинграде,  а  дру¬
гая  часть  —  в  Сухуми.  Контрольные  растения  и  в  Сухуми,  и
в  Ленинграде  получали  естественный  день.  Кроме  того,  и  в  Су¬
хуми,  и  в  Ленинграде  смородину  и  иву  выращивали  при  одина¬
ковой  продолжительности  дня  (14  и  10  часов),  а  также  на
непрерывном  освещении.  Последнее  достигалось  светом  электри¬
ческих  ламп  мощностью  в  100  и  200  вту  расположенных  над  опыт¬
ными  растениями.
 Короткий  день  создавали,  закрывая  делянки  с  короткоднев¬
ными  растениями  светонепроницаемыми  фотопериодическими
кабинами.
 На  естественном  сухумском  дне  и  черная  смородина,  и  ива
очень  быстро  заканчивают  рост  и  уже  в  июле  сбрасывают  ли¬
стья.  При  этом  они  дают  настолько  незначительный  прирост,  что
выглядят  карликами.  Так,  например,  ива  имела  высоту  в  25  см
с  общей  длиною  боковых  ветвей  около  100  см.  За  это  же  время
на  естественном  ленинградском  дне  высота  ивы  достигла  2  ж,  а
общий  прирост  всех  побегов  11  ж,  т.  е.  превышал  прирост  су¬
хумских  растений  в  11  раз.  Сам  собою  напрашивался  вывод

104  ФИЗИОЛОГИЧЕСКИЕ  ПРОЦЕССЫ  И  ОСОБЕННОСТИ  ЛУЧИСТОГО  ПОТОКА  [гл.  III
 о  полной  непригодности  южных  условий  для  нормальной  жизне¬
деятельности  'северных  видов.
 Но  на  коротком  дне,  даже  на  14-часовом,  растения  ивы  и
смородины  были  почти  одинаковыми  как  в  Ленинграде,  так  и
в  Сухуми.  По  высоте  и  по  общему  приросту  они  очень  походили
на  растения,  росшие  на  естественном  сухумском  дне.  Следова¬
тельно,  хороший  прирост  в  северных  условиях,  в  основном,  опре¬
деляется  длиною  дня,  сокращение  которого  до  14  часов  привело
к  укорочению  вегетационного  периода  и  уменьшению  прироста
за  год.  Напротив,  искусственное  удлинение  продолжительности
периода  освещения  ивы  и  смородины  в  Сухуми  вызвало  необы¬
чайно  энергичный  рост,  значительно  превысивший  прирост,  да¬
ваемый  ими  в  Ленинграде.  Мало  этого,  удлинение  сухумских
дней  превратило  иву  и  смородину  в  вечнозеленые  и  вечно  веге¬
тирующие  растения,  т.  е.  совершенно  изменило  их  физиологиче¬
ское  состояние.
 В  результате,  никогда  не  цветущие  на  естественном  сухум¬
ском  дне  ива  и  черная  смородина  на  непрерывном  освещении
дали  обильное  цветение  в  начале  второго  года  их  выращивания.
 Очевидно,  листопадность  этих,  как,  вероятно,  и  других  много¬
летних  видов,  является  весьма  лабильным  физиологическим  про¬
цессом  и  зависит  не  столько  от  генотипа,  сколько  от  условий
внешней  среды.
 В  частности,  и  ростовые  процессы,  и  листопад  многолертих
растений  в  первую  очередь  определяются  световыми  фотоперио-
дическими  условиями.  Длина  дня  влияет  на  интенсивность  роста,
продолжительность  вегетационного  периода  и  время  сбрасыва¬
ния  листьев  у  листопадных  видов.  В  благоприятных  условиях  на
длинном  дне  все  листопадные  виды  обычно  становятся  вечнозеле¬
ными  и  вечно  вегетирующими.
 В  связи  с  таким  глубоким  реагированием  многолетних  расте¬
ний  на  продолжительность  ежесуточных  периодов  освещения  из¬
меняются  и  другие  весьма  важные  в  практическом  отношении  их
признаки,  например:  способность  к  укоренению  черенков,  устой¬
чивость  к  неблагоприятным  факторам,  иммунитет  к  грибным  за¬
болеваниям.
 Игнорирование  фотопериодических  условий  делает  некоторые
явления  совершенно  непонятными.  Например,  известно,  что  лет¬
ние  черенки  некоторых  видов  ив  очень  хорошо  укореняются  на
севере  (под  Ленинградом)  и  очень  плохо  на  юге  (Северный  Кав¬
каз),  а  черенки  других  видов,  наоборот,  лучше  укореняются  на
юге  и  хуже  на  севере.  Это  любопытное  и  практически  важное
явление  оказалось  связанным  с  фотопериодической  реакцией
определенных  видов  ивы.  Так,  летние  черенки  гибридной  ивы
Salix  utidulafa  хорошо  укореняются,  если  они  формируются
в  условиях  северных  дней,  и,  наоборот,  если  материнские  расте-

§  2]  ВЛИЯНИЕ  ИНТЕНСИВНОСТИ  И  ПРОДОЛЖИТЕЛЬНОСТИ  ОСВЕЩЕНИЯ  105
 ния  растут  в  условиях  южных  укороченных  дней,  они  укоре¬
няются  плохо.  Это  доказывается  очень  простыми  опытами.  Бе¬
рутся  черенки  с  одного  материнского  растения  и  выращиваются
в  различных  фотопериодических  условиях.  Если  опыт  ставится
на  севере,  например  в  Ленинграде,  то  одна  часть  растений  выра¬
щивается  на  естественном  дне,  а  другая  на  укороченном  до  14—
12  часов.  Черенки,  взятые  во  второй  половине  лета  с  растений,
получавших  естественный,  длинный  день,  укореняются  полностью
и  очень  быстро;  черенки,  взятые  с  растений,  получавших  укоро¬
ченные  дни,  не  укореняются  (рис.  41).
 'К
 к
 AiMkH
 V-  г
 ft
 МММн
 г
 Ы  V  <■
 V.
 №  If
 Рис.  41.  Черенки  ивы  после  укоренения.
 Слева  —с  растения,  находившегося  на  длинном  дне,  справа  —на  коротком.
 Различиями  в  световых  фотопериодических  режимах  объяс¬
няются  и  известные  в  литературе  факты  хорошего  укоренения
японских  видов  ив  на  родине  и  неукоренение  их  в  Европе.  Так,
многие  японские  виды  ив  в  европейских  питомниках  размно¬
жаются  только  прививкой,  а  не  черенками.  Для  процесса  укоре¬
нения  черенков  свет  также  имеет  очень  большое  значение.  Че¬
ренки  многих  видов  лучше  всего  укореняются  в  условиях
непрерывного  освещения.
 Естественно,  что  в  зависимости  от  фотопериодических  усло¬
вий  находится  такой  важный  практический  признак,  как  морозо¬
устойчивость  и  зимостойкость  многолетних  растений.  Известно,
что  многие  древесные  виды  у  себя  на  родине  выдерживают  зна¬
чительные  морозы,  доходящие  часто  до  25°  С,  и  в  то  же  время,
будучи  перенесенными  в  более  высокие  широты,  начинают  вымер¬
зать  при  менее  низких  температурах.  Например,  многие  манч¬
журские  и  вообще  дальневосточные  виды,  хорошо  переносящие
морозные  зимы  в  пределах  своих  естественных  ареалов,  сильно
страдают  от  морозов  на  широте  Ленинграда,  хотя  здесь  зимы
менее  суровы.  То  же  самое  можно  сказать  о  белой  акации,  хо¬
рошо  зимующей  под  Харьковом  и  вымерзающей  под  Ленингра¬
дом,  и  т.  д.
 Давнишние  опыты  Б.  С.  Мошкова  показывают,  что  и  зимо¬
стойкость  растений  зависит  в  значительной  степени  от  фотопе¬
риодических  условий.  Вымерзающий  в  Ленинграде  миндаль  вы¬
ращивался  в  течение  лета  при  различной  длине  дня,  начиная
с  5-часового  и  кончая  15-часовым  с  интервалом  в  час.  Кроме

106  ФИЗИОЛОГИЧЕСКИЕ  ПРОЦЕССЫ  И  ОСОБЕННОСТИ  ЛУЧИСТОГО  ПОТОКА  [ГЛ.  III
 10  вариантов,  в  опыте  было  еще  два  варианта:  естественный
день,  продолжительностью  до  19  часов,  и  непрерывное  освеще¬
ние.
 Все  сеянцы  миндаля,  выращенные  в  указанных  фотопериоди¬
ческих  условиях,  начиная  с  появления  всходов,  оставались  в  этих
условиях  до  зимы.  Каждое  растение  находилось  в  отдельном
глиняном  сосуде.  Опыт  проводился  в  условиях  открытого  грунта
пушкинских  лабораторий  Всесоюзного  института  растениевод¬
ства  (ВИРа).
 На  зиму  растения  были  оставлены  без  всяких  защит  на  тех
же  делянках,  где  они  находились  во  время  фотопериодических
воздействий.  Все  сосуды  были  вкопаны  в  почву  грядок.  Резуль¬
таты  перезимовки  представлены  на  рис.  42.
 Все  сеянцы  миндаля,  выращенные  в  условиях  фотопериодов
с  длиною  дня  от  8  до  14  часов,  не  только  остались  живыми,  но
даже  почти  не  пострадали  от  зимовки.  Повышенную  против
обычного  морозоустойчивость  обнаружили  не  только  надземные
части  растений,  но  также  и  их  корневые  системы.
 Весною  оказалось,  что  почти  все  глиняные  сосуды,  в  которых
находились  сеянцы  миндаля,  лопнули  от  сильного  промерзания
почвы,  а  корневые  системы  миндаля  остались  неповрежденными.
Однако  сеянцы  миндаля  как  на  7-часовом,  так  и  на  15-часовом
дне  полностью  вымерзли.  Вымерзли  они  и  в  вариантах  опыта
с  длиною  дня  в  6  и  5  часов,  а  также  и  на  фотопериодах  с  дли¬
ною  светлой  части  суток  более  15  часов.  Во  всех  указанных
вариантах  не  сохранилось  ни  одного  живого  растения,  они  вы¬
мерзли,  начиная  от  верхушечной  почки  и  кончая  корневой  шей¬
кой.
 Как  на  длинном,  так  и  ,на  очень  коротком  дне  миндаль  не
перенес  ленинградской  зимы,  что  оправдывало  обычное  предста¬
вление  о  его  малой  зимостойкости.  Зато  совершенно  необычной
оказалась  высокая  зимостойкость  миндаля  в  условиях  фотопе¬
риодов  с  длиною  дней  от  8  до  14  часов.  Здесь,  как  и  во  многих
других  опытах  Б.  С.  Мошкова,  была  доказана  зависимость  мо¬
розоустойчивости  многолетних  растений  от  фотопериодических
условий  их  выращивания  в  течение  вегетационного  периода,
предшествующего  зиме.  Зимостойкими  оказываются  только,  те
особи  и  виды,  которые  в  данных  условиях  успевают  до  наступ¬
ления  холодов  закончить  рост  и  подготовиться  к  зиме.
 Морозоустойчивость  многолетних  растений  зависит,  в  первую
очередь,  не  от  зимних  холодов,  а  от  световых  фотопериодических
условий  в  течение  лета,  предшествовавших  перезимовке.  Вполне
зимостойкими  оказываются  только  те  растения,  которые  в  усло¬
виях  летних  дней  данной  географической  широты  закончили  рост
и  подготовились  к  перенесению  зимних  морозов.  Именно  по¬
этому  сеянцы  белой  акации,  дошедшие  до  плодоношения  в  Мо¬

§  2]  ВЛИЯНИЕ  ИНТЕНСИВНОСТИ  И  ПРОДОЛЖИТЕЛЬНОСТИ  ОСВЕЩЕНИЯ  107
 скве,  дают  семянное  потомство,  значительно  угнетаемое  корот¬
кими  днями,  чего  не  наблюдается  у  южных  популяций.
 Сеянцы  белой  акации  московского  происхождения  почти  не
растут  в  условиях  10—12-часового  дня,  в  то  время  как  растения
 Рис.  42.  Результаты  перезимовки  сеянцев  миндаля,  выращенного
на  разных  фотопериодах.
 Справа  налево  и  сверху  вниз  соответственно  растения  при  5,  6,  7,  8,  9,  10,  11,  12,
13,  14,  15-часовом  дне.
 из  семян,  собранных  на  Памире,  дают  в  этих  же  условиях  при¬
росты,  мало  отличающиеся  от  нормальных  (рис.  43).
 Фотопериодические  условия  изменяют  не  только  устойчивость
растений  к  неблагоприятным  физическим  факторам,  но  также  и

108  ФИЗИОЛОГИЧЕСКИЕ  ПРОЦЕССЫ  И  ОСОБЕННОСТИ  ЛУЧИСТОГО  ПОТОКА  [гл.  II!
 их  иммунитет  к  гибридным  заболеваниям.  Черная  смородина,
например,  в  конце  лета  поражается  грибным  заболеванием
(Coronartlum  ribicola)  именно  потому,  что  -в  это  время  находится
 в  условиях  сравнительно  уко¬
роченных  дней.  При  выращива¬
нии  черной  смородины,  начи¬
ная  с  весны,  при  длине  дня  от
8  до  17  часов  и  непрерывном
освещении  очень  быстро,  уже  в
начале  июня,  можно  наблю¬
дать,  как  сильно  изменяется  ее
иммунитет  к  корончатой  ржав¬
чине.  В  зависимости  от  длины
дня  листья  смородины  пора¬
жаются  или  не  поражаются
грибным  паразитом.  Как  на  не¬
прерывном  освещении,  так  и
при  длине  дни  в  9  и  8  часов
листья  смородины  остаются  не¬
пораженными,  в  то  время  как
на  13—14-часовых  днях  все
листья  покрыты  спорами  пара¬
зита  (рис.  44).
 Естественно,  что  значитель¬
ные  сдвиги  в  физиологическом
состоянии  растений  под  воздей¬
ствием  фотопериодических  ус¬
ловий  их  выращивания  сказы¬
ваются  и  на  их  репродуктив¬
ном  развитии.
 Известно,  что  многие  виды
зацветают  скорее  всего  на  не¬
прерывном  освещении  и  на
длинном  дне  и  сильно  задержи¬
вают  цветение  на  коротком  дне.
Также  известно,  что  другие
виды  (их  меньше)  зацветают
на  коротком  дне  и  не  могут
цвести  на  непрерывном  освеще¬
нии.  Но  встречаются  и  такие
растения,  для  скорейшего  цве¬
тения  которых  необходима
смена  одних  фотопериодиче¬
ских  условий  другими,  например,  смена  длинных  дней  или  не¬
прерывного  освещения  короткими  днями,  как  это  наблюдается
у  китайской  астры.  В  специальном  опыте  Б  С.  Мошкова  и
 Рис.  43.  Сеянцы  белой  акации,  выра¬
щенные  на  коротком
дне.
 Слева  из  памирского,  справа  —  из  московского
образца

«§  2]  ВЛИЯНИЕ  ИНТЕНСИВНОСТИ  И  ПРОДОЛЖИТЕЛЬНОСТИ  ОСВЕЩЕНИЯ  109
 К.  А.  Пантелеевой  растения  астры  (сорт  «Триумф»)  зацветали
скорее  всего  в  том  случае,  если  в  первые  20  дней  жизни  полу¬
чали  непрерывное  освещение,  а  затем  переводились  в  условия
коротких  дней  (10—12  часов).  На  непрерывном  освещении  астра
зацветала  очень  поздно,  гораздо  позднее  обычного;  на  коротком,
10-часовом,  дне  цветение  у  большинства  особей  данного  сорта
вообще  не  осуществляется  (рис.  45).  Такова  же  реакция  и  мно¬
гих  других  сортов  китайской  астры.
 В  этом  нет  ничего  удивительного,  так  как  в  природе  смена
длинных  дней  короткими  обычна,  хотя  и  происходит  не  сразу,
а  постепенно.  Благодаря  слож¬
ной  фотопериодической  реак¬
ции  китайскую  астру  нельзя
отнести  ни  в  одну  из  обще¬
принятых  фотопериодических
групп.  Понятна  и  причина,  по
которой  одни  авторы  относят
китайскую  астру  к  растениям
короткого,  а  другие  —  к  расте¬
ниям  длинного  дня.  Те,  кто  счи¬
тают  астру  растением  корот¬
кого  дня,  начинали  фотоперио-
дическое  воздействие  (корот¬
ким  днем)  на  рассаду  астры,
находившуюся  предварительно
на  достаточно  длинном  есте¬
ственном  дне,  другие  же  авто¬
ры,  относящие  астру  к  расте¬
ниям  длинного  дня,  проводили
свои  опыты  с  воздействием
коротким  днем,  начиная  с  по¬
явления  всходов.  В  этом  случае,  при  выращивании  на  8-,  10-  и
даже  12-часовом  дне,  астра  сильно  задерживает  развитие,  а  ча¬
сто  и  вовсе  не  цветет.  Вероятно,  китайская  астра  не  является
исключением,  и  подобная  фотопериодическая  реакция  должна
быть  присуща  многим  растительным  видам.
 На  фотопериодическую  реакцию  так  же,  как  и  вообще  на
любое  реагирование  растений  на  свет,  влияют  не  только  сами
световые  условия  (мощность  лучистого  потока  и  его  спектраль¬
ный  состав),  но  также  и  другие  факторы  внешней  среды,  необхо¬
димые  для  нормальной  жизни  растений.  Среди  этих  факторов
одно  из  первых  мест  принадлежит  температуре  растения.  По¬
следняя  определяется  температурой  воздуха  и  количеством  лу¬
чистой  энергии,  поглощаемой  листьями.  Чем  ниже  температура
воздуха,  тем  большие  мощности  лучистого  потока  используются
растениями  без  вреда  для  их  нормальной  жизнедеятельности.
 Рис.  44.  Размеры  поражения  листьев
черной  смородины  ржавчинным  гри¬
бом  в  зависимости  от  фотопериоди¬
ческих  условий  выращивания.
 По  оси  абсцисс  отложена  продолжительность
дня  в  часах,  по  оси  ординат  —величина  пора¬
жения  листьев  грибом  в  процентах.

ПО  ФИЗИОЛОГИЧЕСКИЕ  ПРОЦЕССЫ  и  ОСОБЕННОСТИ  ЛУЧИСТОГО  ПОТОКА  [ГЛ.  111
 Наоборот,  три  высоких  температурах  воздуха  лучше  исполь¬
зуются  менее  мощные  лучистые  потоки.
 Влияние  мощности  и  спектрального  состава  лучистого  потока
на  развитие  растений  лучше  всего  может  быть  показано  на  при¬
мере  различного  поведения  некоторых  видов  растений  в  усло¬
виях  искусственного  освещения,  создаваемого  за  счет  горения
ламп  накаливания  и  люминесцентных  трубок.
 Рис.  45.  Характер  фотопериодической  реакции  китайской
астры.  Возраст  растений  70  дней.
 /  —  непрерывное  освещение;  2—30  суток  непрерывного  освещения,
затем  короткий  день;  3  —  короткий  день  (8  часов)
 Иопользуя  искусственное  освещение  для  культуры  растений,
нельзя  не  считаться  с  продолжительностью  светового  периода.
Многие  растительные  виды  дают  наилучший  хозяйственный
эффект  при  длине  дня,  не  превышающей  14—16  часов.  Понятно,
что  выращивание  их  при  большей  длине  дня,  при  «использовании
электрического  освещения,  является  совершенно  нерациональ¬
ным.  Ведь,  чем  короче  ежесуточный  период  освещения,  тем
меньше  затрачивается  электроэнергии  и,  следовательно,  тем
больше  удешевляется  растительная  продукция.  Таким  образом,
для  меньшего  расхода  электроэнергии,  при  одинаковой  мощно¬
сти  лучистого  потока,  выгодно  пользоваться  предельно  корот¬
кими  периодами  освещения.  Конечно,  при  одинаковой  длине  дня
затраты  электрической  энергии  будут  тем  ниже,  чем  меньше
мощность  лучистого  потока,  получаемого  растением.

§  2]  ВЛИЯНИЕ  ИНТЕНСИВНОСТИ  И  ПРОДОЛЖИТЕЛЬНОСТИ  ОСВЕЩЕНИЯ  1  1  1
 Для  наиболее  рационального  использования  электрической
энергии  следует  знать  реакцию  растений  не  только  на  мощность
лучистого  потока  и  на  продолжительность  его  действия,  но
также  и  на  определенные  сочетания  этих  факторов.  Только
в  результате  правильно  подобранных  сочетаний  мощности  лучи¬
стого  потока  с  продолжительностью  ежесуточного  освещения
предельно  повышается  коэффициент  использования  растением
света,  что  приводит  к  наибольшей  урожайности  растений  и,  сле¬
довательно,  к  снижению  затрат  электрической  энергии  на  еди¬
ницу  растительной  продукции.  При  выращивании  растений  пол¬
ностью  на  искусственном  освещении  значение  оптимальных  для
данного  вида  сочетаний  мощности  лучистого  потока  с  ежесуточ¬
ной  продолжительностью  является  одной  из  важнейших  проблем.
 Так  как  в  работах  лаборатории  светофизиологии  АФИ  основ¬
ным  источником  освещения  является  свет  электрических  ламп
накаливания,  нас  прежде  всего  заинтересовало  выяснение  во¬
проса  о  степени  изменения  фотопериодической  реакции  расте¬
ний  при  выращивании  их  только  на  электрическом  освещении
без  всякого  участия  солнечного  света.
 Основываясь  на  данных  многочисленных  опытов,  можно  ска¬
зать,  что  фотопериодическая  реакция,  выражающаяся  репро¬
дуктивным  развитием,  проходит  на  сплошном  по  спектру  элек¬
трическом  освещении  500-ваттных  ламп  накаливания  так  же,
как  и  на  естественном  солнечном  освещении.
 Следующей  задачей  было  определение,  при  какой  мощности
постоянного  светового  потока  ламп  накаливания  возможно  те¬
чение  фотопериодической  реакции  растений.
 Для  этого  был  проведен  опыт  с  периллой  масличной,  кото¬
рая  с  прорастания  семян  выращивалась  на  свету  500-ваттных
ламп  накаливания  при  его  различной  интенсивности,  заданной
отдельно  для  каждого  варианта  опыта.
 Подбором  различных  по  мощности  ламп  накаливания  и
варьированием  расстояний  от  них  до  вершин  растений  было  по¬
лучено  6  вариантов  опыта,  отличающихся  друг  от  друга  по  мощ¬
ности  светового  потока,  падающего  на  опытные  растения.  Про¬
должительность  освещения  была  принята  для  всех  вариантов
в  9  часов.  Остальное  время  суток  растения  находились  в  темноте.
 По  освещению  варианты  опыта  отличались  друг  от  друга
следующим  образом:
 Опыт
 1
 2
 3
 4
 5
 6
 Освещение,  вт/м2  .
 205
 137
 110
 82
 55
 41

1  12  ФИЗИОЛОГИЧЕСКИЕ  ПРОЦЕССЫ  И  ОСОБЕННОСТИ  ЛУЧИСТОГО  ПОТОКА  [ГЛ.  III
 В  пяти  первых  вариантах  бутоны  появились  одновременно
через  22—24  дня  после  начала  опыта,  в  шестом  варианте  —
позже  на  месяц  и  уже  в  условиях  непрерывного  освещения  в  по¬
рядке  последействия».  Во  всяком  случае,  освещение  в  41  вт/м2
еще  пригодно  для  выявления  периллой  фотопериодической  ре¬
акции.
 Значительно  большую  требовательность  к  освещению  пока¬
зала  абиссинская  капуста.  Она  сильно  задерживала  цветение
уже  при  мощности  лучистого  потока  в  55  вт/м2  на  непрерывном
освещении  и  совсем  не  переходила  к  репродукции  на  18-часовом
дне.  Отсюда  возникает  предположение  о  большой  требователь¬
ности  к  мощности  лучистого  потока  у  растений  длинного  дня
по  сравнению  с  растениями  короткого  дня.
 Как  уже  отмечалось  выше,  мощность  лучистого  потока  имеет
большое  значение  для  продуктивности  всех  фотосинтезирующих
растительных  организмов.
 Для  демонстрации  общих  закономерностей  влияния  мощно¬
сти  лучистого  потока  на  накопление  растительной  массы  ниже
приводятся  результаты  опытов,  проведенные  в  лаборатории  све-
тофизиологии.  В  этой  же  лаборатории  были  проведены  исследо¬
вания,  касающиеся  влияния  воздействия  на  растения  лучистых
потоков  электрических  источников  радиации  в  зависимости  от
их  мощности  и  продолжительности  периодов  ежесуточного
воздействия.  Такие  исследования,  крайне  важные  для  пони¬
мания  основных  закономерностей  использования  растениями
света,  возможны  только  в  условиях  искусственного  осве¬
щения.
 Поэтому  источником  радиации  во  всех  указанных  выше  опы¬
тах  служили  реаличные  электрические  лампы.  В  частности,
в  одном  из  опытов  были  использованы  сушильные  500-ваттные
лампы  накаливания.  Они  имеют  более  толстую  нить  накала,  что
допускает  их  эксплуатацию  в  режиме  с  довольно  значительным
перекалом  (например  170  в,  вместо  полагавшихся  127  в).  В  ре¬
зультате,  вслед  за  возрастанием  температуры  нити  повышалась
мощность  лучистого  потока  и  изменялся  его  спектральный  со¬
став  в  сторону  увеличения  коротковолновой  радиации.  Парабо¬
лическая  форма  колбы  и  зеркальная  поверхность  ее  внутренней
верхней  части  позволяют  собирать  энергию  сравнительно  на
ограниченной  площади.
 Указанные  выше  изменения  в  режиме  горения  сушильных
ламп  позволяли  получать  от  них  мощные  лучистые  потоки,  до¬
стигавшие  более  1,5  квт/м2,  что  превышает  мощность  солнечного
излучения  в  полуденные  часы.  Непосредственно  под  колбами
сушильных  ламп  помещались  водяные  фильтры  с  проточной  во¬
дой,  температура  которой  колебалась  в  пределах  от  40  до  45°  С.
Толщина  водного  слоя  составляла  2,5—3  см.  Соотношение  ме¬

§  2]  ВЛИЯНИЕ  ИНТЕНСИВНОСТИ  И  ПРОДОЛЖИТЕЛЬНОСТИ  ОСВЕЩЕНИЯ  113
 жду  видимой  и  инфракрасной  радиацией  было  примерно  одина¬
ковым.
 Для  того  чтобы  сделать  излучение,  доходящее  до  растений,
более  рассеянным  и  объемным,  на  его  пути,  непосредственно
под  стеклянным  дном  водяного  фильтра,  натягивалась  в  один
слой  матовая  бумага  (калька).  Она  и  служила  фактическим
потолком  осветительных  установок.
 Мощность  лучистого  потока  регулировалась  изменениями
высоты  подвеса  ламп  над  водяным  фильтром  или  изменением
расстояния  между  вершинами  растений  и  потолком  осветитель¬
ной  установки.
 Приемной  частью  прибора,  регистрировавшего  мощность  лу¬
чистого  потока,  служил  пиранометр  с  плоским  стеклом.  Градуи¬
ровка  прибора  была  выполнена  в  ваттах  на  1  м2.  Объектами
исследования  служили  хлопчатник  (Одесский-7),  считающийся
короткодневным  растением,  и  редис  (сорт  розовый  с  белым
кончиком)  как  представитель  длиннодневной  группы.
 Опыты  с  хлопчатником  начались  после  того  как  было  выяс¬
нено,  что  в  условиях  электрического  освещения  хлопчатник  об¬
наруживает  повышенную  скороспелость  и  продуктивность  по
сравнению  с  естественными  условиями  культуры.  Так,  в  обыч¬
ной  осветительной  установке  лаборатории  светофизиологии,  со¬
стоящей  из  ламп  накаливания  и  водяного  фильтра,  хлопчатник
дал  3  зрелые  коробочки  за  80—85  дней  после  появления  всхо¬
дов.
 В  первом  варианте  опытов  выяснилось  влияние  мощности
лучистого  потока  при  прочих  равных  условиях  на  синтетическую
деятельность  растений  хлопчатника.
 Спектральный  состав  лучистого  потока  и  продолжительность
ежесуточного  освещения  во  всех  вариантах  этих  опытов  были
одинаковыми,  освещение—  непрерывное.
 Напомним,  что  в  полуденные  часы  мощность  солнечного  лу¬
чистого  потока,  приходящегося  на  1  м2  земной  поверхности,
равна  примерно  1  кет.  Около  половины  этой  мощности  прихо¬
дится  на  инфракрасную  радиацию.
 Большинство  растений  лучше  всего  фотосинтезирует  в  усло¬
виях  не  полного,  а  значительно  сокращенного  солнечного  осве¬
щения  от  0,5  до  0,1.  Исходя  из  этого,  в  опыт  были  включены
следующие  мощности:  100  вт/м2,  или  0,1  солнечного  полуденного
освещения,  200,  400,  600  вт/м2,  что  составляет  около  половины
прямого  солнечного  излучения,  800  вт/м2  и,  наконец,  1000  вт/м2,
что  равно  обычному  количеству  солнечной  лучистой  радиации.
 В  этих  условиях  растения  хлопчатника  выращивали  в  тече¬
ние  15  дней,  начиная  с  появления  всходов.  В  конце  этого  пе¬
риода,  т.  е.  ровно  через  15  дней,  все  растения  высушивали  до
абсолютно  сухого  состояния.  Сухой  вес  растений  характеризо-
 8  Зак.  196.

114  ФИЗИОЛОГИЧЕСКИЕ  ПРОЦЕССЫ  И  ОСОБЕННОСТИ  ЛУЧИСТОГО  потока  [гл.  Ilf
 вал  реакцию  хлопчатника  на  соответствующие  световые  усло¬
вия.
 Характер  зависимости  накопления  сухой  растительной  массы
хлопчатником  от  мощности  лучистого  потока  можно  видеть
в  табл.  20.
 Таблица  20
 Влияние  мощности  лучистого  потока  на  накопление  растительной
массы  хлопчатником
 Мощность,  вт/м*1
 100
 200
 400
 600
 800
 1000
 Сухой  вес  расте¬
ний,  г
 0,38
 0,83
 1,96
 1,61
 1,46
 0,74
 Хлопчатник  считается  одной  из  самых  светолюбивых  культур.
Однако,  как  видно  из  табл.  20,  накопление  растительной  массы
в  данном  случае  шло  лучше  всего  при  мощности  лучистого  по¬
тока  в  400  вт/м2у  т.  е.  примерно  при  половинной  мощности  пря¬
мого  солнечного  излучения.  Во  всяком  случае,  совершенно  ясно,
что  хлопчатник  можно  выращивать  и  при  мощности  лучистого
потока  в  400  вт/м2  и  что  дальнейшее  увеличение  этой  мощности
может  быть  не  только  бесполезным,  но  даже  вредным.  Правда,
удвоение  этой  оптимальной  мощности  (800  вт/м2)  мало  снижает
продуктивность  хлопчатника  и  тем  самым  указывает  .на  его
приспособленность  переносить  и  высокие  мощности  солнечного
излучения.
 Нет  ничего  удивительного,  что  Ую  прямого  солнечного  излу¬
чения  не  может  обеспечить  той  же  высокой  продуктивности,
какую  обеспечивает  интенсивность  освещения,  в  пять  раз  боль¬
шая.  Однако  при  мощности  лучистого  потока  в  200  вт/м2  полу¬
чаются  растения  более  продуктивные,  чем  при  естественном
освещении.  Таким  образом,  обычные  представления  о  высокем
светолюбии  хлопчатника  являются,  несомненно,  преувеличен¬
ными.  Правильнее  характеризовать  хлопчатник  как  растение,
мирящееся  с  большими  мощностями  лучистого  потока,  что,
однако,  не  означает  их  обязательности  для  получения  высоких
урожаев  этого  южного  растения.  Напротив,  и  накопление  расти¬
тельной  массы,  и  развитие  хлопчатника  лучше  всего  осуще¬
ствляются  при  мощности  лучистого  потока,  не  превышающей
половины  прямого  солнечного  излучения.
 После  выяснения  отношения  хлопчатника  к  мощности  лучи¬
стого  потока  ламш  накаливания  были  проведены  опыты,  выяв¬
ляющие  реакцию  его  на  продолжительность  периода  ежесуточ¬
ного  освещения.  Для  этого  были  использованы  те  же  освети¬
тельные  установки,  что  и  в  предыдущих  опытах.  Мощность
лучистого  потока  для  всех  вариантов  фотопериодического  опыта
была  установлена  в  500  вт/м2.  Продолжительность  периода

§  2)  ВЛИЯНИЕ  ИНТЕНСИВНОСТИ  И  ПРОДОЛЖИТЕЛЬНОСТИ  ОСВЕЩЕНИЯ  115
 ежесуточного  освещения  равнялась  12,  15,  18  и  21  часам.  Кроме
того,  был  и  пятый  вариант,  где  растения  получали  освещение
непрерывно  в  течение  всего  опыта,  длившегося  до  появления
бутонов  у  всех  растений.  После  бутонизации  отстающих  по  раз¬
витию  растений  все  они  одновременно,  в  возрасте  27  суток,
были  убраны  и  помещены  в  сушильный  шкаф  для  определения
их  веса  в  абсолютно  сухом  состоянии.
 Данные  по  сухому  весу  и  по  скорости  развития  молодых
(27-дневных)  растений  хлопчатника  приведены  в  табл.  21.
 Таблица  21
 Влияние  длины  дня  на  растения  хлопчатника
 Период  ежесуточного  осве¬
щения,  часы
 12
 15
 18
 21
 24
 Сухой  вес,  г
 2,76
 3,83
 4,29
 5,46
 5,91
 Число  дней  от  всходов  до
появления  бутонов  .  .  .
 27
 24
 23
 22
 21
 Прежде  всего  вслед  за  удлинением  периода  ежесуточного
освещения  при  мощности  лучистого  потока  в  500  вт/м2  увели¬
чивается  накопление  сухой  растительной  массы,  достигающей
наибольшего  размера  на  непрерывном  освещении.
 Образование  значительной  растительной  массы  растениями
короткого  дня  на  непрерывном  освещении  явление  обычное,  но
оно  всегда  сопровождается  задержкой  в  развитии.  В  описан¬
ном  опыте  с  хлопчатником  этого  не  произошло,  и  раньше  всего
бутоны  появились  на  непрерывном  освещении.  Растения,  полу¬
чавшие  12-часовой  день,  образовали  первые  бутоны  на  6  су¬
ток  позже.
 По  результатам  опыта  никак  нельзя  считать  данный  сорт
хлопчатника  (Одесский-7)  растением  короткого  дня.  Его.  скорее
следует  отнести  к  растениям  или  нейтральным  или  длинного
дня.
 Нужно  отметить,  что,  вероятно,  среди  хлопчатника  есть  не¬
мало  сортов,  имеющих  такой  же  тип  фотопериодической  реак¬
ции.  Поэтому,  говоря  вообще  о  хлопчатнике  как  о  виде,  его
нельзя  относить  к  растениям  короткого  дня.
 Фотопериодические  опыты,  проводимые  в  условиях  искус¬
ственного  освещения,  имеют  много  преимуществ  по  сравнению
с  обычными,  хотя  бы  потому,  что  в  течение  всего  опыта  расте¬
ния  получают  однородный  свет  одинаковой  интенсивности  на
фоне  постоянных  внешних  условий.
 8*

116  ФИЗИОЛОГИЧЕСКИЕ  ПРОЦЕССЫ  И  ОСОБЕННОСТИ  ЛУЧИСТОГО  ПОТОКА  [ГЛ.  III
 Следует  также  подчеркнуть,  что  в  литературе  нет  указаний
на  получение  бутонов  хлопчатника  на  20-й  день  после  всходов.
Этот  срок  бутонизации  является  пока,  очевидно,  рекордно  ран¬
ним.  И  тот  факт,  что  он  наблюдался  не  на  коротком  дне,  а  при
непрерывном  освещении,  свидетельствует  о  наших  далеко  не
полных  представлениях  о  физиологии  развития  даже  культур¬
ных  растений.
 Во  всяком  случае,  теперь  стало  ясно,  что  в  некоторых  слу¬
чаях  хлопчатник  лучше  всего  растет  и  скорее  всего  развивается
в  условиях  непрерывного  освещения,  создаваемого  за  счет  лу¬
чистого  потока  мощностью  в  400—500  вт/м2,  состоящего  из  ви¬
димой  и  инфракрасной  радиации  в  отношении  1  :  1  или  2  :  1  (две
части  видимой  и  одна  инфракрасной  радиации).
 Что  касается  вопроса,  почему  южное  растение  хлопчатник
реагирует  на  длину  дня  не  по  типу  короткодневных  видов,  то
в  данное  время  он  остается  открытым.  Напомним,  что  это  да¬
леко  не  первый  случай  расхождения  фотопериодической  реак¬
ции  с  современным  ареалом  вида  или  географическими  райо¬
нами  культуры  сельскохозяйственных  растений.
 При  выращивании  хлопчатника  на  непрерывном  освещении
хорошие  результаты  получились  при  мощности  лучистого  (потока
400  вт/м2.  Из  испытанных  длин  дня,  созданных  за  счет  мощно¬
сти  в  500  вт/м2у  наихудшие  результаты  наблюдались  при  12-ча-
совом  периоде  освещения.  Естественно  возник  вопрос,  можно  ли
получить  увеличение  продуктивности  хлопчатника  на  коротком
дне  за  счет  удвоения  мощности  лучистого  потока,  оказавшегося
оптимальным  при  непрерывном  освещении.
 Схема  опытов,  выясняющая  этот  вопрос  с  хлопчатником,
была  составлена  в  расчете  на  получение  материалов,  позво¬
ляющих  сравнивать  результаты  увеличения  общего  количества
лучистой  энергии  в  одном  случае  за  счет  мощности  лучистого
потока,  а  в  другом  —  путем  удвоения  светового  периода.  При
этом  использовались  те  же  осветительные  установки,  состоящие
из  сушильных  ламп  с  водяными  фильтрами.  Продолжительность
опытов  составляла  15  суток.  В  первом  варианте  растения  хлоп¬
чатника  выращивались  при  помощи  лучистого  потока  в  400  вт/м2
при  длине  дня  в  11  часов.  Во  втором  варианте  длина  дня  со¬
хранялась  прежней,  но  мощность  лучистого  потока  увеличива¬
лась  вдвое,  т.  е.  до  800  вт/м2.  В  третьем  варианте  опытов  мощ¬
ность  лучистого  потока  была  та  же,  что  и  в  первом  варианте,
но  длина  дня  была  увеличена  в  два  раза,  т.  е.  до  22  часов.
Таким  образом,  растения  хлопчатника  во  втором  и  третьем  ва¬
риантах  получали  лучистой  энергии  в  два  раза  больше,  чем
в  первом:  в  одном  случае  за  счет  увеличения  мощности  лучи¬
стого  потока  в  единицу  времени,  в  другом  —  за  счет  увеличения
продолжительности  освещения.

§  2]  ВЛИЯНИЕ  ИНТЕНСИВНОСТИ  И  ПРОДОЛЖИТЕЛЬНОСТИ  ОСВЕЩЕНИЯ  117
 Через  15  дней  все  растения  были  высушены.  Результаты  по¬
лучились  следующие:
 Вариант
 Длина  дня,
часы
 Мощность
 лучистого
 потока,
 вт/м2
 Сухой  вес
растений,
г
 1
 И
 400
 0,58
 2
 И
 800
 0,56
 3
 22
 400
 2,13
 В  данном  случае  увеличение  продолжительности  периода
ежесуточного  освещения  дало  несоизмеримо  лучшие  результаты,
чем  удвоение  мощности  лучистого  потока.
 Точно  такие  же  результаты  получились  и  в  другом  опыте,
отличавшемся  от  предыдущего  только  тем,  что  исходная  мощ¬
ность  лучистого  потока  была  не  400,  а  500  вт/м2.  И  на  этот  раз
наилучшие  результаты  были  достигнуты  при  удвоении  ежесуточ¬
ного  периода  освещения.
 Таким  образом,  для  выращивания  хлопчатника  на  искус¬
ственном  освещении  следует  пользоваться  длительным  периодом
ежесуточного  освещения  при  мощностях  лучистого  потока  от
200  до  400  вт/м2.
 Недостаток  света  при  коротком  дне  не  может  быть  компен¬
сирован  увеличением  мощности  лучистого  потока,  если  послед¬
ний  превышает  200  вт/м2.
 Несколько  в  ином  плане  протекали  опыты  с  редисом.  По¬
следний  выращивался  в  тех  же  осветительных  установках,  что
и  хлопчатник.
 Редис  (сорт  розовый  с  белым  кончиком)  является  длинно-
дневным  растением.  В  условиях  непрерывного  освещения  он
очень  быстро  переходит  к  цветению,  не  образуя  корнеплодов,
имеющих  товарную  ценность.  Для  получения  хороших  корне¬
плодов  редис  следует  выращивать  на  коротком  дне,  который
сильно  задерживает  его  цветение,  а  рост  корнеплодов  идет  ин¬
тенсивно.  Как  и  большинство  представителей  семейства  кресто¬
цветных,  редис  является  растением  весьма  светолюбивым.  При
недостатке  освещения  он  сильно  вытягивается,  не  образует  кор¬
неплодов  и  запаздывает  с  переходом  к  цветению.
 В  условиях  искусственного  освещения,  пользуясь  высокими
мощностями  лучистого  потока,  неоднократно  удавалось  полу¬
чать  корнеплоды  редиса  весом  в  30  г  всего  за  12—14  суток  от
появления  всходов.  При  этом  оказалось,  что  высокие  мощно¬
сти  лучистого  потока,  даже  при  непрерывном  освещении,

1  18  ФИЗИОЛОГИЧЕСКИЕ  ПРОЦЕССЫ  И  ОСОБЕННОСТИ  ЛУЧИСТОГО  ПОТОКА  [ГЛ.  III
 задерживали  цветение,  что  способствовало  образованию  хоро¬
ших  корнеплодов.
 В  приводимом  ниже  опыте  сравнивается  фотопериодическая
реакция  редиса  на  непрерывное  освещение  и  на  короткий  12-ча¬
совой  день  в  зависимости  от  мощности  лучистого  потока.  Как
на  непрерывном  освещении,  так  и  на  12-часовом  дне  было  по
5  вариантов  опыта,  которые  отличались  друг  от  друга  различ¬
ными  мощностями  лучистого  потока  (200,  400,  600,  800  и
1000  вт/м2).
 Редис,  начиная  со  всходов,  выращивали  в  глиняных  сосудах
с  большим  объемом  почвы,  что  предохраняло  растения  от  недо¬
статка  воды.  Температура  воздуха  около  растений  держалась
на  уровне  22—25°  С.  Опыты  продолжались  25—30  суток.
 В  самом  начале  опыта  обнаружилось,  что  в  данных  условиях
мощность  лучистого  потока  в  1000  вт/м2  при  непрерывном  осве¬
щении  является  для  редиса  неприемлемой:  всходы  редиса  быстро
погибали.
 В  то  же  время  на  12-часовом  дне  мощность  лучистого  потока
в  1000  вт/м2  не  оказалась  избыточной.  Общее  состояние  расте¬
ний  редиса  через  10  дней  после  начала  опыта  показывают
рис.  46  и  47.  Сделанные  в  одном  масштабе,  они  позволяют  срав¬
нивать  между  собою  все  представленные  на  них  растения.
 На  коротком  дне  растения  редиса  тем  лучше,  чем  больше
мощность  лучистого  потока.  За  10  дней  корнеплоды  стали  обра*-
зовываться  только  у  растений,  получавших  лучистые  потоки
мощностью  в  800  и  в  1000  вт/м2.  В  дальнейшем  все  растения  на
12-часовом  дне  образовали  корнеплоды,  причем  наибольшими
они  были  у  растений,  получавших  лучистый  поток  в  800  вт/м2.
 Естественно,  что  до  конца  опыта,  продолжавшегося  25  су¬
ток,  на  коротком  дне  редис  оставался  вегетативным  и  накопле¬
ние  растительной  массы  у  него  увеличивалось  вслед  за  повыше¬
нием  мощности  лучистого  потока.
 Иная  зависимость  роста  и  развития  редиса  от  этих  же  мощ¬
ностей  лучистого  потока  наблюдается  на  непрерывном  освеще¬
нии.  На  рис.  47  представлены  средние  растения  редиса  при  не¬
прерывном  освещении.
 Как  уже  отмечалось  выше,  при  непрерывном  освещении
всходы  редиса  не  выдерживали  мощности  лучистого  потока
в  1000  вт/м2  и  погибали  от  перегрева.
 Значение  мощности  лучистого  потока  в  условиях  непрерыв¬
ного  освещения  для  редиса  выступает  еще  ярче,  чем  на  корот¬
ком  дне.  В  12-дневном  возрасте  на  непрерывном  освещении  в  за¬
висимости  от  мощности  лучистого  потока  все  растения  оказа¬
лись  различными  и  по  росту,  и  по  развитию.
 Сухой  вес  растений  как  с  короткого  дня,  так  и  с  непрерыв¬
ного  освещения  представлен  в  табл.  22.

§  2]  ВЛИЯНИЕ  ИНТЕНСИВНОСТИ  И  ПРОДОЛЖИТЕЛЬНОСТИ  ОСВЕЩЕНИЯ  119
 1  Рис.  46.  Редис  в  10-дневном  возрасте,  выращенный  на  12-часовом  дне.
 I 	При  мощности  лучистого  потока:  а  —  200  вт/м-;  6  —  400  вт/м*;  в  —  600  вт,м'-;
 | 	2  —  800  вт/м*  и  д  -  1000  вт  >м2.
 i  Рис.  47.  Редис  в  10-дневном  возрасте,  выращенный  на  непрерывном
 освещении.
 .  при  мощности  лучистого  потока: 	а  —200  вт/м*;  б—400  вт/м*;  в  —  600  вт/м*  и
 г  —800  вт/м*.
 (

120  ФИЗИОЛОГИЧЕСКИЕ  ПРОЦЕССЫ  И  ОСОБЕННОСТИ  ЛУЧИСТОГО  ПОТОКА  [гл.  III
 Общей  закономерностью,  наблюдающейся  в  зависимости  от
мощности  лучистых  потоков  как  на  коротком  дне,  так  и  на  не¬
прерывном  освещении,  является  сперва  возрастание  веса  рас¬
тений  редиса  с  увеличением  мощности  лучистого  потока  до
определенной  величины,  а  затем  его  снижение.  Это  свидетель¬
ствует  о  том,  что  в  условиях  различной  продолжительности
периодов  освещения  для  редиса  наблюдаются  различные  опти¬
мальные  мощности  лучистых  потоков.  На  коротком  дне  мощ¬
ность  лучистого  потока  в  1000  вт/м2  не  является  угнетающей
рост  растений,  напротив,  в  этих  условиях  лучше  всего  шло  обра¬
зование  корнеплодов,  и  их  вес  в  сухом  состоянии  составлял
около  25%  от  общего  веса  растений.  При  всех  прочих,  меньших,
мощностях  лучистого  потока  образование  корнеплодов  шло
в  течение  первых  12  суток  жизни  хуже.  В  условиях  непрерыв¬
ного  освещения  накопление  сухой  массы  и  образование  корне¬
плодов  проходило  интенсивнее  всего  при  мощности  лучистого
потока  в  600  вт/м2.
 Таблица  22
 Значение  мощности  лучистого  потока  для  накопления  редисом  сухой
массы  на  непрерывном  освещении  и  на  коротком  дне
 Мощность,
вт/м2
 12-часовой  день
 Непрерывное  освещение
 Сухой  вес,
г
 Вес  корне¬
плодов  в  %
к  общему  весу
 Сухой  вес,
г
 Вес  корне¬
плодов  в  %
к  общему  весу
 200
 0,21
 14
 0,35
 14
 400
 0,41
 12
 1,35
 13
 600
 0,42
 12
 1,89
 44
 800
 0,53
 12
 0,68
 17
 1000
 0,45
 25
 —
 —.
 На  примере  редиса  хорошо  видно,  что  при  сравнительно  не¬
больших  мощностях  лучистого  потока  общее  количество  лучи¬
стой  энергии,  получаемой  растениями  за  определенный  период
времени,  выгоднее  увеличивать  за  счет  мощности,  а  не  продол¬
жительности  действия  потока.
 Так,  например,  сухой  вес  растений,  получавших  лучистый
поток  мощностью  в  200  вт/м2  в  течение  12  часов  в  сутки,  рав¬
нялся  0,21  г.  При  сохранении  той  же  мощности  лучистого  по¬
тока,  но  при  доведении  продолжительности  освещения  до  24  ча¬
сов  в  сутки,  т.  е.  при  удвоении  его  за  счет  срока  воздействия,
сухой  вес  растений  был  доведен  до  0,35  г,  т.  е.  повышен  на  70%.
При  сохранении  той  же  продолжительности  освещения  (12  ча¬

§  2]  ВЛИЯНИЕ  ИНТЕНСИВНОСТИ  И  ПРОДОЛЖИТЕЛЬНОСТИ  ОСВЕЩЕНИЯ  121
 сов  в  сутки),  но  при  удвоении  мощности  лучистого  потока  в  еди¬
ницу  времени  сухой  вес  растений  возрос  в  два  раза.
 Наоборот,  в  случае  достаточно  высокой  мощности  лучистого-
потока  для  повышения  продуктивности  редиса  значительно  вы¬
годнее  увеличивать  период  освещения,  а  не  интенсивность.  На¬
пример,  растения  редиса,  получавшие  мощность  лучистого  по¬
тока  в  400  вт/м2  в  течение  12  часов  в  сутки,  имели  сухой  вес,,
равный  0,41  г.  При  увеличении  мощности  лучистого  потока  в  два
раза  (800  вт/м2)  вес  растений  увеличился  на  30%  (0,53  г),  а  при
удвоении  продолжительности  ежесуточного  освещения  —  на
130%,  достигнув  1,35  г,  хотя  мощность  лучистого  потока  оста¬
валась  равной  400  вт/м2.
 Из  приведенных  фактов  следует,  что  при  недостаточных
мощностях  лучистого  потока  продуктивность  растений  может
быть  повышена,  прежде  всего,  за  счет  увеличения  мощности
лучистого  потока,  хотя  и  увеличение  продолжительности  осве¬
щения  также  повышает  продуктивность  растений.
 Если  же  растения  выращивались  при,  мощности  лучистого
потока,  близкой  к  половине  нормального  солнечного  (400  вт/м2)г
то  дальнейшее  возрастание  продуктивности  растений  следует
в  гораздо  большем  размере  за  удлинением  периода  ежесуточ¬
ного  освещения,  а  не  за  увеличением  мощности  лучистого  по¬
тока.
 При  рассмотрении  растений  редиса  на  рис.  47,  бросается
в  глаза  их  резко  различное  онтогенетическое  состояние.  Расте¬
ние  при  относительно  малой  мощности  лучистого  потока
(200  вт/м2)  плохо  растет  и  потому  медленно  развивается.  Оно
не  имеет  корнеплода  и  еще  не  перешло  к  стеблеванию.  Цветочная
стрелка  у  таких  растений  без  образования  корнеплодов  появи¬
лась  только  через  25  дней  после  начала  опыта.  На  удвоенной
мощности  лучистого  потока  (400  вт/м2  при  непрерывном  осве¬
щении  растения  редиса  образовали  цветочный  стебель  скорее
всего,  т.  е.  уже  через  8  дней  после  появления  всходов.  Очевидно,
в  этих  условиях  и  накопление  растительной  массы,  и  развитие
шли  одинаково  интенсивно.  Или,  точнее,  у  растений  редиса  на
непрерывном  освещении  при  мощности  лучистого  потока
в  400  в.т/м2  развитие  шло  так  же  быстро,  как  и  при  больших
мощностях,  но  при  этом  его  морфологическое  выявление  не  за¬
держивалось  вместе  с  задержкой  роста  стебля  в  высоту,  как
это  наблюдалось  при  увеличении  мощности  лучистого  потока
до  600  вт/м2.  В  этом  случае  рост  стебля  в  высоту  был  задержая
сильным  светом,  и  поэтому,  в  основном,  сперва  формировался
корнеплод  и  только  позже,  через  20  дней  после  начала  опыта*
появилось  соцветие.
 При  мощности  лучистого  потока  в  800  вт/м2  рост  стебля  и
процессы  репродуктивного  развития  были  сильно  задержаны*

122  ФИЗИОЛОГИЧЕСКИЕ  ПРОЦЕССЫ  И  ОСОБЕННОСТИ  ЛУЧИСТОГО  ПОТОКА  [гл.  III
 поэтому  в  этом  варианте  шло  интенсивное  нарастание  новых
листьев,  а  затем  и  разрастание  корнеплода,  достигшего  к  месяч¬
ному  возрасту  наибольшего  размера  и  веса.  Таким  образом,  не
всякое  непрерывное  освещение  способствует  быстрейшему  вз¬
растанию  редиса.  Очень  существенное  значение  при  этом  при¬
обретает  мощность  лучистого  потока.  Только  в  том  случае,  если
она  оптимальна  для  процессов  репродуктивного  развития  и  не
задерживает  при  этом  рост  стебля  в  высоту,  мы  наблюдаем
быстрое  взрастание  молодых  растений  редиса.  Интенсивности
освещения  меньше  оптимальной  задерживают  и  накопление
растительной  массы,  и  развитие.  Мощности  лучистых  потоков,
превышающие  оптимальную,  задерживают  главным  образом
рост  стебля  в  высоту,  однако  не  исключена  возможность,  что
они  способны  задерживать  и  процессы  репродуктивного  разви¬
тия,  на  что  указывает  факт  нарастания  большого  числа  листьев
у  растений  редиса,  получавших  непрерывно  лучистый  поток
в  800  вт/м2.
 Известны  многие  факты,  указывающие  на  то,  что  редис  об¬
разует  корнеплоды  скорее  и  лучше  при  относительно  понижен¬
ных  температурах  воздуха,  а  следовательно,  и  при  пониженной
температуре  своих  листьев.  В  описанном  выше  опыте  такой  тем¬
пературной  зависимости  не  наблюдалось.  Чем  выше  была  мощ¬
ность  лучистого  потока,  тем  больше  нагревалось  растение  и  тем,
следовательно,  была  выше  его  собственная  температура.  Однако
возрастание  собственной  температуры  растений  не  мешало  луч¬
шему  образованию  корнеплодов.  Возможно,  что  температура
растения  редиса  действует  \на  образование  корнеплодов  не
сама  по  себе,  а  через  ростовые  процессы,  задерживая  или  уско¬
ряя  их.
 Задержка  же  роста  стебля  при  интенсивном  развитии  при¬
водит  к  быстрому  образованию  корнеплодов,  значительно
препятствующему  израстанию  растений.  В  этом  случае  опреде¬
ленная  низкая  или  высокая  температура  растений  (а  следова¬
тельно,  и  воздуха)  может  привести  к  одинаковому  хозяйствен¬
ному  эффекту,  что  и  наблюдалось  в  опытах.
 Количество  лучистой  энергии,  даваемое  растениям  за  счет
мощности  лучистого  потока  и  продолжительности  освещения,
должно  всегда  соразмеряться  с  температурой  среды,  окружаю¬
щей  растение.  Чем  ниже  температура  воздуха,  тем  большие
мощности  лучистого  потока  будут  восприниматься  растениями
без  вреда  для  их  жизнедеятельности.  Поэтому,  подбирая  тот
или  иной  световой  режим  для  культуры  любого  растительного
вида  или  же  оценивая  его  отношение  к  свету  (светолюбие),
следует  помнить  об  основных  закономерностях  реагирования
растения  на  свет  в  зависимости  от  температуры  окружающей
«го  среды.

§  31 	ВЛИЯНИЕ  ВИДИМОЙ  РАДИАЦИИ  НА  ФОТОСИНТЕЗ 	123
 Что  касается  мощности  лучистого  потока,  то  его  воздействие
на  растение  зависит  не  только  от  температуры  последнего,  но
в  столь  же  значительной  степени  и  от  продолжительности  пе¬
риода  воздействия.  Наоборот,  воздействие  на  растение  продол¬
жительности  освещения  (длины  дня)  находится  в  теснейшей  за¬
висимости  от  мощности  лучистого  потока,  а  следовательно,  и  от
температуры  растительных  тканей.
 Исследования,  подобные  приведенным  выше,  имеют  большое
значение  и  для  теории  и  для  практики  растениеводства.  Они
вскрывают  основные  закономерности  жизнедеятельности  расте¬
ний  и  дают  надежную  основу  для  создания  новой  агротехники
высоких  урожаев.
 §  3.  Влияние  видимой  радиации  на  фотосинтез  и  на  накопление
сухой  растительной  массы
 После  открытия  значения  солнечного  света  в  питании  зеле¬
ных  растений  и  выяснения  космической  роли  этого  процесса
естественно  встал  вопрос  о  значении  качества  света  для  разло¬
жения  листом  углекислоты.  Еще  Сенебье  (1788),  придумавший
для  этого  специальный  прибор,  известный  теперь  как  колокол
Сенебье,  сделал  'первую  экспериментальную  попытку  выяснить
значение  красно-оранжевой  и  сине-зеленой  частей  спектра  для
разложения  С02.
 Пользуясь,  так  же  как  и  Сенебье,  определенными  светофиль¬
трами,  Добени  (Daubeny,  1836)  проводил  опыты  по  выяснению
значения  спектрального  состава  света  на  энергию  фотосинтеза.
В  результате  своих  исследований  Добени  пришел  к  заключению,
что  энергия  разложения  С02  листьями  растений  в  процессе  фо¬
тосинтеза  пропорциональна  яркости  лучей.  Это  было,  пожалуй,
первое  четко  сформулированное  'представление  о  зависимости
энергии  фотосинтеза  от  спектрального  состава  света.
 Через  несколько  лет  Дрэпер  (Draper,  1843,  1844)  для  той  же
цели,  кроме  цветных  фильтров,  впервые  применил  призматиче¬
ский  спектр.  По  его  данным,  наивысший  эффект  фотосинтеза  на¬
блюдался  в  желтых  лучах.
 Крупным  недостатком  работ  Добени  и  Дрэпера  было  то,  что
они  листья  сухопутных  растений  при  изучении  фотосинтеза  по¬
гружали  в  воду.
 Еще  позже  Сакс  (Sachs,  1864),  пользуясь  в  качестве  филь¬
тров  растворами  двухромокислого  калия  и  аммиачной  окиси
меди,  разделял  видимую  область  излучения  на  две  части,  из
которых  первая  не  действовала  на  фотографические  пластинки,
а  вторая  быстро  приводила  их  к  почернению.  Что  касается  энер¬
гии  фотосинтеза,  то  она  была  значительно  большей  в  свете,  про¬
шедшем  через  раствор  двухромокислого,  калия.

124  ФИЗИОЛОГИЧЕСКИЕ  ПРОЦЕССЫ  И  ОСОБЕННОСТИ  ЛУЧИСТОГО  ПОТОКА  [гл.  III
 Таким  образом,  появились  предварительные  эксперименталь¬
ные  данные,  говорящие  за  предположение  о  преимущественном
значении  для  фотосинтеза  более  длинноволновой  половины
спектра  видимой  радиации.
 Волков  (1866),  пользуясь  стеклянными  цветными  свето¬
фильтрами,  впервые  обнаружил  отсутствие  фотосинтеза  за  зеле¬
ными  стеклами.
 В  1869  г.  вышла  первая  работа  К.  А.  Тимирязева,  в  которой
он  высказал  предположение,  что  фотосинтез  должен  проходить
 лучше  всего  в  красном  участке  спек¬
тра,  хорошо  поглощаемом  хлорофил¬
лом.  Напротив,  Пфеффер  (Pfeffer,
1871),  применяя  цветные  светофильтры
и  определяя  энергию  фотосинтеза  га¬
зометрическим  методом,  снова  получил
данные,  говорящие  за  наибольшее  зна¬
чение  для  фотосинтеза  самых  ярких
желтых  лучей.
 Крупную  роль  в  дальнейших  иссле¬
дованиях,  посвященных  фотосинтезу,
сыграли  выступления  в  печати  в  1871
и  1872  гг.  физика  Ломмеля  (Lommel),
указавшего,  что,  как  и  во  всякой  фото-"
химической  реакции,  решающими
являются  лучи,  поглощаемые  данной
средой.  Так,  в  фотосинтезе  следует
отдавать  преимущественное  значение
тем  участкам  спектра,  которые  наи¬
более  полно  поглощаются  хлорофиллом.  Последующие  работы
Мюллера  (N.  Muller,  1872,  1876)  и  К.  А.  Тимирязева  (1875)
были  направлены  на  экспериментальное  доказательство  этого
физического  явления.
 Мюллер  в  ряде  опытов  с  призматическим  спектром  показал,
что  поглощение  листом  углекислоты  из  атмосферы  осуще¬
ствляется  полнее  всего  в  красных  лучах,  и  между  фрауэнгофе-
ровыми  линиями  В  и  С,  которые  особенно  полно  поглощаются
растворами  хлорофилла.
 Вскоре  и  К.  А.  Тимирязев  выступил  с  работой,  где  привел
графическое  изображение  первого  максимума  фотолиза  угле¬
кислоты  в  видимом  спектре  (рис.  48).  На  рисунке  по  оси  абс¬
цисс  отложены  отдельные  участки  цветного  спектра,  а  по  оси
ординат—количество  разложенной  углекислоты,  причем  1000  де¬
лений  соответствуют  1  смъ  С02.  Характерно,  что  фотолиз  угле¬
кислоты  осуществляется  по  данным  этого  исследования  К.  А.  Ти¬
мирязева  :и  в  зеленом  участке  спектра.
 Рис.  48.  Кривая  энергии  фо¬
тосинтеза  в  спектре  по
К.  А.  Тимирязеву.

ВЛИЯНИЕ  ВИДИМОЙ  РАДИАЦИИ  НА  ФОТОСИНТЕЗ
 125
 §  3]
 В  дальнейшем,  продолжая  изучение  действия  спектрального
состава  света  на  фотосинтез,  Тимирязев  обнаружил,  что  разло¬
жение  углекислоты  листом  осуществляется  в  очень  значительных
масштабах  и  в  сине-фиолетовом  участке  спектра.  Уже  в  кру-
нианской  лекции  он  писал:  «...если  мы  примем  количество  уголь¬
ного  ангидрида,  разложенное  в>  желтой  половине  (в  среднем  из
6  опытов),  за  100,  то  действие  синей  половины  будет  54.  Главный
результат,  следовательно,  сводится  к  тому,  что  синим  и  фиоле-
товыма  лучам  до  сих  пор  приписывали  слишком  слабое  действие».
 Таким  образом,  К.  А.  Тимирязеву  принадлежит  крупная  за¬
слуга  в  показе  большого  значения  для  фотосинтеза  растений
наиболее  коротковолновой  части  видимого  спектра.  Необходимо
 Рис.  49.  Сравнение  спектров  видимой  области.
 Вверху—  дифференциальный  (нормальный)  спектр,  внизу  —  призматический.
 также  помнить,  что  в  своих  исследованиях  К.  А.  Тимирязев  имел
дело  с  призматическим  спектром,  значительно  более  растянутым
в  сине-фиолетовой  части  по  сравнению  с  красно-оранжевой
(рис.  49),  а  это  означает,  что  в  последней  области  спектра  на
единицу  площади  приходится  лучистой  энергии  примерно  в  два
раза  больше,  чем  в  первой.
 Учитывая  все  это,  следует  признать  приводимое  К.  А.  Тими¬
рязевым  соотношение  разложения  углекислоты  в  желтой  и  синей
части  100:54  очень  высоким,  указывающим  на  значительную
активность  синей  части  спектра.  К.  А.  Тимирязев  хорошо  знал
недостатки  призматического  спектра  и  поэтому  пытался  в  своих
первых  опытах  заменить  его  диффракционным  (нормальным),
«...но,  —  пишет  он,  —  ряд  опытов,  сделанных  мною  при  помощи
превосходной  роуландовской  решетки,  дал  только  отрицатель¬
ные  результаты.  Как  в  опытах  Мюллера,  напряжение  света  не
было  достаточно  для  обнаружения  разложения  углекислоты
Пришлось  .вернуться  к  спектру  призматическому».
 Большой  заслугой  К.  А.  Тимирязева  является  то,  что  он,  ве¬
роятно,  первым  применил  к  фотосинтезу  понятие  о  сенсибилиза¬
ции.  Аналогичной  точки  зрения  придерживались  в  то  же  время
и  некоторые  физики,  как  Жамен  и  Беккерель  и,  в  особенности.
Ломмель,  о  котором  шла  речь  выше.

126  ФИЗИОЛОГИЧЕСКИЕ  ПРОЦЕССЫ  И  ОСОБЕННОСТИ  ЛУЧИСТОГО  потока  [гл.  Ill
 В  историческом  развитии  современных  представлений  о  зна¬
чении  спектрального  состава  света  для  фотосинтеза  растений
значительную  роль  сыграли  оригинальные  исследования  Энгель-
манна  (Engelmann,  1882,  1884),  определявшего  фотосинтез  по
поведению  бактерий,  зависящему  от  количества  выделенного
зелеными  клетками  кислорода.  Энгельманн,  так  же  как  и
К.  А.  Тимирязев,  отметил  наличие  второго  максимума  фотосин¬
теза  в  сине-фиолетовом  участке  спектра  ц  связал  его  с  нали¬
чием  значительной  полосы  поглощения  хлорофилла,  лежащей
в  этой  же  области  излучения.
 Несмотря  на  совершенную  очевидность  этого  явления,  оно
долго  оспаривалось  многими  физиологами  растений  и,  в  частно¬
сти,  особенно  упорно  Рейнке  (Reinke,  1884,  1885),  который,  рабо¬
тая  с  построенным  им  прибором  «спектрофор»,  не  обнаружил
разложения  С02  сине-фиолетовым  участком  светового  излучения.
 Наконец,  весьма  интересными  являются  результаты  иссле¬
дований  Киппа  и  Миндера  (Kniep  и  Minder,  1910),  приведшие
их  к  выводу,  что  энергия  фотосинтеза  зависит  только  от  количе¬
ства  энергии,  поглощенной  пластидами,  а  не  от  спектрального
состава  света.
 За  последние  25  лет  получено  много  новых  эксперименталь¬
ных  данных,  говорящих,  что  фотосинтез  может  осуществляться
во  всех  монохроматических  участках  видимой  области  излучений  ,
с  длиною  волн  от  400  до  750  м.  Так,  например,  Гувер  (Hoover,
1937)  еще  в  1937  г.  получил  вполне  достоверные  данные  о  хоро¬
шем  фотосинтезе  листьев  пшеницы  даже  в  зеленом  излучении,
которое  многими  авторами  считается  совершенно  непригодным
для  фотосинтеза.
 В  1940  г.  Габриэльсон  (Gabrielsen,  1940)  опубликовал  резуль¬
таты  опытов  с  листьями  белой  горчицы  Sinapis  alba,  в  которых
было  показано,  что  фотосинтез  в  трех  различных  по  спектру
участках  видимой  радиации  может  быть  доведен  до  одно*  о
уровня  при  варьировании  мощностей  излучения.  Так,  для  пол¬
ного  светового  насыщения  на  50  см2час  потребовалось:  в  красно¬
оранжевом  излучении  примерно  400  кал,  в  желто-зеленом  при¬
мерно  600  кал  и  в  сине-фиолетовом  около  1200  кал.
 Следовательно,  по  результатам  эксперимента  Габриэльсона
можно  считать,  что  для  фотосинтеза  белой  горчицы  желто-зеле¬
ное  излучение  оказалось  не  только  вполне  благоприятным,  но,
что  еще  интереснее,  оно  значительно  превышало  фотосинтетиче-
скую  активность  сине-фиолетового  излучения.  Данные  Габриэль-
сона,  так  же  как  и  результаты  исследований  некоторых  других,
более  поздних,  авторов,  показывают,  что  использование  для
фотосинтеза  высших  растений  излучений  с  различными  длинами
волн  в  значительной  степени  зависит  от  мощности  этих  излу¬
чений.

ВЛИЯНИЕ  ВИДИМОЙ  РАДИАЦИИ  НА  ФОТОСИНТЕЗ
 127
 §  3]
 В  экспериментах  с  невысокими  мощностями  цветных  излу¬
чений  вполне  отчетливо  выступает  известная  зависимость  фото¬
синтеза  от  спектрального  состава  излучений.  Однако  с  повыше¬
нием  мощности  излучений  различие  в  действии  участков  спектра
постепенно  сглаживается.  Иными  словами,  полное  световое  на¬
сыщение,  по-видимому,  возможно  в  любых  участках  спектра,
лежащих  в  пределах  длины  волн  от  400  до  750  мк,  но  для  его
осуществления  необходимо  определенное  количество  энергии,
неодинаковое  для  различных  монохроматических  излучений.
Вероятно  в  этом  и  заключается  значение  спектрального  состава
света  для  фотосинтеза.  Во  всяком  случае  в  настоящее  время  нет
достаточных  оснований  придерживаться  классических,  казалось
бы,  взглядов  на  желто-зеленое  излучение,  как  на  мало  или  со¬
всем  не  активное  для  фотосннтетического  процесса.
 Не  следует  также  забывать,  что  значение  спектрального  со¬
става  излучения  для  фотосинтеза  связано  с  полнотою  его  погло¬
щения  листовой  поверхностью,  а  последняя  зависит  от  многих
факторов  и,  прежде  всего,  от  расположения  листа  по  отношению
к  направлению  лучистого  потока,  а  также  от  отражающей  спо¬
собности  его  поверхности  и,  наконец,  от  его  оптической  плот¬
ности.  В  свою  очередь,  оптическая  плотность  листа  определяется
многими  причинами:  составом  пигментов,  их  количеством  на
единицу  объема,  толщиною  различных  тканей  листа  и  т.  д.  По¬
нятно,  что  воя  эта  сложная  совокупность  внутренних  факторов,
во  многом  зависящая  от  воздействия  среды,  окружающей  ра¬
стение,  может  приводить  к  разнообразным  закономерностям
использования  ими  лучистой  энергии  в  различных  участках
спектра  как  для  фотосинтеза,  так  и,  особенно,  для  других  про¬
цессов  их  жизнедеятельности.
 Действие  лучистой  энергии  на  растения  многообразно.  По¬
этому,  говоря  о  значении  спектрального  состава  света,  нельзя
сводить  его  роль  к  одному  какому-нибудь  физиологическому
процессу,  хотя  бы  даже  и  к  такому  важному,  как  фотосинтез.
 В  конце  концов,  физиологическое  состояние  .растений  опре¬
деляется  не  одним  фотосинтезом  так,  как  он  понимается  сейчас,
а  всем  комплексом  физиологических  отправлений,  обязательных
для  их  жизни.  Вероятно,  жизнь  растений  в  целом  нормальнее
всего  протекает  при  наличии  в  их  распоряжении  всех  областей
спектра,  характерных  для  солнечной  радиации.  Но  при  этом
необходимо  иметь  в  виду,  что  солнечное  освещение  —  это  не  от¬
влеченное  понятие.  Световые  климаты  севера  и  юга,  континен¬
тальных  и  приморских  областей,  гарных  и  долинных  районов,
далеко  не  однородны.  Мало  этого,  сами  растения  меняют  их,
образуя  сложные  и  разнообразные  сообщества.  Даже  листья
на  одном  растении,  особенно  древесном,  находятся  в  самых
разнообразных  световых  условиях  как  с  количественной,  так

128  ФИЗИОЛОГИЧЕСКИЕ  ПРОЦЕССЫ  И  ОСОБЕННОСТИ  ЛУЧИСТОГО  ПОТОКА  [гл.  III
 и  с  качественной  стороны.  Исходя  из  всех  этих  соображении,  не¬
трудно  предположить,  что  едва  ли  все  виды  фотосинтезирующих
растений  нуждаются  в  одном  универсальном  и,  тем  более,  моно¬
хроматическом  излучении.
 Непосредственное  влияние  спектрального  состава  света  на
накопление  растительной  массы  и,  в  частности,  на  образование
сухого  вещества  изучено  крайне  мало.  В  первых  исследованиях
было  признано  преимущественное  влияние  на  накопление  сухой
растительной  массы  красно-оранжевого  участка  светового  по¬
тока.  Таковы,  например,  выводы  Моргена  (Morgen,  1877),
Вольни  (Wollny,  1894),  Штроммера  и  Штифа  (SJtrohmer  и  Stif,
1905).
 Однако  есть  и  другие  утверждения.  Так,  в  1910  г.  В.  Н.  Лю-
бименко  опубликовал  данные,  расходящиеся  с  представлениями,
указанными  .выше.  Суть  результатов  работы  В.  Н.  Любименко
заключалась  в  том,  что  накопление  сухого  вещества  при  освеще¬
нии  растений  сине-фиолетовым  светом  шло  столь  же  энергично
или  даже  лучше,  чем  в  условиях,  где  они  получали  красный  свет,
хотя  газообмен  в  последнем  случае  был  значительно  интенсив¬
нее,  чем  в  первом.  Одну  из  причин  описанного  явления
 В. 	Н.  Любименко  видел  в  неодинаковом  значении  спектральных
потребностей  различных  фаз  фотосинтеза.  Он  полагал,  что  крас¬
ные  лучи  наиболее  активны  в  первичной  фазе  фотосинтеза,  т.  е.
в  синтезе  углеводов,  а  синие  и  фиолетовые,  наоборот,  более
активны  во  вторичной  фазе  превращения  и  усвоения  асоими-
лятов.
 Позже  примерно  к  таким  же  выводам  пришел  Ширлей
(Slchirley,  1929},  считавший,  что  для  роста  растений  важен  весь
видимый  спектр,  а  не  какой-либо  его  отдельный  участок.  Вместе
с  тем  он  считал,  что  синие  лучи  более  полезны  растениям,  чем
красные.
 Крокер  в  сводке  работ  Бойс-Томпсоновского  института
(Crocker,  1948)  высказал  предположение,  что  в  сине-фиолетовых
лучах  можно  вырастить  вполне  нормальные  растения,  т.  е.  та¬
кие  же,  как  на  полном  солнечном  освещении.  Удаление  сине¬
фиолетовых  лучей  из  солнечного  спектра  во  всех  случаях  при¬
водило  к  уменьшению  сырого  и  сухого  веса  растений  и  к  увели¬
чению  содержания  воды.
 О  неодинаковой  потребности  растений  в  спектральном  со¬
ставе  лучистых  потоков  для  накопления  растительной  массы
говорят  результаты  многочисленных  опытов  лаборатории  све-
тофизиологии  АФИ.  Видимая  область  спектра  при  этих  опытах
разделяется  на  три  участка:  красно-оранжевый,  желто-зеленый
и  сине-фиолетовый.  Красно-оранжевый  участок  выделяется  из
лучистого  потока  ламп  накаливания,  а  желто-зеленый  и  сине¬
фиолетовый—  из  излучения  ртутно-кварцевых  ламп.

ВЛИЯНИЕ  ВИДИМОЙ  РАДИАЦИИ  НА  ФОТОСИНТЕЗ
 129
 §  3]
 Для  выделения  красно-оранжевого  участка  спектра  служил
стеклянный  фильтр,  'пропускающий  энергию,  начиная  с  600  ммк.
Для  разделения  спектра  видимой  области  излучения  ртутно¬
кварцевых  ламп  служили  фильтры:  желтый,  почти  не  пропускаю¬
щий  фиолетовое  и  синее  излучение,  и  синий,  нацело  удаляющий
всё  желто-зеленое  излучение.  Для  устранения  всей  сине-фиоле¬
товой  радиации  применялись  одновременно  2  или  3  желтых
стекла,  для  исключения  части  инфракрасной  радиации  служила
вода,  а  ультрафиолетовую  радиацию  поглощало  обычное  стекло.
Температура  воды  во  всех  фильтрах  была  одинаковой  и  под¬
держивалась  на  уровне  40—45°  С.  Мощность  лучистых  потоков
на  уровне  вершин  растений  устанавливалась  при  помощи  пира¬
нометра.
 В  установке  с  красно-оранжевым  излучением  мощность  лучи¬
стого  потока  удваивалась  по  сравнению  с  другими  цветными
установками  (желто-зеленой  и  сине-фиолетовой),  чтобы  не
уменьшать  количества  красно-оранжевого  излучения  за  счет
инфракрасной  радиации,  пропускаемой  водою  (до  1000  ммк).
Площадь  светящегося  потолка  установок  (несколько  меньше
0,25  м2)  ограничивала  число  опытных  растений.  Обычно  в  ка¬
ждой  установке  до  конца  опыта  доводилось  3—4,  а  иногда  и
2  растения.  Объектами  исследования  служили  разные  виды  рас¬
тений.  Ниже  приводятся  результаты  трех  опытов:  а)  с  хлопком,
 б) 	с  огурцами  и  в)  с  бриофиллумом.
 Спектральный  состав  излучений  в  осветительных  установках
был  следующий:
 в  красно-оранжевой  —  от  600  ммк  до  инфракрасной,  «инфра¬
красная—  до  900—1000  ммк;
 в  желто-зеленой,  подчеркиваем  —  в  желто-зеленой,  а  не  зе¬
леной,  546  и  577  ммк;
 в  сине-фиолетовой.  405,  436  и  492  ммк,
 На  рис.  50  приведены  фотографии  хлопчатника  (сорт  Одес-
ский-7)  в  возрасте  25  дней,  выращенного  при  непрерывном  осве¬
щении  цветным  светом:  красно-оранжевым  (рис.  50а),  желто-
зеленым  (рис.  506)  и  .  сине-фиолетовым  (рис.  50в).  Около  всех
растений  стоит  одна  и  та  же  линейка,  с  ценою  шкалы  в  1  см.
Все  растения,  по  три  в  каждом  варианте,  росли  в  ящиках  с  поч¬
вой,  показанных  на  фотографиях.
 Вид  растений  хлопчатника  в  условиях  красно-оранжевого
излучения  говорит  о  недостатке  для  них  общего  количества
света.  Поэтому  стебли  их  вытянуты,  а  листовые  пластинки  слабо
развиты.  У  всех  трех  растений  из  этой  группы  имеются  только
по  два  настоящих  листа,  что  говорит  об  очень  медленном  их
развитии.  Очевидно,  красно-оранжевый  свет  не  мешает  вытяги¬
ванию  междоузлий  хлопковых  растений  в  длину,  но  зато  пре¬
пятствует  нормальному  развитию  листовых  пластинок,  а  плохое
 9  Зак.  196.

130  ФИЗИОЛОГИЧЕСКИЕ  ПРОЦЕССЫ  И  ОСОБЕННОСТИ  ЛУЧИСТОГО  ПОТОКА  [ГЛ.  III
 развитие  листовых  пластинок  приводит  к  меньшему  улавливанию
света.  Красно-оранжевый  свет  у  хлопчатника  задерживает  раз¬
витие  стебля  (появление  новых  узлов  и  листьев)  и  -развитие
листовых  пластинок.  Наибольшее  вытягивание  подсемядольного
колена  и  первого  междоузлия  по  сравнению  со  вторым  (междо¬
узлием  говорит  о  росте  первых  за  счет  запасов  семени.  Сходство
рассматриваемых  растений  с  этиолированными  заключается  еще
и  в  том,  что  их  стебли  тонки  и,  не  имея  достаточного  развития
механических  тканей,  легко  изгибаются  от  собственной  тяжести,
а  окраска  всех  растений  и,  особенно  листьев,  светлая.
 В  желто-зеленом  излучении  растения  хлопчатника  выглядят
совершенно  нормальными.  Они  имеют  до  шести  хорошо  разви¬
тых  листьев  с  крупными,  нормально  сформированными  листо¬
выми  пластинками.  Окраска  их  также  нормальная  —  зеленая  или
даже  темно-зеленая.  Рост  междоузлий  в  длину  нормальный,  не¬
сколько  вытянуты  только  подсемядольные  колена.  Растения  на¬
столько  хорошо  разрослись,  что  к  20-дневному  возрасту  третье
растение  пришлось  удалить.  Очевидно,  что  отсутствие  в  спектре
красно-оранжевого  и  сине-фиолетового  излучения  никак  не  ска¬
залось  на  первых  25  днях  жизни  хлопчатника.  Наоборот,  вы¬
ключение  желтых  и  зеленых  лучей  приводило  к  ненормальному
росту  хлопчатника.  Возможно,  что  несколько  худшее  поглоще¬
ние  зелеными  пигментами  желтых  и  зеленых  лучей  по  сравнению
с  другими  компенсировалось  большею  листовою  поверхностью.
 В  установке,  где  было  только  синее  и  фиолетовое  излучение,
хлопчатник  сильнее  всего  вытягивался,  благодаря  чему  достиг
наибольшей  высоты,  имея  только  4  настоящих  листа.  Листовые
пластинки  по  своей  величине  занимали  промежуточное  положе¬
ние  по  сравнению  с  листовыми  пластинками  растений  из  двух
других  групп.  Они  были  более  крупными,  чем  у  растений,  рос¬
ших  в  красно-оранжевом  освещении,  но  значительно  отставали
в  размерах  от  листьев  хлопчатника,  выросшего  под  желто-зеле¬
ным  излучением.  Что  касается  окраски,  то  она  была  самой  тем¬
ной  у  растений,  выросших  в  сине-фиолетовом  освещении.  Таким
образом,  растения  хлопчатника  на  изменение  спектрального  со¬
става  видимого  излучения  (света)  прореагировали  сильно  и  от¬
четливо.
 Нет  сомнений,  что  по  данным  этого  опыта  наиболее  полез¬
ным  для  хлопчатника  оказался  желто-зеленый  свет,  состоящий
из  двух  отдельных  участков  спектра:  зеленого  (длина  волны
546  ммк)  и  желтого  (длина  волны  577  ммк).  Общее  состояние
хлопчатника  сказалось  и  на  скорости  его  перехода  от  роста
к  развитию.  На  30-й  день  после  появления  всходов  у  растений,
росших  в  желто-зеленом  свете,  появились  первые  бутоны  на  ше¬
стом  узле,  а  в  двух  других  группах  растения  так  и  остались
в  вегетативном  состоянии  до  их  окончательной  уборки.

Рис.  50.  Растения  хлопчатника.
 а  —  выращенные  в  условиях  красно-оранжевого,  б  —  желто-зеленого,  в  —  сине-фиолетового  излучения.
 со
 ВЛИЯНИЕ  ВИДИМОЙ  РАДИАЦИИ  НА  ФОТОСИНТЕЗ

132  ФИЗИОЛОГИЧЕСКИЕ  ПРОЦЕССЫ  и  ОСОБЕННОСТИ  ЛУЧИСТОГО  ПОТОКА  [гл.  III
 На  рис.  51  дана  фотография  15-дневных  растений  огурцов
(сорт  «Неросимые»),  выращенных  в  тех  же  трех  типах  освети¬
тельных  установок,  что  и  хлопчатник.  Огурцы  также  выращи¬
вались  в  ящиках  с  почвой,  причем  в  каждом  ящике  было  оста¬
влено  по  3  растения.
 Под  воздействием  красно-оранжевого  излучения  у  молодых
растений  огурцов  сильно  вытянулось  подсемянное  колено,  до¬
стигшее  в  длину  10—12  см.  Развитие  листьев  шло  очень
 Рис.  51.  Молодые  растения  огурцов  сорта  „Неросимые",
 выращенные  в  условиях  /-красно-оранжевого,  2  —желто-зеленого,  3—  сине¬
фиолетового  излучения.
 медленно:  за  2  -недели  растения  имели  только  1  лист  незначи¬
тельных  размеров.  Окраска  растений  была  светлой,  а  все  расте¬
ния  походили  на  этиолированные.
 В  желто-зеленом  свете  рассада  огурцов  оказалась  низкорос¬
лой,  приземистой,  с  хорошо  развитыми  листьями,  из  которых
2  совершенно  распустились,  а  3-й  распускается.
 В  сине-фиолетовом  свете  подсемядольное  колено  вытянуто
не  меньше,  чем  в  красно-оранжевом,  а  листья  развиты  почти
так  же  хорошо,  как  у  растений,  получавших  желто-зеленый  свет.
Самым  интересным  результатом  этого  опыта  является  характер
роста  огурцов  в  желто-зеленом  излучении.  Несмотря  на  малую
мощность  лучистого  потока  (всего  20  вт/м2),  растения  огурцов
не  имеют  никаких  признаков  вытягивания.  Напротив,  они  выгля¬
дят  так  же,  как  растения,  находящиеся  на  ярком  дневном  свету.

§  3) 	ВЛИЯНИЕ  ВИДИМОЙ  РАДИАЦИИ  НА  ФОТОСИНТЕЗ 	133
 Из  сопоставления  этих  фактов  можно  заключить,  что  вытяги¬
вание  растений  объясняется  не  просто  малой  интенсивностью
освещения,  а,  главным  образом,  отсутствием  в  лучистом  потоке
определенных  по  спектру  лучей,  в  данном  случае  желтых  или
зеленых,  а  может  быть  и  тех  и  других.  В  общем,  опять-таки,  как
в  случае  с  хлопчатником,  наиболее  нормальный  вид  растения
огурцов  имели  при  выращивании  их  в  желто-зеленом,  относи¬
тельно  слабом  излучении,  т.  е.  при  полном  отсутствии  красно-
оранжевого  и  сине-фиолетового  участков  спектра.
 Несколько  позже,  в  возрасте  20  суток,  когда  опыт  был  за¬
кончен,  все  огуречные  растения  подверглись  подробному  изу¬
чению.  При  этом  была  определена  площадь  листьев  растений  и
их  сырой  вес.  Затем  растения  (надземные  части)  были  высу¬
шены  до  воздушно  сухого  состояния,  что  позволило  определить
количество  воздушносухой  массы,  приходящейся  на  1  см2  листо¬
вой  поверхности.
 Наибольшая  листовая  поверхность,  доходящая  до  80  см2,
была  у  растений,  выросших  в  условиях  желто-зеленого  излуче¬
ния.  Но  сухая  масса  этих  растений  была  такой  же,  как  у  огуреч¬
ной  рассады,  находившейся  под  воздействием  сине-фиолетовой
радиации  и  имевшей  меньшую  листовую  поверхность.  Наимень¬
ший  выход  воздушносухого  вещества  и  самую  меньшую  листо¬
вую  поверхность  дали  растения  огурцов,  выросшие  в  условиях
красно-оранжевого  освещения.
 Полученные  данные  позволяют  предположить,  что  у  молодых
огуречных  растений  (сорт  «Неросимые»)  накопление  сухой  рас¬
тительной  массы  идет  лучше  всего  в  условиях  сине-фиолетового
излучения.  Ухудшение  синтетической  деятельности  ‘  листьев
в  зелено-желтом  излучении  компенсируется  нарастанием  боль¬
шой  листовой  поверхности,  благодаря  чему  общая  продуктив¬
ность  растений  сохраняется  на  том  же  уровне.  Наименьшее  на¬
копление  сухой  массы  в  красно-оранжевом  излучении  связано
с  малой  листовой  поверхностью,  образовавшейся  в  этих  усло¬
виях.
 Таким  образом,  возможно,  что  образование  большой  листо¬
вой  поверхности  у  растений  огурцов  при  желто-зеленом  излу¬
чении  является  эволюционно  выработанной  особенностью,  по¬
зволяющей  им  с  успехом  использовать  и  этот  вид  радиации.
Красно-оранжевая  же  часть  спектра  для  огурцов  явно  неблаго¬
приятна  из-за  плохого  развития  под  ее  воздействием  листовой
поверхности.
 Для  того  чтобы  показать,  что  есть  растения,  у  которых  ком¬
пактность  роста  связана  не  с  желто-зеленой,  а  с  сине-фиолето¬
вой  радиацией  остановимся  на  опыте  с  бриофиллумом,  или
по-русски,  живородкой,  получившей  свое  название  потому,  что
обычно  она  размножается  листовыми  почками.

334  ФИЗИОЛОГИЧЕСКИЕ  ПРОЦЕССЫ  И  ОСОБЕННОСТИ  ЛУЧИСТОГО  ПОТОКА  [гл.  III
 Самая  компактная  форма  роста  у  бриофиллума,  благодаря
мало  вытянутьим  междоузлиям,  наблюдалась  у  растений,  полу¬
чивших  сине-фиолетовое  излучение.  Общая  высота  их  была  в  два
раза  меньше,  чем  у  растений,  получавших  красно-оранжевый
свет.  А  «по  сравнению  с  растениями,  выращенными  в  желто-зеле¬
ном  излучении,  достигшими  наибольшей  высоты,  растения  брио¬
филлума  с  сине-фиолетового  излучения  были  в  три  раза  меньше.
 Наиболее  темную  сизо-зеленую  окраску  имели  растения  бри¬
офиллума,  выращенные  в  сине-фиолетовом  излучении.  С  нижней
стороны  листьев  они  были  окрашены  антоцианом,  которого  со¬
вершенно  не  было  у  листьев  двух  других  групп.
 В  последнем  опыте  с  бриофиллумом  (1957)  наибольшим
воздушносухим  весом  обладали  растения,  выросшие  в  синелфио-
летовом  излучении.  Они  же  имели  и  наибольшую  листовую  по¬
верхность.  Второе  место  по  этим  величинам  занимают  растения,
сформировавшиеся  в  желто-зеленом  излучении,  а  третье  —  /
в  красно-оранжевом,  давшем  снова  самые  худшие  результаты
и  по  развитию  листьев,  и  по  общему  накоплению  сухой  1массы.
Что  касается  продуктивности  работы  единицы  листовой  поверх¬
ности,  то  она  была  одинаковой  в  сине-фиолетовом  и  желто-зе¬
леном  излучении  и  несколько  меньше  в  условиях  красно-оран¬
жевого  излучения.
 Опять-таки  и  в  этом  опыте  с  живородкой  наибольшая  расти¬
тельная  масса  образовалась  там,  где  лучше  развивались  листья.
 Результаты  опытов  с  цветным  светом,  о  которых  говорилось
выше,  показывают  несомненное  значение  для  синтетической  дея¬
тельности  растений  сине-фиолетового  и  желто-зеленого  участков
спектра  и  тем  самым  могут  служить  косвенным  доказательством
рациональности  использования  для  культуры  растений  на  элек¬
трическом  освещении  газосветных  ламп:  неоновых,  ртутных  и
натриевых.  Действительно,  прямые  опыты  с  выращиванием  рас¬
тений  в  условиях  освещения  указанными  источниками  радиации
подтвердили  правильность  этого  положения.
 Нельзя  не  отметить,  что  очень  близкие  результаты  в  отно¬
шении  значения  спектрального  состава  света  для  жизни  расте¬
ний  были  получены  и  при  работе  с  естественным  освещением.
Таковы,  например,  результаты  обширных  опытов  Бойс-Томпсо-
новского  института  в  спектральных  теплицах  с  естественным
освещением.  Их  результаты,  в  общем,  свидетельствуют  о  том  же,
а  именно,  о  наименьшем  значении  для  нормального  роста  расте¬
ний  красно-оранжевого  участка  спектра  по  сравнению  с  зелено¬
фиолетовым  участком.  В  упомянутых  американских  опытах
желто-зеленая  радиация  не  отделялась  от  сине-фиолетовой,  по¬
этому  там  имеются  только  суммарные  результаты  действия
коротковолновой  части  видимого  спектра  по  сравнению  с  другой
его  половиной  (красно-оранжевой).

§  4]  ВИДИМАЯ  РАДИАЦИЯ  И  ФОТОПЕРИОДИЧЕСКАЯ  РЕАКЦИЯ  РАСТЕНИЙ  135
 Постановка  опытов  с  воздействием  спектрального  состава
света  на  растения  всегда  встречалась,  и  встречается  еще  и  сей¬
час,  с  рядом  технических  трудностей.  Наибольшей  из  них  яв¬
ляется  создание  достаточно  мощных  монохроматических  или
близких  к  них  излучений.  Для  этого  необходимы  и  специальные
источники  радиации,  и  соответствующие  высококачественные
фильтры.  Известные  трудности  встречаются  и  на  пути  измерения
и  выравнивания  мощностей  при  1работе  с  различными  цветными
участками  спектра.
 Понятно,  что  для  разовых  и  кратковременных  определений
фотосинтеза  создать  соответствующие  условия  цветного  освеще¬
ния  проще,  чем  для  длительных  опытов,  связанных  с  выращи¬
ванием  растений  в  течение  нескольких  десятков  дней.  Именно
поэтому  в  настоящее  время  имеется  гораздо  больше  данных
о  воздействии  различных  участков  видимой  радиации  на  фото¬
синтез,  а  не  на  образование  сухой  растительной  массы.  А  вместе
с  тем  последние  данные  будут  иметь  решающее  значение  при
выборе  световых  режимов  для  выращивания  растений  в  усло¬
виях  искусственного  освещения.
 Поэтому  изложенные  выше  данные  о  роли  спектрального  со¬
става  света  должны  быть  значительно  расширены  и  уточнены
постановкой  ряда  новых  исследований.  Только  после  их  успеш¬
ного  завершения  можно  будет  сделать  заключение  о  характере
основных  закономерностей  использования  растениями  света
в  зависимости  от  его  спектрального  состава.  Пока  же  приходится
довольствоваться  изложенным  выше  материалом,  иллюстрирую¬
щим  состояние  данной  проблемы  в  настоящее  время.
 §  4.  Влияние  видимой  радиации  на  фотопериодическую  реакцию
 растений
 Сравнительно  совсем  недавно,  уже  в  нашем  столетии,  нача¬
лись  работы,  посвященные  выяснению  роли  спектрального  со¬
става  света  в  репродуктивном  развитии  растений.  Одним  из  пер¬
вых  исследователей  этого  вопроса  был  Г.  Клебс  (1918).  Проведя
серию  опытов  с  молодилом  при  помощи  электрического  освеще¬
ния  и  специальных  фильтров,  он  пришел  к  выводу,  что  наиболь¬
шее  значение  для  перехода  растений  от  роста  к  плодоношению
имеют  красно-оранжевые  лучи.
 Сине-фиолетовые  лучи,  по  Клебсу,  наоборот,  задерживают
цветение,  вне  зависимости  от  их  интенсивности,  и  даже,  больше
того,  способны  уничтожить  уже  имеющееся  «предрасположение»
к  цветению.  Синие  лучи  по  отношению  к  переходу  растений  от
роста  к  цветению  являются  антагонистами  красных.
 Клебс  же,  вероятно  первым,  высказал  мысль,  что  электриче¬
ский  свет  ламп  накаливания,  благодаря  обилию  красных  лучей,
должен  быть  более  благоприятен  для  заложения  цветов,  чем

136  ФИЗИОЛОГИЧЕСКИЕ  ПРОЦЕССЫ  И  ОСОБЕННОСТИ  ЛУЧИСТОГО  ПОТОКА  [ГЛ.  III
 естественный  диффузный  свет,  более  богатый  сине-фиолетовыми
лучами.
 Впервые  вопрос  о  значении  спектрального  состава  света
в  фотопериодической  реакции  растений  был  поднят  в  работе
В.  И.  Разумова,  вышедшей  в  1930  г.
 В  основном,  В.  И.  Разумов  пользовался  двумя  жидкими
светофильтрами  —  раствором  двухромовокалиевой  соли,  пропу¬
скавшей  свет  с  длиною  волны  от  720  до  540  ммк,  и  раствором
медного  купороса,  дававшего  спектр  от  570  до  400  ммк.  Объек¬
том  служили  злаки  и  некоторые  другие  длиннодневные  и  ко¬
роткодневные  виды.  Днем  растения  находились  на  естественном
солнечном  освещении,  ночью  —  в  фотопериодическом  домике,
где  некоторые  из  растений  получали  вместо  темноты  цветной
слабый  свет  порядка  3—21  лк.
 В  результате  своих  опытов  В.  И.  Разумов  пришел  к  выводу,
что  красный  свет  действует  в  фотопериодической  реакции  как
день,  а  синий  свет  как  темнота.  В.  П.  Мальчевский  (1938),  из¬
лагая  многолетние  исследования,  проведенные  в  лаборатории
светофизиологии  АФИ,  не  согласился  с  В.  И.  Разумовым  и  ука¬
зал,  что  его  данные  говорят  в  пользу  действия  красно-желтого
света  (от  550  до  700  ммк)  как  ускорителя  цветения  всех  видов,
в  том  числе  и  короткодневных.  Что  касается  действия  сине-
фиолетовой  части  спектра,  то  оно,  по  В.  П.  Мальчевскому,  не
является  равноценным  темьоте  и  вызывает  задержку  в  развитии
растений.  Таким  образом,  В.  П.  Мальчевский  полагал,  что  крас¬
ный  участок  спектра  ускоряет  развитие  всех  растений,  а  синий,
наоборот,  задерживает  его.
 Уисроу  и  Бенедикт,  применяя  цветной  свет  в  дополнение
к  естественному  в  оранжерейных  условиях,  пришли  к  выводу,
что  красный  свет  ускоряет  развитие  растений  длинного  дня  и
задерживает  цветение  растений  короткого  дня,  в  то  время  как
синий  свет  ускоряет  цветение  короткодневных  видов  и  оказы¬
вает  неодинаковое  действие  на  растения  длинного  дня  —
у  одних  ускоряя,  а  у  других  замедляя  развитие.
 Таким  образом,  выводы  этих  американских  исследователей
были  близки  к  заключению  В.  И.  Разумова.
 В  том  же  1936  г.  появилась  работа  Шаппели  (1936),  который
впервые  пытался  вырастить  опытные  растения  целиком  на  цвет¬
ном  свете,  но  это  не  удалось  ему  из-за  слабой  интенсивности
последнего,  что  привело  к  быстрой  гибели  растений.  Тогда  и  он,
как  и  другие  авторы,  перешел  к  выращиванию  растений  на  ком¬
бинированном  освещении.  В  его  опытах  красный  и  синий  свет,
данный  в  дополнение  к  белому  свету,  оказал  одинаковое  дей¬
ствие  на  растения  длинного  дня  (редис,  шпинат,  крепис),  на
салат  же,  астру  и  космос  более  благоприятное  действие  оказал
красный  свет.

§4]  ВИДИМАЯ  РАДИАЦИЯ  И  ФОТОПЕРИОДИЧЕСКАЯ  РЕАКЦИЯ  РАСТЕНИЙ  137
 В.  М.  Катунский  (1937),  прибавляя  к  12-часовому  дню,  со¬
здаваемому  за  счет  белого  света,  по  6  часов  относительно  моно¬
хроматического  излучения,  констатировал,  что  красный  свет
у  длиннодневных  растений  ускоряет,  а  у  короткодневных  задер¬
живает  цветение.  Действие  синего  света  проявляется  так  же,
но  в  несколько  ослабленной  степени.  Другими  словами,
В.  М.  Катунский  получил  факты,  показывающие,  что  цветной
свет  на  фотопериодическую  реакцию  растений  действует  так  же,
как  и  белый  свет.
 В  работе  Е.  Я.  Ермолаевой  и  С.  А.  Щегловой  (1940),  про¬
веденной  с  периллой  масличной,  цветные  источники  света  не¬
сколько  задержали  ее  развитие  по  сравнению  с  белым  светом,
что  не  помешало  авторам  высказаться  в  пользу  красного  света.
 А. 	Ф.  Клешнин  на  основании  своих  опытов  1940—1941  гг.
с  овсом  и  периллой  масличной  отмечает  для  ..овса,  что  все  уча¬
стки  видимой  области  спектра  действуют  на  его  фотопериодиче¬
скую  реакцию  одинаково,  как  свет.  Таково  же  его  заключение  и
в  отношении  короткодневного  вида  периллы.  Световой  Ьоток
любого  спектрального  состава,  если  его  мощность  превышает
50  эрг/см2  сек,  действует  на  периллу  как  естественное  освещение
(интегральное  белое  освещение).
 Общим  для  всех  перечисленных  выше  работ  является:
 1) 	комбинирование  цветного  света  с  белым,
 2) 	энергетическая  невыравненность  светового  потока  в  раз¬
личных  опытных  вариантах  освещения,
 3) 	низкое  напряжение  цветного  света  и
 4) 	его  малая  монохроматичность.
 Проследив  взаимное  влияние  на  ход  фотопериодической  реак¬
ции  растений  мощности  лучистого  потока  и  продолжительности
периода  ежесуточного  освещения,  мы  тем  самым  подготовим
почву  для  выяснения  роли  спектрального  состава  света  в  раз¬
витии  растений.
 Прежде  всего  остановимся  на  результатах  опытов,  проведен¬
ных  в  лаборатории  еветофизиологии  АФИ,  выяснявших  значение
цветного  света  в  процессах  так  называемого  фотопериодического
последействия  у  типичного  короткодневного  растения  масличной
периллы.
 Источниками  света  служили  лампы  накаливания  (сплошной
спектр),  неоновые  высоковольтные  трубки  (красный  свет)  и
стеклянно-ртутные  лампы  (сине-зеленый  свет).  Неоновые  трубки
давали  у  вершин  растений  около  120—150  лк,  стеклянно-ртут¬
ные  лампы  —  250—300  лку  лампы  накаливания  —  около  4000  лк.
Первые  12  суток  до  начала  опыта  сеянцы  периллы  выращивали
при  20-часовом  ежесуточном  освещении  500-ваттных  ламп  нака¬
ливания.  За  это  время  у  них  появилась  первая  пара  листоч¬
ков.  После  этого  они  были  перенесены  в  условия  короткого

138  ФИЗИОЛОГИЧЕСКИЕ  ПРОЦЕССЫ  И  ОСОБЕННОСТИ  ЛУЧИСТОГО  ПОТОКА  (гл.  III
 8-часового  дня,  который  создавался  при  помощи  света  ламп:
а)  накаливания  для  растений  1-й  группы,  б)  неоновых  для  ра¬
стений  2-й  группы  и  в)  ртутных  для  растений  3-й  группы.
 В  каждой  группе  было  по  четыре  отдельных  варианта.
В  первом  варианте  сеянцы  периллы  получили  10  коротких  дней,
во  втором  15,  в  третьем  20  .и  в  четвертом  25.  После  воздействия
коротким  днем  сеянцы  периллы  всех  вариантов  вновь  перено¬
сили  на  20-часовое  ежесуточное  освещение  лучистым  потоком
ламп  накаливания.  Результаты  опыта  представлены  в  табл.  23.
 Таблица  23
 Фотопериодическое  последействие  у  периллы
масличной  при  коротком  дне  в  зависимости
от  характера  светового  потока
 Варианты
 опыта
 (коротких
 дней)
 Источник  радиа¬
ции
 Состояние  расте¬
ний
 10
 Вегетативное
 15
 Лампы  накали¬
 В  фазе  бутонов
 20
 вания
 ь  »  цветения
 25
 »  »  »
 10
 15
 Неоновые  лампы
 Вегетативное
 20
 25
 10
 15
 Стеклянно-ртут¬
 Вегетативное
 20
 ные  лампы
 25
 Результаты  опыта  показывают,  что  слабый  цветной  свет  не
мог  обеспечить  прохождения  фотопериодической  реакции  даже
за  25  суток,  тогда  как  обычно  для  периллы  достаточно  15  корот¬
ких  дней.  Очевидно,  что  цветной  свет  не  обеспечил  прохождения
фотопериодической  реакции  благодаря  своей  малой  мощности.
Кстати,  результат  этого  опыта  лишний  раз  показывает,  что  для
фотопериодической  реакции  короткодневных  видов  нужна  не
только  ежесуточная  темнота,  но  и  ежесуточный  период  света,
и  при  этом  достаточно  мощного.
 Значение  цветного  света  слабой  интенсивности  в  ночные  часы
для  развития  растений  как  длинного,  так  и  короткого  дня  впер¬
вые,  как  уже  указывалось,  изучал  В.  И.  Разумов.  В  1941  г.

<§  4]  ВИДИМАЯ  РАДИАЦИЯ  И  ФОТОПЕРИОДИЧЕСКАЯ  РЕАКЦИЯ  РАСТЕНИЙ  139
 им  были  приведены  новые  данные  для  овса  монгольского  и
крупноцветной  хризантемы.
 При  выращивании  этих  видов  на  18-часовом  дне  овес'цвел,
а  хризантема  оставалась  вегетирующей.  Наоборот,  при  выра¬
щивании  их  на  9-часовом  дне  хризантема  цвела,  а  овес  вегетиро¬
вал.  При  замене  темного  периода  продолжительностью  в  15  ча¬
сов  (при  9-часовом  дне)  слабым  красным  освещением  всего
около  7  лк  овес  оказался  способным  к  цветению,  а  хризантема
эту  способность  теряла.  Отсюда  сам  собой  напрашивается  вы¬
вод,  что  слабый  красный  свет  воздействовал  на  репродуктивное
развитие  оъса  и  хризантемы  как  интегральный  поток  естествен¬
ного  освещения.  Наоборот,  при  замене  темноты  синим  светом
при  интенсивности  освещения  в  11  лк  овес  не  цвел,  а  хризантема
цвела.  Отсюда  следовало,  что  оба  эти  вида  слабый  синий  свет,
данный  в  ночные  часы,  воспринимали  как  темноту.
 Для  того  чтобы  выяснить  влияние  цветного  света  на  ход  тем-
новой  части  фотопериодической  реакции  растений,  гораздо  удоб¬
нее  пользоваться  краткими  световыми  перерывами  темноты.  Как
известно,  опыты  Б.  С.  Мошкова  (1939)  установили  величину
предельно  коротких  периодов  ежесуточной  темноты,  необходи¬
мой  для  перехода  к  цветению  растений  короткого  дня.  Тогда  же
было  указано,  что  эти  минимальные  периоды  темноты  не  могут
быть  сокращены  даже  на  самые  незначительные  величины  без
вреда  для  развития  растений.  Эти  выводы  подтвердил  и  В.  И.  Ра¬
зумов  (1941),  показав,  что  у  периллы  даже  15-минутный  период
света,  данный  в  середине  ночи,  снимал  или  очень  сильно  задер¬
живал  ее  цветение.  В.  И.  Разумов  пошел  далее,  установив,  что
разбивка  темного  периода  суток  делает  возможным  цветение
растений  длинного  дня  на  коротких  днях  и  тогда  же  высказался
за  использование  этого  наблюдения  в  практике  выращивания
растений  для  экономии  электроэнергии.  Для  этого  он  предложил
вместо  непрерывного  освещения  пользоваться  коротким  днем
с  последующей  разбивкой  ночи  короткими  световыми  перио¬
дами.
 К  такому  же  выводу  о  значении  ночных  световых  «ударов»
пришел  и  В.  П.  Мальчевский  (1938).  Его  отличие  от  В.  И.  Разу-
мова  заключалось  в  том,  что  он  не  считался  с  фотопериодиче¬
ской  реакцией  растений,  являвшихся  объектами  его  исследо¬
ваний.
 В  действительности  световые  «удары»  -могут  иметь  1практиче-
ское  значение  только  при  учете  фотопериодической  реакции
вида,  при  выращивании  которого  они  применяются.
 Выше  мы  видели,  что  относительно  слабый  цветной  свет
в  дневные  часы  не  обеспечивает  фотопериодической  реакции
периллы.  Тем  интереснее  было  исследовать  действие  этих
же  цветных  источников  света  на  течение  темновой  фазы

140  ФИЗИОЛОГИЧЕСКИЕ  ПРОЦЕССЫ  И  ОСОБЕННОСТИ  ЛУЧИСТОГО  ПОТОКА  [гл.  ПГ
 фотопериодической  реакции  периллы,  выражающееся  репродук¬
тивным  развитием.
 Для  этого,  прежде  всего,  сеянцы  периллы,  получившие  9-ча¬
совой  день  за  счет  500-ваттных  ламп  накаливания,  вместо  ночи
имели  в  одной  группе  15  часов  неонового  света  около  120  лк  и
в  другой  группе—15  часов  света  стеклянно-ртутных  ламп
(в  200—250  мл),  В  обоих  случаях  растения  не  перешли  к  репро¬
дукции  до  конца  опыта.
 Точно  такой  же  результат  получился  и  в  том  случае,  когда
перилла  выращивалась  на  12-часовом  дне  и  12-часовая  ночь
разбивалась  пополам  часовым  интервалом  относительно  слабого
света  как  ламп  накаливания,  так  и  неонового  (120  лк)  и  ртут¬
ного  (200  лк).  Таким  образом,  цветной  свет,  не  обеспечивающий
прохождение  световой  части  фотопериодической  реакции  пе¬
риллы,  делал  невозможным  нормальное  течение  ее  темновой
фазы.  В  последнем  случае  и  цветной  свет,  вне  зависимости  от
спектра,  действовал  как  обычный  свет,  а  не  как  темнота.  Правда,
в  опытах  Б.  С.  Мошкова  синий  свет  был  значительно  интенсив¬
нее,  чем  в  опытах  В.  И.  Разумова.
 Для  .выяснения  действия  цветного  -света  в  фотопериодической
реакции  длиннодневных  видов  использовались  две  культуры:
рапс  и  абиссинская  капуста.
 Опыт  с  рапсом  заключался  в  следующем:  контрольные  рас¬
тения  выращивали  на  овету  500-ваттных  ламп  накаливания  при
длине  светлого  периода  суток  в  21  час.  Эти  растения  дали  бу¬
тоны  после  прорастания  семян  через  16  суток.
 Вторым  контролем  явился  вариант,  где  рапс  в  течение  всего
опыта  получал  9-часовой  день  при  15-часовой  ночи.  В  этом  слу¬
чае  все  растения  остались  вегетативными.  В  двух  следующих
вариантах  к  12-часовому  освещению  500-ваттных  ламп  доба¬
влялось  по  9  часов  цветного  света,  в  одном  случае  неонового
в  120  лк  и  во  втором  ртутного  в  200  лк,  а  затем  следовала
3-часовая  ночь.  Таким  образом,  растения  двух  последних  вариан¬
тов  получали  общую  продолжительность  дня  в  21  час,  т.  е.  они
подверглись  той  же  продолжительности  ежесуточного  освеще¬
ния,  что  и  растения  первого  контрольного  варианта.  Бутоны
у  растений  двух  последних  групп  наблюдались  одновременно
через  30  суток  после  появления  их  у  растений  первого  контроль¬
ного  варианта.
 Отсюда  можно  сделать  заключение,  что  как  красный,  так  и
сине-зеленый  свет  данной  интенсивности  действовал  на  растения
рапса  как  слабый  свет,  что  и  привело  к  месячному  запаздыва¬
нию  в  появлении  бутонов.  Во  всяком  случае,  цветной  свет  по
сравнению  с  темнотой  действовал  как  белый  свет,  но  сильно
ослабленный.

§  4]  ВИДИМАЯ  РАДИАЦИЯ  И  ФОТОПЕРИОДИЧЕСКАЯ  РЕАКЦИЯ  РАСТЕНИЙ  141
 В  последующих  опытах  освещенность  красным  и  синим  све¬
том  была  значительно  увеличена,  после  чего  был  проведен  опыт
с  периллой  масличной,  подвергшейся  10-суточному  воздействию
различных  фотопериодов  в  условиях  освещения,  неодинакового
по  спектральному  составу.
 Первые  12  суток  после  прорастания  сеянцы  периллы  нахо¬
дились  на  18-часовом  освещении  500-ваттными  лампами  накали¬
вания.  Затем  они  были  распределены  по  24  группам  по  3  расте¬
ния  в  каждой  и  поставлены  в  условиях  четырех  различных
источников  света:  500-ваттных  ламп  накаливания,  высоковольт¬
ных  неоновых  трубок,  стеклянно-ртутных  и  натриевых  ламп.
Таким  образом,  на  каждом  источнике  света  оказалось  по
6  групп,  отличающихся  друг  от  друга  по  продолжительности
ежесуточного  освещения,  принятого:  для  первой  группы  в  16  ча¬
сов,  для  второй—  15,  для  третьей—  14,  четвертой—  13,  пятой  —
12  и  шестой  —  9  часов.  После  10-суточного  воздействия  по  этой
схеме  все  растения  периллы  были  перенесены  вновь  на  18-часо¬
вой  день,  также  при  электрическом  освещении.  Результаты  на¬
блюдений  за  появлением  бутонов  представлены  в  табл.  24.
 Таблица  24
 Результат  10-суточного  воздействия  на  периллу  масличную  *)  светом
различного  спектрального  состава  (образование  бутонов)
 Продолжи¬
тельность
дня,  часы
 Источники  радиации,  лампы
 500-em,  нака¬
ливания,
да  6000  лк
 неоновые,
да  4000  лк
 стеклянные
ртутные,
да  5000  лк
 натриевые,
^6000  лк
 16
 Нет
 Нет
 Нет
 Нет
 15
 Есть
 14
 Есть
 Есть
 »
 13
 »
 »
 12
 Есть
 9
 »
 Десятисуточное  воздействие  является  для  растений  периллы
данного  возраста  минимальным.  Оно  было  взято  в  надежде,  что
именно  в  этих  условиях  может  выявиться  специфическое  дей¬
ствие  различных  источников  света.  В  действительности  так  и
вышло.  На  16-часовом  дне  перилла,  как  обычно,  осталась  веге¬
тативной  на  всех  источниках  света.  Но  15-часовой  день  уже  **  Воздействие  началось  в  возрасте  12  суток.

142  ФИЗИОЛОГИЧЕСКИЕ  ПРОЦЕССЫ  И  ОСОБЕННОСТИ  ЛУЧИСТОГО  ПОТОКА  [гл.  III
 оказался  достаточным  для  перехода  периллы  к  репродукции,
если  он  создавался  за  счет  света  стеклянно-ртутных  ламп,  все
другие  источники  света  при  данной  длине  дня  оказались  недей¬
ственными.  При  длине  дня  в  14  и  13  часов  перешли  к  цветению
все  .растения  периллы,  за  исключением  находившихся  на  свету
натриевых  ламп.  Последние  (растения,  получавшие  натриевый
свет)  перешли  к  цветению  только  на  12-часовом  и  более  корот¬
ких  днях.  Таким  образом  оказалось,  что  ртутный  свет  расширил
на  1  час  границы  предельной  длины  дня,  вызывающей  цветение
периллы,  а  натриевый,  наоборот,  сузил  их  на  2  часа  против
нормы  для  естественного  и  обычного  электрического  освещения,
обладающих  сплошным  спектром.
 Исходя  из  результатов  данного  опыта,  можно  высказать
предположение  о  меньшей  активности  зелено-синего  света  стек¬
лянно-ртутных  ламп  по  .сравнению  с  активностью  желтого  света
натриевых  ламп  для  физиологических  процессов  короткоднев¬
ного  вида  периллы  масличной,  определяющих  ее  фотопериодиче-
скую  реакцию.
 Сравнивая  развитие  периллы  на  различных  источниках  света,
мы  неизбежно  должны  сделать  заключение,  что  для  цветения
периллы  в  условиях  14-часового  дня  одинаково  хороши  все  взя¬
тые  источники  света,  кроме  неонового  и,  особенно,  натриевого.
Чтобы  получить  раннее  цветение  при  выращивании  периллы  на
двух  последних  источниках  света,  следует  сократить  длину  дня
до  12—10  часов.
 Аналогичные  объяснения  могут  получить  и  результаты  дру¬
гого  опыта  с  тем  же  сортом  масличной  периллы.  В  этом  опыте
растения  периллы,  начиная  от  появления  всходов,  выращивали
в  течение  30  суток  в  условиях  14-часового  ежесуточного  осве¬
щения.
 Последнее  создавалось  при  помощи  пяти  различных  электри¬
ческих  источников  радиации  и  отличалось  в  различных  вариан¬
тах  опыта  по  спектральному  составу  их  излучения.
 В  первом  варианте  источником  радиации  служили  300-в.атт-
ные  лампы  накаливания,  находившиеся  над  проточным  водя¬
ным  экраном.  В  этих  условиях  перилла  на  коротком  дне  пере¬
ходит  к  цветению  в  те  же  сроки,  что  и  на  естественном  освеще¬
нии.  Так  было  и  в  этот  раз,  и  перилла  зацвела  через  24—26  дней
после  начала  опыта.
 Во  втором  варианте  источником  радиации  служили  высоко¬
вольтные  неоновые  лампы.  В  их  лучистом  потоке  цветение  пе¬
риллы  задержалось  по  сравнению  с  нормой  на  7—10  суток.
 В  третьем  варианте,  где  источником  радиации  служили  нат¬
риевые  лампы,  растения  периллы  до  конца  опыта  так  и  не  пере¬
шли  к  цветению.

§  4]  ВИДИМАЯ  РАДИАЦИЯ  И  ФОТОПЕРИОДИЧЕСКАЯ  РЕАКЦИЯ  РАСТЕНИЙ  143
 В  четвертом  варианте  периллу  выращивали  в  лучистом  по¬
токе  стеклянно-ртутных  ламп,  и  зацвела  она  в  нормальный  сроку
т.  е.  на  24—26-й  день.
 Наконец,  в  пятом  варианте,  где  источником  радиации  были
люминесцентные  15-ваттные  лампы  дневного  света,  растения  пе¬
риллы  зацвели  также  в  нормальный  срок.
 Ввиду  того,  что  мощность  лучистых  потоков  всех  видов
источников  радиации  была  выравнена  по  показаниям  пирано¬
метра,  результаты  этого  опыта  могут  быть  целиком  отнесены
за  счет  спектрального  неравенства  излучений.
 Любопытно,  что  при  сокращении  продолжительности  еже¬
дневного  периода  освещения  до  12  часов  растения  периллы
зацветают  почти  в  нормальный  срок  и  под  воздействием  лучи¬
стого  потока  натриевых  ламп.
 Немного  неожиданными,  но  вполне  определенными  оказались
результаты  воздействия  различными  цветными  излучениями  на
фотопериодическую  реакцию  абиссинской  капусты.
 В  тех  случаях,  когда  абиссинскую  капусту  выращивали  поло¬
вину  суток  на  свету  ламп  накаливания,  а  другую  половину  —
в  лучистом  потоке  люминесцентных  трубок,  она  переходила
к  бутонообразованию,  хотя  и  со  значительным  опозданием
(бутоны  появились  на  28—30-й  день).  Напомним,  что  обычные
люминесцентные  трубки  дневного  и  белого  света  содержат
в  своем  излучении  все  основные  участки  видимого  спектра,  но
так  как  мощность  их  лучистого  потока  не  превышает,  в  среднем,
20  вт/л*2,  мощность  в  каждом  из  участков  излучения  очень  неве¬
лика.  Может  быть,  это  обстоятельство  и  является  причиной
нецветения  абиссинской  капусты  в  одном  люминесцентном  излу¬
чении.  Для  того  чтобы  проверить  это  предположение,  а  также
просто  для  выяснения  влияния  спектрального  состава  света  на
процесс  развития  растений  длинного  дня,  с  абиссинской  капу¬
стой  дважды  был  проведен  следующий  опыт.
 Абиссинская  капуста,  выращиваемая  или  в  почве  или  в  рас¬
творах  питательных  солей,  с  появления  всходов  получала  в  пер¬
вом  варианте  —  все  время  непрерывный  свет  мелких  ламп
накаливания  с  общей  мощностью  лучистого  потока  около
250  вт/м2*).  Бутоны  появились  через  20  дней  после  всходов.
Во  втором  варианте  она  получала  тот  же  лучистый  поток,  но
только  по  12  часов  в  сутки;  остальные  12  часов  темнота.  Буто¬
нов  не  было.  В  третьем  варианте  капуста  все  время  была  на  не¬
прерывном  освещении  люминесцентными  лампами  с  энергией
лучистого  потока  около  18  вт/м2.  До  конца  опыта  растения  этого
варианта  не  бутонизировали.
 •)  На  видимую  область  излучения  приходится  около  30  вт/м*.

144  ФИЗИОЛОГИЧЕСКИЕ  ПРОЦЕССЫ  И  ОСОБЕННОСТИ  ЛУЧИСТОГО  ПОТОКА  [гл.  III
 Из  сравнения  интегральных  мощностей  лучистых  потоков
ламп  накаливания  и  люминесцентных  трубок  следует,  что  мощ¬
ность  излучения  первых  была  в  7  раз  больше,  чем  вторых.  По¬
нятно,  что  и  у  растений  четвертого  варианта,  получавших  еже¬
дневно  12  часов  люминесцентного  света  и  12  часов  темноты,
бутонов  также  не  образовалось.
 Таким  образом,  люминесцентный  свет  сам  по  себе  оказался
неспособным  перевести  растения  абиссинской  капусты  от  роста
к  развитию.
 Растения  пятого  варианта  одну  половину  суток  получали
лучистую  энергию  ламп  накаливания,  а  другую  половину  —
свет  в  установке  с  люминесцентными  трубками.  Они  дали  бутон
через  40  суток  после  начала  опыта,  и  через  20  дней  после  расте¬
ний  первого  варианта.
 Таким  образом,  свет  люминесцентных  ламп  действовал  на
развитие  абиссинской  капусты  не  как  темнота,  а  как  свет,  но
слабее  почти  в  два  раза  по  сравнению  с  излучением  мелких  ламп
накаливания.
 В  шестой,  седьмой  й  восьмой  группах  сутки  также  делились
на  две  равные  половины  и  в  течение  одной  половины  растения
этих  групп  получали  излучение  мелких  ламп  накаливания,
а  другую  половину  дня  находились  в  установках  с  цветным
светом.  Растения  шестого  варианта  получали  красно-оранжевое
излучение  мощностью  около  30  вт!м2.  Все  они  остались  в  веге¬
тативном  состоянии,  т.  е.  красно-оранжевый  свет,  даже  большей
мощности,  чем  излучение  люминесцентных  ламп,  не  смог  уско¬
рить  развития  абиссинской  капусты,  не  отличаясь  в  этом  отно¬
шении  по  своему  действию  от  темноты.  Растения  седьмого  ва¬
рианта  вместо  красно-оранжевого  получали  желто-зеленое  излу¬
чение  мощностью  20  вт/м2,  они  также  до  конца  опыта  не  пере¬
шли  к  бутонообразованию  и,  таким  образом,  при  данной  энер¬
гетической  мощности  этот  участок  'видимого  спектра  оказался
столь  же  неактивным,  как  и  красно-оранжевый.  Растения  вось¬
мого  варианта  в  дополнение  к  лучистому  потоку  ламп  накали¬
вания  в  другую  половину  суток  находились  в  условиях  сине-фио¬
летового  излучения  мощностью  около  15—20  вт/м2.  Они  перешли
к  бутонообразованию  через  30  дней  после  начала  опыта,  т.  е.  ско¬
рее  на  10  дней  по  сравнению  с  растениями,  получавшими  поло¬
вину  суток  свет  ламп  накаливания  и  другую  половину  —  люми¬
несцентный  свет.
 Следовательно,  сине-фиолетовое  излучение  невысокой  энерге¬
тической  мощности  оказалось  более  активным  не  только  по
сравнению  с  красно-оранжевым  и  желто-зелейым,  но  и  с  полным
излучением  люминесцентных  ламп.  Иными  словами,  при  невысо¬
ких  энергетических  мощностях  лучистых  потоков  сине-фиолето¬
вое  излучение  для  типичного  растения  длинного  дня  оказалось

§  4]  ВИДИМАЯ  РАДИАЦИЯ  И  ФОТОПЕРИОДИЧЕСКАЯ  РЕАКЦИЯ  РАСТЕНИЙ  145
 более  активным  по  сравнению  с  иными  областями  видимой  ра¬
диации.
 В  девятом,  десятом  и  одиннадцатом  'вариантах  растения
абиссинской  капусты  получали  по  12  часов  в  сутки  лучистую
энергию  люминесцентных  трубок,  а  другие  12  часов  находились
в  условиях  цветного  излучения:  в  девятом  варианте  красно¬
оранжевого,  в  десятом  —  желто-зеленого  и  в  одиннадцатом  —
сине-фиолетового  излучения.  Все  растения  абиссинской  капусты
в  этих  вариантах  опыта  остались  до  конца  в  вегетативном  со¬
стоянии  и  не  образовали  бутонов.
 Очевидно,  такой  результат  связан  с  меньшей  энергетической
мощностью  лучистых  потоков  в  последних  вариантах.  Во  всяком
случае,  данные  табл.  25,  в  которой  приведены  средние  значения
ежесуточной  прибыли  сухой  .растительной  массы,  хотя  бы  и  кос¬
венно,  но  говорят  о  зависимости  между  энергетической  мощно¬
стью  лучистого  потока,  накоплением  сухой  массы  и  переходом
от  роста  к  воспроизведению.
 Если  средний  суточный  прирост  сухой  растительной  массы
растений,  получавших  ежесуточно  по  12  часов  интегрального
лучистого  потока  мелких  ламп  накаливания  мощностью
в  15  вт/м2,  принять  за  100%,  то  значение  этой  же  величины
в  других  вариантах  опыта,  в  зависимости  от  спектрального
состава  и  мощности  лучистых  потоков,  выразится  величинами,
данными  в  табл.  25.  Из  их  сопоставления  видно,  что  удвоение
ежесуточной  продолжительности  освещения,  при  том  же  каче¬
стве  и  количестве  лучистой  энергии,  приводит  к  повышению  про¬
дуктивности  растений  на  267%,  причем  вскоре  эти  растения
начинают  цвести.
 Если  непрерывность  ежесуточного  освещения  создавалась  за
счет  различных  по  спектральному  составу  лучистых  потоков,  то
прибавка  величины  -продуктивности  изменялась  в  зависимости  от
качества  света.  Так,  интегральный  лучистый  поток  люминес¬
центных  трубок,  содержащий  энергию  во  всех  участках  видимого
спектра,  увеличил  ежесуточную  продуктивность  на  630%.  Эта
величина  является  рекордной  и  представляет  большой  интерес
для  практики  выращивания  растений  на  искусственном  освеще¬
нии.  Понятно,  что  и  цветение  абиссинской  капусты  в  этих  усло¬
виях  имело  место,  хотя  и  с  некоторым  запозданием.  Замена
лучистого  потока  люминесцентных  ламп  красно-оранжевым  све¬
том  привела  к  очень  сильному  снижению  продуктивности,  увели¬
чив  накопление  сухой  растительной  массы  только  на  46%.  В  то
же  время  добавление  12  часов  желто-зеленого  излучения  увели¬
чило  накопление  сухой  массы  на  200%.  Но  самый  большой
прирост  сухой  массы  получился  при  использовании  в  качестве
дополнительной  лучистой  энергии  сине-фиолетового  излучения.
Последнее  повысило  ежесуточную  продуктивность  абиссинской
 10  Зак.  196

146  ФИЗИОЛОГИЧЕСКИЕ  ПРОЦЕССЫ  И  ОСОБЕННОСТИ  ЛУЧИСТОГО  ПОТОКА  [ГЛ.  111
 Таблица  25
 Результаты  воздействия  различными  световыми  условиями
на  абиссинскую  капусту
 Вариант
 Условия  еж
 Продолжи¬
 тельность,
 часы
 есуточного  освещения
Свет
 Средний
ежесуточ¬
ный  прирост
сухой  массы,
 %
 Состояние  расте¬
ний
 1
 12
 Л.  Н.
 100
 Вегетативное
 2
 24
 Л.  Н.
 367
 Цветут
 3
 12
 Л.  Н.
 12
 Л.  Л.
 730
 То  же
 4
 12
 Л.  Н.
 12
 Красно-оранжевый
 146
 Вегетативное
 5
 12
 Л.  Н.
 12
 Желто-зеленый
 300
 То  же
 6
 12
 Л.  Н.
 12
 Сине-фиолетовый
 573
 Цветут
 7
 12
 Л.  Л.
 93
 Вегетативное
 8
 24
 Л.  Л.
 286
 То  же
 9
 12
 Л.  Л.
 12
 Красно-оранжевый
 70
 10
 12
 Л.  Л.
 12
 Желто-зеленый
 210
 11
 12
 Л.  Л.
 12
 Сине-фиолетовый
 320
 Примечание.  Л.  Л.  —  люминесцентные  лампы,  Л.  Н.  —  лампы  накаливания.
 капусты  на  473%  и  обеспечило  переход  ее  от  роста  к  воспроиз¬
ведению.
 Во  всех  случаях,  когда  за  основу  бралось  люминесцентное
освещение  и  к  12  часам  его  радиации  добавлялось  12  часов  цвет¬
ного  света,  накопление  сухой  массы  шло  значительно  хуже,  чем
в  первом  случае  (когда  одну  половину  суток  растения  получали
свет  ламп  накаливания),  и  цветения  не  наблюдалось  даже  и
у  тех  растений,  которые  получали  сине-фиолетовое  излучение.

§  4]  ВИДИМАЯ  РАДИАЦИЯ  И  ФОТОПЕРИОДИЧЕСКАЯ  РЕАКЦИЯ  РАСТЕНИЙ  147
 Заслуживает  большого  внимания  факт  уменьшения  средней
величины  накопления  сухого  вещества  (на  30%)  при  замене
12  часов  ежесуточной  темноты  12-ю  часами  красно-оранжевого
освещения.  Факт  этот  не  случаен,  он  повторяется  в  трех  опытах
и  наводит  на  мысль,  что  незначительный  по  мощности  лучистый
поток  в  этой  области  спектра  при  действии  его  на  растение
после  интегрального  лучистого  потока  люминесцентных  трубок
способствует  скорее  трате,  чем  накоплению  сухого  вещества.
Желто-зеленое  и  сине-фиолетовое  излучения  дали  прибавку  су¬
хого  вещества  соответственно  на  110%  и  220%.
 Таким  образом,  абиссинская  капуста  на  сине-фиолетовое
излучение  отзывается  наибольшей  величиной  накопления  сухого
растительного  вещества.
 В  этих  же  условиях  у  нее  лучше  всего  развиваются  листья.
Их  общая  поверхность  достигает  максимальной  площади.
В  желто-зеленом  излучении  величина  листьев  несколько  меньше,
а  в  красно-оранжевом  излучении  листья  растут  настолько  плохо,
что  напоминают  по  своему  развитию  листья  растений,  находя¬
щихся  в  темноте.  Окраска  листьев  также  различна:  в  сине-фио¬
летовом  излучении  она  темно-зеленая  с  синеватым  оттенком,
сизая,  а  в  красно-оранжевом  —  ярко-зеленая.
 Позже  были  установлены  еще  новые  факты,  касающиеся
зависимости  цветения  абиссинской  капусты  от  спектрального
состава  света.  Прежде  всего,  путем  выращивания  растений
этого  вида  в  лучистом  потоке  мощностью  в  150  вт/м2,  состояв¬
шем  только  из  красно-оранжевого  и  ближнего  инфракрасного
излучения  в  отношении,  примерно  равном  1:1,  была  устано¬
влена  непригодность  этих  световых  условий  для  перехода  абис¬
синской  капусты  от  роста  к  воспроизведению.  За  50  дней  выра¬
щивания  ни  одно  растение  не  перешло  от  роста  к  цветению
в  условиях  красно-оранжевого  освещения,  на  долю  которого
приходилось  не  менее  80  вт/м2.  При  такой  мощности  лучистого
потока  белого  света  абиссинская  капуста  образует  бутоны  на
16—20-й  день  после  начала  опыта.  В  другом  варианте  абиссин¬
ская  капуста  выращивалась  в  лучистом  потоке,  в  котором,  кроме
красно-оранжевого,  было  еще  и  желто-зеленое  излучение.  Отсут¬
ствовала  только  сине-фиолетовая  часть  спектра.  Общая  мощ¬
ность  лучистого  потока  достигала  120  вт/м2.  Из  этого  количества
на  видимую  радиацию  приходилось  около  60  вт/м2.  В  этом  слу¬
чае  отдельные  растения  (3  из  18)  дали  единичные  ненормальные
бутоны  через  40  дней  после  начала  опыта.  Дополнение  указан¬
ного  спектра  сине-фиолетовым  излучением  приводит  абиссинскую
капусту  к  нормальному  и  обильному  бутонообразованию  не
позже,  чем  на  20-й  день.
 Наконец,  удалось  получить  цветение  абиссинской  капусты
в  условиях  излучения,  лишенного  красно-оранжевого  участка

148  ФИЗИОЛОГИЧЕСКИЕ  ПРОЦЕССЫ  И  ОСОБЕННОСТИ  ЛУЧИСТОГО  ПОТОКА  [гл.  III
 спектра.  Источником  его  были  стеклянно-ртутные  лампы,  за  счет
которых  и  создавалось  двухстороннее  боковое  освещение.
 Учитывая  все  изложенные  выше  факты,  трудно  сомневаться
в  преимущественном  значении  для  развития  абиссинской  капусты
сине-фиолетового  излучения.  Вместе  с  тем,  признание  его  веду¬
щей  роли  в  направлении  процессов  репродуктивного  развития
этого  вида  позволяет  понять,  почему  абиссинская  капуста  у  себя
на  родине  и  в  условиях  Ленинграда  требует  различных  фото-
периодических  режимов.
 На  родине,  в  Абиссинии,  лежащей  между  экватором  и
15°  северной  широты,  капуста  всегда  находится  в  условиях  ко¬
ротких  дней,  не  превышающих  13  часов  в  сутки.  Это  значит,  что
в  естественных  условиях  она  является  настоящим  короткоднев¬
ным  видом  и  если  бы  не  была  им,  то  не  могла  бы  быть  эндеми¬
ческим  видом  Абиссинии.  Однако  в  северных  условиях  она  ведет
себя  как  настоящее  длиннодневиое  растение  и  не  цветет  не
только  на  12-часовом  дне,  но  даже  и  в  условиях  15-часового
освещения.  Выходит,  что  один  и  тот  же  вид  растений  не  всегда
может  довольствоваться  одинаковыми  продолжительностями
ежесуточных  освещений.  В  чем  же  причина  этого  явления?  Ра¬
нее  для  ответа  на  этот  вопрос  выдвигался  целый  ряд  более  или
менее  правдоподобных  предположений,  сводящихся  не  к  дей¬
ствию  самого  света,  а  к  влиянию  окружающей  растение  среды.
Теперь,  после  ряда  лабораторных  опытов,  есть  все  основания
утверждать,  что  основная  причина  кроется  в  самом  лучистом
потоке.  Во-первых,  удалось  показать  на  примере  той  же  абис¬
синской  иапусты,  что  с  возрастанием  мощности  лучистого  потока
появляется  возможность  использования  капустой  более  коротких
дней,  напротив,  с  уменьшением  мощности  цветение  капусты  мо¬
жет  осуществляться  лишь  при  увеличении  периода  ежесуточного
освещения.  Так  как  в  упоминаемых  опытах  источником  освеще¬
ния  являлись  лампы  накаливания,  содержащие  весь  видимый
спектр,  не  исключалась  возможность  и  того,  что  увеличение
энергетической  мощности  нужно  не  по  всему  спектру,  а  только
в  его  определенной  области.
 После  же  опытов  с  выяснением  влияния  на  развитие  абиссин¬
ской  капусты  качества  света  логичнее  всего  именно  в  нем  и  ви¬
деть  причину  неодинаковых  фотопериодических  потребностей
одного  и  того  же  растительного  вида  в  различных  условиях
освещения.  Ведь  в  Абиссинии  и  в  тропиках  вообще,  особенно
в  горах,  где  растет  этот  вид,  сине-фиолетовой  радиации  в  абсо¬
лютных  величинах  больше,  чем  под  Ленинградом.  Естественно,
что  там  за  более  короткий  день,  чем  в  Ленинграде,  абиссинская
капуста  может  усвоить  ее  в  значительно  большем  количестве,
вполне  достаточном  для  нормального  развития.  Под  Ленинградом
этого  вида  радиации  меньше  и  потому  для  цветения  в  тот  же

ВЛИЯНИЕ  НА  РАСТЕНИЯ  ИНФРАКРАСНОЙ  РАДИАЦИИ
 149
 §  5]
 срок,  что  и  на  родине,  капуста  нуждается  в  более  длинном  дне.
Возможно  при  этом,  что  сине-фиолетовая  радиация  может  быть
заменена  частично  другими  менее  активными  для  данного
процесса  видами  видимого  излучения.  И  в  этом  случае  понятна
необходимость  более  длинных  дней  для  развития  капусты.  Если,
наконец,  вспомнить,  что  длительные  периоды  темноты  изменяют
течение  процессов  обмена  веществ,  начавшихся  на  свету,  станет
понятной  причина  изменения  потребностей  абиссинской  капусты
в  продолжительности  периода  ежесуточного  освещения.
 Что  же  касается  причины  различия  реагирования  ее  на  не¬
прерывное  освещение,  создаваемое  за  счет  мелких  ламп  накали¬
вания  и  люминесцентных  трубок,  то  и  здесь  приведенные  выше
соображения  остаются  в  силе.  В  самом  деле,  в  лучистом  потоке
ламп  накаливания  сине-фиолетовой  радиации  на  20%  больше,
чем  в  излучении  люминесцентных  трубок.  Это  нетрудно  прове¬
рить.  Из  интегральной  мощности  лучистого  потока  ламп  нака¬
ливания  мощностью  в  250  вт/м2  на  долю  видимого  излучения
приходится  12%,  т.  е.  30  вт/м2.  В  свою  очередь,  сине-фиолетовая
радиация  составляет  тоже  около  12%  от  всей  видимой,
т.  е.  3,6  вт/м2.  Мощность  лучистого  потока  люминесцентных  тру¬
бок  в  установке,  где  выращивалась  абиссинская  капуста,  соста¬
вляет  не  более  18  вт/м2.  Считая,  что  на  долю  сине-фиолетовой
радиации  приходится  16%,  находим,  что  мощность  этой  части
излучения  равна  всего  2,9  вт/м2.
 Таким  образом,  спектральный  состав  света  имеет  несомнен¬
ное  значение  для  развития  абиссинской  капусты,  а  потому  отра¬
жается  и  на  ее  фотопериодической  реакции.
 Что  касается  существующих  представлений  В.  И.  Разумова
об  исключительном  значении  красно-оранжевого  излучения  для
развития  растений  длинного  дня  или  близких  к  нему  взглядов
 В. 	П.  Мальчевского  и  А.  Ф.  Клешнина  о  значении  красного  света
для  развития  растений,  то  они  в  наших  опытах  с  данным  видом
не  нашли  подтверждения.  Трудно,  стоя  на  их  позициях,  объяс¬
нить,  почему  абиссинская  капуста  цветет  на  родине  на  корот¬
ком  дне,  а  в  условиях  Ленинграда,  где  красно-оранжевой  ра¬
диации  больше,  требует  более  длительного  ежесуточного  осве¬
щения.
 Таким  образом,  все  изложенные  выше  факты  показывают
несомненное  влияние  спектрального  состава  света  на  развитие
растений,  но  не  дают  права  сделать  какие-либо  более  определен¬
ные  заключения.
 §  5.  Влияние  на  растения  инфракрасной  радиации
 Принято  считать,  что  из  огромного  спектра  солнечного  излу¬
чения  необходимой  для  жизни  растений  является  лишь  узкая
область,  видимая  человеческим  глазом.

150  ФИЗИОЛОГИЧЕСКИЕ  ПРОЦЕССЫ  И  ОСОБЕННОСТИ  ЛУЧИСТОГО  ПОТОКА  [гл.  III
 К  чести  русской  науки  первым,  понявшим  неправильность
такого  взгляда  на  значение  для  растений  солнечного  излучения,
был  К.  А.  Тимирязев.  Именно  он  ввел  в  ботаническую  литера¬
туру  общее  понятие  о  лучистой  энергии,  включая  в  него  не  только
видимую  область  солнечного  излучения,  но  также  и  открытые
в  начале  19-го  столетия  инфракрасную  и  ультрафиолетовую
радиации,  лежащие  за  пределами  видимого  спектра.  При  этом
он  указывал,  что  для  растений  могут  быть  существенными  и
эти  области  излучений,  вызывающие  обычно  тепловые  и  хими¬
ческие  явления  как  сами  по  себе,  так  и  во  взаимодействии  со
светом.
 Будучи  всегда  последовательным  в  своих  взглядах  и  заклю¬
чениях,  К.  А.  Тимирязев  допускал  участие  инфракрасной  радиа¬
ции  даже  в  процессе  фотосинтеза.
 К  сожалению,  многие  авторы  судят  о  значении  спектрального
состава  лучистой  энергии  для  растений  только  на  основании
спектрального  поглощения  различных  растворов  хлорофилла,
которые  обрываются  в  красной  области.  Однако  еще  в  работе
ван  Гулика  (1915)  было  показано,  что  препараты  хлорофилли-
нов  а  и  Ьу  полученные  им  от  Вильштеттера,  имеют  поглощение
в  инфракрасной  области  спектра  с  максимумом  около  3,4  и
 3,5 	мк  для  обоих  компонентов  и  между  0,8—0,9  мк  только  для
хлорофиллина  а.
 В  1918  г.  Уршпрунг  наблюдал  накопление  крахмала  под
воздействием  только  одной  инфракрасной  радиации.  Наконец,
в  30-х  годах  много  внимания  роли  инфракрасной  радиации
в  фотосинтезе  уделил  А.  Н.  Данилов.  На  основании  своих  иссле¬
дований  он  считал,  что  ближней  инфракрасной  радиации,  по-ви¬
димому,  принадлежит  определенное  значение  в  области,  близко
соприкасающейся  с  механизмом  фотосинтеза.  Во  всяком  случае,
от  прибавления  инфракрасной  радиации  к  видимой  он  наблюдал
увеличение  продуктивности  единицы  света  в  светопотоках,  состо¬
явших  из  лучей  красного  и  сине-фиолетового  концов  видимого
спектра.
 К  положительной  оценке  роли  инфракрасной  радиаций
в  жизни  растений  позже  А.  Н.  Данилова  пришли  и  некоторые
зарубежные  авторы.  Так,  например,  в  1940  г.  появилась  работа
Пришла  и  Веттштейна,  в  которой  они  прямо  указывали,  что  при¬
сутствие  в  спектре  излучения  искусственных  источников  инфра¬
красной  радиации  вызвало  положительный  эффект  при  культуре
многих  растений.  Последний  заключался,  прежде  всего,  в  зна¬
чительном  увеличении  сырой  и  сухой  растительной  массы  и
в  повышении  процента  выхода  сухого  вещества.  Другими  сло¬
вами,  в  опытах  названных  авторов  инфракрасная  радиация  по¬
вышала  урожайность  испытанных  культур  (например  томатов  и
кукурузы).

ВЛИЯНИЕ  НА  РАСТЕНИЯ  ИНФРАКРАСНОЙ  РАДИАЦИИ
 151
 §  5]
 Ульрих  в  работе  1942  г.  высказал  предположение,  что  инфра¬
красная  радиация  играет  специфическую  роль  в  процессах
созревания  растений  и  потому  необходима  для  их  нормального
развития.
 Однако  встречаются  и  противоположные  взгляды.  Так,  в  ра¬
боте  С.  И.  Доброхотовой  (1938)  отмечается,  что  обилие  тепловых
лучей  (инфракрасных)  дает  большой  перегрев  растений,  что
вызывает  вытягивание  их.  Позже  эта  же  мысль  нашла  себе
место  даже  в  учебнике  по  физиологии  растений  Н.  А.  Максимова
(1948).  В  нем  также  указывается  на  влияние  инфракрасной  ра¬
диации  на  вытягивание  стеблей  растений,  что  связывается  со
значительным  нагреванием  последних.
 Казалось  бы,  наоборот,  если  инфракрасная  радиация  нагре¬
вает  растения,  то  тем  самым  она  должна  повышать  их  транспи¬
рацию  и  в  результате  способствовать  не  вытягиванию,  а,  напро¬
тив,  компактным  формам  роста,  что  и  наблюдается  в  действи¬
тельности,  как  мы  покажем  ниже.
 Таким  образом,  в  оценке  роли  инфракрасной  радиации
в  жизни  растений  не  было  и  нет  единого  и  всеми  принятого  мне¬
ния.  Господствовало  же  представление  о  ненужности  и  даже
вреде  ее  для  всех  растительных  видов!  Оно  не  прошло  бес¬
следно  для  практики  растениеводства  закрытого  грунта,  сказав¬
шись  на  отрицательной  оценке  ламп  накаливания  как  источника
освещения  растений.
 Естественно  возникает  необходимость  более  подробного  зна¬
комства  с  ролью  инфракрасной  радиации  в  жизни  растений.
Этот  вопрос  имеет  не  только  теоретическое  познавательное  зна¬
чение,  но  важен  и  для  практики  выращивания  растений  на  искус¬
ственном  освещении.
 Эволюционные  соображения  подсказывали,  что  инфракрасная
радиация  не  могла  не  наложить  отпечатка  на  формирование
растений.  А  если  это  так,  то  представления  о  ее  вреде  или  пол¬
ном  безразличии  для  растений  не  могут  быть  справедливыми.
Скорее  можно  было  предположить  обратное.
 Одной  цз  наиболее  ярких  реакций  растений  на  световые
условия  и  на  чередование  их  с  темнотою  является  фотопериоди-
ческая  реакция,  определяющая  у  однолетних  видов  возможность
перехода  от  роста  к  репродукции.  Она  и  была  выбрана  в  каче¬
стве  показателя  роли  инфракрасной  радиации  в  развитии  расте¬
нии.  Сам  собою  возник  вопрос,  что  же  произойдет  с  растением,
если  темный  период  суток  заменить  невидимой,  инфракрасной,
радиацией.  Будет  ли  она  действовать  как  темнота  или  как  свет?
Или  может  быть  как-то  по-иному  скажется  на  состоянии  расте¬
ния?  Что  будет  с  каким-нибудь  типичным  короткодневным  расте¬
нием,  если  вместо  ночной  темноты,  т.  е.  фактически  полного

152  ФИЗИОЛОГИЧЕСКИЕ  ПРОЦЕССЫ  И  ОСОБЕННОСТИ  ЛУЧИСТОГО  ПОТОКА  [гл.  Ill
 отсутствия  лучистого  потока,  направить  на  него  инфракрасную
радиацию?
 Известно,  что  у  типичных,  так  называемых  короткодневных
растений,  например  периллы  масличной,  разбивка  ночного  пе¬
риода  любым  светом  приводит  к  устранению  цветения.  Иными
словами,  для  нормального  развития  таких  растений  необходима
непрерывная  темнота.  Под  темнотою  понимается  отсутствие
видимых  человеческим  глазом  излучений.  Каковым  же  должно
быть  действие  инфракрасной  радиации  при  замене  ею  тем¬
ноты?
 В  одном  из  опытов  с  периллой  масличной  последнюю  выра¬
щивали  на  водных  питательных  растворах  Гельригеля  по  одному
растению  в  пробирке  емкостью  в  120  см3.  Раствор  менялся
сперва  через  день,  а  затем  ежедневно.
 Первые  10  суток  периллу  выращивали  на  непрерывном  осве¬
щении.  Последнее  создавалось  за  счет  горения  ламп  накалива¬
ния  в  установке  с  водяным  фильтром.  К  началу  опыта  растения
периллы  имели  по  две  пары  листочков.  В  опытах  было  4  ва¬
рианта.  В  каждом  варианте  по  5  растений.
 Общими  для  всех  вариантов  опыта  были  условия  пребывания
растений  на  свету  по  14  часов  в  сутки  в  одной  осветительной
установке.  Следующие  10  часов  растения  каждого  варианта
находились  в  различных  условиях.
 Растения  первого  варианта  получали  темноту  при  темпера¬
туре  воздуха  в  20—22°  С.  Растения  второго  варианта  на  ночь
помещались  в  термостат  с  температурой  воздуха  30—35°  С.
Растения  третьего  варианта  ночью  получали  инфракрасную
радиацию.  Для  этого  использовалась  специальная  темная  камера
с  потолком  из  марблитового  фильтра,  над  которым  горели
100-ваттные  лампы  накаливания.  Марблит  начинает  пропускать
радиацию  от  длины  волны  в  800—900  ммк.  Вся  видимая  радиа¬
ция  полностью  им  задерживается,  так  что  и  в  этом  случае  10  ча¬
сов  в  сутки  растения  находились  в  темноте.  Мощность  инфра¬
красной  радиации  у  вершин  растений  составляла  около  200  вт/м2.
Температура  воздуха  колебалась  в  пределах  от  28  до  31°  С.  Тем¬
пература  верхних  листьев  растений  доходила  до  35-^36°  С.  Рас¬
тения  четвертой  группы  находились  на  непрерывном  освещении.
 Опыт  продолжался  25  суток.  За  это  время  растения  периллы
достигли  высоты  25  см  и  имели  по  5—7  пар  листьев.  Их  средний
сырой  вес  при  этом  равнялся:  в  первом  варианте  11  г,  во  вто¬
ром—  тоже  11  г,  в  третьем—  13  г  и  в  четвертом  —  9  г.  К  цве¬
тению  и  плодоношению  перешли  растения  только  двух  первых
вариантов,  находившихся  часть  суток  в  темноте,  т.  е.  получивших
нормальный  короткий  день.
 Далее  все  растения  еще  10  суток  находились  на  непрерывном
освещении  для  выяснения  фотопериодического  последействия.

§  5] 	ВЛИЯНИЕ  НА  РАСТЕНИЯ  ИНФРАКРАСНОЙ  РАДИАЦИИ 	153
 Состояние  растений  через  10  суток  после  окончания  опыта  можно
видеть  на  фотографии  (рис.  52).
 Прежде  всего  наблюдается  хороший  рост  всех  растений.  При¬
чем,  особенно  хороши  растения  третьего  варианта,  получавшие
вместо  темноты  инфракрасную  радиацию.  Они  образовали  по
7  пар  листьев  и  самую  большую  растительную  массу  (рис.  52в).
Даже  растения  четвертого  варианта,  находившиеся  все  время  на
непрерывном  освещении,  отставали  от  них  (рис.  52г).  Однако
к  цветению  они  не  перешли.  Очень  существенно,  что  растения
первого  и  второго  вариантов  опыта  (рис.  52а  и  б)  перешли
к  образованию  бутонов  и  цветению  одновременно.  Это  показы¬
вает,  что  они  одинаково  использовали  темноту  на  фоне  темпера¬
туры  воздуха  как  в  20°  С,  так  и  в  30—35°  С!
 Отсюда  следует,  что  не  высокая  температура  воздуха  задер¬
жала  развитие  периллы,  получавшей  темноту  в  камере  с  инфра¬
красным  излучением.
 Очевидно,  инфракрасная  радиация  мешала  течению  темновых
процессов  развития  периллы  и,  следовательно,  она  не  может
быть  приравнена  к  темноте.  Конечный  эффект  воздействия  на
периллу  инфракрасной  радиации  был  таким  же,  как  и  воздей¬
ствие  света,  что  указывает  на  необходимость  дальнейших  иссле¬
дований  роли  инфракрасной  радиации  в  жизни  растений.  Что
касается  механизма  этого  воздействия,  то  он  еще  не  настолько
выяснен,  чтобы  о  нем  можно  было  бы  сказать  что-нибудь  более
определенное.
 Любопытно,  что  в  аналогичных  опытах  с  абиссинской  капу¬
стой,  которая,  наоборот,  ие  цветет  на  коротком  дне,  инфракрас¬
ная  радиация  на  процессы  ее  развития  оказала  такое  же  дей¬
ствие,  как  и  темнота.
 Таким  образом,  уже  первые  опыты  обнаружили,  что  различ¬
ные  виды  неодинаково  реагируют  на  инфракрасную  радиацию.
У  одних  видов  (перилла)  она  мешает  течению  темновых  реак¬
ций,  необходимых  для  их  нормального  развития,  а  у  других
(абиссинская  капуста),  так  же  как  и  темнота,  задерживает  их
развитие.  Это  и  понятно,  для  развития  периллы  нужна  темнота.
Всякая  лучистая  энергия,  в  том  числе  и  инфракрасная,  погло¬
щаемая  тканями  растения,  очевидно,  устраняет  темновые  реак¬
ции.  Что  касается  абиссинской  капусты,  то  ее  развитие  задер¬
живает  «не  темнота,  сама  по  себе,  а  отсутствие  достаточно  мощ¬
ного  лучистого  потока  определенного  спектрального  состава.
 Инфракрасная  радиация,  как  и  следовало  ожидать,  оказывает
на  растения  определенное  влияние  и  не  может  быть  по  своему
воздействию  полностью  приравнена  ни  к  свету,  ни,  тем  более,
к  темноте.  Поглощаясь  тканями  растений,  она  прежде  всего
способствует  их  нагреванию,  которое  в  зависимости  от  других

154  ФИЗИОЛОГИЧЕСКИЕ  ПРОЦЕССЫ  И  ОСОБЕННОСТИ  ЛУЧИСТОГО  ПОТОКА  [гл.  Ill
 условий,  окружающих  растение,  бывает  или  полезным  или
вредным.
 Специальными  опытами  было  показано,  что  вытягивание
растений,  наблюдавшееся  при  их  культуре  на  электрическом
 Рис.  52А.  Перилла  масличная.
 а  —выращенная  в  условиях  14-часового  дня,  ночная  температура
20-22°  С,  б—  14-часового  дня,  ночная  температура  30—35°  С
 освещении,  вызывается  не  инфракрасной  радиацией,  а  просто
недостатком  лучистой  энергии,  в  том  числе  и  инфракрасной.
 На  рис.  53  представлена  фотография  двух  одновозрастных
20-дневных  растений  томатов  сорта  «Пушкинский».  Оба  они
выращены  полностью  на  электрическом  освещении  за  счет  инте-

§  5] 	ВЛИЯНИЕ  НА  РАСТЕНИЯ  ИНФРАКРАСНОЙ  РАДИАЦИИ 	155
 тральных  (общих)  потоков  лучистой  энергии  ламп  накаливания.
Температура  воздуха,  условия  питания  и  уход  в  обоих  случаях
были  совершенно  одинаковы.  К  моменту  фотографирования  рас¬
тение  1  достигло  высоты  48  см  и  образовало  8  листьев.  Расте-
 Рис.  52Б.  Перилла  масличная.
 в  —выращенная  в  условиях  14-часового  дня,  ночью  —  инфракрасное
излучение;  г  —  непрерывного  освещения.
 ние  2  при  том  же  количестве  листьев  имело  высоту  11  см.  Сле¬
довательно,  величина  среднего  междоузлия  в  первом  случае
достигла  6  см,  а  во  втором  —  только  1,3  см.
 Растение  1,  выращенное  при  помощи  лучистого  потока  в
150  вт/м3у  имело  по  сравнению  с  растением  2  сильно  вытянутые

156  ФИЗИОЛОГИЧЕСКИЕ  ПРОЦЕССЫ  И  ОСОБЕННОСТИ  ЛУЧИСТОГО  потока  [гл.  Ill
 *гО
 гп
 междоузлия,  что  и  является  обычным  для  культуры  томатов
на  электрическом  освещении.  О  нем  можно  сказать,  что  оно
вытянуто.  А  так  как  до  90%  всякого  интегрального  потока  ламп
накаливания  составляет  инфракрасная  радиация,  в  какой-то  мере
оправдывается  и  предположение  о  возможном  участии  в  растя¬
жении  междоузлий  ее  дей¬
ствия.  Однако  во  втором
случае  растение  со  сбли¬
женными  междоузлиями
взято  из  варианта,  где  они
получали  такой  же  электри¬
ческий  свет  только  мощно¬
стью  600  вт!м2.
 Следовательно,растение  2
выращивалось  в  условиях
лучистого  потока,  содер¬
жащего  то  же  процентное
соотношение  инфракрасной
радиации,  что  и  в  первом
случае,  но  при  значительно
большем  абсолютном  ее  ко¬
личестве.  Если  вытянутости
первого  растения  способ¬
ствовала  инфракрасная  ра¬
диация,  то  непонятно,  по¬
чему  ее  4-кратное  увеличе¬
ние  в  другом  варианте  (рас¬
тение  2)  привело,  наоборот,
к  компактному  росту  стебля.
Гораздо  вероятнее  предпо¬
ложение,  что  растение  1  име¬
ло  несколько  вытянутый
стебель  из-за  недостатка
общей  мощности  лучистого
потока,  а  следовательно,  и
благодаря  малому  количе¬
ству  инфракрасной  радиа¬
ции.  Увеличение  ее  при  том  же  соотношении  с  видимым  излу¬
чением,  за  счет  возрастания  общей  мощности  радиации  ламп
накаливания,  способствовало  устранению  растяжения  междоуз¬
лий  стебля.
 На  основании  этого  опыта  можно  сделать  вывод  об  ошибоч¬
ности  положения,  приписывающего  инфракрасной  радиации  роль
фактора,  вытягивающего  осевые  органы  растений.  Теперь  есть
все  основания  для  утверждения  прямо  противоположного:  ве¬
роятно,  инфракрасная  радиация,  как  и  всякая  другая,  при  опре¬
 -
 5J/
 Рис.  53.  Одновозрастная  рассада  тома¬
тов,  выращенная  в  лучистых  потоках
ламп  накаливания  при  высокой  темпе¬
ратуре  воздействия  (25°  С).
 1  -  150  вт/м-;  2  -  600  вт/ма.

ВЛИЯНИЕ  НА  РАСТЕНИЯ  ИНФРАКРАСНОЙ  РАДИАЦИИ
 157
 §  5]
 деленных  мощностях  способствует  задержке  роста  стеблей.
Например,  подсемядольные  колена  огурцов  вытягиваются  до
12—14  см  при  мощности  лучистого  потока  ламп  накаливания
в  200  вт/м2,  что  соответствует  обычно  принятой  освещенности
в  6—7  тысяч  люксов.  Утроение  мощности  потока  ламп  накали¬
вания  и,  следовательно,  утроение  и  количества  инфракрасной
радиации  приводит  к  значительному  сокращению  подсемядоль¬
ного  колена  огурцов.  В  последних  условиях  длина  его  не  превы¬
шает  4  см.  Таким  образом,  и  в  этом  случае  скорей  можно  сде¬
лать  вывод  о  задерживающем  рост  действии  инфракрасного
излучения,  а  уж  никак  не  о  способности  его  вытягивать  растения.
 Наконец,  третьим  примером  неправильного  представления
о  роли  инфракрасной  радиации  в  жизни  растений  может  слу¬
жить  абиссинская  капуста.  Как  и  все  крестоцветные,  она  очень
чувствительна  к  недостатку,  освещения.  Потому  при  малых
мощностях  лучистого  потока  ламп  накаливания  она  имела  вид
этиолированного  растения.  Глядя  на  нее,  с  еще  большим  осно¬
ванием  можно  было  бы  утверждать  о  вреде  инфракрасной  радиа¬
ции.  Однако  после  увеличения  мощности  лучистого  потока
с  200  до  700  вт/м2  абиссинская  капуста  превратилась  почти
в  розеточное  растение,  настолько  были  сокращены  ее  междо¬
узлия.
 В  свете  только  что  изложенных  фактов  положение  о  вытяги¬
вающем  действии  инфракрасной  радиации  выглядит  чрезвычайно
неубедительно.  Все  случаи  ненормального  роста  растений,  опи¬
санные  в  литературе,  связаны,  прежде  всего,  с  недостатком
общего  количества  лучистой  энергии.  В  этом  отношении  осо¬
бенно  убедителен  опыт  с  абиссинской  капустой,  результаты  кото¬
рого  представлены  на  рис.  54.  Опыт  заключался  в  выращивании
абиссинской  капусты,  начиная  с  прорастания  семян,  на  свету
ламп  накаливания  с  интегральной  мощностью  лучистого  потока
в  400  вт/м2,  на  непрерывном  освещении  (рис.  54а),  на  коротком
дне  продолжительностью  в  12  часов  при  12-часовой  обычной
ночи  (полная  темнота)  (рис.  546),  а  также  на  12-часовом  дне,
но  12  часов  темноты  заменялись  инфракрасной  радиацией
(рис.  54в).  Последняя,  мощностью  около  300  вт/м2,  выделялась
из  лучистого  потока  ламп  накаливания  при  помощи  марблито-
вого  фильтра.  Все  растения  выращивались  в  пробирках  одина¬
кового  объема  на  питательном  растворе  Гельригеля,  ежедневно
менявшемся.  Пробирки  с  растениями,  по  пяти  растений  в  ва¬
рианте,  находились  в  темных  ящиках.  Нетрудно  видеть,  что
наиболее  компактными  размерами  и  почти  полным  отсутствием
стебля  отличается  растение,  получавшее  вместо  темноты  инфра¬
красную  радиацию.  Располагая  такими  фактами,  трудно  пове¬
рить,  что  инфракрасная  радиация  способствует  вытягиванию
растений.

158  ФИЗИОЛОГИЧЕСКИЕ  ПРОЦЕССЫ  И  ОСОБЕННОСТИ  ЛУЧИСТОГО  ПОТОКА  [гл.  III
 В  табл.  26  приведены  в  относительных  величинах  основные
показатели  различия  растений  абиссинской  капусты  из  описан¬
ного  выше  опыта.
 Замена  непрерывного  освещения  12-часовым  днем  привела
к  снижению  высоты  растений  на  25%,  а  если  вместо  темноты
давалась  инфракрасная  радиация,  то  рост  в  высоту  был  еще
 Рис.  54.  Молодые  растения  абиссинской  капусты.
 а  —  выращенные  на  непрерывном  освещении,  б  —  на  12-часовом
дне,  в  —на  12-часовом  дне  при  замене  темноты  инфракрасным
излучением.
 меньшим  и  достигал  только  50%.  Аналогичная  зависимость
наблюдалась  и  в  отношении  сухого  веса  растений,  который  был
в  два  раза  меньше  у  растений,  получавших  12  часов  света  и
 Таблица  26
 Влияние  инфракрасной  радиации  на  рост  абиссинской  капусты  (%)
 Условия  выращивания
 Высота
 растений
 Количе¬
 ство
 сухого
 веще¬
 ства
 %-е  отноше¬
ние  сухого
вещества
к  сырому
весу  расте¬
ний
 Расход
 воды
 одним
 средним
 расте¬
 нием
 Непрерывное  освещение  ....
 100
 100
 4,6
 100
 12-часовой  день
 12-часовой  день,  затем  12  часов
 75
 62
 3,3
 117
 инфракрасной  радиации  .  .  .
 50
 50
 5,2
 127

ВЛИЯНИЕ  НА  РАСТЕНИЯ  ИНФРАКРАСНОЙ  РАДИАЦИИ
 159
 §  5]
 12  часов  инфракрасной  радиации  по  сравнению  с  растениями,
освещавшимися  непрерывно.  Пребывание  абиссинской  капусты
просто  на  коротком  дне  снизило  количество  сухого  вещества
на  38%.
 Таким  образом,  инфракрасная  радиация  по  сравнению  с  тем¬
нотою  еще  больше  задержала  рост  растений  в  высоту  и  снизила
накопление  сухой  массы.
 Выращивание  растений  на  питательных  растворах  в  пробир¬
ках  емкостью  около  100  см3  позволило  довольно  точно  просле¬
дить  за  расходом  воды  растениями  в  зависимости  от  световых
условий.  При  этом  обнаружилось  неожиданное  явление.  Растения
на  коротком  дне,  находясь  половину  времени  в  темноте,  расхо¬
довали  воды  на  17%  больше,  чем  растения,  росшие  все  время
на  свету.  Замена  темноты  инфракрасной  радиацией  привела
к  еще  большему  расходу  воды,  увеличившемуся  по  сравнению
с  непрерывным  освещением  на  27%.  Цифры  эти  нельзя  считать
случайными,  так  как  повторение  опыта  дало  такие  же  резуль¬
таты.  Отсюда  возникает  предположение,  что  изменение  в  тече¬
ние  суток  световых  условий  приводит  к  некоторому  повышению
расходования  воды  растениями  абиссинской  капусты.  Любо¬
пытно,  что  наименьшей  оводненностью  обладали  растения,  полу¬
чавшие  инфракрасную  радиацию  вместо  темноты,  второе  место
занимали  растения,  непрерывно  освещавшиеся,  и  третье  место  —
растения,  росшие  на  коротком  дне.  В  чем  тут  дело,  сказать
пока  трудно,  но  все  эти,  на  первый  взгляд  противоречивые,  дан¬
ные  показывают,  что  инфракрасная  радиация  по  своему  воздей¬
ствию  на  растения  иной  раз  отличается  как  от  света,  так  и  от
темноты.
 Еще  более  интересные  результаты  дал  аналогичный,  но  более
длительный  опыт  с  бриофиллумом.
 Бриофиллум  характерен  тем,  что  размножается  листовыми
почками,  поэтому  его  называют  живородкой.  Почки,  взятые  из
одной  части  одного  листа,  совершенно  одинаковы  и  вследствие
этого  являются  хорошими  объектами  для  точных  физиологиче¬
ских  опытов.  Листовые  почки,  посаженные  по  нескольку  штук
в  большие  цветочные  горшки,  выращивались  в  течение  75  суток
в  разных  вариантах.
 В  первом  варианте  растения  выращивались  на  непрерывном
освещении,  создаваемом  за  счет  установки  с  лампами  накалива¬
ния  мощностью  в  150  вт/м2  и  водяным  фильтром.  Растения  вто¬
рого  варианта  выращивались  в  этих  же  световых  условиях,  но
только  на  коротком,  12-часовом  дне,  а  другие  12  часов  нахо¬
дились  в  темноте.  Растения  третьего  варианта  также  находились
по  12  часов  в  сутки  в  той  же  осветительной  установке,  но  вместо
темноты  помещались  в  камеру,  потолок  которой  излучал  инфра¬
красную  радиацию.

160  ФИЗИОЛОГИЧЕСКИЕ  ПРОЦЕССЫ  И  ОСОБЕННОСТИ  ЛУЧИСТОГО  ПОТОКА  [ГЛ.  III
 Через  месяц  после  начала  опыта  у  растений,  получавших
непрерывное  освещение,  на  третьей  паре  листьев  появились
почки  размножения.  На  коротком  дне  их  не  было  до  конца
опыта.  Не  образовались  листовые  почки  и  у  растений,  получав¬
ших  вместо  темноты  инфракрасную  радиацию.
 Растения  трех  вариантов  этого  опыта  очень  сильно  отлича¬
лись  друг  от  друга  по  окраске  листьев.  Листья  у  растений,  полу¬
чавших  короткий  день,  были  совершенно  зеленые  без  всяких
признаков  антоциана.  У  растений,  получавших  непрерывное
освещение,  листья  были  слабо  окрашены  антоцианом,  зато
листья  растений,  получавших  12  часов  света,  а  затем  12  часов
инфракрасной  радиации,  были,  особенно  по  краям,  очень  сильно
окрашены  антоцианом.  Они  выглядели  совершенно  пестрыми.
Кроме  того,  эти  же  растения  были  самыми  крупными.
 Для  получения  цифровых  характеристик  прироста  было
взято  по  три  лучших  растения  из  каждого  варианта  и  для  них
получены  средние  величины,  собранные  в  табл.  27.  Причем,  как
и  следовало  ожидать,  растения  одного  варианта  опыта  были
выравненными.
 Таблица  27
 Влияние  инфракрасной  радиации  на  накопление  растительной  массы
 бриофиллумом
 Условия  выращи¬
вания
 Высота
 расте¬
 ния,
 см
 Сырой  вес
 Сухой  вес
 %  сухого
вещества
к  сыро¬
му  весу
растений
 Число
 листьев
 (узлов)
 г
 %
 мг
 %
 Непрерывное  осве¬
 щение
 11,5
 25,66
 100
 1,52
 1С0
 5,8
 8
 12-часовой  день  .  .
 12,7
 23,43
 88
 0,84
 55
 3,5
 6
 То  же,  затем  12  ча¬
 сов  инфракрасной
 радиации  ....
 13,8
 39,87
 154
 2,30
 151
 5,7
 .  7
 Средний  вес  растений  (и  сырой  и  сухой)  оказался  наиболь¬
шим  у  растений,  -получавших  12  часов  света,  а  затем  12  часов
инфракрасной  радиации.  Если  на  коротком  дне  по  сравнению
с  непрерывным  освещением  растения  бриофиллума  снизили
сухую  массу  на  45%,  то  замена  темноты  инфракрасной  радиа¬
цией  привела  к  увеличению  сухого  веса  на  50%.  Понятно,  что
дело  не  в  этих  цифрах,  а,  вообще,  в  самом  явлении  повыше¬
ния  сухого  веса  растений  за  счет  инфракрасной  радиации,  да¬
ваемой  после  12  часов  света  вместо  темноты.

§  5] 	ВЛИЯНИЕ  НА  РАСТЕНИЯ  ИНФРАКРАСНОЙ  РАДИАЦИИ 	161
 И  в  этом  опыте  снова  обнаружилось  действие  инфракрасной
радиации  в  «фотопериодической»  реакции  растений,  отличное
от  влияния  света  и  темноты.  Подобно  темноте,  при  12-часовом
воздействии  инфракрасная  радиация  задержала,  по  сравнению
со  светом,  образование  листовых  почек  бриофиллума.  Подобно
свету  и  вопреки  действию  темноты,  она  способствовала  образо¬
ванию  антоциана,  а  главное,  лучшему  накоплению  сырой  и  сухой
растительной  массы.
 Процент  сухого  вещества  к  общей  растительной  массе  был
одинаковым  на  непрерывном  освещении  и  у  растений,  получав¬
ших  при  12-часовом  дне  12  часов  инфракрасной  радиации  вместо
темноты.  Очевидно,  процессы  синтеза  органического  вещества
под  воздействием  инфракрасной  радиации  шли  иначе,  чем  в  тем¬
ноте,  и  даже,  возможно,  лучше,  чем  в  условиях  лучистого  потока,
состоящего  наполовину  из  видимой  радиации.
 Обычно  для  устранения  «вредного  вытягивающего»  действия
инфракрасной  радиации  рекомендуется  использование  водяных
экранов  с  возможно  холодной  проточной  водой.  Назначение
последней  заключается  в  устранении  теплового  излучения.  Пря¬
мые  опыты  с  рядом  теплолюбивых  овощных  культур  показали,
что  чем  ниже  температура  водяного  потолка,  тем  хуже  рост
растений.
 Вот  один  из  примеров.  Клинские  огурцы  выращивали  на
свету  ламп  накаливания  в  300  вт  (по  5  штук  на  0,25  м2).  Колбы
ламп  погружали  в  проточную  воду,  находящуюся  в  специальной
кювете  со  стеклянным  дном.
 В  одной  из  таких  установок  температура  воды  в  кювете,  со¬
ставлявшей  потолок  установки,  поддерживалась  на  уровне  15°  С.
Во  второй,  точно  такой  же  установке,  температура  водяного
потолка  была  выше  в  3  раза  и  достигала  45°  С.  Все  остальные
условия  выращивания  огуречных  растений  были  совершенно  оди¬
наковы.
 По  общераспространенному  мнению,  огурцы  в  установке
с  температурой  воды  в  фильтре  в  15°  С  должны  бы  были
расти  лучше,  чем  во  второй  установке,  где  температура  воды
имела  45°  С.  Однако  в  действительности  наблюдалось  обратное
явление,  изображенное  на  рис.  55.
 Более  теплая  вода  в  фильтре  способствовала  лучшему  росту
огурцов  и  их  большей  продуктивности  по  накоплению  сухой
растительной  массы.  Последняя  была  в  2,5  раза  больше,  чем
у  растений  огурцов  в  установке  с  более  холодным  потолком,
что  не  может  быть  не  связано  с  увеличением  мощности  излу¬
чения  при  повышении  температуры  воды  в  фильтре.  Измерения
показали,  что  при  изменении  температуры  воды  в  фильтре
от  0  до  60°  С  мощность  лучистого  потока  увеличивается  на
70%.
 И  Зак.  196.

162  ФИЗИОЛОГИЧЕСКИЕ  ПРОЦЕССЫ  И  ОСОБЕННОСТИ  ЛУЧИСТОГО  потока  [гл.  Ill
 Опыты  подобного  типа  не  только  помогли  выращивать  расте¬
ния  на  электрическом  освещении,  но  и  показали  большое  значе¬
ние  теплообмена  растений  с  внешней  средой.
 Все  изложенное  выше  приводит  к  убеждению,  что  инфракрас¬
ная  радиация  вредна  для  растений  не  сама  по  себе,  а  только
в  определенных  температурных  условиях,  например  при  относи¬
тельно  высоких  температурах  воздуха  —  порядка  25—30°  С.
 ;  2
 Рис.  55.  Рассада  клинских  огурцов,  выращенная  в  одинаковых
осветительных  установках,  но  при  различной  температуре  воды
 в  фильтрах.
 7  —при  температуре  15°  С;  2—при  температуре  45°  С.
 В  этих  условиях,  при  полном  отсутствии  естественного  освеще¬
ния,  пользуясь  световым  потоком  ламп  накаливания,  необходимо
принимать  меры  к  устранению  перегрева  растений.
 Применение  водяных  фильтров  приводит  к  значительному
устранению  инфракрасной  радиации,  повышающей  температуру
растений.  Но  если  инфракрасная  радиация  не  вредна  сама  по
себе,  то  нет  нужды  и  в  ее  удалении,  так  как  перегрев  растений
может  быть  устранен  рассредоточением  мощности  лучистого
потока.  Замена  одной  крупной  лампы  несколькими  мелкими
не  только  устраняет  опасные  местные  перегревы,  но  в  то  же
время  делает  свет  более  объемным.  Так,  например,  вместо  одной
300-ваттной  лампы  накаливания  для  освещения  той  же  площади,

§  5] 	ВЛИЯНИЕ  НА  РАСТЕНИЯ  ИНФРАКРАСНОЙ  РАДИАЦИИ 	163
 выгоднее  пользоваться  24-мя  6-вольтовыми  автомобильными
лампочками.  Последние  удобны  не  только  потому,  что  они  дают
возможность  получать  наиболее  '  равномерное  распределение
мощностей  на  данной  площади,  но  и  потому,  что,  имея  толстую
нить,  они  не  приводят  к  уменьшению  отдачи  энергии  в  видимой
области,  чем  выгодно  отличаются  от  высоковольтных  маловатт¬
ных  ламп.  Мелкие  лампы  обжигают  растение  только  в  резуль¬
тате  непосредственного  контакта.
 В  условиях  высоких  температур  воздуха  на  свету  мелких
ламп  накаливания  были  получены  хорошие  растения  сеянцев
лимона,  земляники,  огурцов  и  некоторых  других  видов.  И  это,
несмотря  на  то,  что  в  установке  с  мелкими  лампочками  общая
мощность  лучистого  потока  была  в  пять  раз  меньше  по  срав¬
нению  с  солнечной  (в  полуденные  часы)  при  выражении  ее
в  энергетических  единицах  и  в  30  раз  меньшей  при  оценке  ее
в  люксах.
 Таким  образом,  слабый  свет  при  высокой  температуре  воз¬
духа,  вопреки  утверждениям,  встречающимся  в  литературе,
давал  и  дает  в  наших  опытах  хорошие  результаты  при  выращи¬
вании  некоторых  видов  растений.
 И  эти  факты,  а  главное  изложенные  ниже  закономерности
использования  растениями  света  в  зависимости  от  мощности
лучистого  потока  и  температуры  воздуха  окружающего  их,  при¬
вели  нас  к  убеждению,  что  при  избытке  любого  излучения,  и,
конечно,  особенно  инфракрасного,  необходимо  понижать  темпе¬
ратуру  воздуха,  а  при  недостатке  его,  -наоборот,  повышать,  но,
конечно,  только  до  определенных  пределов,  неодинаковых  для
разных  видов.
 Инфракрасная  радиация  не  вообще  перегревает  растения,
а  только  при  высоких  воздушных  температурах.  Только  в  этом
случае  возможно  губительное  влияние  ее,  однако  оно  будет  выра¬
жаться  не  в  вытягивании  растений,  а  просто  в  сжигании  их.  Для
того  чтобы  избежать  этого,  достаточно  понизить  температуру
воздуха  до  такого  предела,  когда  собственная  температура
растений,  зависящая  от  мощности  лучистого  потока,  не  будет
превышать  25—30°  С.
 Пользуясь  достаточно  низкими  температурами  воздуха,  можно
выращивать  растения  непосредственно  под  500-ваттными  лам¬
пами  накаливания  при  мощности  лучистого  потока  в  1  квт/м2  и
выше  без  всякого  вреда.  Примером  этому  являются  опыты,
проведенные  В.  Г.  Кармановым  -еще  зимою  1947/1948  г.  В  тем¬
ном  сарае,  имевшем  температуру  воздуха,  такую  же  как  на
улице  в  самый  холодный  период  (конец  января  —  начало
февраля),  когда  морозы  держались  на  уровне  12—18°С,  в  лучи¬
стом  потоке  500-ваттных  ламп  накаливания  были  выращены
редис  розовый  с  белым  кончиком  и  рассада  томатов,  доведенная

160  ФИЗИОЛОГИЧЕСКИЕ  ПРОЦЕССЫ  И  ОСОБЕННОСТИ  ЛУЧИСТОГО  ПОТОКА  [ГЛ.  III
 Через  месяц  после  начала  опыта  у  растений,  получавших
непрерывное  освещение,  на  третьей  паре  листьев  появились
почки  размножения.  На  коротком  дне  их  не  было  до  конца
опыта.  Не  образовались  листовые  почки  и  у  растений,  получав¬
ших  вместо  темноты  инфракрасную  радиацию.
 Растения  трех  вариантов  этого  опыта  очень  сильно  отлича¬
лись  друг  от  друга  по  окраске  листьев.  Листья  у  растений,  полу¬
чавших  короткий  день,  были  совершенно  зеленые  без  всяких
признаков  антоциана.  У  растений,  получавших  непрерывное
освещение,  листья  были  слабо  окрашены  антоцианом,  зато
листья  растений,  получавших  12  часов  света,  а  затем  12  часов
инфракрасной  радиации,  были,  особенно  по  краям,  очень  сильно
окрашены  антоцианом.  Они  выглядели  совершенно  пестрыми.
Кроме  того,  эти  же  растения  были  самыми  крупными.
 Для  получения  цифровых  характеристик  прироста  было
взято  по  три  лучших  растения  из  каждого  варианта  и  для  них
получены  средние  величины,  собранные  в  табл.  27.  Причем,  как
и  следовало  ожидать,  растения  одного  варианта  опыта  были
выравненными.
 Таблица  27
 Влияние  инфракрасной  радиации  на  накопление  растительной  массы
 бриофиллумом
 Условия  выращи¬
вания
 Высота
 расте¬
 ния,
 см
 Сырой  вес
 Сухой  вес
 %  сухого
вещества
к  сыро¬
му  весу
растений
 Число
 листьев
 (узлов)
 г
 %
 мг
 %
 Непрерывное  осве¬
 щение
 11,5
 25,66
 100
 1,52
 1С0
 5,8
 8
 12-часовой  день  .  .
 12,7
 23,43
 88
 0,84
 55
 3,5
 6
 То  же,  затем  12  ча¬
 сов  инфракрасной
 радиации  ....
 13,8
 39,87
 154
 2,30
 151
 5,7
 7
 Средний  вес  растений  (и  сырой  и  сухой)  оказался  наиболь¬
шим  у  растений,  получавших  12  часов  света,  а  затем  12  часов
инфракрасной  радиации.  Если  на  коротком  дне  по  сравнению
с  непрерывным  освещением  растения  бриофиллума  снизили
сухую  массу  на  45%,  то  замена  темноты  инфракрасной  радиа¬
цией  привела  к  увеличению  сухого  веса  на  50%.  Понятно,  что
дело  не  в  этих  цифрах,  а,  вообще,  в  самом  явлении  повыше¬
ния  сухого  веса  растений  за  счет  инфракрасной  радиации,  да¬
ваемой  после  12  часов  света  вместо  темноты.

§  5] 	ВЛИЯНИЕ  НА  РАСТЕНИЯ  ИНФРАКРАСНОЙ  РАДИАЦИИ 	161
 И  в  этом  опыте  снова  обнаружилось  действие  инфракрасной
радиации  в  «фотопериодической»  реакции  растений,  отличное
от  влияния  света  и  темноты.  Подобно  темноте,  при  12-часовом
воздействии  инфракрасная  радиация  задержала,  по  сравнению
со  светом,  образование  листовых  почек  бриофиллума.  Подобно
свету  и  вопреки  действию  темноты,  она  способствовала  образо¬
ванию  антоциана,  а  главное,  лучшему  накоплению  сырой  и  сухой
растительной  массы.
 Процент  сухого  вещества  к  общей  растительной  массе  был
одинаковым  на  непрерывном  освещении  и  у  растений,  получав¬
ших  при  12-часовом  дне  12  часов  инфракрасной  радиации  вместо
темноты.  Очевидно,  процессы  синтеза  органического  вещества
под  воздействием  инфракрасной  радиации  шли  иначе,  чем  в  тем¬
ноте,  и  даже,  возможно,  лучше,  чем  в  условиях  лучистого  потока,
состоящего  наполовину  из  видимой  радиации.
 Обычно  для  устранения  «вредного  вытягивающего»  действия
инфракрасной  радиации  рекомендуется  использование  водяных
экранов  с  возможно  холодной  проточной  водой.  Назначение
последней  заключается  в  устранении  теплового  излучения.  Пря¬
мые  опыты  с  рядом  теплолюбивых  овощных  культур  показали,
что  чем  ниже  температура  водяного  потолка,  тем  хуже  рост
растений.
 Вот  один  из  примеров.  Клинские  огурцы  выращивали  на
свету  ламп  накаливания  в  300  ет  (по  5  штук  на  0,25  м2).  Колбы
ламп  погружали  в  проточную  воду,  находящуюся  в  специальной
кювете  со  стеклянным  дном.
 В  одной  из  таких  установок  температура  воды  в  кювете,  со¬
ставлявшей  потолок  установки,  поддерживалась  на  уровне  15°  С.
Во  второй,  точно  такой  же  установке,  температура  водяного
потолка  была  выше  в  3  раза  и  достигала  45°  С.  Все  остальные
условия  выращивания  огуречных  растений  были  совершенно  оди¬
наковы.
 По  общераспространенному  мнению,  огурцы  в  установке
с  температурой  воды  в  фильтре  в  15°  С  должны  бы  были
расти  лучше,  чем  во  второй  установке,  где  температура  воды
имела  45°  С.  Однако  в  действительности  наблюдалось  обратное
явление,  изображенное  на  рис.  55.
 Более  теплая  вода  в  фильтре  способствовала  лучшему  росту
огурцов  и  их  большей  продуктивности  по  накоплению  сухой
растительной  массы.  Последняя  была  в  2,5  раза  больше,  чем
у  растений  огурцов  в  установке  с  более  холодным  потолком,
что  не  может  быть  не  связано  с  увеличением  мощности  излу¬
чения  при  повышении  температуры  воды  в  фильтре.  Измерения
показали,  что  при  изменении  температуры  воды  в  фильтре
от  0  до  60°  С  мощность  лучистого  потока  увеличивается  на
70%.
 И  Зак.  196.

162  ФИЗИОЛОГИЧЕСКИЕ  ПРОЦЕССЫ  И  ОСОБЕННОСТИ  ЛУЧИСТОГО  ПОТОКА  [ГЛ.  III
 Опыты  подобного  типа  не  только  помогли  выращивать  расте¬
ния  на  электрическом  освещении,  но  и  показали  большое  значе¬
ние  теплообмена  растений  с  внешней  средой.
 Все  изложенное  выше  приводит  к  убеждению,  что  инфракрас¬
ная  радиация  вредна  для  растений  не  сама  по  себе,  а  только
в  определенных  температурных  условиях,  например  при  относи¬
тельно  высоких  температурах  воздуха  —  порядка  25—30°  С.
 7 	2
 Рис.  55.  Рассада  клинских  огурцов,  выращенная  в  одинаковых
осветительных  установках,  но  при  различной  температуре  воды
 в  фильтрах.
 1  —  при  температуре  15°  С;  2  —при  температуре  45°  С.
 В  этих  условиях,  при  полном  отсутствии  естественного1  освеще¬
ния,  пользуясь  световым  потоком  ламп  накаливания,  необходимо
принимать  меры  к  устранению  перегрева  растений.
 Применение  водяных  фильтров  приводит  к  значительному
устранению  инфракрасной  радиации,  повышающей  температуру
растений.  Но  если  инфракрасная  радиация  не.  вредна  сама  по
себе,  то  нет  нужды  и  в  ее  удалении,  так  как  перегрев  растений
может  быть  устранен  рассредоточением  мощности  лучистого
потока.  Замена  одной  крупной  лампы  несколькими  мелкими
не  только  устраняет  опасные  местные  перегревы,  но  в  то  же
время  делает  свет  более  объемным.  Так,  например,  вместо  одной
300-ваттной  лампы  накаливания  для  освещения  той  же  площади,

§  5) 	ВЛИЯНИЕ  НА  РАСТЕНИЯ  ИНФРАКРАСНОЙ  РАДИАЦИИ 	163
 выгоднее  пользоваться  24-мя  6-вольтовыми  автомобильными
лампочками.  Последние  удобны  не  только  потому,  что  они  дают
возможность  получать  наиболее  равномерное  распределение
мощностей  на  данной  площади,  но  и  потому,  что,  имея  толстую
нить,  они  не  приводят  к  уменьшению  отдачи  энергии  в  видимой
области,  чем  выгодно  отличаются  от  высоковольтных  маловатт¬
ных  ламп.  Мелкие  лампы  обжигают  растение  только  в  резуль¬
тате  непосредственного  контакта.
 В  условиях  высоких  температур  воздуха  на  свету  мелких
ламп  накаливания  были  получены  хорошие  растения  сеянцев
лимона,  земляники,  огурцов  и  некоторых  других  видов.  И  это,
несмотря  на  то,  что  в  установке  с  мелкими  лампочками  общая
мощность  лучистого  потока*  была  в  пять  раз  меньше  по  срав¬
нению  с  солнечной  (в  полуденные  часы)  при  выражении  ее
в  энергетических  единицах  и  в  30  раз  меньшей  при  оценке  ее
в  люксах.
 Таким  образом,  слабый  свет  при  высокой  температуре  воз¬
духа,  вопреки  утверждениям,  встречающимся  в  литературе,
давал  и  дает  в  наших  опытах  хорошие  результаты  при  выращи¬
вании  некоторых  видов  растений.
 И  эти  факты,  а  главное  изложенные  ниже  закономерности
использования  растениями  света  в  зависимости  от  мощности
лучистого  потока  и  температуры  воздуха  окружающего  их,  при¬
вели  нас  к  убеждению,  что  при  избытке  любого  излучения,  и,
конечно,  особенно  инфракрасного,  необходимо  понижать  темпе¬
ратуру  воздуха,  а  при  недостатке  его,  наоборот,  повышать,  но,
конечно,  только  до  определенных  пределов,  неодинаковых  для
разных  видов.
 Инфракрасная  радиация  не  вообще  перегревает  растения,
а  только  при  высоких  воздушных  температурах.  Только  в  этом
случае  возможно  губительное  влияние  ее,  однако  оно  будет  выра¬
жаться  не  в  вытягивании  растений,  а  просто  в  сжигании  их.  Для
того  чтобы  избежать  этого,  достаточно  понизить  температуру
воздуха  до  такого  предела,  когда  собственная  температура
растений,  зависящая  от  мощности  лучистого  потока,  не  будет
превышать  25—30°  С.
 Пользуясь  достаточно  низкими  температурами  воздуха,  можно
выращивать  растения  непосредственно  под  500-ваттными  лам¬
пами  накаливания  при  мощности  лучистого  потока  в  1  квт/м2  и
выше  без  всякого  вреда.  Примером  этому  являются  опыты,
проведенные  В.  Г.  Кармановым  еще  зимою  1947/1948  г.  В  тем¬
ном  сарае,  имевшем  температуру  воздуха,  такую  же  как  на
улице  в  самый  холодный  период  (конец  января  —  начало
февраля),  когда  морозы  держались  на  уровне  12—18°  С,  в  лучи¬
стом  потоке  500-ваттных  ламп  накаливания  были  выращены
редис  розовый  с  белым  кончиком  и  рассада  томатов,  доведенная
 И*

164  ФИЗИОЛОГИЧЕСКИЕ  ПРОЦЕССЫ  И  ОСОБЕННОСТИ  ЛУЧИСТОГО  потока  [гл.  III
 до  начала  цветения.  Температура  почвы  поддерживалась  на
уровне  10—12°  С  за  счет  поглощения  ею  лучистой  энергии  лампы
накаливания.  Кроме  того,  на  случай,  если  бы  этой  энергии
не  хватало,  почва  могла  подогреваться  накалом  спирали,  погру¬
женной  на  дно  сосуда.  Растения  находились  в  10—15  см  от
нити  ламп  и  не  сжигались  и  не  вытягивались.
 В  этих  опытах  нагрев  мощным,  в  основном  инфракрасным,
лучистым  потоком  уравновешивался  большой  теплоотдачей  с  по¬
верхности  растений,  определяющейся  «низкими  температурами
окружающего  воздуха.  Теплообмен  растений  с  внешней  средой
был  таков,  что  они  не  успевали  нагреться  до  губительных  для
них  пределов.  В  результате  за  20  суток  опыта  были  получены
очень  хорошего  качества  корнеплоды  редиса,  достигавшие
веса  30  г.  Несмотря  на  то,  что  освещение  было  непрерывным
(прерывание  его  привело  бы  к  замерзанию  растений),  редис
не  стрелковался.  Больше  того,  он  развил  очень  незначительное
количество  листьев  (2—3  листа)  и  до  конца  сохранил  семядоли.
Последние  разрослись  до  необычайных  размеров  и  достигли  зна¬
чительной  толщины  (до  2,5—3  мм).  У  отдельных  растений
корнеплоды  образовались  только  за  счет  синтеза  разросшихся
семядолей.
 Очевидно,  в  условиях  очень  интенсивного  теплообмена  расте¬
ния  с  воздухом  онтогенез  его  идет  по-иному.  Однако  главным
практическим  выводом  из  этих  опытов  является  полная  возмож¬
ность  устранения  излишнего  перегрева  растений  мощными  пото¬
ками  ламп  накаливания  выращиванием  их  в  помещениях  с  пони¬
женными  температурами  воздуха.
 Следовательно:  1)  инфракрасная  радиация  не  способствует
вытягиванию  растений,  наоборот,  она  определяет  компактность
их  роста;  2)  вредное  действие  инфракрасной  радиации,  выра¬
жающееся  в  перегреве  растений,  определяется  условиями  тепло¬
обмена  растения  со  средой  и  может  быть  легко  устранено;
3)  в  условиях  пониженных  воздушных  температур  при  благо¬
приятном  теплообмене  инфракрасная  радиация  оказывается  для
растений  весьма  полезной.
 Определяя  температуру  растений,  инфракрасная  радиация
может  быть  и  полезна  и  вредна,  в  зависимости  от  внешних  усло¬
вий  и  мощности  лучистого  потока.  Такими  же  свойствами,  хотя
может  быть  и  в  меньшей  степени,  должна  обладать  и  видимая
радиация.
 §  6.  Влияние  на  растения  ультрафиолетовой  радиации
 Вредное  действие  ультрафиолетового  излучения  ртутно-квар¬
цевых  ламп  на  растительные  организмы  быстро  усиливается
по  мере  уменьшения  длины  волны  от  290  до  200  ммк.

ВЛИЯНИЕ  НА  РАСТЕНИЯ  УЛЬТРАФИОЛЕТОВОЙ  РАДИАЦИИ
 165
 §  6]
 Лучи  до  290  ммк,  находящиеся  в  солнечном  спектре  у  поверх¬
ности  земли,  считаются  безвредными  и  даже,  наоборот,  необхо¬
димыми  для  жизни  растений.  О  них  принято  говорить,  что  они
имеют  некоторое  значение  для  формирования  и  химического
состава  растений.  Особняком  стоит  сообщение  Уршпрунга,  на¬
блюдавшего  в  1918  г.  заметное  накопление  крахмала  за  преде¬
лами  фиолетового  излучения,  т.  е.  в  ближней  ультрафиолетовой
области.
 Из  данных  зарубежных  авторов  следует,  что  при  использо¬
вании  светофильтров,  пропускающих  короткие  ультрафиолето¬
вые  лучи  с  длиной  волны  в  286  ммк,  повреждение  растений,  на¬
пример  помидоров,  наблюдается  через  16—17  часов.  Особенно
быстро  ультрафиолетовыми  лучами  повреждаются  растения,
находящиеся  в  тени  или  выросшие  при  недостатке  освещения.
По  наблюдениям,  сделанным  в  лаборатории  светофизиологии
АФИ,  ультрафиолетовыми  лучами  ртутно-кварцевых  ламп  при
их  малой  энергетической  мощности  двудольные  виды  растений
повреждаются  скорее  и  сильнее,  чем  однодольные.  Точно  так  же
неодинаково  повреждаются  растения,  выращенные  в  условиях
естественного  и  искусственного  освещения.  Понятно,  что  вторые
повреждаются  скорее  и  больше,  чем  первые,  располагавшие
хотя  'бы  и  небольшими  количествами  естественной  ультрафиоле¬
товой  радиации.
 Хорошо  известно  бактерицидное  действие  ультрафиолетовых
излучений.  В  частности,  в  лаборатории  светофизиологии  были
проведены  опыты,  показывающие,  что  кратковременное  облуче¬
ние  плодов  цитрусовых  культур  радиацией  ртутно-кварцевых
ламп  не  только  ликвидирует  очаги  поражений,  но  в  дальнейшем
препятствует  их  заражению  при  хранении  -в  обычных  плодохра¬
нилищах.  *)  Следовательно,  облучение  ультрафиолетом  как  здо¬
ровых,  так  и  уже  пораженных  различными  плесенями  и  гнилью
плодов  цитрусовых  культур  показало  и  профилактическое  и
оздоравливающее  действие  этой  радиации.  В  этом  отношении
ультрафиолетовое  излучение  может  быть  очень  интересным  и
важным  практически.
 В  литературе  есть  указания  на  влияние  ультрафиолетовых
лучей  с  длиною  волны  от  290  до  313  ммк  на  поступление  в  расте¬
ния  минеральных  веществ,  на  образование  витамина  D,  на  появ¬
ление  некоторых  пигментов,  например  антоциана.  Полагают,
что  эти  же  лучи  и  даже  облученный  ими  растительный  корм
(обычно  зерно)  оказывают  антирахитическое  действие  на  живот¬
ные  организмы.
 *)  Облученные  плоды  тут  же  завертывались  в  бумагу,  которая  препят¬
ствовала  попаданию  на  них  новой  инфекции.

166  ФИЗИОЛОГИЧЕСКИЕ  ПРОЦЕССЫ  И  ОСОБЕННОСТИ  ЛУЧИСТОГО  ПОТОКА  [ГЛ.  III
 При  выращивании  растений  в  искусственных  условиях  еще
не  удалось  установить  степени  страдания  их  от  недостатка
ультрафиолетовой  радиации.  Возможно,  что  и  в  природных
условиях  растения  пользуются  ею  в  меньших  размерах,  чем
видимой  и  инфракрасной  радиацией.  Однако  это  не  может  озна¬
чать,  что  ближняя  ультрафиолетовая  область  спектра  не  пред¬
ставляет  никакого  интереса  для  практики  выращивания  расте¬
ний  на  искусственном  освещении.  Правдоподобнее  будет  другое
предположение,  обратное  первому,  но  пока  нет  эксперименталь¬
ных  данных,  вопрос  о  действительной  роли  ближнего  ультрафио¬
летового  излучения  в  жизни  растений  остается  открытым.
 §  7.  Влияние  световых  режимов  выращивания  растений
на  суточные  ритмы  физиологических  процессов
 Выращивание  растений  на  искусственном  освещении  откры¬
вает  новые  возможности  для  изучения  действия  лучистой  энер¬
гии  на  формирование  физиологического  состояния  растительных
организмов.
 Физиологическое  состояние  растений,  определяющее  в  конеч¬
ном  итоге  их  скороспелость  и  продуктивность,  внешне  прояв¬
ляется  различными  физиологическими  процессами,  обязатель¬
ными  для  их  нормальной  жизнедеятельности.  В  частности,
к  таким  физиологическим  процессам  относится  газообмен  расте¬
ний  со  средою,  транспирация,  движение  листьев  и  других  орга¬
нов  растения.  Суточный  ход  транспирации  обычно  представ¬
ляется  в  полной  зависимости  от  суточного  хода  таких  внешних
факторов,  как  температура  и  влажность  воздуха,  скорость  ветра
и  т.  д.  Наоборот,  суточный  ход  движения  листьев  растений  часто
связывается  с  внутренним  состоянием  растений,  вытекающим  из
наследственной  основы  организма.
 В  действительности,  как  будет  показано  ниже  на  примере
нйктинастических  движений  листьев  фасоли,  оба  эти  процесса
отражают  определенное  физиологическое  состояние  растений,
сложившееся  в  результате  взаимодействия  растительного  орга¬
низма  и  внешней  среды,  в  данном  случае  фотопериодических
условий  выращивания  фасоли.
 Движения  растений,  несмотря  на  их  широкую  известность,
до  сих  пор  остаются  мало  изученными.  Больше  того,  в  настоя¬
щее  время  этому  разделу  физиологии  растений  уделяется  явно
недостаточное  внимание.  Возможно,  что  одной  из  причин  малой
популярности  этой  проблемы  в  целом  является  неверная  оценка
ее  практической  значимости.  Почему-то  предполагается,  что  изу¬
чение  движений  растительных  организмов  лежит  в  стороне  от
большой  дороги  фитофизиологических  исследований,  имеющих
своей  целью  повышение  продуктивности  растений.  Кроме  того,

§  7]  СВЕТОВЫЕ  РЕЖИМЫ  И  СУТОЧНЫЕ  РИТМЫ  ФИЗИОЛОГИЯ.  ПРОЦЕССОВ  167
 в  представлении  некоторых  биологов  излучение  растительных
движений  связывается  с  идеалистическими  концепциями.  Все
эти  опасения  не  только  мало  основательны,  но  и  просто  неверны.
 Движения  растений,  особенно  ростовые  и  никтинастические,
прекрасно  характеризуют  их  физиологическое  состояние.  Они
являются  первыми  и  весьма  надежными  признаками  -реакции
растений  на  изменение  внешних  условий,  -влияющих  на  ход  су¬
точного  метаболизма.
 Различные  виды  движения  растений  распространены  в  при¬
роде  гораздо  шире,  чем  это  представляется  на  основании  поверх¬
ностного  знакомства  с  обычным  учебны-м  материалом:  движутся
растущие  стебли  и  корни,  движутся  листья  и  цветы,  движутся
пластиды  и  протоплазма  внутри  клеток.  Можно  смело  утвер¬
ждать,  что  живое  растение  находится  в  постоянном  движении.
 Изучение  движений  растительных  организмов  должно  стать
содержанием  одной  из  интереснейших  глав  биологической  фи¬
зики.  Не  случайно  именно  этот  раздел  физиологии  привлек
к  себе  внимание  крупнейшего  индусского  ученого  Джагадиса
Чандра  Боза.
 В  ряде  замечательно  тонких  экспериментов  Боз  проследил
и  описал  самые  разнообразные  типы  растительных  движений.
Нет  ни  одной  другой  подобной  работы,  в  -которой  бы  движение
растений  прослеживалось  с  такой  точностью  и  эксперименталь¬
ным  совершенством.  В  работах  Боза  была  осуществлена  мечта
К.  А.  Тимирязева  о  перенесении  в  физиологию  растений  блестя¬
щих  экспериментальных  возможностей  физики.  Физик  по  обра¬
зованию  и  первоначальной  деятельности,  Боз  стал  пионером
в  области  биофизики.  Конечно,  нельзя  не  испытывать  чувства
некоторой  досады,  что  Боз  при  толковании  своих  опытов  не
сумел  миновать  всех  ловушек  идеализма,  но  эти  несущественные
недостатки  его  книг,  а  не  экспериментов,  не  должны  мешать  вы¬
сокой  оценке  его  оригинальных  исследований.
 Среди  многообразных  видов  движений,  присущих  раститель¬
ным  организмам,  особенно  интересны  так  называемые  никтина¬
стические  движения  листьев,  хорошо  заметные  у  ряда  предста¬
вителей  семейств  бобовых  и  кисличных  растений.  Они  известны
также  под  метафорическим  названием  «сна  растений»,  так  как
в  своем  типичном  виде  выражены  в  складывании  листьев  с  на¬
ступлением  темноты  и  с  их  расправлением  вслед  за  восходом
солнца.
 Экспериментальное  знакомство  с  никтинастическими  движе¬
ниями  листьев,  с  их  «сном»,  началось  с  работ  крупного  ботаника
Декандоля  (1835).  Однако  еще  в  1752  г.,  т.  е.  на  80  лет  раньше,
 М. 	В.  Ломоносов  произвел  публичный  опыт  искусственного
«пробуждения»  листьев  «стыдливой  мимозы»  в  условиях  спе¬
циальной  дворцовой  иллюминации.

168  ФИЗИОЛОГИЧЕСКИЕ  ПРОЦЕССЫ  И  ОСОБЕННОСТИ  ЛУЧИСТОГО  ПОТОКА  [ГЛ.  III
 Опыты  Декандоля  заключаются  в  том,  что  он,  затемняя  рас¬
тения  днем  и  освещая  их  ночью,  переместил  время  «сна»  листьев
растений  на  12  часов,  т.  е.  превратил  день  в  ночь,  а  ночь  в  день.
 Исключительный  интерес  представляют  многочисленные
опыты  Дарвина,  посвященные  никтинастическим  движениям
листьев  и  вообще  «сну»  растений.
 Наблюдая  за  складыванием  на  ночь  листьев  бобовых  расте¬
ний,  Дарвин  видел  в  этом  и  экологическое  значение,  заключаю¬
щееся  в  защите  растений  от  ночного  излучения,  приводящего
к  их  охлаждению.  Наиболее  интересным  растением  из  числа
обладающих  ясно  выраженными  никтинастическими  движениями
листьев  является  стыдливая  мимоза  (Mimosa  pudica).  Если  ее
молодые  растения  подвергать  влиянию  естественной  смены
дня  и  ночи,  а  затем  помещать  в  непрерывную  темноту  при
постоянной  температуре  воздуха,  то  они  в  течение  нескольких
дней  продолжают  поднимать  и  опускать  свои  листья  в  те  же
сроки.
 По  данным  немецкого  физиолога  Пфеффера  у  мимозы  перио¬
дические  движения  листьев  осуществлялись  даже  при  чередова¬
нии  света  и  темноты  через  3,  2  и  даже  1  час.  Любопытно,  что
у  менее  чувствительного  растения  —  фасоли  такие  чередования
не  вызывали  периодических  никтинастических  движений  листьев.
Для  их  осуществления  потребовалось  чередование  света  и  тем¬
ноты  с  периодами  по  6  часов.  В  том  же  случае,  когда  свет,  в  ко¬
личестве  18  часов,  чередовали  с  таким  же  по  длительности  от¬
резком  темноты,  листья  фасоли  начинали  опускаться  еще  на
свету. 	t
 Вполне  естественно,  что  при  фотопериодических  воздействиях
на  растения,  когда  они  подвергаются  правильно  чередующимся
периодам  света  и  темноты,  никтинастические  движения  листьев
снова  привлекли  к  себе  внимание  исследователей.
 Еще  в  начале  30-х  годов  Б.  С.  Мошкову  удалось  наблюдать,
что  сеянцы  и  саженцы  белой  акации,  находящиеся  в  условиях
14-  и,  особенно,  16-часового  дня,  складывали  и  несколько  опу¬
скали  свои  листья  еще  на  -свету,  минут  за  15—30  до.  помещения
их  в  темноту.  При  открывании  же  фотопериодических  кабинок,
наоборот,  эти  растения  обычно  имели  листья  уже  раскрытыми
и  поднятыми.  Таким  образом,  листья  белой  акации  в  этих  ста¬
рых  фотопериодических  опытах  обнаруживали  никтинастические
движения  в  отсутствие  факторов,  вызывающих  их.  Движения
листьев  опережали  как  наступление  темноты,  так  и  света.  Но
данное  опережение  осуществлялось  не  с  первых  дней  опыта,
а  только  через  7—8  суток  после  начала  фотопериодического
воздействия.
 Ниже  приводятся  результаты  опытов  с  фасолью  сорта
«Робюст  улучшенная»,  показывающих  характер  зависимости

§  7]  СВЕТОВЫЕ  РЕЖИМЫ  И  СУТОЧНЫЕ  РИТМЫ  ФИЗИОЛОГИИ.  ПРОЦЕССОВ  169
 никтинастических  движений  листьев  фасоли  от  различных  фото-
периодических  циклов  их  выращивания.
 В  первом  опыте  фасоль  выращивалась  в  осветительной  уста¬
новке,  состоящей  из  16  ламп  накаливания  по  300  вт  с  водяным
экраном.  Мощность  лучистого  потока  в  плоскости  вершин  расте¬
ний  составляла  около  200  em/ж2.  Все  растения  выращивали  по
одному  в  глиняных  сосудах  на  однородной  почве.  Фотопериоди-
ческое  воздействие  начиналось  на  другой  день  после  появления
всходов.
 Ежесуточная  продолжительность  освещения  варьировалась
от  непрерывного  освещения  до  4-часового  дня  с  интервалами
через  один  или  два  часа  (см.  табл.  28).
 Для  получения  темноты  все  растения  помещали  в  один  об¬
щий  светонепроницаемый  шкаф  с  температурой  -воздуха  около
 Таблица  28
 Влияние  различных  фотопериодических  условий  на  никтинастические
движения  листьев  фасоли
 Вари¬
 ант
 Фотопериодиче-
ское  условие
воздействия,  час.
 Листья
 опускаются
 Листья
 поднимаются
 Листья
подняты
в  продол¬
жение,  час.
 свет
 темнота
 1
 24
 _
 Нет
 Нет
 24
 2
 22
 2
 В  темноте
 На  свету
 22
 3
 20
 4
 На  свету,  через
 дней:
 12
 <20
 4
 19
 5
 10
 <19
 5
 18
 6
 6
 В  темноте,  через
 дней:
 6
 18
 6
 16
 8
 5
 5
 16
 7
 14
 10
 8
 6
 >14
 8
 13
 И
 12
 8
 >13
 9
 12
 12
 В  темноте
 5
 >12
 10
 И
 13
 5
 >п
 И
 10
 14
 5
 >10
 12
 8
 16
 6
 >  8
 13
 6
 18
 6
 >  6
 14
 5
 19
 ъ
 6
 >  5
 15
 4
 20
 Листья  опускаются  не  полностью
 ~24
 16
 3
 21
 в  темноте  и  снова  поднимаются.
 Правильных  движений  нет

170  ФИЗИОЛОГИЧЕСКИЕ  ПРОЦЕССЫ  И  ОСОБЕННОСТИ  ЛУЧИСТОГО  ПОТОКА  [гл.  III
 20—22°  С.  Регистрация  сроков  складывания  и  развертывания
листьев  проводилась  визуально.  При  этом  отмечалось  начало
опускания  и  полное  опускание  листьев,  начало  развертывания
и  полное  развертывание  листьев.
 В  двух  других  опытах  с  фасолью  источником  радиации  были
люминесцентные  трубки  дневного  света,  представляющие  почти
сплошной  светящийся  потолок.  Все  остальные  условия  опыта
ничем  не  отличались  от  предыдущего.  Средняя  продолжитель¬
ность  каждого  опыта  составляла  20—25  дней.
 Так  как  результаты  опытов  были  совершенно  сходными,
здесь  приводятся  средние  данные,  исходящие  из  реагирования
всех  растений,  бывших  в  опытах.  Каждый  фотопериодический
вариант  включал  12—18  растений.  Общие  итоговые  результаты
опытов  даны  в  табл.  28.
 На  непрерывном  освещении  у  листьев  фасоли  никтинастиче-
ские  движения  не  наблюдались.
 Исключение  темноты  привело  к  формированию  растений
фасоли,  лишенных  ясно  выраженных  движений  листьев.  Однако
это  не  помешало  использованию  фасолью  непрерывного  освеще¬
ния  для  быстрого  перехода  к  плодоношению  при  нормальном
накоплении  растительной  массы.
 Включение  в  суточный  цикл  2  часов  темноты  во  втором  ва¬
рианте  опыта  (22  часа  света-(-*2  часа  темноты)  вызвало  у  рас¬
тений  фасоли  типичное  никтинастическое  движение  листьев:
с  наступлением  темноты  листья  опускались,  а  с  переносом  на
свет  поднимались.  Так  продолжалось  до  конца  опыта.  Движение
листьев  фасоли  в  этом  варианте  фотопериодического  воздействия
вызывалось  непосредственным  влиянием  темноты  и  света.
 В  третьем  и  четвертом  вариантах  (20-часовой  и  19-часовой
дни)  в  течение  первых  10  суток  растения  фасоли  вели  себя  так
же,  как  и  на  22-часовом  дне,  т.  е.  опускали  листья  в  темноте
и  поднимали  их  на  свету.  Но  в  отличие  от  поведения  растений
в  предыдущем  варианте  они  через  некоторое  время  стали  опу¬
скать  листья  ранее  переноса  их  в  темноту,  т.  е.  у  них  появилась
новая  способность  опускать  листья  на  свету.  Данное  опережение
реакции  на  темноту  появилось  у  растений  на  20-часовом  дне
через  12  суток,  а  у  растений  при  длине  дня  в  19  часов  —  через
10  суток.  Однако  растения  поднимали  листья  по-прежнему
только  на  свету.  У  растений  этих  двух  вариантов  появилось
опережение  в  опускании  листьев  и  тем  самым  некоторое  сокра¬
щение  периода  активного  восприятия  света.
 Дальнейшее  сокращение  длины  дня  на  один  час  и  соответ¬
ствующее  ему  такое  же  увеличение  темноты  привело  растения
фасоли  к  иному  характеру  реагирования  на  фотопериодический
режим  выращивания.  На  18-часовом  дне  опускание  листьев  на
свету  началось  уже  на  6-й  день  после  начала  опыта  и  в  то  же

§  7]  СВЕТОВЫЕ  РЕЖИМЫ  И  СУТОЧНЫЕ  РИТМЫ  ФИЗИОЛОГИИ.  ПРОЦЕССОВ  171
 время  листья  фасоли  начали  -подниматься  еще  в  темноте.  Пове¬
дение  растений  в  этом  (18-часовом)  варианте  принципиально
отличалось  от  реакции  фасоли  на  19^часовом  дне  «пробужде¬
нием»  листьев  еще  в  темноте.  Характерно,  что  опережение  как
в  опускании,  так  и  в  поднимании  было  примерно  одинаковым
и,  следовательно,  листья  фасоли  в  этом  варианте  были  подняты
также  18  часов. 	*
 На  16-часовом  дне  листья  начали  опускаться  на  свету  и  под¬
ниматься  в  темноте  уже  через  5  дней  после  начала  воздействия.
Общее  число  чаоов,  в  течение  которых  листья  оставались  под¬
нятыми,  соответствовало  также  16  часам,  так  как  опережение
в  поднятии  и  в  опускании  листьев  было  равное.
 На  14-часовом  дне  листья  фасоли  -начали  опускаться  на
свету  только  через  8  дней  после  начала  воздействия.  Подни¬
маться  же  в  темноте  они  стали  на  2—3  дня  раньше.  Опережение
поднятия  листьев  в  темноте  было  большим,  чем  опережение
опускания  листьев  на  свету.  Благодаря  этому  листья  были
подняты  более  14  часов.
 На  13-часовом  дне  листья  начали  опускаться  «а  свету  только
на  12-й  день  после  начала  опыта,  а  подниматься  в  темноте  они
стали  значительно  раньше.  Опережение  поднятия  листьев  в  тем¬
ноте  было  более  ранним  по  сравнению  с  опережением  опускания
их  на  свету.  Период,  в  течение  которого  листья  были  подняты,
превышал  продолжительность  освещения  более  чем  на  час.
 На  12-часовом  дне,  так  же  как  и  во  всех  последующих
вариантах  опыта,  листья  на  свету  не  опускались,  но  зато  вскоре
после  начала  воздействия  начали  подниматься  в  темноте.
 В  частности,  растения  на  12-часовом  дне  начали  поднимать
листья  в  темноте  уже  через  5^6  дней  после  начала  воздействия.
Поднятие  листьев  в  темноте  при  отсутствии  опережения  их
в  опускании  на  свету,  естественно,  приводило  к  превышению
длительности  периода,  когда  листья  растений  оставались  подня¬
тыми  сравнительно  со  световым  периодом.  Нередко  это  превы¬
шение  доходило  до  2  часов.
 Во  всех  последующих  вариантах,  где  продолжительность
светового  периода  суток  равнялась  И,  10,  8,  6  и  5  часам,  листья
фасоли  на  свету  не  опускались,  а  в  темноте  поднимались
с  значительным  опережением,  доходящим  до  нескольких  часов.
 При  продолжительности  светового  отрезка  суток  всего
в  4—3  часа  листья  фасоли  даже  и  в  темноте  -не  всегда  были
опущены.  Во  всяком  случае  полного  опускания  листьев  почти
не  наблюдалось.
 Движения  листьев  у  растений  двух  этих  вариантов  были
крайне  ослаблены.
 Они  значительно  отставали  в  росте  даже  от  растений,  полу¬
чавших  в  сутки  только  5  часов  света  и,  кроме  того,  у  них

172  ФИЗИОЛОГИЧЕСКИЕ  ПРОЦЕССЫ  И  ОСОБЕННОСТИ  ЛУЧИСТОГО  ПОТОКА  [гл.  III
 наблюдались  «признаки  этиоляции,  говорившие  о  недостаточно¬
сти  светового  периода.
 Цветение  фасоли,  вне  зависимости  от  характера  движения
листьев,  началось  почти  одновременно  во  всех  фотопериодиче-
ских  вариантах  опыта,  начиная  с  непрерывного  освещения  и
кончая  8-часовым  днем.  При  продолжительности  дня  в  6  и  менее
часов  цветение  начиналось  позже.  С  опозданием  на  12—14  дней
появились  бутоны  даже  у  растений,  получавших  только  3  часа
света  в  сутки.
 В  зависимости  от  фотопериодических  условий  выращивания
движения  листьев  фасоли  осуществляются  неодинаково.  На  осно¬
вании  результатов  опытов  Б.  С.  Мошкова  можно  наметить
6  типов  суточных  движений  листьев  фасоли,  характерных  для
определенных  фотопериодических  ритмов:
 1. 	На  непрерывном  освещении  отсутствие  опускания,  а  сле¬
довательно,  и  поднятия  листьев,  т.  е.  фактически  выключение
их  никтинастических  движений.
 2. 	На  длинном  22-часовом  дне,  чередующемся  с  короткой
 2-часовой  ночью,  листья  опускаются  в  темноте  и  поднимаются
на  свету,  выявляя  тем  самым  характерную  никтинастию.
 3. 	При  длине  светлой  части  суток  в  20  и  19  часов  первона¬
чальные  типичные  никтинастические  движения  листьев  сме¬
няются  через  10—12  суток  на  иной  новый  ритм  движения,  при
котором  опускание  так  же,  как  и  поднятие  листьев  происходит
на  свету.
 4. 	При  продолжительности  светлых  периодов  суток  от  18  до
13  часов,  обычные  никтинастические  движения  очень  быстро
(через  несколько  дней)  сменяются  на  новые  ритмы  движения
листьев,  при  которых  последние  опускаются  еще  на  свету,
а  поднимаются  в  темноте.
 5. 	При  незначительных  продолжительностях  светового  пе¬
риода  суток,  от  12  до  6  часов,  листья  фасоли  и  опускаются,  и
поднимаются  в  темноте.
 6. 	При  очень  коротких  днях,  3—4-часовых,  правильное  дви¬
жение  листьев  нарушается,  и  часто  даже  в  темноте  они  опу¬
скаются  не  полностью.
 Отсутствие  суточных  никтинастических  движений  на  непре¬
рывном  освещении  свидетельствует  о  зависимости  их  не  столько
от  внутренних  причин,  сколько  от  внешних  фотопериодических
условий  выращивания.  Непрерывное  освещение  для  фасоли,
растущей  обычно  в  районах,  где  всегда  имеется  ночная  темнота,
не  может  считаться  нормальным,  а  потому  и  ее  реакция  на  эти
условия  освещения,  конечно,  не  типична.  Также  отнюдь  не  ти¬
пично  состояние  фасоли  и  на  самых  коротких  днях,  которых
в  природе  никогда  не  бывает.  Результаты  реагирования  фасоли
как  на  непрерывный  свет,  так  и  на  самые  короткие  периоды

§  7]  СВЕТОВЫЕ  РЕЖИМЫ  И  СУТОЧНЫЕ  РИТМЫ  ФИЗИОЛОГИЯ.  ПРОЦЕССОВ  173
 освещения  «показывают,  что  в  необычных  условиях  нет  правиль¬
ных  никтинастичесюих  движений  листьев  и,  следовательно,  они
<не  могут  считаться  полностью  врожденными  и  независящими  от
вызывающих  их  факторов.
 Зависимость  опускания  листьев  от  темноты  и  поднятия  их
от  света  хорошо  выявляется  при  длине  дня  в  22  часа.  Но  такая
продолжительность  ежесуточного  освещения  также  не  нор¬
мальна,  а  потому  едва  ли  может  быть  признана  типичной  и
подобная  ритмика  движений  листьев.
 Наиболее  типичными  для  районов  культуры  фасоли  являются
продолжительности  дней  от  13  до  18  часов.  В  этих  условиях
у  фасоли  очень  быстро  появляется  реакция  опускания  листьев
еще  на  свету  и  поднятия  их  в  темноте,  т.  е.  опережение  действую¬
щих  факторов.  Очевидно,  такая  реакция  растений  фасоли  на
данные  фотопериоды  является  нормальной.  Вероятно,  под  воз¬
действием  внешних  световых  ритмов,  возникают  вызванные  ими
внутренние  ритмы  суточного  метаболизма.
 Таким  образом,  наследственно  закрепленными  являются  не
сами  никтинастические  движения,  а  способность  растений  при¬
спосабливать  свой  суточный  метаболизм  к  привычным  для  вида
световым  условиям.  Есть  все  основания  полагать,  что  никтина-
стические  движения  листьев  фасоли  являются  в  конечном  ре¬
зультате  следствием  определенных  метаболистических  ритмов,
устанавливающихся  под  воздействием  фотопериодичеоких  усло¬
вий  их  существования.
 В  условиях  оптимальных  фотопериодов,  близких  к  естествен¬
ным,  влиявшим  в  ряде  поколений  на  формирование  данного
сорта  фасоли,  быстро  возникают  характерные  для  нее  суточные
ритмы  метаболизма,  определяющие  дальнейший  ритм  так  назы¬
ваемых  никтинастичеоких  движений  листьев.  В  природе  они  мо¬
гут  совпадать  с  вечерними  сумерками  и  утренним  рассветом,
создавая  впечатление  сна  и  пробуждения  растений,  но  в  опытах
с  искусственным  освещением  свет  определенной  и  постоянной
интенсивности  сменяется  сразу  темнотою,  без  всяких  предвари¬
тельных  переходов.  Здесь  не  может  быть  никаких  сомнений
в  том,  что  листья  действительно  опускаются  на  полном  свету
и  поднимаются  в  темноте.  И  причиной  этого  может  быть  только
внутренний  ритмичный  процесс/  связанный  с  суточным  ходом
метаболизма  растений,  вызванный  и  поддержанный  определен¬
ными  фотопериодическими  условиями.  Поэтому  о  пригодности
фотопериодичеоких  ритмов  для  -выращивания  бобовых  растений
можно  судить  по  характеру  движения  их  листьев:  в  оптималь¬
ных  фотопериодических  условиях  будет  наблюдаться  опускание
листьев  на  свету  и  поднимание  их  в  темноте.
 При  избытке  света  и  недостатке  темноты  листья  поднимаются
только  на  свету,  а  опускаются  лишь  в  темноте.  При  недостатке

174  ФИЗИОЛОГИЧЕСКИЕ  ПРОЦЕССЫ  И  ОСОБЕННОСТИ  ЛУЧИСТОГО  ПОТОКА  |гл.  Ill
 света  и  избытке  темноты  листья  опускаются  и  поднимаются
только  в  темноте.  Очевидно,  существуют  какие-то  гармоничные
сочетания  дневных  и  ночных  процессов  метаболизма,  возникаю¬
щие  под  .влиянием  определенных  фотопериодов.  Нарушение  этих
сочетаний  необычными  фотопериодами  приводит  к  изменениям
в  характере  опускания  и  -поднимания  листьев.  Сокращение
длины  дня  приводит  к  сокращению  световой  части  метаболизма,
а  это,  в  свою  очередь,  отражается  и  на  сокращении  темновюй
фазы  метаболизма,  и  благодаря  этому  листья  поднимаются
в  темноте  задолго  до  ее  прекращения.
 На  непрерывном  освещении  и  очень  длинном  дне  возможно
полное  выпадание  темновой  фазы  метаболизма  и  отсюда  появле¬
ние  резких  изменений  в  продуктивности  и  в  онтогенезе  некото¬
рых  растений.
 Характер  суточных  движений  листьев  фасоли  и  очень  близ¬
кий  к  нему  суточный  ритм  их  транспирации,  описанный  в  опы¬
тах  В.  Г.  Карманова  и  С.  Л.  Пумпянской,  позволяет  высказать
предположение,  что  эти  процессы  по  своей  физиологической  при¬
роде  аналогичны  явлениям,  лежащим  в  основе  условных  рефлек¬
сов,  свойственных  животным  организмам.  В  обоих  случаях  фак¬
торы  внешней  среды,  необходимые  для  жизни,  .вызывают  возник¬
новение  физиологических  процессов,  определяющих  характер
реагирования  организма  на  данные  условия.
 У  животных,  благодаря  наличию  нервной  системы,  непосред¬
ственно  действующий  фактор,  например  принятие  пищи,  может
ассоциироваться  с  любыми  сопутствующими  ему  внешними
разражителями  (звук  метронома,  зажигание  лампочки  и  т.  д.).
Понятно,  что  у  растений  подобные  явления  невозможны,  однако
в  обоих  случаях  основным,  более  того,  единственным  фактором,,
вызывающим  условный  рефлекс,  является  подготовка  организма
к  переходу  в  новое  физиологическое  состояние.  Последнее
у  животных  по  большей  части  связано  с  чувством  голода,  с  под¬
готовкой  к  -принятию  пищи.
 Материалистические  законы  зависимости  проявления  жизне¬
деятельности  живых  организмов  в  зависимости  от  окружающей
их  среды,  открытые  И.  П.  Павловым,  с  полным  основанием
могут  быть  распространены  на  растительные  организмы.  Тем
самым  раскрывается  еще  одно  звено,  связывающее  животный
и  растительный  миры.

ГЛАВА  IV
 ВЛИЯНИЕ  ВНЕШНИХ  УСЛОВИИ  НА  ИСПОЛЬЗОВАНИЕ
РАСТЕНИЯМИ  СВЕТА
 §  1.  Взгляды  на  использование  растениями  света
в  зависимости  от  температуры  воздуха,
распространенные  в  овощеводстве
 В  специальной  овощеводческой  литературе,  как  и  в  физиоло¬
гической,  проблема  взаимодействия  светового  потока  и  темпе¬
ратуры  воздуха  на  жизнедеятельность  растений  крайне  запу¬
тана.  Так,  в  большинстве  учебников  овощеводства  рекомен¬
дуется  при  сильном  освещении  повышать  температуру  воздуха,
а  при  недостатке  света  понижать  ее.  Несколько  иная  и,  несо¬
мненно,  более  правильная  точка  зрения  на  эту  проблему  изла¬
гается  в  курсе  овощеводства  В.  И.  Эдельштейна  (1953).
 В  нем  рекомендуется  снижать  температуру  воздуха,  окру¬
жающего  растения  (в  теплицах  и  парниках)  как  при  недостатке,
так  и  при  избытке  света,  если  избыток  влечет  за  собой  перегрев
зеленого  листа,  вызывающий  расстройство  жизненных  процессов
растения.
 Между  тем  клинокие  огородники,  выращивая  огурцы  в  самые
темные  зимние  месяцы,  поддерживали  в  своих  теплицах  все
время  высокие  температуры  и  получали  хорошие  результаты.
 В  монографии,  посвященной  томатам,  вышедшей  в  свет
в  1955  г.  Д.  Д.  Брежнев,  разбирая  вопрос  об  отношении  томатов
к  теплу  и  .говоря  о  лучшем  температурном  режиме  для  них
в  закрытом  грунте,  пишет:  «Практика  показывает,  что  в  закры¬
том  грунте  лучшей  температурой  является:  ночью  10—12°  С,
днем  в  пасмурную  погоду  15—17°  С,  в  яркий  солнечный  день  —
25—27°  С.»
 Агротехнические  правила  выращивания  растений  в  защищен¬
ном  грунте  предусматривают  необходимость  понижения  темпе¬
ратуры  воздуха  при  отсутствии  прямого  солнечного  света  и  при
его  недостатке  и,  наоборот,  повышения  ее  при  избытке  освеще¬
ния.  Так,  например,  в  томатной  теплице  рекомендуется  поддер¬
живать  температуру  воздуха  от  20  до  24°  С  в  пасмурные  дни  и
от  26  до  28°  С  в  солнечную  погоду.  Такие  же  рекомендации

176  ВНЕШНИЕ  УСЛОВИЯ  И  ИСПОЛЬЗОВАНИЕ  РАСТЕНИЯМИ  СВЕТА  [ГЛ.  IV
 даются  и  для  всех  других  культур.  Меньше  света  —  ниже  темпе¬
ратура,  больше  света  —выше  температура.  Это  неверное,  как
будет  показано  ниже,  представление  господствует  еще  и  сейчас,
хотя  ему  противоречат  многие  факты.
 Вытекают  они  (эти  представления)  из  известного  положения
о  соотношении  между  фотосинтезом  и  дыханием  растений.  С  по¬
вышением  температуры  последнее  возрастает  значительно  ско¬
рее,  чем  фотосинтез  и,  следовательно,  в  подобных  случаях  расте¬
ния  тратят  органических  веществ  больше,  чем  приобретают  их.
Поэтому  особенно  неблагоприятными  условиями  считаются
такие,  в  которых  растения  получают  мало  света,  а  температура
воздуха  достаточно  высока.
 Однако  еще  в  1910  г.  В.  Н.  Любименко,  сравнивая,  правда
в  очень  кратковременных  опытах,  энергию  фотосинтеза  у  тене¬
любивых  и  светолюбивых  растений  при  различных  напряженно¬
стях  света  и  разных  температурах,  показал,  что  у  некоторых
древесных  растений  повышенные  температуры  усиливают  фото¬
синтез  при  недостатке  освещения.  Особенно  ярко  это  явление
наблюдалось  в  его  опыте  с  листьями  липы  (табл.  29).
 Таблица  29
 Энергия  фотосинтеза  при  вариациях  света  и
температуры  у  тенелюбивого  растения  липы
ТШа  parvifolia  (по  В.  Н.  Любименко)
 Количество  СО  слг3,  разложенной  в  1  час  1  г
сырого  веса  листьев
 Лучи  солнца
 о
 О
 параллель¬
 ные
 наклонные
 45°
 перпендику¬
 лярные
 20
 4,80

 12,49
 25
 8,05
 10,22
 8,73
 30
 8,99
 12,42
 8,01
 35
 11,20
 6,09
 4,47
 38
 12,88
 3,20
 1,02
 Во  всех  случаях  энергия  фотосинтеза  определялась  в  полу¬
денные  часы  на  прямом  солнечном  освещении.  Наименьшее  ко¬
личество  лучистой  энергии  получали  листья,  расположенные
параллельно,  а  наибольшее  —  перпендикулярно  к  солнечным
лучам.  Средняя  группа  занимала  промежуточное  положение.
 Получив  эти  интересные  данные,  прямо  указывающие  на  за¬
висимость  от  температуры  воздуха  действия  мощности  лучистого
потока  в  процессе  фотосинтеза,  В.  Н.  Любименко,  к  сожалению,

§  2]  МОЩНОСТЬ  ЛУЧИСТОГО  ПОТОКА  И  ТЕМПЕРАТУРА  ВОЗДУХА 	177
 не  сделал  соответствующих  выводов.  Больше  того,  он  пришел
к  непонятному  заключению,  что  мощность  лучистого  потока,
концентрация  СО  и  температура  воздуха  в  фотосинтезе  являются
сопряженными  факторами,  влияющими  совместно  и  взаимно
таким  образом,  что  эффективность  каждого  из  них  возрастает
при  увеличении  количества  или  напряженности  остальных  двух.
 Последняя  часть  заключения  автора  прямо  противоречит
результатам  его  опыта  с  липой.  На  самом  деле  мы  видим  совсем
другое  —  недостаток  лучистой  энергии  в  параллельном  листу
пучке  лучей  компенсировался  высокой  температурой  воздуха,
которая,  напротив,  оказывала  вредное  действие  на  фотосинтез
в  условиях  высокого  светового  напряжения.
 §  2.  Влияние  мощности  лучистого  потока  и  температуры  воздуха
на  температуру  листьев  растений
 Большинство  неудач  с  выращиванием  растений  на  свету  ламп
накаливания  связывали  с  перегревом  их  инфракрасной  радиа¬
цией,  но  при  этом  ничего  не  говорили  о  значении  температуры
среды,  окружающей  растения.
 Действительно,  мощные  лучистые  потоки  ламп  накаливания
несут  много  тепла,  но  ведь  его  вредное  действие  могло  быть
устранено  постоянным  охлаждением  растений  воздушным  пото¬
ком  с  относительно  пониженными  температурами.
 С  другой  стороны,  напрашивался  вопрос,  почему  при  недо¬
статке  света  рекомендуется  понижать  температуры  воздуха  зна¬
чительно  ниже  принятого  оптимума.  Ведь  в  этом  случае,  помимо
плохих  световых  условий,  создаются  и  плохие  температурные
условия,  еще  больше  затрудняющие  фотосинтез  растений.
 Чтобы  выяснить  все  эти  крайне  важные  вопросы,  мало  осве¬
щенные  в  литературе,  в  лаборатории  светофизиологии  АФИ
были  проведены  следующие  работы.
 Прежде  всего,  В.  Г.  Карманов  создал  новый  температурный
датчик  взамен  существовавших  термопар.  Последние  не  могли
быть  признаны  вполне  надежными  измерителями  температуры
растений  в  силу  следующих  причин:  1)  высокой  теплопроводно¬
сти  материалов,  употребляемых  для  изготовления  термопар  по
сравнению  с  теплопроводностью  листа,  и  2)  большой  массой
термопары  по  сравнению  с  тонким  листом.  По  этим  причинам
при  измерении  температур,  особенно  в  тонких  листьях,  неиз¬
бежно  получаются  значительные  преуменьшения  истинных  их
значений.  Чтобы  избежать  этих  погрешностей  и  получить  на¬
стоящее  представление  о  температуре  листьев  в  условиях  свето¬
вого  потока,  В.  Г.  Карманов  создал  новый  прибор  с  приемной
частью  из  полупроводникового  термосопротивления  (термистор)
 12  Зак.  196.

178  ВНЕШНИЕ  УСЛОВИЯ  И  ИСПОЛЬЗОВАНИЕ  РАСТЕНИЯМИ  СВЕТА  [ГЛ.  IV
 в  виде  шарика  диаметром  около  0,5  мм.  Этот  прибор  дает  воз¬
можность  измерения  температуры  живого  листа  растения  без
повреждения  в  любых  условиях  воздействия.  Регистрация  тем¬
пературы  воздуха  и  растения,  а  также  мощности  лучистого  по¬
тока,  производится  при  помощи  самопишущего  гальванометра
завода  «Пирометр».
 С  помощью  указанной  аппаратуры  удалось  установить  за¬
висимость  температуры  растения  от  мощности  лучистого  потока
ламп  накаливания  и  температуры  воздуха.  Для  этого  томатные
растения,  выращенные  на  электрическом  освещении,  помещали
в  лучистый  поток  ламп  накаливания,  который  медленно,  в  тече¬
ние  3  часов,  изменялся  в  пределах  от  200  до  1000  вт/м2  сперва
возрастая,  а  затем  понижаясь.
 Изменения  мощности  лучистого  потока  в,  указанных  преде¬
лах  достигали,  передвигая  750-ваттную  лампу  накаливания  вер¬
тикально  вниз  и  вверх  при  помощи  синхронного  мотора  типа
СД-2.
 Данный  метод  проведения  опыта  давал  возможность  следить
за  ходом  изменения  температуры  листа  томата  при  переменных
мощностях  лучистого  потока.
 Опыт  проводился  в  течение  одного  дня  в  помещениях  с  тем¬
пературой  воздуха  в  одном  случае  в  186С,  а  в  другом  в  —6°  С.
В  обоих  случаях  одновременно  регистрировались  изменения
трех  величин:  1)  мощности  лучистого  потока  ламп  накаливания
при  помощи  пиранометра,  2)  температуры  воздуха,  окружаю¬
щего  растения  в  лучистом  потоке,  и  3)  температуры  самого
листа.  Температура  измерялась  с  помощью  полупроводниковых
термосопротивлений.  При  этом  термосопротивление,  при  помощи
которого  измерялась  температура  воздуха,  в  лучистом  потоке
лампы  накаливания  экранировалось  от  непосредственного  воз¬
действия  на  него  радиации  алюминированной  стеклянной  пла¬
стинкой  с  коэффициентом  отражения  более  90%.  Такое  значи¬
тельное  отражение  экрана,  защищающего  термосопротивление,
делает  возможным  достоверное  определение  температуры  воз¬
духа  в  лучистом  потоке  мощной  лампы  накаливания  вблизи
от  растения.
 Температура  листа  измерялась  контактом  термосопротивле¬
ния  с  нижней  стороной  листа.  Результаты  этих  измерений,  по¬
казавших  полную  зависимость  температуры  листа  лимона  и
томата  от  мощи  лучистого  потока,  падающего  на  него,  и  темпе¬
ратуры  окружающего  растения  воздуха  представлены  графиче¬
ски  на  рис.  56.
 Из  их  рассмотрения  выясняется:
 1) 	значительное  изменение  мощности  лучистого  потока,  па*
дающего  на  лист:  сперва  нарастание  его  в  связи  с  опусканием
лампы,  а  затем  уменьшение  вслед  за  ее  ходом  вверх;

§  2]  МОЩНОСТЬ  ЛУЧИСТОГО  ПОТОКА  И  ТЕМПЕРАТУРА  ВОЗДУХА
 179
 2) 	почти  полное  постоянство  температуры  воздуха  вблизи
листа,  что  говорит  о  малой  зависимости  ее  от  изменения  мощ¬
ности  лучистого  потока;
 3) 	весьма  высокая  зависимость  температуры  листовой  пла¬
стинки  от  мощности  лучистого  потока  при  постоянстве  воздуш¬
ной  температуры!
 W  ■  Ю5,  эрг/смг-  сек
 а)
 Рис.  56.  Зависимость  температуры  листа  лимона  {а)  и  тома¬
та  (б)  от  мощности  лучистого  потока  W  и  температуры  воз¬
духа  Тв.
 1  —  температура  листа  при  7^  =  19°  С;  2  —температура  воздуха;  5—мощность
лучистого  потока;  4  —  температура  листа  при  Гв  =  —6°  С;  5  —температура
 воздуха.
 Нагрев  воздуха  за  счет  почвы  устранялся  при  помощи  про¬
точного  водяного  экрана  с  постоянной  температурой,  закрывав¬
шего  сосуд  с  почвой,  в  котором  находилось  растение.  В  после¬
дующих  опытах  выяснилось,  что  вообще  экранирование  почвы
не  имеет  существенного  значения,  когда  участвующий  в  тепло¬
обмене  объем  воздуха  достаточно  велик.
 Самым  важным  результатом  описанного  выше  опыта  является
доказательство  того,  что  листья  растений  могут  иметь  в  лучи¬
стом  потоке  собственную  температуру,  значительно  отличаю¬
щуюся  от  температуры  воздуха.
 В  данном  случае  наибольшее  различие  между  температурой
воздуха  и  листа  томата  достигало  20°  С.  Это  различие  может
доходить  и  до  больших  величин.  Чем  ниже  температура  воздуха,
 12*

180  ВНЕШНИЕ  УСЛОВИЯ  И  ИСПОЛЬЗОВАНИЕ  РАСТЕНИЯМИ  СВЕТА  [ГЛ.  IV
 тем  более  мощные  лампы  могут  быть  применены  для  освещения
растений  и  тем  значительнее  будут  различия  между  темпера¬
турами  воздуха  и  растения.  Чем  выше  температура  воздуха,
тем  скорее  с  увеличением  мощности  лучистого  потока  ламп  на¬
каливания  температура  листьев  достигнет  вредных  для  жизни
растения  величин.  Наоборот,  чем  меньше  мощность  лучистого
потока  ламп  накаливания,  тем  более  высокими  (конечно,  только
для  некоторого  предела)  могут  быть  температуры  воздуха.
 Так  как  только  что  описанный  опыт  проводился  в  интеграль¬
ном  лучистом  потоке  ламп  накаливания,  состоящем  на  85%  из
инфракрасной  радиации,  возникает  предположение,  не  является
ли  последняя  причиной  такого  значительного  нагрева  растений
по  сравнению  с  воздухом.  Чтобы  выяснить  этот  вопрос,  были
поставлены  другие  опыты,  в  которых  соотношение  инфракрасной
радиации  и  видимой  было  изменено  в  пользу  последней  в  отно¬
шении  1:1.  Для  этого  был  использован  водяной  проточный
фильтр  со  слоем  воды  в  5  см.  Источником  радиации  была  взята
зеркальная  сушильная  лампа  накаливания  с  параболической
колбой.  Мощность  лучистого  потока  не  варьировалась,  а  была
постоянной  и  равнялась  примерно  1500  вт/м2,  т.  е.  превышала
максимальную  солнечную  радиацию  в  полтора  раза.  Понятно,
что  и  освещение  в  этом  опыте  было  больше  солнечного.
 В  этой  установке  удалось  обнаружить  температуры  листьев
растений,  при  которых  они  в  течение  нескольких  минут  гибли.
Ими  оказались  температуры,  близкие  к  40—50°  С.
 Температура  воздуха  в  камере,  потолок  и  стены  которой
охлаждались  проточной  водопроводной  водой,  держалась  на
уровне  16°С.  Температура  воды  в  фильтре  была  18°  С.
 Растения  периллы,  выращенные  в  условиях  смешанного  осве¬
щения  люминесцентных  трубок  и  мелких  ламп  накаливания,
сразу  же  при  помещении  их  в  эту  камеру  достигали  температуры
в  42°  С.  Следовательно,  последняя  отличалась  от  температуры
воздуха  и  воды  в  фильтре,  имевшем  ту  же  температуру,  что  и
возд\  <,  на  26°.
 В  ,'пыте  с  краснолистой  бегонией,  взятой  из  оранжереи
с  естественных  световых  условий,  температура  ее  верхних
листьев  через  несколько  секунд  после  внесения  в  указанную  ка¬
меру  достигла  49°  С,  т.  е.  превышала  воздушную  на  35°,  причем
через  3—4  мин.  лист  бегонии  оказывался  сильно  поврежденным.
 Таким  образом,  мощный  лучистый  поток  зеркальной  лампы
накаливания,  состоящий  только  наполовину  из  инфракрасной
радиации,  повышал  температуру  листьев  растений  по  сравнению
с  воздухом  так  же,  как  и  интегральная  радиация  лампы  нака¬
ливания.
 Заслуживает  особенного  внимания  тот,  обычно  не  учитывае¬
мый  физиологами,  факт,  что  температура  воды  или  другого  рас¬

§  3] 	ТЕМПЕРАТУРА  ВОЗДУХА  И  ЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ  ОСВЕЩЕНИЕ 	181
 твора  в  фильтре  имеет  малое  значение  в  нагревании  листьев
растений  поглощаемой  ими  лучистой  энергией.
 Все  только  что  изложенное  показывает,  что  температура
растений  при  одной  и  той  же  мощности  лучистого  потока,  но  при
разных  температурах  воздуха  будет  иметь  различное  значение,
точно  так  же  как  при  переменной  мощности  и  одной  темпера¬
туре  воздуха  будут  наблюдаться  разные  температуры  растения.
 Таким  образом,  абсолютное  значение  температуры  листа
определяется  как  температурой  воздуха,  так  и  мощностью  лучи¬
стого  потока.  Следовательно,  при  использовании  искусственного
освещения  имеется  возможность  выращивания  растений  в  более
широких,  чем  принято  думать,  интервалах  температур  воздуха.
 В  природной  обстановке  на  температуру  листьев,  кроме  мощ¬
ности  лучистого  потока  и  температуры  воздуха,  должны  оказы¬
вать  значительное  влияние  такие  факторы,  как  количество  водя¬
ных  паров  в  атомосфере  и,  особенно,  скорость  движения  воздуха
(ветры).  Они  воздействуют  на  теплообмен  и  транспирацию  рас¬
тений  и  тем  понижают  температуру  листьев.  Полагают,  что
вследствие  этого  процесса  листья  растений  на  прямом  солнеч¬
ном  освещении  имеют  обычно  даже  несколько  пониженную  по
сравнению  с  воздухом  температуру.
 §  3.  Влияние  температуры  воздуха  на  использование
растениями  электрического  освещения
 Изложенные  выше  закономерности,  касающиеся  зависимости
температуры  листьев  растений  от  мощности  лучистого  потока
ламп  накаливания  и  температуры  воздуха,  очень  важны  для
практики  выращивания  растений  в  условиях  электрического
освещения.  В  этом  легко  убедиться,  познакомившись  с  резуль¬
татами  специальных  опытов  лаборатории  светофизиологии  АФИ.
Особенно  наглядно  истинную  взаимосвязь  совместного  влияния
на  растения  мощности  лучистого  потока  и  температуры  воздуха
выявили  опыты  с  томатами  и  огурцами.
 Приводимый  ниже  опыт  с  томатами  (сорт  «Пушкинский»),
продолжительностью  30  суток,  протекал  с  26/1  по  25/11  1951  г.
 Семена,  предварительно  проращенные  на  фильтровальной
бумаге,  были  высеяны  по  одному  в  горшки  с  почвой  и  после
развертывания  семядолей  размещены  в  различные  варианты
опыта.  Всего  было  четыре  варианта.  В  двух  из  них  растения  вы¬
ращивали  в  лучистом  потоке  ламп  накаливания  мощностью
в  150  вт/м2,  созданном  за  счет  горения  мелких  ламп  накаливания
(6;  21  вт).  Растения  двух  других  вариантов  находились  в  лу¬
чистом  потоке  200-ваттных  ламп  накаливания  мощностью
в  600  вт/м2.  Следовательно,  мощность  лучистых  потоков,  полу¬
чаемых  растениями  двух  первых  вариантов,  была  в  четыре  раза

182  ВНЕШНИЕ  УСЛОВИЯ  И  ИСПОЛЬЗОВАНИЕ  РАСТЕНИЯМИ  СВЕТА  [ГЛ.  IV
 меньше,  по  сравнению  с  мощностью  облучения  двух  послед¬
них.
 В  обоих  случаях  лучистый  поток  представлял  собою  полное
(интегральное)  излучение  ламп  накаливания  и,  следовательно,
спектральный  состав  его  был  одинаковым  и  характерным  для
данного  источника  излучения.
 Кроме  мощностей  лучистых  потоков,  варьировалась  и  темпе¬
ратура  воздуха,  окружающего  растения.  В  одном  случае  (ва¬
рианты  первый  и  четвертый)  растения  выращивались  в  помеще¬
нии  с  температурой  воздуха  в  25°  С,  а  в  другом  (варианты  вто¬
рой  и  третий)—при  воздушной  температуре  12—15°  С.
 Продолжительность  ежесуточного  освещения  была  18  часов—
одинаковая  для  всех  четырех  вариантов  опыта.  При  нахождении
растений  в  темноте  температура  воздуха  была  несколько  ниже
и  достигала  для  растений  с  теплым  днем  до  18—20°  С,  а  для
растений  с  холодным  днем—до  10°  С.
 Таким  образом,  растения  первого  варианта  опыта  выращи¬
вали  на  слабом  свету  с  высокой  температурой  воздуха,  растения
второго  варианта  —  на  слабом  свету  при  низкой  температуре
окружающего  воздуха,  растения  третьего  варианта  получали
мощный  лучистый  поток  при  пониженной  температуре  .воздуха,
а  растения  четвертого  варианта,  также  находясь  в  мощном  по¬
токе,  выращивались  в  условиях  высокой  температуры  воздуха.
 Температура  воздуха  при  помощи  терморегуляторов  поддер¬
живалась  за  счет  горения  электропечей.
 По  окончании  опыта  с  томатами  по  той  же  схеме,  но  только
в  течение  20  суток,  был  проведен  опыт  с  выращиванием  клин-
ских  огурцов,  начатый  с  появления  всходов.  Результаты  обоих
опытов  представлены  в  табл.  30.
 Кроме  того,  о  состоянии  томатной  рассады,  выращенной
в  различных  условиях  освещения  и  температуры  воздуха  можно
судить  по  фотографии  (рис.  57),  сделанной  за  два  дня  до  окон¬
чания  опыта.
 Все  растения  в  пределах  одного  варианта  опыта  были  в  оди¬
наковом  состоянии.
 При  слабом  освещении  растения  совсем  не  росли,  если  тем¬
пература  воздуха  была  пониженной  (10—15°С),  наоборот,  при
освещении,  в  4  раза  большем,  растения  росли  лучше  в  помеще¬
нии  с  более  холодным  воздухом.
 Высокая  мощность  освещения  при  высокой  температуре  воз¬
духа  отражалась  на  жизни  растений  томатов  крайне  неблаго¬
приятно.  В  этих  условиях  стебли  всходов,  несмотря  на  то,  что
почва  была  закрыта  белой  бумагой,  перегревались  около  корне¬
вых  шеек,  а  затем  все  время  скручивали  листья.  Последнее
делало  их  похожими  на  растения,  поврежденные  вирусными
болезнями,  хотя  они  и  были  здоровы.  Забегая  вперед,  отме¬

§  3] 	ТЕМПЕРАТУРА  ВОЗДУХА  И  ЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ  ОСВЕЩЕНИЕ 	183
 тим,  что  такое  состояние  листьев  было  результатом  их  пере¬
грева.
 Собственная  температура  листьев  томатных  и  огуречных
растений  измерялась  несколько  раз  в  течение  опыта  при  -помощи
описанного  выше  прибора,  имеющего  приемной  частью  микро¬
термометр  сопротивления.  Ее  средние  значения  для  верхних
листьев  приведены  в  табл.  30.
 Рис.  57.  Одновозрастная  рассада  томатов,  выращен¬
ная  при  различных  мощности  лучистого  потока  W
и  температуре  воздуха.
 Ко
 1
 2
 3
 4
 W,  вт/м2
 150
 150
 600
 600
 Тв  °С
 25
 12-15
 12-15
 25
 Томатные  растения  наибольшую  растительную  массу  образо¬
вали  в  условиях  слабого  освещения  (150  вт/м2)  и  более  высокой
температуры  воздуха.  Почти  такого  же  веса  достигли  и  расте¬
ния  третьего  варианта,  росшие  при  пониженной  температуре,
но  в  условиях  более  мощного  лучистого  потока.  Любопытно,  что
собственная  температура  их  листьев  была  одинаковой  и  дости¬
гала  28°  С.  Сухая  масса  растений,  выросших  в  помещении  с  тем¬
пературой  воздуха  в  25°  С  и  под  воздействием  мощного  лучи¬
стого  потока,  составляла  только  40%  от  веса  растений  двух
предыдущих  вариантов.  Наконец,  наименьший  прирост  расти¬
тельного  вещества  дали  растения  второго  варианта  в  условиях
слабого  освещения  и  невысокой  температуры  воздуха.  Они  же

184
 ВНЕШНИЕ  УСЛОВИЯ  И  ИСПОЛЬЗОВАНИЕ  РАСТЕНИЯМИ  СВЕТА  [ГЛ.  IV
 •имели  .наименьшую  температуру  листьев,  почти  не  отличаю¬
щуюся  от  температуры  воздуха.  Практически  эти  растения  почти
не  росли,  дав  за  все  время  опыта  по  два  не  вполне  развернув¬
шихся  листочка.  Ввиду  того  что  растения  четвертого  варианта
скручивали  листья,  можно  заключить,  что  температура  в  36°  С,
которую  они  имели,  является  для  томатов  высокой.  Обводнен¬
ность  тканей  растений  была  меньшей  у  растений  второго  и  чет¬
вертого  вариантов  опыта  и  несколько  выше  у  растений  первого
и  третьего  вариантов.  В  данном  случае  она  хорошо  коррелиро-
валась  с  длиною  междоузлий  и  величиною  листовых  пластинок.
 Таблица  30
 Использование  света  рассадою  томатов  и  огурцов  в  зависимости
от  температуры  воздуха
 Мощность,
 вт/м2
 Затрата
на  1  рас¬
тение,
вт-ч
 Тв
 и
 о
 Средний  вес
растений
 Затрата
(вт/мг)
на  1  мг
сухого
вещества
 н
 JQ
 ч  А
 <D  Я
 н  н
 о
 и*
 о
 1
 О  £
 з£
 О  £
 «d
 оэ
 сухой
 6  £
 э£
 О  £
 ed
 S
 о.
 СО
 <L>  X
ю  э£  Ю
и  О  О
 н  <d
 о  *
S  о
у  н
О
 CL  £
Н  U
 х  а.
 <L)  <и
Ч  X
 н  S
 у  £
5
 У  CJ
>>  X
 X
 >>
 S
 о
 <и
 н
 U
 £
 э£
 О
 а.
 3
 О.  £
н  U
X  Qu
<L>  0)
Ч  X
 Н  £
О  U
 я  а
г  а>
>>  I
 CQ
 О  X  X
 ч  с
 СП  СП
 Ч  СП
 аэ
 ч
 U  Ы
 СП  СП
 Ч  СП
 Рассада  томатов
 1
 1,200
 150
 20  250
 2250
 25
 28
 33,07
 3070
 100
 5,59
 0,73
 2
 1,200
 150
 20  250
 2  250
 12—15
 15—18
 2,27
 260
 8
 77,88
 8,65
 3
 4,800
 600
 80  500
 9000
 12—15
 25—28
 28,38
 2  970
 96
 27,07
 3,03
 4
 4,800
 600
 80  500
 9000
 25
 36
 15,35
 1800
 58
 44,72
 5,00
 Рассада  огурцов
 1
 1,200
 150
 12  000
 1500
 25
 12,60
 820
 100
 14,63
 1,8
 2
 1,200
 150
 12  000
 1  500
 12—15
 2,80
 260
 31
 46,1
 5,7
 3
 4,800
 600
 48  000
 6  000
 12—15
 11,38
 1  050
 128
 45,7
 5,7
 4
 4,800
 600
 48  000
 6  000
 25
 27,10
 2  720
 331
 17,6
 2,2
 При  сопоставлении  количества  электрической  и  лучистой
энергии,  затраченной  на  образование  1  мг  сухого  вещества,
резко  выделяются  растения  первого  варианта.  В  этом  случае
наблюдается  несравнимая  с  другими  вариантами  экономия
использования  лучистого  потока  мощностью  в  150  вт/м2  при
температуре  воздуха  в  25°  С.  Если  количество  электроэнергии
в  ватт-часах,  приходящейся  на  1  мг  сухого  вещества  у  растений
этого  варианта,  принять  за  100%,  то  в  других  вариантах  оно

§  3) 	ТЕМПЕРАТУРА  ВОЗДУХА  И  ЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ  ОСВЕЩЕНИЕ 	185
 выразится  числами  во  много  раз  большими.  Это  значит,  что
в  данном  опыте  для  -накопления  сухой  растительной  массы  рас¬
садою  томатов  лучистый  поток  лучше  всего  использовался  при
его  сравнительно  малой  мощности,  но  при  условиях  относительно
высокой  температуры  воздуха.  Последнее  несколько  противо¬
речит  обычным  представлениям.  Исходя  из  них,  надо  было  ожи¬
дать  лучшего  накопления  растительной  массы  при  невысокой
интенсивности  освещения  у  растений,  росших  при  более  пони¬
женных  температурах  -воздуха.  На  деле  в  подобных  условиях
(вариант  второй)  синтез  сухого  вещества  оказался  почтив  12раз
меньшим!
 Снижение  температуры  воздуха  привело  к  положительным
результатам  при  сильном,  а  не  при  слабом  освещении.  Это  и
понятно:  менее  нагретый  воздух  способствовал  лучшей  отдаче
тепла,  возникающего  при  поглощении  растениями  части  мощного
лучистого  потока  с  большим  содержанием  инфракрасной  ра¬
диации.  Наоборот,  при  недостатке  освещения  несколько  повы¬
шенные  температуры  воздуха  снижали  расход  тепла  расте¬
ниями  и  тем  самым  улучшали  условия  использования  ими
света.
 Из  всего  сказанного  очевидно,  что  значительная  часть  по¬
глощаемой  растениями  лучистой  энергии  превращается  в  тепло,
расходуемое  ими  в  процессе  теплообмена  с  внешней  средой.
В  результате  этого  процесса  устанавливается  определенная
температура  листьев  растений,  характеризующая  их  физиоло¬
гическое  состояние  в  данное  время.
 Что  касается  процесса  цветения  и  плодоношения,  то  у  то¬
матных  растений  он  шел  нормально  только  в  условиях  мощного
лучистого  потока  и  пониженной  температуры  воздуха.  Растения
первого  варианта  начали  образовывать  бутоны  одновременно
с  растениями  третьего  варианта,  но  последние  не  развивались
и  опадали.
 Таким  образом,  создается  впечатление,  что  для  накопления
сухой  растительной  массы  у  томатных  растений  ведущим  фак¬
тором  является  температура  их  листьев.  Если  она  благо¬
приятна,  то  растения  довольствуются  очень  небольшим  количе¬
ством  света.  Ведь  в  лучистом  потоке  мелких  ламп  накалива¬
ния  на  видимую  область  спектра  приходилось  не  более  30  вт/м2.
Для  образования  же  органов  плодоношения  томаты  нуждались
в  повышенной  мощности  лучистого  потока  и  зависели  более  от
нее,  чем  от  температуры  воздуха.
 Значение  температуры  растения  для  накопления  раститель¬
ной  массы  особенно  ясно  проявилось  в  опыте  с  огурцами.
В  этом  случае,  чем  выше  была  температура  воздуха  и  тем
выше,  следовательно,  температура  листьев,  тем  скорее  накапли¬
валась  сухая  растительная  масса.

186  ВНЕШНИЕ  УСЛОВИЯ  И  ИСПОЛЬЗОВАНИЕ  РАСТЕНИЯМИ  СВЕТА  [ГЛ.  IV
 По  сравнению  с  томатами  огурцы  оказались  более  тепло¬
любивыми,  а  также  и  более  светолюбивыми  растениями.  Во  вся¬
ком  случае,  наибольшую  сухую  массу  дала  рассада  огурцов,
получившая  мощный  лучистый  поток  на  фоне  относительно
высокой  температуры  воздуха.  Правда,  использование  лучи¬
стой  энергии  огурцами  было  самым  высоким  в  тех  же  условиях,
что  и  у  томатов,  но  оно  не  так  резко  отличалось  и  в  других
условиях  выращивания.
 Таким  образом,  и  результаты  выращивания  рассады  тома¬
тов  и  огурцов  при  различных  сочетаниях  мощностей  лучистых
потоков  и  температур  воздуха  подтвердили  наличие  прямой  за¬
висимости  использования  растениями  лучистой  энергии  (света)
от  температуры  окружающей  их  среды.
 Кроме  закономерностей,  изложенных  выше,  заслуживаег
внимания  факт  различного  характера  роста  растений  томатов
первого  и  третьего  вариантов,  имеющих  очень  близкий  сухой
вес  и  сходные  температуры  листьев.  У  растений  первого  ва¬
рианта  междоузлия  растянуты  и  поэтому  они  высокие,  а  расте¬
ния  третьего  варианта  низкие  и  компактные,  потому  что  их
междоузлия  небольшие,  при  этом  число  узлов  (листьев)  в  обоих
случаях  одинаково.  Основные  причины  такого  различия  роста
томатных  растений,  очевидно,  прежде  всего  сводятся  к  неодина¬
ковой  мощности  получаемых  ими  лучистых  потоков,  что  приво¬
дит  к  различным  особенностям  роста  осевых  органов  (стеблей).
В  результате  большего  вытягивания  при  меньшем  освещении
свет  для  таких  растений  становится  все  менее  и  менее  объем¬
ным,  а  это  приводит  к  худшим  условиям  освещения  средних,
а  тем  более  нижних  листьев  растений  и  тем  самым  еще  ослаб¬
ляет  их  световой  режим,  а  следовательно,  и  питание  всего
растения.  В  этом,  скорее  всего,  и  кроется  причина  задержки
развития  органов  плодоношения  у  вытянутых  растений.
 Приведенный  опыт  с  томатами  интересен  еще  и  тем,  что  он
показал  относительность  оценки  светолюбия  растений.  При
сравнении  рассады  томатов  первого  и  четвертого  вариантов
неизбежно  отнесение  данного  сорта  к  теневыносливым  видам.
Наоборот,  при  сравнении  состояния  растений  второго  и  третьего
вариантов  опыта  выявляются  признаки  их  светолюбия.  Все
дело  в  том,  что  томаты  будут  расти  лучше  при  высокой  тем¬
пературе  воздуха  при  меньшем  лучистом  потоке  ламп  нака¬
ливания  (тенелюбие),  а  при  более  низкой  температуре,
наоборот,  —  при  большей  мощности  лучистого  потока  (свето-
любие).
 Таким  образом,  экспериментально  установлено,  что  в  одном
и  том  же  лучистом  потоке  ламп  накаливания  можно  вырастить
и  плохие  и  хорошие  растения  в  зависимости  от  температуры
окружающего  их  воздуха.  Само  по  себе  большое  количество

§  3] 	ТЕМПЕРАТУРА  ВОЗДУХА  И  ЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ  ОСВЕЩЕНИЕ 	187
 инфракрасной  радиации  здесь  не  при  чем,  оно  может  быть  и
вредно,  и  полезно.
 Конечно,  нет  оснований  делать  выводы  о  возможности  за¬
мены  видимого  излучения  инфракрасным,  а  тем  более  просто
температурой  воздуха.  Все  изложенное  справедливо  при  опре¬
деленной,  не  слишком  малой  мощности  лучистого  потока  в  ви¬
димой  области  излучения.
 Надо  полагать,  что  изложенные  выше  факты  имеют  харак¬
тер  общебиологических  закономерностей,  справедливых  не
только  для  искусственного,  но  и  для  естественного  освещения.
В  частности,  они  показывают  со  всей  определенностью  полную
несостоятельность  так  называемого  закона  физиологического
минимума  Блэкмана,  искажающего  сущность  подлинных  взаимо¬
связей  растений  с  окружающей  средой.
 По  этому  «закону»  лимитирующим  процесс  фотосинтеза  бу¬
дет  тот  фактор,  который  находится  в  минимуме  с  точки  зрения
исследователя,  а  не  растения.  Так,  например,  если  растение
находится  в  условиях  недостаточного  освещения,  то,  по  Блэк¬
ману,  единственным  способом  получить  достаточный  урожай
является  повышение  интенсивности  освещения.  На  самом  же
деле  при  недостатке  света  можно  повысить  температуру  воз¬
духа  и  тем  самым  улучшить  синтетическую  деятельность  расте¬
ний  и  добиться  тех  же  результатов,  что  и  при  улучшении  свето¬
вых  условий.
 В  природе  все  факторы  среды,  необходимые  для  жизни
растений,  всегда  в  любых  условиях  действуют  сопряженно.
Стоит  измениться  одному  фактору  в  сторону  уменьшения  или
увеличения,  как  очень  скоро  изменится  количественная  потреб¬
ность  растения  и  в  других  факторах.  Что  касается  мощности
лучистого  потока  и  температуры  воздуха,  то  их  влияние  на
растение  неотделимо  одно  от  другого,  ибо  оба  эти  фактора
определяют  температуру  листьев  растений,  от  которой  зависят
многие  процессы  растительной  жизни.
 «Закон»  Блэкмана  так  же,  как  и  лежащий  в  его  основе
«закон»  Либиха  об  «ограничивающих  факторах»  несовместимы
с  материалистической  диалектикой  и  должны  быть  нацело  от¬
вергнуты  советской  физиологией  растений.
 Итак,  для  получения  хороших  продуктивных  и  скороспелых
растений  при  выращивании  их  на  искусственном  освещении
необходимы  определенные  температурные  и  световые  условия.
В  световом  режиме  надо  уметь  сочетать  воедино:  спектральный
состав  лучистого  потока,  его  мощность,  т.  е.  количество  прино¬
симой  им  в  единицу  времени  энергии,  и  продолжительность
ежесуточного  освещения.  Температурный  режим  выращивания
должен  устанавливаться  в  соответствии  с  условиями  освещения
на  основании  знания  закономерностей  использования  растениями

188  ВНЕШНИЕ  УСЛОВИЯ  И  ИСПОЛЬЗОВАНИЕ  РАСТЕНИЯМИ  СВЕТА  [ГЛ.  IV
 данного  лучистого  потока.  Чем  большая  часть  его  будет  пере¬
ходить,  достигнув  растения,  в  тепло  и  чем  больше  будет  нагре¬
ваться  растение,  тем  меньшей  должна  быть  температура  воздуха.
И,  наоборот,  чем  меньше  лучистый  поток  будет  нагревать  расте¬
ние,  тем  более  высокой  может  быть  воздушная  температура.
Сочетание  действия  лучистого  потока  и  температуры  среды,
окружающей  растение,  должно  быть  таково,  чтобы  в  результате
их  совместного  воздействия  на  растение  последнее  имело  бы
температуру,  наилучшую  для  его  роста  и  развития.
 §  4.  Влияние  водного  режима  растений  на  использование  ими
 лучистой  энергии
 В  самых  лучших  световых  и  температурных  условиях  про¬
дуктивность  растений  будет  низкой,  если  они  не  будут  получать
необходимое  количество  воды  и  всех  других  элементов,  из  ко¬
торых  и  при  помощи  которых  строится  их  тело  (растительная
масса).
 Главное  место  в  группе  этих  факторов  принадлежит,  ко¬
нечно,  воде,  ибо  она  не  только  составляет  90%  живой  расти¬
тельной  массы,  но  и  затрачивается  растениями  в  больших
количествах  в  процессе  транспирации.  Последняя  является
очень  важным  фактором  в  теплообмене  растений  с  внешней
средой  и  предохраняет  растительные  ткани  от  перегрева  и  ги¬
бели.
 Очевидно,  что  чем  мощнее  лучистый  поток,  получаемый
растениями,  чем  больше  нагревается  растение,  тем  больше
воды  оно  должно  иметь  в  своем  распоряжении.  Малейший  не¬
достаток  воды  должен  особенно  сказываться  при  выращивании
растений  на  искусственном  освещении.  Труднее  всего  обеспе¬
чить  необходимое  растениям  количество  воды  в  том  случае,
если  хорошо  сформированное  растение  выращивается  в  малом
объеме  почвы  (горшке,  сосуде  и  т.  д.).
 Многочисленные  наблюдения  Б.  С.  Мошкова  показывают,
что  на  искусственном  освещении  нельзя  вырастить  хорошие
растения  в  малом  объеме  почвы  и  наоборот,  увеличение  объема
почвы  всегда  приводит  к  улучшению  результатов.  Конечно,  ма¬
лый  объем  сосуда  может  оказывать  неблагоприятное  влияние
и  сам  по  себе,  действуя  механически  на  корневую  систему,  огра¬
ничивая  ее  рост  и  создавая  тем  самым  несоответствие  между
надземной  и  подземной  массами  растений.  Наконец,  при  малом
объеме  сосуда  может  сказаться  недостаток  минеральных  пи¬
тательных  веществ,  а  дополнительное  внесение  их  повысит  кон¬
центрацию  почвенного  раствора  и  тем  самым  изменит  водоснаб¬
жение  растений  в  худшую  сторону.

§  4] 	ВОДНЫЙ  РЕЖИМ  И  ИСПОЛЬЗОВАНИЕ  ЛУЧИСТОЙ  ЭНЕРГИИ 	189
 Таким  образом,  вопрос  о  водоснабжении  растений  в  усло¬
виях  искусственного  освещения  является  комплексным  и  вклю¬
чает  в  себя  всю  проблему  питания  растений.
 Прежде  чем  перейти  к  описанию  опытов,  направленных  на
выяснение  благоприятных  условий  для  корневых  систем  расте¬
ний,  получающих  электрическое  освещение,  напомним  данные
элементарного  анализа  растений.  Средний  состав  сухой  расти¬
тельной  массы  (он  равняется  всего  около  10%  от  сырого  веса
растений)  обычно  таков:  углерод  —  45%,  кислород  —  42%,  во¬
дород—  6,5%,  азот—1,5%,  зола  —  5%.  В  состав  золы  входят
фосфор,  калий,  натрий,  сера,  магний,  железо  и  все  так  назы¬
ваемые  микроэлементы.
 Средний  сырой  вес  томатного  растения  с  красными  плодами
в  60-дневном  возрасте,  выращенного  полностью  на  электриче¬
ском  освещении,  обычно  колеблется  в  пределах  от  500  г  до
1  кг.  Если  принять  вес  среднего  растения  800  г,  тогда  на  долю
воды  придется  720  г,  и  только  80  г  придется  на  все  сухое  ве¬
щество!  Из  этих  80  г  сухого  вещества  приходится  на  долю  уг¬
лерода  36  г,  кислорода  33,6  2,  водорода  5,2  2,  азота  1,2  2  и
золы  4  2.
 Прибавив  к  4  2  золы  1,2  г  азота,  найдем,  что  за  все  время
выращивания  такого  растения  ему  надо  было  дать  5,2  г  мине¬
ральных  питательных  солей  (NPK),  иными  словами,  такое  ко¬
личество  минеральных  солей  при  нормальной  концентрации
раствора  может  быть  дано  в  5  л  воды.
 Еще  интереснее  эти  абсолютные  величины  выглядят  при
сравнении  их  на  примере  не  взрослого  растения,  а  16-дневной
рассады  томатов,  выращенной  полностью  на  электрическом
освещении.  Обычно  такая  рассада  (хорошие  растения)  весит
около  30  2.  Тогда  на  долю  сухого  вещества  придется  3  г;  6%  из
них,  падающих  на  долю  азота  и  золы,  составляют  только  180  мг.
Такое  количество  минеральных  веществ  может  быть  дано
в  250  см3  воды!
 Все  только  что  приведенные  расчеты  показывают,  что  мине¬
ральные  питательные  вещества  сами  по  себе  не  могут  быть
препятствием  при  культуре  растений  в  искусственной  обста¬
новке.  Что  касается  кислорода  и  водорода,  то  их  источником
для  растений  являются  вода  и  воздух,  а  источником  углерода  —
угольная  кислота  и  некоторые  другие  его  соединения,  находя¬
щиеся  в  воздухе,  почве  и  воде.
 Кислород  и  углекислота  не  только  поглощаются,  но  и  выде¬
ляются  растениями  в  процессе  фотосинтеза  и  дыхания,  состав¬
ляющих  общий  газообмен  растений  со  средой.
 Количество  углекислоты  в  помещениях,  где  растения  выра¬
щивались  на  искусственном  освещении,  всегда  было  несколько
выше  нормы,  поэтому  растения  вряд  ли  испытывали  недостаток

190  ВНЕШНИЕ  УСЛОВИЯ  И  ИСПОЛЬЗОВАНИЕ  РАСТЕНИЯМИ  СВЕТА  [ГЛ.  IV
 в  углероде.  Прямые  опыты  с  добавлением  углекислоты  в  воз¬
дух  не  дали  положительных  результатов.  Все  эти*факты  пока¬
зывают,  что  наибольшее  внимание  при  культуре  растений  на
искусственном  освещении  должно  быть  уделено  воде.  Что  ка¬
сается  минеральных  веществ,  то  изучение  их  влияния  на  расте¬
ния  может  оказаться  наиболее  перспективным,  если  оно  будет
проводиться  не  в  количественном,  а  в  качественном  направле¬
нии.
 Практически  решение  задачи  о  наиболее  рациональном
водоснабжении  растений  в  условиях  искусственного  освещения
началось  в  лаборатории  светофизиологии  АФИ  с  выяснения:
вопроса  об  объеме  сосудов  и  концентрации  растворов.  Нет
надобности  в  пространном  объяснении  того,  что  для  выращива¬
ния  растений  на  электрическом  освещении  максимальное  раз¬
мещение  растений  на  освещаемой  площади  имеет  чрезвычайно
большое  значение.  Оно  должно  лимитироваться  только  объемом
надземной  массы  растений,  а,  отнюдь  не  размерами  сосудов,
в  которых  они  выращиваются.
 Предварительные  наблюдения  за  растениями  томатов  по¬
казали,  что  в  одних  и  тех  же  условиях  освещения  и  темпера¬
туры  при  выращивании  их  в  одной  и  той  же  почве  они  растут
по-разному  в  зависимости  от  объема  сосудов:  за  один  и  тот
же  отрезок  времени  растения,  находившиеся  в  больших  по
размерам  сосудах,  давали  значительно  больший  прирост.  До¬
бавление  минеральных  удобрений  в  почву  в  малых  сосудах  не
давало  значительного  эффекта,  но  установка  их  в  поддонники,
всегда  наполненные  водой,  сейчас  же  улучшала  их  состояние.
 Стало  очевидным,  что  в  небольшом  объеме  почвы  нельзя
дать  растениям  столько  воды,  сколько  им  необходимо  для
обеспечения  высокой  продуктивности.  В  условиях  достаточно
мощного  лучистого  потока  при  высокой  температуре  растений
они  расходуют  за  сравнительно  короткое  время  воды  больше,
чем  ее  вмещается  в  небольшом  объеме  почвы.  Компенсация  не¬
большого  объема  почвы  частыми  поливами  не  всегда  возможна,
а  главное,  последняя  может  иметь  и  неблагоприятные  послед¬
ствия:  уплотнение  почвы  и  обеднение  ее  свободным  кислородом,
а  также  вымывание  из  нее  необходимых  питательных  элементов.
 Как  бы  то  ни  было,  возникла  необходимость  выяснить  экспе¬
риментальным  путем,  почему  в  сосудах  с  малым  объемом  расте¬
ния  хуже,  чем  в  более  крупных.
 Для  упрощения  задачи  основные  опыты  на  эту  тему  прово¬
дились  с  водными,  а  не  с  почвенными  культурами.  Прежде
всего  было  показано,  что  сам  объем  сосудов  очень  долгое  время
не  сказывается  на  состоянии  растений.
 В  опытах,  доказавших  это  важное  положение,  растения
(рассада  томатов  и  черенки  лимонов)  выращивали  в  сосудах

§  4] 	ВОДНЫЙ  РЕЖИМ  И  ИСПОЛЬЗОВАНИЕ  ЛУЧИСТОЙ  ЭНЕРГИИ 	191
 различной  емкости  (в  0,25;  0,5  и  2  л),  но  при  проточной  куль-
туре.  Для  этого  сосуды  соединялись  по  четыре  последовательно
(один  за  другим)  мягкими  резиновыми  трубками,  а  затем  все
вместе  параллельно  соединялись  с  баком,  в  котором  находился
раствор  Гельригеля  половинной  концентрации.  Из  сосудов
раствор  самотеком  поступал  в  нижний  бак  и  из  него,  при  по¬
мощи  шарового  крана,  реле  и  мотора,  перекачивался  снова
в  верхний  бак,  и  т.  д.  (рис.  58).  Все  опытные  растения  выра¬
щивали  в  одной  осветительной  установке  с  лампами  накалива¬
ния  и  водяным  фильтром,  дававшей  мощность  лучистого  по¬
тока  около  150  вг/ж2.
 Рис.  58.  Схема  опыта  с  проточной  водной  культурой.
 В  этих  опытах,  длившихся  для  рассады  томатов  25  суток,
а  для  лимонов  год,  объем  сосудов  никак  не  сказывался  на
росте  и  накоплении  сухой  растительной  массы.
 Таким  образом,  стало  совершенно  очевидным,  что  продук¬
тивность  растения  ограничивалась  не  малым  объемом  сосудов,
как  таковым.  Однако,  как  только  растворы  не  были  проточ¬
ными,  объем  сосудов  начинал  сказываться  на  продуктивности
растений.  Значит,  причина  неодинакового  состояния  растений
заключалась  в  самих  растворах.  Что  же  при  этом  изменялось?
Прежде  всего  —  общий  объем  воды,  а  следовательно,  и  раство¬
ренного  кислорода,  затем  суммарное  количество  минеральных
элементов  и,  наконец,  концентрация  раствора.
 Некоторое  представление  о  том,  какой  же  из  названных
факторов  является  наиболее  существенным,  дают  результаты
опыта  с  рассадою  томатов,  в  котором  выяснялось  влияние
названных  факторов  (объема  воды,  количества  минеральных
элементов  и  концентрации  раствора).
 Условия  освещения  для  всех  вариантов  этого  опыта  были
одинаковыми.  Все  растения  выращивали  в  одной  осветительной

192  ВНЕШНИЕ  УСЛОВИЯ  И  ИСПОЛЬЗОВаНИЕ  РАСТЕНИЯМИ  СВЕТА  [гл.  IV
 установке  из  ламп  накаливания  с  водным  фильтром  при  об¬
щей  мощности  лучистого  потока  на  высоте  вершин  рассады
200  вт/м2,  причем  на  инфракрасную  радиацию  приходилось
только  40%  излучения.  Видимая  часть  использованного  в  дан¬
ном  опыте  лучистого  потока  достигала  мощности  120  вт/м2.
Продолжительность  ежесуточного  освещения  была  принята
в  20  часов.
 Питательный  раствор  составлялся  по  типу  Гельригеля  и
давался  в  следующих  концентрациях:  нормальный,  72  нормаль¬
ного  и  74  нормального.  Фаянсовые  сосуды,  в  которых  выращи¬
вали  растения,  были  емкостью  250  и  500  см3  (кратной  друг
ДРУГУ)*  'При  каждой  концентрации  раствора  половина  растений
находилась  в  малых,  а  другая  половина  —  в  больших  сосудах,
что  составляло  6  вариантов  опыта.  Продолжался  он  20  дней.
 За  это  время  растения  дали  бутоны  (через  15  суток)  во  всех
вариантах,  кроме  третьего  и  пятого,  где  в  250  смъ  воды  было
растворено  0,1  и  0,2  г  минеральных  солей.
 Конечный  результат  опыта  —  средний  сухой  вес  растений
в  зависимости  от  концентрации,  объема  воды  и  количества
минеральных  солей  —  приведен  в  табл.  31.
 Таблица  31
 Влияние  концентрации  раствора,  объема  воды  и  количества
минеральных  солей  на  образование  сухого  вещества  рассадою  томатов
 Концентра¬
 ция
 раствора
 Количество
в  растворе
 Вес  сухой
массы
среднего
растения,
г
 Сухая
 масса
 растений,
 %
 Появление
 бутонов
 воды,
см3
 минераль¬
 ных
 солей,
 г
 0,25
 250
 0,05
 1,333
 100
 На  15-й  день
 0,25
 500
 0,10
 1,673
 125,5
 То  же
 0,50
 250
 0,10
 1,344
 100,9
 Нет
 0,50
 500
 0,20
 2,035
 152,6
 На  15-й  день
 1,0
 250
 0,20
 1,314
 100,5
 Нет
 1,0
 500
 0,40
 1,516
 115,7
 На  15-й  день
 Увеличение  количества  минеральных  веществ  от  0,05  до
0,2  г  в  250  смъ  воды  и,  следовательно,  возрастание  концентрации
раствора  от  0,25  до  1,0,  не  привело  к  изменению  величины
сухого  вещества.
 Практически  тот  же  результат  получился  и  при  возрастании
количества  минеральных  элементов  от  0,10  до  0,40  г  в  500  смг
воды.  В  этом  нет  ничего  удивительного,  так  как  все  концентра-

§  4]  ВОДНЫЙ  РЕЖИМ  И  ИСПОЛЬЗОВАНИЕ  ЛУЧИСТОЙ  ЭНЕРГИИ 	193
 ции  растворов  были  малы,  а  возможный  недостаток  минераль¬
ных  солей  компенсировался  частыми  сменами  растворов.
 Даже  в  два  раза  меньшее  количество  минеральных  элемен¬
тов  во  втором  варианте  по  сравнению  с  пятым  вариантом,  но
при  обратном  соотношении  водяных  объемов,  привело  к  повы¬
шению  накопления  сухого  вещества  на  25%.  Здесь  особенно
ясно  выступает  роль  воды.
 Нетрудно  видеть,  что  в  третьем  и  четвертом  вариантах  при
равенстве  концентраций  растворов  образовались  совершенно
различные  количества  сухого  вещества.  В  сосудах  малого  объ¬
ема  даже  при  частой  смене  растворов,  несмотря  на  вполне  бла¬
гоприятную  концентрацию,  растения  росли  хуже,  чем  в  сосудах
большого  объема,  очевидно,  из-за  недостатка  общего  количе¬
ства  воды  и  растворенного  в  ней  кислорода.
 В  некоторых  опытах  наблюдалось  увеличение  сухой  расти¬
тельной  массы  в  случае  периодического  питания  растений.
Последнее  в  опытах  с  водными  культурами  осуществляется
просто:  растения  переносят  из  одного  сосуда  в  другой  через
известные  промежутки  времени.
 Пользуясь  подобной  методикой,  удалось  наблюдать  увели¬
чение  сухого  веса  у  томатной  рассады,  выращиваемой  в  раз¬
личных  световых  режимах.  Так,  например,  при  выращивании
рассады  томатов  (сорт  «Короткостадийный»)  на  12-часовом
дне,  создаваемом  за  счет  лучистого  потока  ламп  накаливания
в  установке  с  водяным  фильтром  мощностью  в  100  вт/м2,  было
получено  увеличение  сухого  веса  почти  на  12%,  если  в  ночные
часы  рассада  находилась  на  воде.  Контролем  служили  расте¬
ния,  находящиеся  все  время  (т.  е.  24  часа  в  сутки)  на  нор¬
мальном  растворе  Кнопа.  Перевод  одной  группы  растений  на
темный  период  суток  в  воду,  а  затем  на  день  снова  на  раствор
Кнопа,  ежедневно  менявшийся,  дал  упомянутое  выше  увеличе¬
ние  сухого  вещества  и  повысил  его  процентное  отношение  к  сы¬
рому  весу  растений  по  сравнению  с  контролем.
 Положительный  результат  с  выращиванием  этого  же  сорта
томата  («Короткостадийный»)  получался  даже  и  в  том  случае,
когда  чередование  раствора  и  воды  происходило  через  24  часа.
 И  в  этом  опыте  рассаду  томатов  выращивали  на  растворе
Кнопа  тройной  концентрации  в  фаянсовых  сосудах  емкостью
в  250  см?  в  осветительной  установке  из  ламп  накаливания
с  водяным  фильтром  при  помощи  лучистого  потока  в  100  вт/м2.
Растворы  менялись  ежедневно.  Продолжительность  дня  во  всех
случаях  была  20  часов.
 Существенное  значение,  особенно  для  некоторых  культур,
имеет  температура  корнеобитаемой  среды.  Известно,  что  при
температурах  около  0°С,  3°С,  5°С  корневая  система  плохо
усваивает  воду,  и  растения,  особенно  (при  повышенных
 13  Зак.  196.

194  ВНЕШНИЕ  УСЛОВИЯ  И  ИСПОЛЬЗОВАНИЕ  РАСТЕНИЯМИ  СВЕТА  [ГЛ.  IV
 воздушных  температурах  и  значительных  нагревах  листьев  за
счет  лучистой  энергии,  могут  завянуть.
 Для  теплолюбивых  видов  неблагоприятны  и  более  высокие
температуры  почвы  и  питательных  растворов.  Из  овощных  рас¬
тений  в  повышенных  температурах  корнеобитаемой  среды  осо¬
бенно  нуждаются  огурцы.  При  выращивании  их  на  искусствен¬
ном  освещении  они  давали  наилучшие  результаты  при  темпе¬
ратуре  питательного  раствора  около  25°С.  Пониженная  темпе¬
ратура,  даже  до  20°С,  уже  снижала  их  продуктивность.  По¬
нятно,  что  выращивание  таких  растений  в  растворах  с  недо¬
статочной  температурой,  а  равно  и  полив  их  прохладной  водой
ведут  к  задержке  их  роста.
 Развитие  исследований  по  изучению  способов  корневого
питания  растений  в  условиях  искусственного  освещения  пред¬
ставляет  одну  из  важнейших  задач  всей  проблемы  повышения
коэффициента  использования  растениями  находящейся  в  их
распоряжении  лучистой  энергии.

ГЛАВА  V
 ИСКУССТВЕННОЕ  ОСВЕЩЕНИЕ  —  НОВЫЙ  МЕТОД
ВОЗДЕЙСТВИЯ  НА  РАСТЕНИЯ
 Повышение  продуктивности  растений,  так  же  как  и  ускоре¬
ние  их  развития,  были  и  остаются  важными  проблемами  как
практического,  так  и  теоретического  растениеводства.
 Надежда  на  получение  двух  колосьев  там,  где  рос  один,
издавна  украшала  труд  земледельца  и  способствовала  разви¬
тию  ботанической  физиологии.  Из  нее  родилась  проблема  по¬
вышения  продуктивности  растений  и  всего  сельского  хозяйства
в  целом.
 Позже,  с  развитием  принципов  научной  селекции,  направлен¬
ной  на  решение  первой  проблемы,  возникла  вторая  проблема  —
ускорение  развития  растений.  Ее  значение  определяется  необ¬
ходимостью  получения  новых  разновидностей  растений,  успе¬
вающих  закончить  свою  вегетацию  в  течение  благоприятных,
часто  очень  коротких,  летних  периодов  северных  стран.
 Помимо  этого,  сам  процесс  селекционной  работы  значительно
тормозился  длительными  сроками,  проходящими  от  посева  до
первого  плодоношения  гибридных  растений,  особенно,  если  эти
растения  были  многолетними.  Плодоношение  многих  растений
начинается  на  второй,  третий  год  их  жизни,  а  большинство
древесных  видов  начинает  плодоносить  еще  позже,  часто  в  воз¬
расте  10—15,  а  то  и  50  лет.  Естественно,  что  столь  поздние
сроки  'первого  плодоношения  многолетних  растений  сильно
затрудняют  успешную  селекционную  работу  с  подобными  ви¬
дами.
 В  различное  время  было  предложено  немало  методов  как
повышающих  продуктивность  растений,  так  и  ускоряющих  их
развитие.
 Вся  современная  система  земледелия,  вся  агротехника  воз¬
делывания  сельскохозяйственных  растений  направлены  на  по¬
лучение  наиболее  высоких  урожаев.  Целям  ускорения  развития
растений  служат  многие  специальные  методы  их  культуры  и,
в  частности,  для  древесных  видов  широко  применяются  приви¬
вочные  воздействия.
 13*

196
 ИСКУССТВЕННОЕ  ОСВЕЩЕНИЕ
 [ГЛ.  V
 Многочисленные  наблюдения  показывают,  что  повышение
продуктивности  растений  очень  часто  приводит  к  одновремен¬
ному  удлинению  периода  их  развития.  Наоборот,  большинство
методов,  ускоряющих  развитие  растений,  в  то  же  время  пони¬
жает  их  продуктивность.  Отсюда  возникла  неверная  и  вредная
для  практики  теория  об  антагонизме  между  продуктивностью
и  скороспелостью  растений.  Например,  озимые  сорта  хлебных
злаков  всегда  продуктивнее  яровых,  однако  это  не  означает,
что  нельзя  создать  яровой  сорт,  скажем  пшеницы,  столь  же
или  даже  более  урожайный,  чем  лучший  озимый  сорт.
 Больше  того,  приведенные  ниже,  исследования,  показывают,
что  у  любых  растительных  видов,  в  том  числе  и  у  сравнительно
скороспелых  однолетников,  и  продуктивность  и  скороспелость
их  развития  могут  сопутствовать  друг  другу  в  очень  широких
пределах.  При  этом  заслуживает  исключительного  внимания  то
обстоятельство,  что  среди  факторов  внешней  среды,  обязатель¬
ных  для  нормальной  жизнедеятельности  растений,  наиболее
активным  ускорителем  развития  растений  оказывается  лучистая
энергия.  Она  же,  точнее,  ее  видимая  часть  —  свет,  имеет  решаю¬
щее  значение  для  фотосинтеза.  Следовательно,  и  урожайность
растений  и  характер  их  репродуктивного  развития  зависят
в  значительной  степени  от  одного  и  того  же  фактора,  опреде¬
ляющего  их  общее  физиологическое  состояние.
 Световые  воздействия,  в  широком  значении  этого  понятия,
конечно,  если  растения  не  испытывают  недостатков  в  других
элементах,  определяющих  их  нормальный  синтез,  являются
мощным  фактором  повышения  продуктивности  и  ускорения
развития  растительных  организмов.  Искусственное  освещение
надо  рассматривать  не  только  как  полный  заменитель  солнеч¬
ного  света,  но,  одновременно,  и  как  новый  фактор,  определяю¬
щий  то  или  иное  физиологическое  состояние  растений.
 Выращивание  растений  на  искусственном  освещении*  яв¬
ляется  новым  и  едва  ли  не  самым  действенным  методом  полу¬
чения  в  самые  короткие  сроки  наиболее  высоких  урожаев.
Лучшей  иллюстрацией  сказанного  могут  служить  многочислен¬
ные  результаты  выращивания  томатов  на  одном  электрическом
освещении  в  осветительных  установках  лаборатории  светофи-
зиологии  АФИ  (рис.  59).
 Подробное  описание  указанной  установки  дано  в  книге
Б.  С.  Мошкова  «Выращивание  растений  на  искусственном  осве¬
щении»  (1953).  Существенным  отличием  осветительной  уста¬
новки  последнего  типа  (1957)  является  включение  в  нее  вместо
обычных  ламп  накаливания  зеркальных  ламп  накаливания.
Последние  отличаются  от  первых  формою  колбы  (параболиче¬
ской  вместо  шаровидной),  а  также  тем,  что  верхняя  половина
колбы  покрыта,  как  зеркало,  металлической  пленкой.

ИСКУССТВЕННОЕ  ОСВЕЩЕНИЕ
 197
 Это  способствует  значительному  усилению  лучистого  потока
за  счет  отражения  той  его  части,  которая  в  обычной  лампе
устремляется  вверх  от  нити.  Большое  преимущество  зеркаль¬
ных  ламп  перед  простыми  заключается  в  том,  что  они,  обладая
собственной  отражающей  поверхностью,  не  нуждаются  для  этой
 Рис.  59.  Осветительная  установка  с  томатными
растениями  в  возрасте  50  дней  (25  растений  на
1  мГ-).
 цели  в  дополнительной  арматуре.  Поэтому  и  исключается  в  осве¬
тительных  установках  с  зеркальными  лампами  общий  отража¬
тель,  находящийся  над  водной  поверхностью  фильтра,  что  упро¬
щает  и  удешевляет  установку.
 Но  главным  достоинством  осветительной  установки  с  зер¬
кальными  лам-пами  является  'почти  двойное  увеличение

198
 ИСКУССТВЕННОЕ  ОСВЕЩЕНИЕ
 [ГЛ.  V
 мощности  лучистого  потока,  по  сравнению  с  простыми  лампами
накаливания,  при  одинаковой  затрате  электроэнергии  на  их
горение.
 Площадь  пола,  где  размещаются  растения,  и  светящегося
потолка  над  ними  составляет  1  м2.  Общая  электрическая  мощ¬
ность  осветительной  установки,  при  16  лампах  по  300  вт  каж¬
дая,  равна  4,8  кет.
 Мощность  лучистого  потока  в  такой  установке  на  уровне
вершин  растений  обычно  составляет  250—300  вт/м2,  т.  е.  дости¬
гает  примерно  V4  части  прямой  солнечной  радиации,  приходя¬
щейся  в  полуденные  часы  на  земную  поверхность.
 Как  показали  многочисленные  опыты  лаборатории  свето-
физиологии  АФИ,  такая  мощность  лучистого  потока,  при  длине
периода  освещения  в  14—16  часов  в  сутки,  создает  световой
режим,  способствующий  активной  жизнедеятельности  томатных
растений.
 В  этих  световых  условиях,  при  обычной  горшечной  культуре,
растения  томатов  (ранние  сорта)  образуют  бутоны  на  12-й  день
от  появления  всходов,  в  возрасте  20—22  дней  начинают  цвести,
к  30  дням  у  них  завязываются  плоды,  а  через  50  суток  после
посева,  или  через  20—25  после  появления  завязей,  начинается
интенсивное  их  покраснение.  За  60  дней  жизни  растений  они
дают  весь  урожай  плодов,  причем  последние  обладают  весьма
высокими  пищевыми  и  вкусовыми  достоинствами.
 По  сравнению  с  лучшими  условиями  культуры,  где  данные
сорта  томатов  созревают  скорее  всего,  растения  на  электриче¬
ском  освещении  в  осветительной  установке  лаборатории  свето-
физиологии  АФИ  ускоряют  свое  развитие  более  чем  в  два  раза.
Если  вспомнить,  что  обычный  рассадный  период  составляет  не
менее  45  )суток,  а  часто  затягивается  и  до  60  суток,  то  скорость
репродуктивного  развития  томатов  на  искусственном  освещении
может  показаться  фантастической.  Однако  данный  ход  развития
в  работах  лаборатории  светофизиологии  АФИ  стал  вполне
обычным,  и  сейчас  начинаются  поиски  его  дальнейшего  уско¬
рения.
 Какова  же  продуктивность  столь  быстро  развивающихся
растений?
 Результаты  многочисленных  опытов,  проведенных  за  два
последних  года  в  лаборатории  светофизиологии  АФИ,  показы¬
вают,  что  она  очень  высока.  Достаточно  сказать,  что  отдельные
растения  за  60  дней  жизни  дают  урожай  зрелых  плодов  до
800  г.  Общий  урожай  плодов  с  1  м2  осветительной  установки
превышает  15  кг.  Это  означает,  что  за  год  с  1  м2  собирается
урожай,  достигающий  90  кг.  При  пересчете  на  1  га  размер
урожая  томатных  растений,  в  условиях  электрического  освеще¬
ния,  за  год  достигает  неслыханной  величины  в  9000  ц\

ИСКУССТВЕННОЕ  ОСВЕЩЕНИЕ
 199
 Эти  многократно  проверенные  экспериментальные  данные
свидетельствуют:  во-первых,  в  пользу  новых  представлений
о  продуктивности  томатных  растений  и,  во-вторых,  о  чрезвы¬
чайно  высокой  'производительно¬
сти  культуры  томатов  в  осве-  *
тительных  установках  лаборато¬
рии  оветофизиологии  АФИ  без
всякого  участия  естественного
света.
 За  60  дней  томатные  расте¬
ния  сортов,  обладающих  ограни¬
ченным  ростом,  достигают  срав¬
нительно  небольших  размеров,
общий  -сырой  вес  растений  со¬
ставляет  2,5—3  кг.  Благодаря
этому  представляется  возмож¬
ность  на  1  м2  размещать  25  или
даже  36  растений.  Для  того  что¬
бы  корневая  система  растений
развивалась  лучше,  а  также  для
того,  чтобы  растения  никогда  не
нуждались  в  воде,  последние  вы¬
ращивают  в  комбинированных
почвенно-водных  условиях  (рис.
 60).  Эго  значит,  что  верхняя
часть  корней  располагается  в
почве,  а  нижняя  —  в  слабом  .пи¬
тательном  растворе,  причем  меж¬
ду  почвой  и  водной  средой
находится  свободное  воздушное
пространство,  в  котором  прохо¬
дят  средние  части  корневой  си¬
стемы.
 Практически  томатные  расте¬
ния  выращивают  в  осветитель¬
ных  установках  следующим  об¬
разом:  на  подвижной  пол  осве¬
тительной  установки  помещают
квадратный  резервуар  из  листо¬
вого  железа,  покрытого  изнутри
битумом,  а  снаружи  масляной
краской.  Длина  сторон  резер¬
вуара  1000  мм,  глубина  его  200  мм.  В  двух  противоположных
углах  резервуара  сделаны  отверстия:  наливное—на  высоте
100  мм  и  сливное  —  на  высоте  20  мм  от  его  пола.  В  верхнюю
часть  резервуаров,  при  помощи  вделанных  в  их  стенки
 Рис.  60.  Томатное  растение  в  воз¬
расте  54  дней  из  осветительной
установки  с  зеркальными  лампами
накаливания  (25  растений  на  1  м2).

200 	ИСКУССТВЕННОЕ  освещение 	[гл.  V
 металлических  реек,  устанавливают  металлические  коробки,  по¬
крытые  со  всех  сторон  (битумом.
 При  размещении  25  растений  на  1  м2  длина  каждой  стороны
коробки  185  мм  и  глубина  80  мм.  В  осветительной  установке,
где  на  1  м2  выращивают  36  растений,  глубина  коробок  остается
той  же  —  80  мм,  а  длина  сторон  сокращается  до  160  мм.
 Таким  образом,  все  коробки  квадратные.  В  их  дне  пробиты
многочисленные  отверстия  диаметром  в  5  мм  за  исключением
центрального,  находящегося  в  середине  пола  и  имеющего  диа¬
метр  в  10—15  мм.
 В  металлические  коробки  набивают  хорошую,  богатую  пере¬
гноем  почву  и  в  центр  высаживают  по  одному  проростку  томат¬
ных  растений  через  2—3  дня  после  прорастания  семян.  Прора¬
щивают  семена  на  фильтровальной  бумаге.  Конец  корня  про¬
ростка  пропускают  в  центральное  отверстие  с  тем,  чтобы  он
скорее  попал  в  питательный  раствор.  Почву  сперва  насыпают
нетолстым  слоем,  а  затем,  по  мере  роста  растения,  досыпают
до  краев  коробок.
 Питательный  раствор  Гельригеля  половинной  концентрации
в  количестве  100—120  л  наливается  в  начале  выращивания
в  систему,  представляющую  собою  резервуар,  в  котором  рас¬
положены  коробки  с  растениями,  и  бак  с  раствором  и  нагне¬
тательным  насосом.  При  помощи  насоса  раствор  накачивают
в  резервуар,  откуда  он  вытекает  по  достижении  уровня  сливного
отверстия.  При  помощи  такого  простого  устройства  осуще¬
ствляется  несколько  раз  в  сутки  циркуляция  раствора  между
корнями  растений.
 Чем  раньше  корни  растений  попадают  в  раствор,  тем  выше
урожай  томатов.
 При  урожае  в  15  кг  плодов  с  1  м2,  средний  урожай  с  одного
растения,  в  установке  где  выращивается  36  растений,  равен
416  г,  а  затраты  электроэнергии  на  1  кг  составляют  267  квт-ч.
 Дальнейшее  повышение  продуктивности  растений  будет  уве¬
личивать  общий  урожай  и  снижать  затраты  электроэнергии  на
единицу  продукции.  В  данное  время  представляется  вполне
реальным  доведение  урожая  плодов  томатов  с  1  ж2  за  60  дней
до  20  кг,  что  даст  годовой  выход  продукции  с  I  м2  в  120  кг  и
понизит  затраты  электроэнергии  до  200  квт-ч  на  1  кг  зрелых
плодов.
 Таким  образом,  при  работе  с  томатами,  притом  с  малоуро¬
жайными  сортами,  обладающими  ограниченным  ростом,  удалось
показать,  что  искусственное  освещение  одновременно  ускоряет
развитие  и  повышает  продуктивность  растений.
 Еще  большее  ускорение  развития,  также  при  обильном  уро¬
жае  плодов,  удалось  получить  при  выращивании  на  искусствен¬
ном  освещении  мелкоплодной  земляники.  При  посеве  семян  эта

ИСКУССТВЕННОЕ  ОСВЕЩЕНИЕ
 201
 земляника,  один  из  французских  сортов,  начала  цвести  через
25  дней  после  прорастания  семян,  а  к  40-дневному  возрасту
находилась  в  состоянии  обильного  плодоношения.
 Ускорение  развития  имеет  исключительно  большое  значе¬
ние  для  практики  разведения  декоративных  растений,  культи¬
вируемых  ради  их  цветов.  В  цветоводстве  сроки  выгонки  расте¬
ний  решают  весь  план  производства,  а  также  и  стоимость  вы¬
пускаемой  продукции.  Мало  этого,  в  северной  части  СССР
многие  поздно  зацветающие  виды,  например  крупноцветную
хризантему,  приходится  долгое  время  выдерживать  в  дорого¬
стоящих  сооружениях  утепленного  грунта,  теплицах  и  парниках,
так  как  их  вегетационный  период  не  укладывается  в  теплые
месяцы.  В  частности,  крупноцветная  хризантема  выгоняется
в  течение  8—9  месяцев.  Естественно,  что  ее  себестоимость  весьма
значительна.
 Однако,  как  показали  результаты  выращивания  нескольких
сортов  крупноцветной  хризантемы  на  искусственном  освещении
в  осветительной  установке  лаборатории  светофизиологии  АФИ,
срок  ее  выгонки  может  быть  сокращен  до  2  месяцев,  т.  е.
в  3—4  раза.  За  этот  сравнительно  короткий  период,  начинаю¬
щийся  с  посадки  черенков  хризантемы  и  кончающийся  ее  цве¬
тением,  получаются  хорошие  растения  хризантемы,  причем  на
каждое  растение  затрачивается  около  90  квт-ч  электроэнергии
(рис.  61).
 В  период  черенкования  хризантема  находится  на  длинном
дне  или  на  непрерывном  освещении,  что  способствует  ее  бы¬
строму  укоренению,  а  затем  (переводится  на  12-часовой  день,
способствующий  ее  скорейшему  зацветанию.
 При  правильном  использовании  искусственного  света  проще
всего  с  наименьшими  затратами  электроэнергии  на  единицу
продукции  вырастить  лук  на  перо.  Для  этих  целей  прекрасным
источником  освещения  являются  люминесцентные  трубки.  При
этом  могут  быть  рекомендованы  два  способа  получения  зимою
ценного  по  своим  пищевым  качествам  зеленого  лукового  листа.
 Первый  способ  выращивания  лука  на  перо  заключается
в  выращивании  его  между  двумя  рядами  люминесцентных  тру¬
бок,  расположенных  среди  растений  параллельно  поверхности
стеллажа.  В  этом  случае  создается  хорошо  используемое  луко¬
выми  растениями  объемное  освещение,  чего  нельзя  достигнуть,
освещая  лук  только  сверху.
 Второй  способ  состоит  в  следующем:  луковицы  помещают
в  выгоночное  помещение,  лишенное  всякого  освещения,  и
остаются  там  до  тех  пор,  пока  листья  лука  (перо)  достигают
товарных  размеров,  т.  е.  длины  в  30—35  см.  При  температуре
воздуха  в  20°  С  на  этот  процесс  уходит  не  больше  10  суток,
считая  с  начала  прорастания  луковиц.  Затем  растения  с  двух

202
 ИСКУССТВЕННОЕ  ОСВЕЩЕНИЕ
 [ГЛ.  V
 сторон  облучаются  светом  люминесцентных  ламп  непрерывно
в  течение  24  или  48  часов.  За  это  время  листья  лука  полностью
зеленеют  и,  таким  образом,  вся  выгонка  лука  на  перо  закан¬
чивается  за  11  —12  дней  с  минимальными  затратами  как  на
топливо,  так  и  на  электроэнергию.
 Напомним,  что  в  производственных  условиях  на  выгонку
лука  затрачивается  не  менее  30—50,  а  то  и  60  дней,  причем  все
это  время  лук  находится  в  теплицах,  расходующих  большие
количества  тепла.
 Рис.  61.  Хризантема  крупноцветная  в  возрасте  60  дней,  выра¬
щенная  в  осветительной  установке,  состоящей  из  300-ваттных
ламп  накаливания.
 Содержание  витамина  С  в  листьях  лука,  выращенных  по
описанному  выше  способу,  разработанному  в  лаборатории
светофизиологии  АФИ  составляет  в  среднем  31  мг  %  на  сырой
вес,  что  превышает,  по  анализам  Т.  А.  Парибок,  на  8%  содер¬
жание  его  в  листьях,  выгоняемых  в  зимнее  время  в  теплицах.
 Этот  новый  способ  выгонки  лука  вполне  пригоден  для  ши¬
рокой  практики  северного  зимнего  овощеводства.  Очень  воз¬
можно,  что  таким  же  способом  можно  выращивать  и  ряд  дру¬
гих  зеленых  культур.
 Естественно,  что  искусственное  освещение  ускоряет  развитие
и  многолетних  древесных  растений.  Так,  например,  корнесоб¬

ИСКУССТВЕННОЕ  ОСВЕЩЕНИЕ
 203
 ственные  сортовые  лимоны  зацветают  в  течение  первого  года
жизни,  считая  с  момента  посадки  черенков,  а  сеянцы  лимонов
цветут  через  5—6  лет  после  высева  семян.  Шиповники  и  неко¬
торые  другие  кустарники  при  семенном  размножении  переходят
к  плодоношению  в  первый  год  жизни.
 Все  приведенные  выше  факты,  перечень  которых  мог  бы  быть
значительно  расширен,  свидетельствуют  о  том,  что  искусствен¬
ное  освещение  является  мощным  фактором  ускорения  развития
растений  и  повышения  их  продуктивности.  Следовательно,  вы¬
ращивание  растений  на  электрическом  освещении  вскрывает
еще  неизвестные  потенциальные  возможности  растительных
организмов  и  уже  тем  самым  представляет  большой  практиче¬
ский  интерес.
 Помимо  этого,  воздействие  на  растения  искусственным  све¬
том  в  строго  контролируемых  условиях  опыта  позволяет  изу¬
чать  отдельные  физиологические  процессы,  определяющие
физиологическое  состояние  растений  в  целом.  Тем  самым
вскрываются  и  причины  столь  успешных  результатов  культуры
растений  полностью  на  искусственном  освещении.  В  частности,
нельзя  не  подчеркнуть,  что  только  в  условиях  искусственного
освещения  могут  быть  с  достаточной  точностью  выяснены  све¬
товые  режимы,  наиболее  отвечающие  внутренним  потребностям
растений.  Кроме  того,  в  этих  же  исследованиях  вскрываются
наиболее  оптимальные  сочетания  факторов  внешней  среды,  обя¬
зательных  для  нормальной  жизни  растений,  способствующих
наилучшему  использованию  ими  светового  потока.
 Нельзя  не  отметить,  что  фотопериодические  опыты  с  рас¬
тениями  в  условиях  искусственного  освещения  значительно
расширили  представления  об  этом  весьма  интересном  явлении,
а  главное,  показали  исключительно  важную  роль  фотопериодов
в  установлении  внутренних  суточных  ритмов  метаболизма,  опре¬
деляющих  все  основные  процессы  жизнедеятельности  расти¬
тельных  организмов.
 Как  показывают  результаты  опытов  В.  Г.  Карманова  и
 С. 	Л.  Пумпянской,  И.  И.  Гунара  и  его  сотрудников,  а  также
Б.  С.  Мошкова,  фотопериодические  ритмы  выращивания  расте¬
ний  определяют  суточные  ритмы  их  транспирации,  фотосин¬
теза,  движения  листьев,  поступления  минеральных  веществ  и
воды.
 Очень  вероятно,  что  вообще  все  физиологические  процессы
в  какой-то  степени  имеют  ритмичный  суточный  ход,  повторяю¬
щий  суточные  световые  фотопериодические  циклы,  сопровож¬
дающие  онтогенетическое  развитие  растений.
 Отсюда  нельзя  не  сделать  важного  вывода  о  том,  что  для
жизнедеятельности  растений  особенное  значение  имеют  факторы
внешней  среды,  подверженные  правильным  циклическим

204
 ИСКУССТВЕННОЕ  ОСВЕЩЕНИЕ
 [ГЛ.  V
 колебаниям.  Последние  носят  не  только  суточный,  но  также  и
сезонный  характер.  Так,  например,  у  многолетних  растений
сезонными  явлениями  оказываются  начало  и  конец  роста,  рас¬
пускание  и  опадание  листьев,  наступление  и  снятие  периода
покоя  и  т.  д.  Именно  с  ритмичностью  процессов  онтогенеза  свя¬
заны  такие  широко  распространенные  явления,  как  необходи¬
мость  смены  одних  внешних  факторов  на  другие,  например,
короткого  дня  на  длинный  или  высокой  температуры  на  более
пониженную.  Так,  растения,  окончившие  рост  на  коротком  дне
и  при  высокой  температуре,  скорее  начинают  новую  вегетацию
«а  длинном  дне  и  после  получения  периода  с  относительно  по¬
ниженными  температурами.  Больше  того,  даже  если  семена
растений  (например  злаков)  вызрели  при  высоких  температурах,
то  выросшие  из  них  растения  первое  время  будут  лучше  расти
при  относительно  пониженных  температурах  и,  наоборот,  если
семена  созрели  при  пониженных  температурах,  то  растения  из
них  лучше  растут  при  относительно  повышенных  температурах
воздуха.  Не  случайно  многие  растения  дают  различные  урожаи
в  зависимости  от  места  репродукции  семян.  В  Ленинграде,  на¬
пример,  ветвистая  пшеница  давала  лучшие  результаты,  если
высевалась  семенами,  полученными  с  Кавказа  или  из  Средней
Азии,  по  сравнению  с  делянками,  на  которых  тот  же  образец
пшеницы  был  посеян  семенами  местной  репродукции.
 Весьма  вероятно,  что  озимые  пшеницы  потому  и  нуждаются
в  яровизации,  что  их  семена  формируются  и  созревают  в  усло¬
виях  высоких  температур,  характерных  для  южных  районов,
где  они  обычно  возделываются.  Наоборот,  яровые  пшеницы,
высеваемые  на  севере,  созревают,  как  правило,  при  более  низ¬
ких  температурах  воздуха  и  потому  не  нуждаются  в  дальнейшем
в  яровизации  и  хорошо  растут  в  условиях  повышенных  темпе¬
ратур.  Следует  напомнить,  что  весьма  убедительные  факты  по
этому  поводу  были  получены  в  работах  Костюченко  и  Т.  Я.  За-
рубайло  и  затем  продолжали  накапливаться  в  исследованиях
Т.  Я.  Зарубайло.
 При  выращивании  ветвистой  пшеницы  на  искусственном
освещении  оказалось,  что  генерации,  семена  которых  созревали
при  высоких  температурах  воздуха,  удлиняли  период  своего
развития  и  сокращали  его  после  небольшого  периода  яровиза¬
ции,  тогда  как  образцы  из  семян,  созревших  в  тех  же  световых
условиях,  но  при  меньших  температурах  воздуха,  скорее  разви¬
вались  и  давали  больший  урожай  снова  при  высоких  темпера¬
турах,  но  не  реагировали  на  яровизацию.
 Таким  образом,  выращивание  растений  полностью  на  искус¬
ственном  освещении  и,  следовательно,  в  определенны;  лабора¬
торных  условиях  позволяет  вскрывать  самые  сокровенные  про¬
цессы  жизнедеятельности  растений,  определяющие  их  продук¬

ЛИТЕРАТУРА
 205
 тивность  и  скороспелость.  Поэтому,  основываясь  на  всем
изложенном  выше,  можно  с  полным  правом  утверждать,  что
искусственное  освещение  должно  рассматриваться  прежде  всего’
как  новый  мощный  метод  воздействия  на  растения.
 Родиной  этого  метода  может  быть  признана  наша  страна,
в  которой  не  жалели  средств  на  проведение  широких  иссле¬
дований,  ведущихся  у  нас  в  течение  последних  30  лет.  Их
результаты  не  только  важны  для  практики  и  вошли  в  нее,  но,
что  еще  существенней,  они  освещают  дальнейший  путь  познания
растительных  организмов  и  показывают  исключительно  важную
роль  в  таких  исследованиях  физических  методов  анализа  явле¬
ний,  лежащих  в  основе  жизни.
 ЛИТЕРАТУРА
 Аверкиев  М.  С.  Вестник  МГУ,  N°  3,  1950.
 Айзенштадт  Б.  А.  Труды  Ташкентского  геофиз.  об-ва,  вып.  5,
3952.
 Айзенштадт  Б.  А.  и  Зуев  Н.  В.  Труды  ГГО,  вып.  6(7),  1952.
 Александров  Б.  П.  и  Куртенер  А.  В.  Физические  основы  тепло¬
вого  баланса  почвы.  Гостехиздат,  1935.
 Алексеева  Н.  А.  Труды  ЦАО,  вып.  8,  1952.
 Берлянд  Т.  Г.  Труды  ГГО,  вып.  10  (72),  1948.
 Берлянд  Т.  Г.  Труды  ГГО,  вып.  18  (80),  1949.
 Будыко  М.  И.,  Берлянд  Т.  Г.  и  Зубенок  Л.  И.  Труды  ГГО,
вып.  48  (1),  1954.
 Брежнев  Д.  Д.  Томаты.  Сельхозгиз,  1955.
 Вильямс  В.  Р.  Почвоведение,  изд.  6-е,  Сельхозгиз,  1949.
 Г  альперин  Б.  М.  Труды  ГГО,  вып.  18  (80)  и  Метеорол.  и  гидрол.  сб.,
М  4,  1949.
 Гаевский  В.  Л.  Труды  ГГО,  вып.  39  (101),  1953.
 Геодакян  О.  А.  ДАН  Арм.  ССР,  т.  XIX,  N°  2,  1951.
 Данилов  А.  Н.  Архив  биол.  наук,  т.  XIII,  вып.  2—3,  1936.
 Данилов  А.  Н.  Задачи  изучения  фотосинтеза  в  отношении  прямого
усвоения  и  косвенного  значения  света.  Советская  ботаника,  1940.
 Доброхотова  С.  И.  Труды  лабор.  светофизиол.  ФАИ,  вып.  1,
1938.
 Ермолаева  Е.  Я.  и  Щеголева  О.  А.  Эксперим.  ботаника,  №  4,
1940.
 Захарова  А.  Ф.  Вестник  ЛГУ,  N°  9,  1951.
 Иванов  А.  П.  Электрические  источники  света.  Энергоиздат,  1948.
 Иванов  Л.  А.  Свет  и  влага  в  жизни  наших  древесных  пород.  Изд.  АН
СССР,  1946.
 Калитин  Н.  Н.  Лучи  солнца.  Изд.  АН  СССР,  1947.
 Калитин  Н.  Н.  ДАН  СССР,  т.  43,  N°  7,  1944.

206 	ИСКУССТВЕННОЕ  ОСВЕЩЕНИЕ 	[ГЛ.  V
 Калитин  Н.  Н.  Изв.  АН  СССР,  сер.  геогр.  и  геофиз.,  №  2—3,  1938.
 К  а  литии  Н.  Н.  Эксперим.  ботаника,  сер.  IV,  вып.  5,  1941.
 Калитин  Н.  Н.  Актинометрия.  Гидрометеоиздат,  1938.
 Калитин  Н.  Н.  Изв.  АН  СССР,  сер.  геогр.  и  геофиз.,  №  5,  1947.
 К  астр  о  в.  Метеоролог,  вестник,  №  7,  1928.
 Катунский  В.  М.  ДАН  СССР,  т.  15,  1937.
 Клешнин  А.  Ф.  ДАН  СССР,  т.  XIX,  №  5,  1950.
 Кедроливанский  В.  Н.  и  Стернзат  М.  С.  Метеорологические
приборы.  Гидрометеоиздат,  1958.
 Кислое  В.  П.  ВАСХНИЛ,  Сб.  трудов  по  агроном,  физике,  вып.  4,  1948.
 Кириллова  Т.  В..  Труды  ГГО,  вып.  37/39,  1952.
 Кондратьев  К.  Я.  Лучистая  энергия  солнца.  Гидрометеоиздат,
1954.
 Кондратьев  К.  Я.  Лучистый  теплообмен  в  атмосфере.  Гидрометео¬
издат,  1956.
 Кондратьев  К.  Я-  и  Подольская  Э.  Л.,  Изв.  АН  СССР,  сер.
геогр.  и  геофиз.,  №  4,  1953.
 Кондратьев  К.  Я.  Научн.  бюл.  ЛГУ,  №  25,  1950.
 Кондратьев  К.  Я.  Метеорол.  и  гидрол.  Информ.  сб.,  №  1.
 Кондратьев  К.  Я.  Изв.  АН  СССР,  сер.  геогр.  и  геофиз.  №  5,  1950;
Вестник  ЛГУ,  №  6,  и  №  30;  Уч.  зап.  ЛГУ,  сер.  физ.,  вып.  8.
 Кондратьев  К.  Я.  и  Еловских  М.  П.  Научн.  бюл.  ЛГУ,  №  31,
1953.
 Копылов  Н.  М.  Труды  ГГО,  14  (76),  1949.
 Кринов  Е.  Л.  Сб.  статей  по  аэрофотометрии,  №  2,  1934.
 Кудрявцева  А.  А.  Доклады  ВАСХНИЛ,  вып.  2,  1940.
 Лопухин  Е.  А.  Изв.  АН  СССР,  сер.  геогр.  и  геофиз.,  №  3,  1950.
 Лопухин  Е.  А.  Труды  ГГО,  вып.  3,  1949.
 Лопухин  Е.  А.  Труды  ГГО,  вып.  5,  1951.
 Лысенко  Т.  Д.  Агробиология,  1949.
 Любименко  В.  Н.  Фотосинтез  и  хемосинтез  в  растительном  мире.
Сельхозгиз,  1935.
 Макоревский  Н.  И.  Труды  лабор.  светофизиологии  ФАИ,  №  1,
1938.
 Максимов  Н.  А.  Научно-агроном.  журнал,  №  7—8,  1925.
 Мальчевский  В.  П.  Труды  лабор.  светофизиологии  ФАИ,  вып.  1,
1938.
 Мичурин  И.  В.  Итоги  шестидесятилетних  работ.  Изд.  5-е,  1949.
 Мошков  Б.  С.  Труды  по  прикл.  ботанике,  генетике  и  селекции,
сер.  Ill,  No  6,  1935.
 Мошков  Б.  С.  ДАН  СССР,  т.  XIX,  №  9,  1938.
 Мошков  Б.  С.  ДАН  СССР,  т.  22,  №  7,  1939.
 Мошков  Б.  С.  Проблемы  ботаники,  №  1,  изд.  АН  СССР,  1950.
 Макаревский  Н.  И.  Труды  лабор.  светофизиологии  ФАИ,  вып.  1,
1938.

ЛИТЕРАТУРА
 207
 Наставление  гидрометеорологическим  станциям  и  постам,  вып.  5,  1947.
 Остяков  М,  П.  и  Козлова  К.  И.  Изв.  АН  Каз.  ССР,  сер.  астро¬
ботаники,  вып.  1—2,  1950.
 Орлова  Н.  С.  Изв.  АН  Каз.  ССР,  сер.  астроботаники,  вып.  1—2,
1950.
 Платкова  Т.  Г.  Труды  ГГО,  вып.  5  (67),  1947.
 Разумов  В.  И.  Труды  по  прикл.  ботанике,  генетике  и  селекции,
сер.  III,  №  3,  1953.
 Савинов  С.  И.  Метеоролог,  вестник,  №  1,  1931.  №  5—6,  1933.
 Сапожникова  С.  А.  Микроклимат  и  местный  климат.  Гидрометео-
издат,  1950.
 Сахаров  М.  И.  ДАН  СССР,  т.  62,  №  5,  1948.
 Сахаров  М.  И.  Метеорол.  и  гидрол.,  №  5—6,  1940.
 Скворцов  А.  А.  Труды  по  с.-х.  метеорологии,  т.  XX,  1928.
 Тимирязев  К.  А.  Жизнь  растения.  Сельхозгиз,  1936.
 Тимирязев  К.  А.  Сочинения,  тт.  1,  2  и  3,  1937.
 Т  и  х  о  в  Г.  А.  Астроботаника.  Алма-Ата,  1949.
 Т  и  х  о  в  Г.  А.  ДАН  СССР,  т.  62,  №  5,  1948.
 Тихомиров  В.  С.  Изв.  АН  Каз.  ССР,  сер.  астроботаники,  вып.  1—2,
1950.
 Украинцев  В.  Н.  Метеорол.  и  гидрол.,  N2  6,  1930.
 Фабри  Ш.  Общее  введение  в  фотометрию.  1954.
 Фаминцын  А.  С.  Действие  света  на  водоросли  и  некоторые  другие,
близкие  к  ним  организмы.  1865.
 X  в  о  л  е  с  С.  Б.  Сб.  трудов  по  агроном,  физике.  Сельхозгиз,  №  5,
1952.
 Чудновский  А.  Ф.  Сб.  «Микроклиматические  и  климатические  иссле¬
дования  в  Прикаспийской  низменности».  Изд.  АН  СССР,  1954.
 Шаронов  В.  В.  Сб.  статей  по  аэрофотометрии,  №  2,  1934.
 Шифрин  К.  С.  Труды  ГГО,  вып.  39  (101),  1953.
 Шифрин  К.  С.  Изв.  АН  СССР,  сер.  геогр.  и  геофиз.,  N2  1  и  №  2,
1950.
 Шифрин  К.  С.  Рассеяние  света  в  мутной  среде.  Гостехиздат,  1951.
 Эдельштейн  В.  И.  Овощеводство.  Сельхозгиз,  1953.
 Ярославцев  И.  Н.  Изв.  АН  СССР,  сер.  геофиз.,  N2  1,  1952.
 Янишевский  Ю.  Д.  Труды  ГГО,  вып.  36  (88),  1951.
 Bose  J.  Ch.  Plant  autographs  a.  their  revelations.  1927.
 Bose  J.  Ch.  Growth  a.  tropic  movements  of  plants.  1929.
 Garner  W.  W.  a.  Allard  H.  A.  Effect  of  the  relative  length  of  day
and  night  and  other  factors  of  the  enviroment  on  growth  and  reproduction  in
plants.  Journ.  of  Agr.  Reseach,  vol.  XVIII,  1920.
 Garner  W.  W.  a.  Allard  H.  A.,  Further  stadies  in  photoperiodism,
the  response  of  the  plant  to  relative  lenght  of  day  and  night.  Jour,  of  Agric.
Research,  vol.  XXIII,  N2  11,  1923.
 Klebs  G.,  Uber  die  Bliitenbildung  von  Sempervivum.  Flora,  Bd.  11—12,
1918.

208
 ИСКУССТВЕННОЕ  ОСВЕЩЕНИЕ
 [ГЛ.  V
 Schappell  N.  A.,  Effect  of  narrow  ranges  of  wave  lengths  of  radiant
energy  and  other  factors,  on  the  reproductive  growth  of  long  day  and  short
day  plants.  N.  I.  Cornell  Agr.  Exp.  Sta.  Mem.  185,  1936.
 T  о  u  г  n  о  i  s  M.  I.  Influence  de  la  lumiere  sur  la  floraison  du  Houblon
japonais  (Humulus  japonicus)  et  du  chanvre  (Canaabis  sativa  L.)  C.  R.  Ac.
Sci.  Paris  155,  JSfc  4,  1912.
 Withrow  R.  B.  a.  Benedict  H.  M.  Photoperiodic  responses  of  cer¬
tain  greenhouse  annuals  as  influenced  by  intensity  and  wave  length  of  artifi¬
cial  light  used  to  lengthen  the  daylight  period.  Plant  Physiol.,  v.  11,  1936.
 Withrow  R.  В.  a.  В  i  e  h  e  1  I.  P.  Photoperiodic  response  of  certain
long  and  short  day  plants  to  filtered  radiation  applied  as  supplement  to  day¬
light.  Plant  physiol.,  v.  11,  №  9,  1936.
 Withrow  R.  B.  a.  Withrow  Al.  P.  Effect  of  intermitten  irradiation
on  photoperiodic  responses.  Plant  Physiol.,  19,  1944.

ЧАСТЬ  ВТОРАЯ
 ТВЕРДАЯ  ФАЗА  ПОЧВЫ  КАК  ОСНОВА
ЕЕ  ФИЗИЧЕСКОГО  РЕЖИМА
 ГЛАВА  I
 ДИСПЕРСНОСТЬ  ТВЕРДОЙ  ФАЗЫ  ПОЧВЫ,  ХИМИЧЕСКОЕ
 И  МИНЕРАЛОГИЧЕСКОЕ  СТРОЕНИЕ  ПОЧВЕННЫХ
 ЧАСТИЦ
 §  1.  Общие  сведения
 Почва  «представляет  собою  'поверхностные,  измельченные  и
сравнительно  рыхлые  горные  породы,  обладающие  плодородием.
Она  служит  внешней  средой  для  растений.  В  ней  они  укре¬
пляются,  находят  воду  и  питательные  вещества,  необходимые
для  роста  и  развития.  Хотя  почва  и  не  является  средой,  безус¬
ловно  необходимой  для  роста  и  развития  растений  (последние
могут  развиваться  и  в  воде),  но  на  громадных  просторах  земной
коры  в  течение  геологического  времени  основная  масса  расте¬
ний  все  же  развивалась  на  почве.  Эволюции  растений  и  коры
выветривания  взаимосвязаны.  Поэтому  условия,  создавшиеся
в  почве,  отражаются  на  развитии  тех  или  иных  растений.
 Почва  состоит  из  твердой,  жидкой  и  газообразной  фаз,
с  определенным  запасом  тепловой  химической  энергии  и  энергии
живых  клеток,  обитающих  в  ней.  Основой  всех  специфических
особенностей  почвы  как  среды  для  роста  и  развития  растений
является  ее  твердая  фаза.  Твердая  часть  почвы  не  инертна,  она
изменяется  под  влиянием  внешних  условий,  живет  и  развивается
во  времени.  В  ее  состав  входят  обломки  горных  пород  и  мине¬
ралов  в  разной  степени  измельчения,  органическое  вещество
(живое  и  отмершее)  с  разной  степенью  разложения  и  находя¬
щееся  с  минералами  почвы  в  физическом,  химическом  и  биоло¬
гическом  взаимодействии.
 Различная  степень  раздробленности  веществ  твердой  фазы
почвы  называется  ее  дисперсностью.  Какую  бы  почву  мы
ни  взяли,  она  всегда  состоит  из  частиц  самых  разнообразных
размеров  и,  таким  образом,  по  своей  природе  полидисперсна.
Почвенные  частицы  по  размерам  разделяются  на  две  резкие

Таблица  32
 Классификации  механических  элементов  почвы  в  разных  странах
 В.  Р.  Вильямса  (СССР)
 Н.  А.  Качинского  (СССР)
 Международная,  на  основе
Аттерберга
 Американская
(Почвенное  бюро)
 Предельные
 Предельные
 Предельные
 Предельные
 Механические
 размеры
 Механические
 размеры
 Механические
 размеры
 Механические
 размеры
 элементы
 (диаметры),
 элементы
 (диаметры).
 элементы
 (диаметры),
 элементы
 (диаметры),
 мм
 мм
 мм
 мм
 Камни  ....
 >10
 Каменистая
 Гравий  ....
 >2
 Гравий  мелкий
 2—1
 Хрящ:
 часть  ....
 >3
 Песок  ....
 2—0,2
 Песок:
 крупный  .
 10-5
 Песок:
 Песчаная  пыль
 0,2-0,02
 грубый  .  .
 1—0,5
 мелкий  .  .
 5—3
 крупный  .
 3-1
 Пыль  ....
 0,02-0,002
 средний
 0,5—0,25
 Песок:
 средний  .
 1—0,25
 Глина  ....
 <  0,002
 мелкий  .  .
 0,25—0,10
 крупный  .
 3—1
 мелкий  .  .
 0,25—0,05
 очень  мел¬
 средний
 1—0,5
 Пыль:
 кий  .  .
 0,10—0,05
 мелкий  .  .
 0,5—0,25
 крупная  .
 0,05—0,01
 Пыль
 0,05-0,005
 пылеватый
 0,25—0,05
 средняя
 0,01—0,005
 Глина  ....
 <0,005
 тонкий  .  .
 0,05—0,01
 мелкая  .  .
 0,005—0,001
 Коллоиды  .  .
 <0,002
 Пыль:
 Ил
 <0,001
 средняя  .
 0,01—0,005
 тонкая  .  .
 0,005—0,001
 Ил
 <  0,001  Т
 210 	ДИСПЕРСНОСТЬ  ТВЕРДОЙ  ФАЗЫ  почвы

§  2] 	ОПРЕДЕЛЕНИЕ  ДИСПЕРСНОСТИ  ПОЧВЕННЫХ  ЧАСТИЦ 	211
 категории:  скелет  почвы  и  мелкозем.  К  скелету  относятся  ча¬
стицы  почвы  крупнее  1  мм,  к  мелкозему  —  мельче  1  мм.
 Следует  отметить,  что  до  сих  пор  еще  нет  какого-либо  един¬
ства  в  классификациях  дисперсности  почвы:  в  каждой  стране
принята  своя  .классификация.  В  табл.  32  приводятся  классифи¬
кации  механических  элементов,  наиболее  распространенные  у  нас
и  за  границей.  Из  этой  таблицы  следует,  что  степень  дисперсно¬
сти  почв  ограничивается  во  всех  классификациях  частицами
диаметром  0,001  мм.
 Определение  коллоидно-раздробленных  частиц,  как  общее
правило,  при  механическом  анализе*)  не  производится,  хотя,
как  будет  видно  из  дальнейшего  изложения,  коллоидно¬
дисперсные  фракции  и  решают  физико-химические  свойства
почвы.
 Если  продолжить  классификацию  механических  элементов
почвы,  то  необходимо  выделить  область  от  10~4  до  10~6  мму
это  —  область  коллоидной  дисперсности.  Частицы  этой  области
разделяются  на  субмикроны  (от  10~4  до  5-  10_6  мм)  и  амикроны
от  5  до  1  ммк.  Ниже  1  ммк  будет  область  молекулярной  и
ионной  дисперсии.  Величина  диаметра  атомов  различных  ве¬
ществ  находится  в  интервале  0,1—0,6  ммк,  величина  молекул
0,2—0,6  ммк,  но  встречаются  молекулы  некоторых  органических
соединений,  имеющие  в  поперечнике  6—7  ммк  и  даже  24—29  ммк.
К  числу  веществ,  молекулы  которых  по  величине  попадают
в  область  коллоидов,  относятся  такие  органические  соединения
как  крахмал,  целлюлоза,  каучук,  казеин,  гуминовые  кислоты  и  др.
 §  2.  Методы  определения  дисперсности  почвенных  частиц
 Разделение  почвенного  образца  на  частицы  разного  размера
в  почвоведении  называется  механическим  анализом.  Скелет
почвы  отделяется  от  мелкозема  и  разделяется  по  размерам  при
помощи  набора  сит.  Приставшие  к  скелетным  частицам  глини¬
стые  вещества  удаляются  кипячением  в  воде.  Мутная  вода  со
скелета  выпаривается,  и  высохшие  взвеси  примешиваются
к  мелкозему.  Разделение  мелкозема  на  частицы  равной  вели¬
чины  производится  разнообразными  методами.  Не  останавли¬
ваясь  на  описании  этих  методов,  имеющих  в  настоящее  время
по  преимуществу  историческое  значение,  можно  сказать,  что
как  у  нас,  так  и  за  .границей  в  настоящее  время  для  разделения
частиц  от  0,25  мм  до  0,1  мк  (10~4  мм)  принят  метод  пипетки.
Этот  метод  базируется  на  зависимости  между  радиусом  ча¬
стицы  и  скоростью  свободного  падения  ее  в  вязкой  среде.
 *)  Определение  размеров  частиц,  слагающих  почву,  и  их  процентных
соотношений  в  почвоведении  носит  название  «механического  анализа».
 14*

212
 ДИСПЕРСНОСТЬ  ТВЕРДОЙ  ФАЗЫ  ПОЧВЫ
 [гл.  I
 По  Стоксу,  шарообразные  тела,  движущиеся  в  вязкой  жидкой
среде,  испытывают  сопротивление  среды,  которое  можно  выра¬
зить  уравнением
 F  —  6Tzy\rvf 	(1)
 где  F  —  сила  сопротивления  среды,  ц  —  коэффициент  вязкости
среды,  г  —  радиус  тела,  v  —  скорость  оседания.
 Если  шарообразное  тело  движется  под  влиянием  собственного
веса,  то  при  достижении  постоянства  скорости  падения  будет
справедливо  равенство
 6Tzy\rv  =  у  тсг3  (d  —  d0)  g, 	(2)
 Здесь  d  и  do  —  удельный  вес  шара  и  среды  соответственно,
g  —  ускорение  силы  тяжести.
 Из  выражения  (2)  получаем
 2гъ
 Ъ  =  щ(с1—do)  g  см/сек, 	(3)
 2
 или,  обозначая  -g^(d  —  d0)g  через  А,  получаем
 v  =  Аг2, 	(4)
 т.  е.  скорость  падения  шарообразного  тела  под  действием  соб¬
ственного  веса  в  жидкой  или  какой-либо  другой  среде  при  уста¬
новившейся  скорости  пропорциональна  квадрату  радиуса  этого
тела.
 Из  выражения  (3)  можно  вычислить  радиус  частиц.  Он  ра¬
вен
 2(d-d0)g  • 	(5)
 Следовательно,  зная  скорость  падения  и  удельный  вес  почвен¬
ных  частиц,  вязкость  и  плотность  воды,  представляется  возмож¬
ным  вычислить  и  размеры  почвенных  частиц.
 Так  как  скорость  падения  частиц  пропорциональна  квадрату
их  радиуса,  то  взвесь  почвенных  частиц  в  воде  через  некоторый
промежуток  времени  t  распределится  согласно  скоростям  паде¬
ния  отдельных  частиц,  или,  что  то  же,  согласно  их  диаметрам.
 Беря  пробы  на  расстоянии  h  от  поверхности  (глубины)  спе¬
циальной  пипеткой  (пипетка  с  запаянным 	нижним  концом  и
 открытыми  у  нижнего  конца  боковыми  отверстиями)  через  про¬
межутки  времени  от  начала  оседания  t\9  t2,  t$f  tA  и  т.  д.,  можно
узнать  относительное  содержание  почвенных  частиц,  имеющих
 скорости  меньшие  j-,  т.  д.  Вычитая  полученные  вели¬
чины  последовательно,  узнаем  относительные  веса  фракций  со

§  2]
 ОПРЕДЕЛЕНИЕ  ДИСПЕРСНОСТИ  ПОЧВЕННЫХ  ЧАСТИЦ
 213
 h 	h 	h 	h
 скоростями  в  пределах  - 	—,  ~t 	у 	и  т.  д.,  или  в  пре¬
 делах  определенных  диаметров  частиц.
 При  механическом  анализе  почвы  большое  значение  имеет
способ  подготовки  ее  к  анализу.  В  природных  условиях  почвен¬
ные  частицы  (в  особенности  мелкие)  в  большинстве  случаев
находятся  в  слипшемся  состоянии.  В  задачу  подготовки  почвен¬
ного  образца  к  этому  анализу  и  входит  разъединить  частицы,
так  как  механический  анализ  должен  давать  сведения  о  разме¬
рах  и  процентном  соотношении  первичных  частиц,  слагающих
почву.
 Методы  подготовки  почв  к  механическому  анализу  разнооб¬
разны.  В  числе  их  можно  назвать  методы:  1)  растирания
в  ступке  образца  во  влажном  состоянии;  2)  продолжительного
взбалтывания  образца  с  водой;  3)  кипячения  разной  продолжи¬
тельности;  4)  обработки  перегидролем  Н.2О2  для  удаления  орга¬
нических  веществ,  склеивающих  минеральные  частицы;  5)  обра¬
ботки  соляной  кислотой  для  удаления  карбонатов  (минерального
цемента,  скрепляющего  минеральные  частицы);  6)  обработки
слабым  раствором  соляной  кислоты  для  вытеснения  ионов  каль¬
ция  из  поглощенного  состояния  и  замещения  его  водородом
с  последующей  обработкой  щелочью  для  замещения  водорода
ионом  натрия  или  аммония.
 В  настоящее  время  в  большинстве  почвенных  лабораторий
СССР  принята  следующая  подготовка  образца  к  механическому
анализу.  В  почвах,  содержащих  карбонаты,  последние  должны
быть  удалены  полностью  0,2  н.  НС1  с  последующей  обработкой
образца  0,05  н.  НС1  до  исчезновения  реакции  на  кальций.  Далее
к  образцу  прибавляют  NH4OH  или  NaOH  примерно  в  полутор¬
ном  отношении  к  емкости  поглощения  катионов,  и  смесь  кипятят
в  течение  1—3  часов  (с  обратным  холодильником).  Образцы
почв,  не  содержащих  карбонаты,  не  обрабатывают  0,2  н.  НС1,
а  сразу  промывают  0,05  н.  НС1,  в  остальном  применяются  те  же
операции.
 Рассматривая  приемы  подготовки  почвы  к  механическому
анализу,  необходимо  сказать,  что  они  далеко  не  безупречны.
 Подвергая  почву  воздействию  0,2  н.  НС1,  мы  удаляем  карбо¬
наты,  т.  е.  твердую  часть  почвы.  Карбонаты  в  почве  не  всегда
находятся  между  частицами  почвы  в  качестве  цемента,  иногда
они  сами  составляют  твердую  часть  почвы.  Растворяя  карбонаты,
мы  удаляем  10—12%,  а  иногда  и  значительно  больше  твердой
части  почвы.  Это  уже  существенно  искажает  характер  почвы.
Обработка  почвы  перегидролем  (Н.2О2)  освобождает  часть
склеенных  органическим  веществом  минеральных  частиц,  и  дис¬
персность  почвы  (при  незначительном  содержании  в  ней  гумуса)
повышается,  но  вместе  с  тем  исчезает  самая  дисперсная  часть

214
 ДИСПЕРСНОСТЬ  ТВЕРДОЙ  ФАЗЫ  ПОЧВЫ
 [ГЛ.  I
 почвы,  что  во  многих  случаях  вносит  резкие  искажения
в  анализ.
 Лучшими  надо  считать  комбинированные  физико-химические
методы  подготовки  почвы  к  анализу,  т.  е.  механическое  разъеди¬
нение  частиц  растиранием  почвы  во  влажном  состоянии  и  заме¬
щением  поглощенного  кальция  натрием  из  хлористых  солей.
 Перспективны  в  этом  смысле  и  ультразвуковые  методы
подготовки  почвы  к  механическому  анализу  (Вуд  и  Лумис,
1927).  Но  малая  доступность  ультразвуковых  генераторов  пока
не  позволяет  (применять  их  для  этого.
 Для  специальных  целей,  требующих  большей  точности,  диа¬
метры  почвенных  частиц  крупнее  0,1  мк  могут  быть  измерены
под  микроскопом.  Методом  пипетки  практически  можно  опреде¬
лять  размеры  частиц  *)  лишь  в  пределах  0,25—0,0001  мм.  Это
видно  из  табл.  33.
 Таблица  33
 Время  оседания  минеральных  частиц  удельного  веса
2,7  г/смл  на  глубину  1  см
 Радиус  частиц,  мм
 ю-2
 10”в
 10-4
 10"5
 кг*
 Время  оседания
 31,03  сек.
 51,7  мин.
 86,2  суток
 359  суток
 100  лет
 Из  табл.  33  следует,  что  частицы  размером  0,1  мк  на  глубину
10  см  будут  оседать  862  суток.  Этот  анализ  вряд  ли  можно  осу¬
ществить.  Частицы  же  размером  0,01  мк,  оседающие  в  10-см
слое  3590  суток,  практически  невозможно  определить,  не  говоря
уже  о  частицах  в  0,001  мк.
 В  целях  ускорения  анализа  по  методу  оседания  частиц
 А. 	Пури  и  Б.  Пури  предложили  метод  пипетки,  при  котором
проба  бралась  из  очень  тонких  слоев  суспензии.  Э.  Рэссел
(1943)  показал,  что  такой  метод  удовлетворительно  можно  при¬
менять  для  выделения  частиц  размером  0,1  мк.  Нетрудно  видеть,
что  в  этом  случае  все-таки  на  время  оседания  на  глубину  в  1  см
потребуется  около  3  месяцев.
 Размеры  частиц,  как  указывалось  выше,  могут  быть  опре¬
делены  микроскопом.  Разрешающая  способность  микроскопа
зависит  от  угла  наклона  крайних  лучей,  идущих  от  предмета
на  объектив  микроскопа.  Этот  угол  тем  больше,  чем  короче
фокусное  расстояние  и  чем  больше  диаметр  объектива.
 При  пользовании  ультрафиолетовым  светом  (X  =  245  ммк)
и  при  линзах  из  кварца  или  флуорита  фотографическая  съемка
 *)  Точнее,  гидродинамические  размеры,  равноценные  размерам  почвен¬
ных  частиц.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ  ДИСПЕРСНОСТИ  ПОЧВЕННЫХ  ЧАСТИЦ
 215
 §  2]
 дает  возможность  рассмотреть  частицы  размером  приблизительно
до  0,1  мк.
 В  начале  20-го  столетия  Зидентопф  и  Жигмонди  сконструиро¬
вали  ультрамикроскоп,  который  давал  возможность  судить  о  раз¬
мерах  частиц  меньше  0,1  мк.  Верхним  пределом  применимости
ультрамикроскопа  являются  частицы,  размер  которых  соизмерим
с  длиной  волны  света  (около  400  ммк).  Нижним  пределом
являются  частицы  настолько  малых  размеров,  что  рассеиваемый
ими  свет  не  улавливается  глазом  (для  суспензий  —  около  3  ммк).
 Ультрамикроскопические  методы  определения  размеров  поч¬
венных  частиц,  несмотря  на  свои  положительные  качества,  широ¬
кого  применения  не  получили  из-за  громоздкости  ультрамикро¬
скопа  и  малой  производительности  этого  метода.  Поэтому
в  широкой  практике  до  сих  пор  мы  не  имеем  представления
о  том,  какое  количество  истинно  коллоидных  частиц  содержат
наиболее  распространенные  почвенные  разности,  и  тем  самым
лишены  важных  показателей  для  характеристики  физико-хими¬
ческих  условий  их  плодородия.
 Ультрамикроскоп,  как  упоминалось,  не  только  обнаруживая
присутствие  тех  или  иных  частиц,.но  и  позволяя  определить  раз¬
меры  их  и  процентное  соотношение  по  размерам,  не  дает  возмож¬
ности  наблюдать  непосредственно  форму  частиц.  Эта  возмож¬
ность  появилась  лишь  с  изобретением  электронного  микро¬
скопа.
 В  электронном  микроскопе  в  качестве  фокусирующих  линз
могут  быть  использованы  электрические  или  магнитные  линзы
(электронные  микроскопы  разделяются  на  электрические  и  маг¬
нитные).  В  совокупности  объективная  и  проекционная  линзы
дают  электронное  увеличение  в  25  000  раз.  Усиленное  фотогра¬
фическим  путем  увеличение  электронного  микроскопа  может
достигать  100  000  раз.  Разрешающая  способность  его  может
быть  доведена  до  3  ммк.
 Несмотря  на  несомненную  важность  применения  электронного
микроскопа  к  исследованию  коллоидных  почвенных  частиц,  он
полностью  не  разрешает  задачу  дисперсного  анализа,  делая
сложным  получение  количественных  соотношений  между  части¬
цами  разного  диаметра.
 Существенную  помощь  может  оказать  метод  центрифугиро¬
вания.  При  определении  размеров  частиц  с  помощью  центрифу¬
гирования  применяется  та  же  формула  Стокса  (2)  с  поправкой
на  центробежные  силы.  Размер  частиц  по  Ринде  будет  опреде¬
ляться  следующим  образом:
 (6)

216
 ДИСПЕРСНОСТЬ  ТВЕРДОЙ  ФАЗЫ  ПОЧВЫ
 [гл.  I
 где  г—радиус  частицы,  Х\  и  х2  —  расстояния  движущейся
частицы  от  оси  вращения  центрифуги,  т)  —  коэффициент  вязкости
среды,  со  —  угловая  скорость  вращения,  d  и  d0  —  соответственно
удельный  вес  частицы  и  среды,  t—время  центрифугирования.
 Зная  угловую  скорость,  развиваемую  в  центрифуге,  время
центрифугирования,  удельный  вес  частицы  и  воды,  вязкость
среды  и  расстояние  от  оси  вращения  для  каждого  отрезка,  вре¬
мени,  можно  определить  диаметр  почвенной  частицы.  Так  как
в  формуле  (6)  угловая  скорость  и  время  стоят  в  знаменателе,
следовательно,  для  выделения  мелких  частиц  надо  развивать
большую  угловую  скорость  при  большом  времени  центрифугиро¬
вания.
 Дисперсный  анализ  с  помощью  центрифуги  выполняется  либо
фотометрированием  столбика  оседающей  суспензии,  либо  пнпе-
точным  методом,  т.  е.  определением  концентраций  периодически
отобранных  проб  суспензии.
 Н.  А.  Фигуровским  (1948)  сконструирован  прибор,  позволяю¬
щий  весовым  путем  производить  непрерывное  наблюдение  ско¬
рости  оседания  суспензий  при  центрифугировании.
 Хаузер  и  Линн  (Е.  A.  Hauser  a.  J.  Е.  Lynn,  1940)  разрабо¬
тали  теоретические  основы  дисперсного  анализа  на  центри¬
фугах  типа  Шарпле  и  других,  работающих  на  принципе  прохо¬
дящей  жидкости.
 Суперцентрифуга  Шарпле  имеет  точно  сбалансированный
вертикальный  быстро  вращающийся  цилиндр.  Анализируемая
суспензия  (концентрации  не  выше  1  %)  подводится  в  цилиндр
снизу  и  внутри  его  направляется  при  помощи  двухлопастного
приспособления  вдоль  боковых  стенок  цилиндра;  в  верхнем
конце  цилиндра  суспензия  выбрасывается  наружу.  Жидкость
при  движении  находится  под  действием  двух  сил:  одни  силы
действуют  вдоль  цилиндра,  другие  —  в  перпендикулярном  на¬
правлении.  Под  влиянием  этих  сил  частицы  при  движении  будут
описывать  параболическую  кривую.  А  так  как  живая  сила,  раз¬
виваемая  частицами,  будет  одна  и  та  же,  то  частицы  с  меньшей
массой  будут  двигаться  быстрее  и  выбрасываться  из  цилиндра
через  отверстие  в  верхней  его  части.  Более  тяжелые  частицы
будут  оседать  ближе  ко  дну  цилиндра.  Базируясь  на  уравнении
Ламба  и  заменив  в  нем  сплошной  цилиндрический  поток  жидко¬
сти  концентрическим  ее  слоем,  можно  найти  зависимость  изме¬
нения  скорости  поступательного  движения  частиц  от  расстоя¬
ния  их  от  оси  вращения.
 Из  формулы  (6)  вытекает,  что  величина  диаметра  частиц  при
постоянной  угловой  скорости  вращения  центрифуги  обратно
пропорциональна  корню  квадратному  от  времени  пребывания
частиц  в  поле  центрифуги,  при  постоянном  же  времени  —
обратно  иоолорциональна  угловой  скорости.

§  3] 	ХИМИЧЕСКОЕ  И  МИНЕРАЛОГИЧЕСКОЕ  СТРОЕНИЕ  ЧАСТИЦ 	217
 Итак,  применение  принципа  центрифуги  Шарпле  к  дисперс¬
ному  анализу  основано  на  двух  положениях:  1)  либо,  сохраняя
постоянные  обороты  центрифуги,  можно  изменять  продолжи¬
тельность  пребывания  частиц  в  поле  центробежной  силы;
 2) 	либо,  сохраняя  постоянное  время,  можно  изменять  скорость
оборотов  центрифуги.
 <По  первому  принципу  устроена  центрифуга  А.  И.  Мошева
(с  протеканием  через  волчок  суспензий).  В  этом  случае  необхо¬
димо  только  экспериментально  установить  зависимость  скорости
пропускания  суспензии  от  диаметров  выделяемых  фракций.
 Метод  центрифугирования  подробно  разработан  Маршалом.
 Э. 	Д.  Рэссел  считает,  что  метод  центрифугирования  теоретиче¬
ски  более  обоснован,  чем  медленное  оседание  под  действием
силы  тяжести,  так  как  более  мелкие  частицы  в  силу  броунов¬
ского  движения  медленно  диффундируют  из  участков  суспензии,
где  их  больше,  туда,  где  концентрация  их  меньше,  или,  что  то  же,
они  диффундируют  против  направления  оседания.  Кроме  того,
центрифугирование  позволяет  производить  дисперсный  анализ
частиц  меньше  0,1  мк.  Сложность  изготовления  центрифуг
не  позволяет  этот  метод  сделать  массовым.
 §  3.  Химическое  и  минералогическое  строение  твердых
почвенных  частиц
 Твердая  часть  почвы  состоит  из  минеральных,  органических
и  органо-минеральных  частиц.
 В  процессе  физического  выветривания  группы  минералов  ве¬
дут  себя  неодинаково.  Наибольшей  механической  прочностью
обладает  кварц,  за  ним  следуют  полевые  шпаты,  затем  роговые
обманки  и  пироксены  и,  наконец,  слюды.  хМенее  прочные  мине¬
ралы  дробятся  легче,  и  ими  обогащаются  мелкие  фракции,  круп¬
ные  же  фракции  обогащаются  кварцем.  Это  подтверждается
данными  А.  А.  Роде  (1955),  приводимыми  в  табл.  34.
 Таблица  34
 Минералогический  состав  покровного  озерногляциального  суглинка
 (В  процентах  от  веса  фракций)
 Минералы
 Диаметр  частиц,  мм
 1-0,25
 0,25—0,05
 0,05—0,01
 0,01—0,005
 0,005
 Кварц
 86
 81
 72
 63
 10
 Полевые  шпаты  ....
 14
 12
 15
 8
 10
 Слюда
 —
 —
 7
 21
 67
 Роговые  обманки  .  .  .
 —
 4
 2
 5
 7
 Прочие
 —
 3
 4
 3
 6

218 	ДИСПЕРСНОСТЬ  ТВЕРДОЙ  ФАЗЫ  почвы 	[гл.  I
 Содержание  частиц  кварца  во  фракциях  механического  ана¬
лиза  зависит  от  количества  кварца  в  самой  породе  и  от  степени
ее  выветривания.
 Иной  минералогический  состав  мы  наблюдаем  в  частицах  ила
(меньше  0,001  мм).  Из  первичных  минералов  во  фракции  ила
встречаются  кварц  и  слюды,  дробящиеся  до  мельчайших  частиц.
Другие  первичные  минералы  в  этой  фракции  встречаются  в  нич¬
тожном  количестве.  Зато  здесь  сосредоточена  основная  масса
вторичных  минералов,  образовавшихся  в  процессе  выветривания
и  почвообразования.  Эти  минералы  носят  название  глинистых
минералов.
 Н.  И.  Горбунов  (1955),  изучая  глинистые  минералы  различ¬
ных  почв,  разделил  их  на  группы.
 Наиболее  распространенной  является  монтмориллонитовая
группа,  куда  входят:  монтмориллонит,  бейделит,  нонтронит.  Эти
минералы  обычно  имеют  высокую  степень  дисперсности,  боль¬
шую  емкость  поглощения  катионов  и,  кроме  того,  сильно  набу¬
хают.
 Минералы  этой  группы  разнятся  между  собой.  Нонтронит
содержит  значительное  количество  железа.  Отношение  БЮг/ИгОз
в  монтмориллоните  равно  четырем  и  более,  тогда  как  в  бейделите
оно  близко  и  трем.  Разнятся  они  и  ,по  емкости  поглощения:
у  бейделита  она  меньше,  чем  у  монтмориллонита.
 Ко  второй  группе  глинистых  минералов  отнесены  каолинит
и  галлуазит.  Отношение  БЮг/ИгОз  у  них  близко  к  двум.  Каоли¬
нит  менее  дисперсен  и  «потому  обладает  меньшей  емкостью  .по¬
глощения,  чем  галлуазит,  хотя  по  химическому  составу  они
мало  отличаются.
 К  третьей  группе  отнесены  гидрослюды  (иллит).  Эта  группа
по  степени  дисперсности  и  адсорбционным  свойствам  занимает
среднее  положение  между  указанными  выше  двумя  группами.
 Особняком  среди  глинистых  минералов  стоят  минералы  по¬
луторных  окислов:  гетит,  гидраргилит,  бемит  и  другие,  встре¬
чающиеся  в  значительных  количествах  в  красноземах,  латери¬
тах  и  иллювиальных  горизонтах  почв.
 И.  И.  Горбунов  (1956)  считает,  что  в  подзолистых  и  тундро¬
вых  почвах  на  покровных  суглинках  и  глинах  <в  глинистых
минералах  преобладают  бейделит  и  аморфные  вещества  и  иногда
минералы  полуторных  окислов  (гетит,  гидраргилит);  в  чернозем¬
ных  почвах  на  лёссовидных  и  покровных  суглинках  преобладает
бейделит;  в  черноземах  на  красноцветной  палеогеновой  глине
преобладают  минералы  каолинитовой  группы  и  аморфные  веще¬
ства.
 В  почвах  пустынь  и  полупустынь  (сероземы  и  др.)  обычно
присутствуют  гидрослюды  (иллит)  или  гидрослюды  в  смеси
с  бейделитом.

§  4]
 СТРОЕНИЕ  ГЛИНИСТЫХ  МИНЕРАЛОВ
 219
 В  почвах  субтропиков  и  тропиков  (красноземы,  латериты)
преобладают  минералы  каолинитовой  группы  (галлуазит  и  као¬
линит)  и  минералы  полуторных  окислов  (гидраргилит  и  гетит).
 Минералы  монтмориллонитовой  (преимущественно  бейде-
лит)  и  каолинитовой  групп  могут  встречаться  как  в  кислых,
так.и  в  нейтральных  и  щелочных  почвах.
 В  коллоидную  часть  почвы  следует  отнести  весь  почвенный
гумус.  Почвенный  гумус  и  его  фракции  будут  рассмотрены
в  дальнейших  главах.
 §  4.  Строение  глинистых  минералов  и  круговорот  минералов
 в  земной  коре
 Для  уяснения  многих  физических  и  физико-химических
взаимодействий  между  минералами  и  органическим  веществом
почвы,  в  особенности  при  искусственном  структурообразовании,
 о  Si  ВОН  «О  OAlmFe.
 в<
 1!дХд
 ГгЖ
-  м
 иж
 к  f  Jf  к  f  8^0+2(ОН)
 ,  АЖ  Хр*
 0+2  ^
 Ось  В 	—
 6)
 Рис.  62.  Структура  каолинита  (а)  и  монтмориллонита  (б).
 важно  знать  строение  глинистых  минералов.  Для  них  харак¬
терны  два  типа  кристаллических  решеток—каолинитовая  и
монтмориллонитовая.
 Структура  глинистых  минералов  определяется  кислородными
слоями:  ионы  металлов  размещаются  в  промежутках  между
ионами  кислорода.
 Минералы  с  коалинитовой  решеткой  состоят  из  трех  кисло¬
родных  слоев:  слоя  кислорода  в  гексагональном  сложении,  слоя

220
 ДИСПЕРСНОСТЬ  ТВЕРДОЙ  ФАЗЫ  ПОЧВЫ
 [ГЛ.  I
 кислорода  и  гидроксилов  и  слоя  гидроксилов.  В  центральном
слое  две  трети  ионов  —  кислородные  и  одна  треть  —  гидроксиль¬
ные,  последние  помещаются  в  центре  и  сверху  гексагональных
промежутков.  Между  первым  и  вторым  кислородным  слоем  рас¬
полагаются  ионы  кремния  в  тетраэдрическом  сложении,  а  между
вторым  и  третьим  кислородным  слоем  —  ионы  алюминия
в  октаэдрическом  сложении  (рис.  62а).
 Секционный  пакет  монтмориллонитовой  решетки  состоит
из  четырех  кислородных  слоев  в  гексагональном  сложении
(рис.  626);  первый  и  четвертый  —  кислородные  слои,  во  вто¬
ром  и  третьем  слоях  кислородные  ионы  занимают  две  трети,
а  одну  треть  —  гидроксильные  ионы.  Между  /первым  и  вторым,
 Рис.  63.  Расположение  слоев,  образующих  лист  минерала  пиро¬
филлита  (Э.  Рэссел,  1956).
 Белые  шарики  —  кислородные  ионы;  черные  —  гидроксильные  ионы;  черные  ма¬
лых  размеров  —ионы  кремния;  белые  малых  размеров  —  ионы  алюминия.
 третьим  и  четвертым  слоями  располагаются  ионы  кремния
в  тетраэдрическом  сложении.  В  центре  между  вторым  и  третьим
кислородными  слоями  располагаются  ионы  алюминия  в  шестер¬
ной  связи,  образуя  так  называемый  гиббситный  слой  [А1(ОН)3].
Такую  структуру  и  строение  имеет,  например,  пирофиллит
(рис.  63).
 Секционный  пакет  симметричен  и  электрически  нейтрален.
Радиус  самого  большого  иона,  который  может  точно  входить
в'  тетраэдрические  промежутки  между  четырьмя  соприкасающи¬
мися  кислородными  ионами,  равен  0,225  радиуса  иона  кислорода
 о
 (равного  1,4  А),  а  для  октаэдрических  промежутков  между

<§  4) 	СТРОЕНИЕ  ГЛИНИСТЫХ  МИНЕРАЛОВ 	221
 б  ионами  кислорода  он  равен  0,414  радиуса  иона  кислорода.  Это
 обуславливает,  что  лишь  ион  алюминия,  имеющий  диаметр  0,5  А,
может  поместиться  в  октаэдрических  промежутках.  Величина
иона  кремния  близка  к  тетраэдрическим  промежуткам,  хотя
несколько  и  превышает  их,  и  он  помещается  в  них  без  суще¬
ственного  нарушения  в  расположении  ионов  кислорода.
 Четырехслойная  кислородная  решетка  отличается  от  трех¬
слойной  тем,  что  в  ее  промежутках  обнаружены,  кроме  ионов
кремния  и  алюминия,  еще  другие  ионы.  Обычными  замените¬
лями  алюминия  являются  ионы  магния  и  ионы  трехвалентного
железа.
 Изоморфное  замещение  имеет  важное  значение,  так  как  ве¬
дет  к  получению  минералами  отрицательного  заряда,  который
нейтрализуется  катионами,  образующими  поглощенные  обмен¬
ные  основания  почв.
 Существование  в  почве  вторичных  глинистых  минералов  те¬
перь  твердо  доказано.  Более  того,  выдвигаются  гипотезы
о  круговороте  минералов  в  земной  коре  при  участии  солнечной
энергии.  Авторами  ее  являются  советские  ученые—академик
Н.  В.  Белов  и  В.  И.  Лебедев  (1957).  К  этим  выводам  приводят
такие  факты.  Оказывается,  в  минералах  глубинных  извержен¬
ных  или  глубокометаморфизованных  пород  (например  полевых
шпатах)  запас  энергии  меньше,  т.  е.  они  упакованы  более
плотно,  чем  в  минералах  поверхностных  осадочных  и  слабо-
метаморфизованных  пород  (.например  гидроокислах,  каолинах,
слюдах  и  др.)*  Для  первых  характерно  нахождение  алюминия
в  тетраэдрических  промежутках  между  атомами  кислорода,
 о
 с  межатомными  расстояниями  1,6—1,75  А,  для  вторых  же
типично  расположение  алюминия  в  октаэдрической  упаковке,
 о
 с  межатомными  расстояниями  1,8—2,0  А.
 Глубинные  минералы,  выходя  на  поверхность  коры  в  про¬
цессе  выветривания,  как  бы  заряжаются  энергией  (разрых¬
ляются).  Попадая  впоследствии  опять  в  глубинные  слои  в  зоне
метаморфизма,  они  отдают  эту  энергию,  переходя  к  более  плот¬
ному  сложению.  Авторы  считают,  что  источником  этой  энергии
является  солнце.  Отдавая  энергию  в  глубоких  слоях,  эти  мине¬
ралы  создают  внутреннее  тепло,  которое,  наряду  с  теплом  от
радиоактивного  распада  и  других  возможных  источников  энер¬
гии,  является  основой  постоянства  тепла  в  недрах  земли.

ГЛАВА  II
 ПРОЦЕССЫ,  СВЯЗАННЫЕ  С  ДИСПЕРСНОСТЬЮ  И
СТРОЕНИЕМ  ПОВЕРХНОСТНЫХ  СЛОЕВ  ПОЧВЕННЫХ
 ЧАСТИЦ
 §  1.  Удельная  поверхность  почвы  и  методы  ее  определения
 Размер  -почвенных  частиц,  или  дисперсность  почвы,  имеет
настолько  важное  и  широкое  значение  для  «жизни»  почвы,  что
далеко  выходит  за  пределы  темы  данного  труда.  С  дисперсно¬
стью  почвы  связаны  ее  физические,  химические  и  биологические
свойства.  Ограничиваясь  рассмотрением  лишь  физических
свойств  почвы,  следует  отметить,  что  с  дисперсностью  прямо
связаны  водные,  воздушные,  тепловые  и  физико-механические
свойства  печвы,  з  особенности  в  бесструктурных  почвах.  В  соот¬
ветствующих  разделах  авторы  к  ним  будут  неоднократно  воз¬
вращаться.  Само  собой,  все  свойства  твердой  фазы  почвы  выте¬
кают  из  ее  дисперсности.
 В  этой  главе  мы  рассмотрим,  как  связаны  с  дисперсностью
удельная  поверхность,  физическая  и  физико-химическая  погло¬
тительная  способности  почвы  и  явления  коагуляции  коллоидов
почвы.
 Под  удельной  поверхностью  дисперсного  тела  понимается
сумма  поверхностей  составляющих  его  дисперсных  частиц,  отне¬
сенная  к  единице  объема  или  единице  веса  вещества.  Удельная
поверхность  —  понятие  геометрическое;  оно  сильно  зависит  от
дисперсности  вещества,  как  это  видно  из  табл.  35.
 Из  табл.  35  следует,  что  удельная  поверхность  раздробленных
тел  растет  прямо  пропорционально  степени  раздробления.
 Существуют  самые  разнообразные  методы  определения
удельной  поверхности  почв,  например:  метод  геометрического
подсчета  удельной  поверхности  По  данным  дисперсного  анализа,
методы  по  адсорбции  частицами  почвы  паров  воды  и  газов
(углекислота,  азот),  методы  определения  удельной  поверхности
почв  по  их  обменной  способности  и  емкости  поглощения  ка¬
тионов,  по  поглощению  почвой  красок  и  изотопов  и  др.  Кратко
рассмотрим  некоторые  из  них.

УДЕЛЬНАЯ  ПОВЕРХНОСТЬ  ПОЧВЫ
 223
 §  п
 Геометрический  метод  определения  удельной  поверхности
почвы.  В  этом  случае  используются  данные  механического  ана¬
лиза  почв.
 Таблица  35
 Изменение  удельной  поверхности  твердого  тела  в  связи
с  его  измельчением
 Сторона
 кубика,
 см
 Число
частиц
в  1  см3
 Поверхность,  сМ
 |>
 одной
 частииы
 общая
 удельная  1  г
вещества  при
d  =  2,65  г/смп
 1,0
 1,0
 6,0
 6,0
 2,26
 10"1
 103
 6.
 ю-2
 60
 2,26-  101
 ю--
 10*
 6-
 ю-4
 6-102
 2,26-  102
 КГ*
 109
 6.
 10"°
 6-  10*
 2,26-  Юз
 10'4
 1012
 6.
 ю-8
 6.  104
 2,26  •  10*1
 10~5
 1015
 б.
 10  40
 6  ♦  103
 2,26  -  105
 10"6
 1018
 6-
 ю-12
 6-  106
 2,26  •  106
 10”7
 1021
 б.
 1<ГЫ
 6.  107
 2,26  -  107
 Для  этой  цели  фракции  механического  анализа  усредняются
(например,  если  была  показана  фракция  0,01—0,005  мм,  то  рас¬
чет  ведется  на  среднюю  величину  0,0075  мм)  и  приравниваются
к  правильным  геометрическим  телам  —  кубу,  шару.  Удельная
поверхность  каждой  фракции  вычисляется  отдельно.  Общая
удельная  поверхность  получается  как  сумма  удельных  поверх¬
ностей  отдельных  фракций  с  учетом  содержания  в  почве  каждой
фракции.
 В  табл.  36  дается  примерный  расчет  геометрической  удель¬
ной  поверхности  почвы.  Из  табл.  36  следует,  что  1  г  глини¬
стой  почвы  имеет  удельную  поверхность  2,8  •  105  см2  или  28  м2.
 Определение  удельной  поверхности  почвы  по  кривой  сорбции
почвой  водяных  паров.  В  этом  случае  строится  изотерма  сорбции
водяных  паров  почвой.  Она  имеет  вид,  изображенный  на  рис.  198
(см.  четвертую  часть).  На  кривой  ясно  выделяются  участки:
выпуклый  —  мономолекулярный,  слабо  наклонный  к  оси  давле¬
ний  упругости  водяного  пара  —  полимолекулярный  и  резко  на¬
клонный  к  этой  оси,  почти  отвесный  —  область  ультракапилляр-
ной  конденсации.
 Данные  для  построения  изотермы  сорбции  почвой  водяного
пара  получаются  путем  тщательной  эвакуации  образца  почвы  и
последующим  равновесным  насыщением  его  водяным  паром
заданной  упругости.

224
 ПРОЦЕССЫ,  СВЯЗАННЫЕ  С  ДИСПЕРСНОСТЬЮ
 [ГЛ.  II
 Удельная  поверхность  почвы  по
 Диаметр  частиц,
см
 Средний  диаметр
частиц,
см
 Объем  частиц,
см3
 Вес  частицы  (г)
при  d  =  2,65  г/см*
 1  -  10-1—2,5  -  10~”
 6,25  -10-4
 2,4  -  Ю"’4
 6,4  -  Ю-4
 2,5-  КГ2—5-  КГ3
 1,5-  КГ4
 3,4-  1(Г6
 9  -  10~°
 5  •  10_3—1  •1(Г3
 3-  КГ3
 2,7  -10-8
 7,2-  1<Г8
 тр
 1
 0
 ю
 1
 сс
 1
 О
 7,5  •  1СГ4
 4,2  •  10“10
 1,1  •  1(Г9
 Сл
 О
 1
 О
 1
 3  •  1(Г4
 2,7-  1<ГП
 7,2-  КГ11
 1  •  КГ4—  5-  КГ5
 7,5  •  КГ5
 4,2-  КГ43
 1,1  •  КГ14
 5  •  10_5—1  •  10-5
 3.  КГ5
 2,7-10“14
 7,3-  1(Г44
 1  •  10_г>—1  •  10-6
 5-  1СГ6
 1,3-10-18
 3,4  -  1(Г1С
 1  •  10_с—1  •  КГ7
 5-  1(Г7
 1,3-  1СГ19
 3,4  •  1(Г19
 На  рис.  64  приводится  схема  прибора  для  изучения  сорбции
паров  воды  песками  и  почвой  (П.  В.  Вершинин  и  В.  П.  Констан¬
тинова,  1937).  В  сосудик  1  из  стекла  помещали  навеску  почвы
от  3,5  до  15  г.  Сосудик  на  шлифе  соединялся  с  одной  стороны
с  вакуумом,  с  другой  —  с  газовой  бюреткой  2  и  ртутным  мано¬
метром  3.  Попеременное  соединение  сосуда  с  вакуумом  и  газо¬
вой  бюреткой  регулировалось  соответствующими  кранами.  Бю¬
ретка  с  водяным  паром  имела  соединение  с  резервной  колбой  6,
наполняемой  водяным  паром  из  сосуда  с  жидкой  водой.  Жидкую
воду,  прокипяченную  и  дважды  перегнанную,  вводили  в  сосу¬
дик  7,  который  после  этого  запаивали.  Остатки  воздуха  в  воде
вымораживали  (при  откачке)  сначала  льдом,  а  потом  жидким
воздухом.  Вакуум  создавался  системой  форвакуумных  и  вакуум¬
ных  насосов.  Образец  'почвы  или  песка  нагревали  до  различных
температур  от  0  до  100—110°  С  и  откачивали  до  равновесия
при  10-5  мм.  После  этого  образец  с  почвой  или  песком  соединяли
с  бюреткой,  в  которой  задавалось  определенное  давление  водя¬
ного  пара.  Объем,  отсчитанный  по  бюретке,  при  поднятии  столба
ртути  служил  объемной  мерой  поглощения  адсорбентом  пара.
Объемы  поглощенного  пара  пересчитывали  на  нормальное  дав¬
ление  (760  мм  рт.  ст.)  и  абсолютный  нуль  температуры.
 Данные  для  построения  кривой  сорбции  водяных  паров
можно  получить  и  не  в  вакууме,  а  обычным  эксикаторным  ме¬
тодом.  В  этом  случае,  чтобы  резко  не  высушивать  почву  и  тем
самым  не  изменять  ее  сорбционных  свойств,  целесообразно
строить  кривую  десорбции.  Взвешенный  образец  почвы  с  поле¬
вой  влажностью  помещается  в  эксикатор  с  разбавленной  серной
кислотой,  при  упругости  водяных  паров,  близких  к  насыщению

УДЕЛЬНАЯ  ПОВЕРХНОСТЬ  ПОЧВЫ
 225
 §  И
 Таблица  36
 ее  механическому  анализу
 Число  частиц
в  1  г
 Поверхность,  см2
 Процент  дан¬
ных  частиц
в  механиче¬
ском  анализе
 одной  частицы
 удельная
 данных  фракций
 1,6-  10s
 •  2,3-10-2
 37,0
 1,8
 5,0
 1,1  •  ю5
 1,4-  ИГ3
 1,5  -102
 15,0
 10,0
 1,4.107
 5,4-10-5
 7,6-102
 1,5  -102
 20,0
 9-10®
 3,4  •  10-6
 3,1  •  10*
 3,1  •  102
 10,0
 1,4-  Ю10
 5,4-10-7
 7,6  •  10*
 1,1  •  10*
 15,0
 9  •  10й
 3,4  •  10-8
 3,1  •  104
 4,6  •  10s
 15,0
 1,4  -  10м
 5,4  -10-9
 7,6-  104
 7,6  •  103
 10,0
 2,9  -1015
 1,5.  Ю-10
 4,4  •  105
 4,4  •  104
 10,0
 2,9  •  1018
 1
 1,5-  КГ12
 4,4  •  10е
 2,2  •  105
 5,0
 при  данной  температуре,  выдерживается  до  равновесия  и  взве¬
шивается,  затем  серная  кислота  заменяется  более  концентриро¬
ванной.  Образец  помещают  над  этой  кислотой,  выдерживают  до
равновесия,  вновь  взвешивают  и  т.  д.  Последнюю  точку  снимают
над  концентрированной  серной  кислотой,  после  чего  образец  вы¬
сушивают  до  равновесия  в  термостате  при  105—110°  С  и  полу¬
чают  абсолютно  сухую  почву.  Определив  содержание  воды
в  почве  при  различных  упругостях  водяного  пара  над  серной  кис¬
лотой  разной  концентрации,  мы  строим  изотерму  сорбции  и  по
начальному  выпуклому  участку  (первая  ступень)  кривой  сорб¬
ции  определяем  удельную  поверхность  почвы.
 Приведем  пример.  На  начальном  выпуклом  участке  кривой
1  г  черноземной  глинистой  почвы  поглотил  9  мг  воды.  В  них  бу¬
дет  содержаться
 9  •  10“3  X  6,06  -  1023
18
 3,03  •  1020
 молекул  воды.
 Полагая  площадь  одной  молекулы  5,3  •  10_6  см2,  будем  иметь,  что
поверхность,  покрытая  3,03  •  1020  молекулами,  равна:
 3,03 	•  1020  X  5,3  •  10-16  см2  =  1,6  •  105  см2.
 Иначе  говоря,  удельная  поверхность  черноземной  глинистой
почвы  равна  1,6*  105  см2/г,  или  16,0  м2/г.  Таким  же  методом  най¬
дена  для  дерново-подзолистой  тяжелосуглинистой  почвы  удель¬
ная  поверхность  3,7  •  105  см2/г,  для  тяжелосуглинистого  серозема
3  -10?  см21г.
 Курон  (1931,  1932)  сходным  методом  определял  удельную  по¬
верхность  ряда  немецких  почв  суглинистого  и  глинистого  состава.
 15  Зак.  196.

22  6 	ПРОЦЕССЫ,  СВЯЗАННЫЕ  С  ДИСПЕРСНОСТЬЮ 	.  [гл.  II
 Полученные  им  данные  по  удельной  поверхности  ряда  почв  на-
ходятся  в  пределах  1,7  —  4,5  •  105  см21г.
 Рис.  64.  Схема  прибора  для  изучения  сорбции  паров
воды  песками  и  почвами.
 В  табл.  37  приводятся  данные  (П.  В.  Вершинин  и
 В. 	П.  Константинова,  1937)  по  сравнению  удельной  поверхности
песков,  определенных  геометрически  (5Г)  и  по  адсорбции  паров
воды  (Sa).
 Таблица  37
 Определение  удельных  поверхностей  песков  разными  методами
 Сорбент
 Средний
 диаметр
 частиц,
 Sr,  ему  г
 Sa,  смуг
 Sa
 Sr
 см
 Кварцевый  песок:
 0,45—0,5  мм
 0,0375
 60,5
 90,1
 1,49
 0,25—0,10  мм
 0,0175
 131,4
 198,7
 1,51

УДЕЛЬНАЯ  ПОВЕРХНОСТЬ  ПОЧВЫ
 227
 §  1]
 Как  видно  из  табл.  37,  удельные  поверхности,  подсчитанные
геометрически  и  по  адсорбции  водяных  паров,  дают  сходные  дан¬
ные.  Расхождения  можно  считать  несущественными,  к  тому  же
реальная  поверхность  всегда  неровна  и  в  силу  этого  больше  гео¬
метрической.
 Определение  удельной  поверхности  почвы  по  адсорбции  га¬
зов.  Удельную  поверхность  почвы  можно  определить  также  по
поглощению  почвой  газов.  Сама  методика  в  данном  случае  ничем
не  отличается  от  описанной  выше  методики  определения  удель¬
ной  поверхности  по  кривой  сорбции  водяных  паров.  Тот  или  иной
газ  при  разных  давлениях  приводится  в  соприкосновение  с  обез-
гаженной  сухой  почвой.  По  изотерме  адсорбции  определяется  •
удельная  поверхность  почвы.  Курон  (1931,  1932)  сравнивал  удель¬
ные  поверхности  почв  и  глин,  определенных  по  адсорбции  паров
воды  и  углекислого  газа,  и  показал,  что  количество  адсорбиро¬
ванных  газов  идет  пропорционально  количеству  водяного  пара,
иак  это  видно  из  табл.  38.
 Таблица  38
 Адсорбция  паров  воды  и  углекислого  газа
разными  глинами
 (В  процентах  от  веса  глин)
 Г  лины
 Пары
 воды
 О
 о
 со
 Гёберсдорф
 7,55
 7,37
 Гроссальмероде  ....
 3,44
 3,63
 ъ  ....
 1,63
 1,31
 Каолин
 1,3
 1,47
 Наумбург  1
 1,19
 1,25
 Бугуслау  2
 1,0
 1,0
 Произведенные  ранее  опыты  (П.  В.  Вершинин  и  В.  П.  Кон¬
стантинова,  1935)  показали  сходство  »в  определении  удельной
поверхности  почв  по  адсорбции  паров  воды  и  азота.
 Зависимость  между  поглощением  почвой  газов  и  удельной  ее
поверхностью  показал  также  Ф.  С.  Соболев  (1930).  Был  даже
предложен  метод  для  примерного  вычисления  емкости  поглоще¬
ния  почвы  катионов  по  адсорбированному  воздуху,  а  именно
 5в  =  255е-(-0,8, 	(1)
 где  5  в—содержание  поглощенного  воздуха,  Se  —емкость  погло¬
щения  по  барию  (в  процентах  кальция).

228 	ПРОЦЕССЫ,  СВЯЗАННЫЕ  с  ДИСПЕРСНОСТЬЮ 	•  [гл.  II
 Определение  поверхности  почвы  по  адсорбции  красок.  Для
 этого  следует  определить  оставшуюся  после  взаимодействия
с  почвой  концентрацию  краски.  Удельная  поверхность  почвы  бу¬
дет  равняться  количеству  поглощенной  почвой  краски,  умножен¬
ному  на  ранее  определенную  поверхность  1  г  краски  и  деленному
на  вес  почвы  в  граммах.
 По  этому  вопросу  следует  указать  на  исследования  К.  К.  Гед-
ройца,  произведенные  им  еще  в  1913  г.  (К.  К.  Гедройц,  1955).
Он  приходит  к  выводу,  что  не  может  быть  параллелизма  между
величиной  поглощения  краски  и  величиной  общей  поверхности
почвы.
 Величину  удельной  поверхности  почв  можно  определить  по
данным  их  обменной  способности.  Исходным  является  зависи¬
мость  обменной  способности  почвы  от  величины  pH  почвенного
раствора.
 Впервые  схема  расчета  была  дана  Б.  П.  Никольским  и  при¬
менена  Е.  Л.  Матеровой  (1945)  к  определению  удельной  поверх¬
ности  глауконита.  Е.  Н.  Гапон  (1947)  развил  схему  расчета  и
дал  электрохимический  метод  определения  поверхности  адсорбен¬
тов  и  коллоидов.  Сущность  метода  сводится  к  тому,  что  если  при
изменении  pH  раствора  на  одну  единицу,  обменная  способность
изменится  на  1  мг-экв  на  100  г  почвы,  тогда  поверхность  1  г  ад¬
сорбента  будет  равняться  100  м2.  Е.  Н.  Гапон  для  ряда  почв  под¬
считал  удельную  поверхность.  Его  данные  превышают  данные,
полученные  по  адсорбции  водяных  паров  для  сходных  почв,  в  де¬
сятки  и  даже  сотни  раз.
 Метод  вряд  ли  может  быть  пригоден  для  определения  удель¬
ной  поверхности  почв,  так  как  многие  глинистые  минералы  типа
монтмориллонитов  обладают  свойствами  изотопного  замещения
катионов  в  кристаллических  решетках,  т.  е.  имеют  сильно  выра¬
женное  внутреннее  поглощение.  Поэтому  для  ряда  почв  могут
получаться  преувеличенные  даннные  об  удельной  поверхности,
что  и  наблюдается  в  действительности.
 В  последнее  время  Б.  В.  Дерягин  предложил  определение
удельной  поверхности  порошкообразных  тел  производить  по  со¬
противлению  фильтрации  разреженного  воздуха.  Эта  методика
будет  обсуждена  в  дальнейшем  при  рассмотрении  водных  свойств
почвы.
 Перечислив  различные  методы  определения  удельной  поверх¬
ности  почв,  необходимо  отметить,  что  пока  лучшими  из  них
могли  бы  быть  геометрические  методы,  если  бы  методы  механи¬
ческого  анализа  почв  давали  возможность  уверенно  определять
содержание  коллоидных  частиц  почвы.  В  достаточной  мере  на¬
дежными  и  доступными  являются  методы  определения  удельной
поверхности  по  адсорбции  паров  воды.  Они  пригодны  для  боль¬
шинства  песчаных,  супесчаных  и  суглинистых  почв.  Некоторое

АДСОРБЦИОННЫЕ  СВОЙСТВА  ПОЧВ
 229
 §  2]
 сомнение  вызывает  их  применение  в  глинистых  почвах  с  монт-
мориллонитовой  структурой  глинистых  фракций.  Опыты
П.  В.  Вершинина  (1953),  правда  немногочисленные,  .показы¬
вают,  что  явления  внутреннего  поглощения  паров  воды  этими
почвами  сказываются  не  на  адсорбционной  части  кривой  сорб¬
ции,  а  на  ультраконденсационной.
 Поглощение  почвой  инертных  газов,  таких  как  азот,  также
может  служить  надежной  мерой  определения  удельной  поверх¬
ности  почв.
 §  2.  Адсорбционные  свойства  почв
 Приведенные  выше  примеры  определения  удельной  поверх¬
ности  почв  служат  одновременно  показателем  их  адсорбционной
способности.  Между  поглощением  паров  и  газов  почвой  и  ее
удельной  поверхностью  обнаруживается  прямая  связь.  Почва
в  сухом  состоянии  поглощает  пары  и  газы.  Всякое  твердое  тело
при  измельчении  увеличивает  свою  удельную  поверхность.  Уве¬
личение  удельной  поверхности,  как  показано  ранее,  прямо  про¬
порционально  увеличению  дисперсности:  если  степень  раздробле¬
ния  увеличилась  в  10  раз,  то  и  удельная  поверхность  возрастет
в  10  раз.  С  удельной  поверхностью  (почвы  тесно  связана  свобод¬
ная  поверхностная  энергия  системы.  Ионы,  атомы  и  молекулы,
связанные  ранее  в  кристаллических  решетках  твердого  тела,
уравновешивали  свою  энергию.  При  раздроблении  часть  ионов,
атомов  и  молекул  выходит  на  поверхность,  и  их  энергия  оказы¬
вается  некомпенсированной:  образуется  свободная  поверхностная
энергия  системы.
 Если  свободную  энергию  поверхности  обозначить  через  Es,  по¬
тенциальную  энергию  системы  —  через  t/,  то
 Es=U—SeTf 	(2)
 т.  е.  поверхностная  энергия  будет  равняться  потенциальной  энер¬
гии  системы  минус  произведение  энтропии  (Se)  на  абсолютную
температуру  (Г).
 При  необратимых  термодинамических  процессах,  совершаю¬
щихся  на  земной  поверхности,  согласно  второму  закону  термо¬
динамики  энтропия  будет  стремиться  к  увеличению,  а  свободная
поверхностная  энергия  —  к  уменьшению.  Иначе  говоря,  чем  выше
дисперсность  системы,  тем  в  большей  степени  в  ней  выражено
стремление  уменьшить  свободную  поверхностную  энергию,  по¬
этому  высокодисперсные  системы  являются  неустойчивыми.
Стремление  этих  систем  уменьшить  свою  поверхность  порождает
два  существенных  свойства:  1)  поглощение  газов  и  паров  свобод¬
ными  поверхностями  твердых  частиц,  а  также  молекул  и  ионов

230
 ПРОЦЕССЫ,  СВЯЗАННЫЕ  С  ДИСПЕРСНОСТЬЮ
 [гл.  и
 из  растворов,  2)  стремление  частиц  к  слипанию.  Первое  свойство
называется  адсорбцией,  второе  —  коагуляцией  почвенных  частиц.
 Не  входя  в  подробное  обсуждение  физического  механизма  ад¬
сорбции  паров  и  газов  почвой,  так  как  в  четвертой  части  эти
вопросы  будут  рассмотрены,  следует  отметить,  что  адсорбция
почвой  молекул  и  ионов  из  растворов  имеет  свои  особенности  по
сравнению  с  адсорбцией  из  газовой  фазы.  Эти  особенности  и
разбираются  ниже.
 Частицы  почвы  в  растворе  имеют  электрический  заряд.  Этим
объясняется  их  способность  поглощать  вещества  из  раствора.
Вокруг  частиц  образуется  двойной  электрический  слой  наподобие
молекулярного  конденсатора.  Один  из  зарядов  этого  слоя  нахо¬
дится  непосредственно  в  молекулах  поверхностного  слоя  почвен¬
ных  частиц  и  определяет  знак  их  заряда.  Частицы  большинства
почв,  как  это  более  подробно  будет  видно  из  дальнейшего  изло¬
жения,  заряжены  отрицательно,  но  электроскоп,  приложенный
к  такой  системе,  заряда  не  обнаруживает.  Следовательно,  заряды
почвенных  частиц  компенсированы  противозарядами.  Носителями
противозарядов,  т.  е.  в  большинстве  почв  положительных  заря¬
дов,  являются  почвенные  катионы,  непрерывно  образующиеся  при
почвенных  процессах.  Часть  положительных  зарядов  расположена
в  молекулярной  близости  от  почвенных  частиц  и  как  бы  закреп¬
лена.  По  мере  же  удаления  от  поверхностей  частиц  плотность
противозарядов  уменьшается,  подобно  изменению  плотности  атмо¬
сферы  над  земной  поверхностью,  и  составляет  так  называемую
«ионную  атмосферу»,  образованную  из  диффузных  рассеянных
ионов.  Подвижность  диффузных  слоев  возрастает  по  мере  удале¬
ния  катионов  от  поверхности  почвенных  частиц.
 Причины  возникновения  двойного  электрического  слоя  раз¬
личны,  например,  в  качестве  причин  могут  явиться  силы  оста¬
точных  валентностей  решетки  твердого  тела.  Эти  силы  могут
вызвать  адсорбцию  ионов  на  твердых  поверхностях.  Правило,
сформулированное  Фаянсом  и  Панетом,  гласит,  что  на  поверхно¬
сти  кристаллической  решетки  адсорбируются  те  ионы,  которые
могут  образовать  с  входящими  в  ее  состав  ионами  противополож¬
ного  знака  труднорастворимые  соединения.  Но  трудность  раство¬
рения  не  является  единственным  условием  для  адсорбции.
Адсорбироваться  могут  ионы,  либо  общие  с  кристаллической  ре¬
шеткой,  либо  такие,  которые,  входя  в  решетку,  способны  заменять
в  кристалле  соответствующий  ион,  образуя  изоморфное  с  кри¬
сталлом  соединение.
 Двойной  электрический  слой  может  возникнуть  и  другим  пу¬
тем.  Существуют,  легко  диссоциирующиеся  полярные  соединения,
но  при  этом  способен  переходить  в  раствор  в  виде  иона  только
один  из  ионов,  другой  же  не  переходит  —  остается  связанным
с  остальной  массой  коллоидной  частицы.  Примером  может  слу¬

§  2]  •
 АДСОРБЦИОННЫЕ  СВОЙСТВА  ПОЧВ
 231
 жить  кремнекислота.  Она  диссоциирует  ионы  водорода,  силикат¬
ные  ионы  остаются  на  поверхности,  сообщая  ей  отрицательный
заряд,  а  водородные  ионы  образуют  наружную  обкладку  двой¬
ного  слоя.  В  этом  случае  изменением  концентрации  водородных
ионов  поверхность  частицы  кремнекислоты  не  может  быть  при¬
ведена  в  изоэлектрическое  состояние  или  перезаряжена,  как  это
было  возможно  для  первого  случая.
 Другая  картина  наблюдается  при  наличии  так  называемых
амфотерных  соединений,  знак  заряда  которых  зависит  от  вели¬
чины  pH  раствора.  К  таким  соединениям  относятся  А1(ОН)3,
Fe(OH)3,  белки.  Поверхностный  слой  амфотерных  частиц,  на¬
пример  гидроокиси  алюминия,  растворяется  в  щелочах  и  кисло¬
тах  с  образованием  легко  диссоциирующих  солей,  из  которых  и
строится  двойной  электрический  слой.  Диссоциация  протекает
двояко  (Б.  П.  Никольский,  1931):
 А1(ОН)3  ^  А1(ОН)2-|-ОН-  «г  А1+++  +  ЗОН",
 А1(ОН)3 	А1(ОН)2СГ-|-Н+  АЮ2“  +  Н20  +  Н+.
 При  низких  значениях  pH  равновесного  раствора  будут  бла¬
гоприятны  условия  для  диссоциации  по  первому  типу,  диссоциа¬
ция  по  второму  типу  будет  подавлена,  и  .поверхность  зарядится
положительно.  При  высоком  значении  pH  и  сдвиге  его  в  щелоч¬
ную  сторону  процесс  пойдет  по  второму  типу,  и  поверхность  за¬
рядится  отрицательно.  Видимо,  должна  существовать  такая  об¬
ласть  pH,  где  будет  наблюдаться  изоэлектрическое  состояние,  при
котором  дзета-потенциал  равен  нулю.
 Глинистые  минералы,  по  Р.  Скофильду  (Э.  Рэссел,  1955),
имеют  отрицательный  заряд,  обусловленный,  с  одной  стороны.,
изоморфным  замещением  в  поверхностных  решетках  минералов
и,  с  другой,  вызванный  диссоциацией  водородных  ионов  в  почвен¬
ный  раствор  из  гидроксильных  групп,  расположенных  на  ребрах
кристаллической  решетки.  Если  принять  необходимые  меры  для
обеспечения  полного  обмена  катионами,  то  в  пределах  между
pH  2,5  и  pH  5  отрицательный  заряд  постоянен  и  представляет,
видимо,  устойчивый  заряд  глинистой  решетки,  вызванный  изо¬
морфным  замещением.  Диссоциация  водорода  из  гидроксильных
групп  еще  мала,  но  становится  заметной  при  pH  7.  Скофильд
предполагает,  что  гидроксилы,  освобождающие  водородные  ионы,
вероятно,  расположены  вдоль  краев  тетраэдрического  кислород¬
ного  слоя,  так  как  внешние  кислородные  атомы  этого  слоя  могут
быть  в  соединении  только  с  одним,  а  не  с  двумя  атомами  крем¬
ния,  и  каждый  притягивает  ион  водорода,  чтобы  нейтрализовать
свой  избыточный  заряд.  Водород  октаэдрических  гидроксилов,
связанный  с  ионами  алюминия,  видимо,  неспособен  к  диссоциа¬
ции  в  этих  пределах  pH.  Цифры  поглощенных  оснований  в  милли-

232
 ПРОЦЕССЫ,  СВЯЗАННЫЕ  С  ДИСПЕРСНОСТЬЮ
 [гл.  [I
 Таблица  39
 Поглощенные  основания  разных  минералов  (м-экв)
 рн
 Вызвано  диссо¬
 Глинистый  минерал
 циацией  гидро¬
 2,5—6,0  ‘
 7,0
 ксилов  при  pH  7
 Каолинит
 4
 10
 6
 Монтмориллонит  .  .  .
 95
 100
 5
 эквивалентах  на  100  г  монтмориллонита  и  каолинита  в  двух  ин¬
тервалах  pH  приведены  в  табл.  39.
 Из  табл.  39  видно,  что  число  водородных  ионов,  способных
к  диссоциации  из  каолинита  и  монтмориллонита  в  пределах  pH  6
и  pH  7  представляют  величину  одного  порядка,  устойчивый  же
заряд  монтмориллонита  примерно  в  20  раз  больше.  Глинистые
почвы  дают  несколько  отличную  характеристику  распределения
зарядов,  чем  монтмориллонит,  которую  Рэссел  объясняет  нали¬
чием  примесей  некристаллических  частиц.  Эти  аморфные  части
глинистых  частиц  (коллоидные  пленки)  в  кислом  растворе  при¬
обретают  положительный  заряд  вследствие  диссоциации  ионов
гидроксила,  хотя  установленный  отрицательный  заряд  на  по¬
верхности  кристаллической  глинистой  частицы  остается  неиз¬
менным.  Общий  отрицательный  заряд  у  смеси  кристаллической
глины  и  этих  аморфных  частиц  снижается  с  уменьшением  pH.
 Источником  зарядов  в  почве  служит  и  органическое  вещество
почвы  —  гумусовые  вещества.  Они  отличаются  от  глин,  помимо
всего  прочего,  содержанием  в  гуминовых  кислотах  карбоксиль¬
ных  групп  СООН.  Группа  СООН  отщепляет  водородные  ионы
в  кислой  среде.  Гуминовые  кислоты  являются  слабыми  кислотами.
Почва,  следовательно,  содержит  некоторые  настоящие  слабые
кислоты,  наряду  с  отрицательно  заряженными  поверхностями.
Отрицательный  заряд  почвенных  частиц  сказывается  на  свой¬
ствах  почв.  Громадное  большинстве*  почв,  в  особенности  почв
Советского  Союза,  адсорбирует  положительно  из  продуктов  гид¬
ролиза  щелочь.
 Но  несмотря  на  то,  что  у  большинства  почвенных  частиц  пре¬
обладающим  является  отрицательный  заряд,  в  почве  имеются
частицы,  несущие  и  положительные  заряды,  только  в  количе¬
ственном  отношении  их  значительно  меньше.  Лишь  в  так  назы¬
ваемых  амфотерных  почвах  (латеритных,  красноземах),  содер¬
жащих  значительное  количество  (полуторных  окислов  и  легко»
принимающих  в  зав.исимости  от  pH  положительный  и  отрицатель¬
ный  заряд,  поглощение  анионов  достигает  величины,  близкой
к  величине  поглощения  катионов.

АДСОРБЦИОННЫЕ  СВОЙСТВА  ПОЧВ
 233
 §  2]
 В  табл.  40  приводятся  данные  о  поглощении  анионов  и  катио¬
нов,  полученные  Скофильдом  для  подпочвы  ротамстедской  почвы.
 Скофильд  поясняет,  что  положительно  заряженные  участки  не
являются  составной  частью  кристаллов  глин,  они  находятся  на
аморфных  соединениях.  Аморфные  части  глинистых  фракций  со¬
держат  гидраты  окисей  алюминия,  железа  и  других  и  полностью*
удаляются  после  тщательной  обработки  почвы  кислым  оксалат¬
ным  раствором  Тамма  при  солнечном  свете.  Они  непрочно  свя¬
заны  с  кристаллической  решеткой  глин,  потому  что  подобная
обработка  не  влияет  на  емкость  поглощения  почвой  оснований,,
когда  емкость  вычисляют  на  первоначальный  вес  почвы  до  обра¬
ботки.  Но  тем  не  менее,  отделить  аморфные  части  от  глин  про¬
стым  диспергированием  и  центрифугированием  не  удается.
 Рассмотрение  заряда  почвы  и  условий  его  возникновения
объясняет,  почему  почвы,  за  исключением  некоторых  латеритов,
и  красноземов,  адсорбируют  из  растворов  положительно  заря¬
женные  ионы  —  катионы  и  являются  гигантским  анионом.  Почвы
адсорбируют  из  растворов  не  только  ионы,  но  и  дипольные  мо¬
лекулы.  Этот  тип  адсорбции  ионов  и  молекул  назван  К.  К.  Гед-
ройцем  физической  поглотительной  способностью  почв.  Он
 Таблица  40>
 Поглощение  аммония  и  хлора  ротамстедской  подпочвой  из  0,2  и.
раствора  хлористого  аммония  при  различных  pH  в  м-экв  на  100  г
абсолютно  сухой  почвы
 pH
 Поглощено
 хлора
 Положитель¬
ный  заряд
 Избыток  аммония
над  поглощенным
хлором
 Отрицательный
 заряд
 2,05
 1,5
 2,0
 19,5
 21,1
 2,3
 1,3
 1,8
 21,3
 23,1
 2,6
 1,2
 1,7
 21,7
 23,4
 3,1
 1,2
 1,7
 21,6
 23,3
 3,3
 и
 1,6
 21,7
 23,3
 3,8
 0,6
 1,1
 22,3
 23,4
 5,5
 0,0
 0,5
 24,0
 24,5
 6,2
 —  0,4
 0,1
 25,7
 25,8
 7,15
 —  0,6
 -0,1
 27,0
 26,9
 7,4
 —  0,5
 0,0
 28,2
 28,2
 2,5  *)
 —  0,3
 0,2
 23,2
 23,4
 3,65  *)
 —  0,5
 0,0
 23,5
 23,5
 4,15  *)
 —  0,6
 —  0,1
 23,3
 23,2
 7,5  *)
 —  0,4
 —  0,1
 26,8
 26,9
 '*)  Образцы,  обработанные  кислым  оксалатом  аммония.

234
 ПРОЦЕССЫ,  СВЯЗАННЫЕ  С  ДИСПЕРСНОСТЬЮ
 [гл.  II
 различает  положительную  и  отрицательную  адсорбцию.  При
положительной  адсорбции  концентрация  поглощаемых  веществ
вблизи  почвенных  частиц  выше,  чем  в  почвенном  растворе  —
вдали  от  частиц,  т.  е.  то  сравнению  с  концентрацией  при  отсут¬
ствии  твердой  поверхности.  При  отрицательной  адсорбции,  наобо¬
рот,  концентрация  веществ  вблизи  частиц  ниже,  чем  вдали  от
них,  т.  е.  ниже,  чем  в  том  случае,  когда  твердая  поверхность  от¬
сутствовала  бы.
 Вещества,  положительно  адсорбируемые  почвой  в  большин¬
стве  случаев  понижают  поверхностное  натяжение  системы.
Уксусная  кислота,  например,  при  содержании  ее  в  растворе  от
1  до  100  частей  понижает  с  0,94  до  0,40  поверхностное  натяже¬
ние  воды,  принимаемое  за  единицу.  Термодинамически  эти  явле¬
ния  описываются  уравнением  Гиббса
 д 	 С
 dCRT'
 (3)
 где  А  —  избыток  (положительный  или  отрицательный)  раствори¬
мых  в  воде  веществ  на  единицу  поверхности  твердой  фазы  по
сравнению  с  тем  количеством,  которое  было  бы  в  отсутствие  дей¬
ствующей  поверхности;  С—концентрация  растворенных  веществ
в  воде;  о  —  коэффициент  поверхностного  натяжения  раствора;
•да
 ^—частная  производная,  выражающая  увеличение  или  умень¬
шение  поверхностного  натяжения  с  изменением  концентрации
растворимых  веществ;  Т  —  абсолютная  температура;  R  —  газо¬
вая  постоянная.  Вещества,  отрицательно  адсорбируемые  почвой,
повышают  поверхностное  натяжение  дисперсной  системы  (мине¬
ральные  кислоты,  органические  соединения  с  большим  количе¬
ством  гидроксилов  в  молекуле  —  сахар  и  др.).
 Далее,  К.  К.  Гедройц  доказал,  что  ионы,  адсорбированные
почвой,  могут  обмениваться  с  ионами  раствора  по  химическим
законам:  двухвалентный  ион  кальция  при  обмене  вытесняет  два
одновалентных  иона  натрия,  или  калия,  или  лития.  Этот  тип  ад¬
сорбции  К.  К.  Гедройц  назвал  обменной  адсорбцией  или  физико-
химическим  поглощением.  Следовательно,  почва  является  типич¬
ным  ионообменником.  В  большинстве  случаев  она  ведет  себя  как
катионит,  т.  е.  поглощает  из  раствора  катионы,  но  некоторое  ко¬
личество  анионов  тоже  поглощается  твердой  фазой  почвы,  о  чем
уже  упоминалось  выше.
 Физико-химическая,  или  обменная,  поглотительная  способ¬
ность  почвы  имеет  большое  практическое  значение.  Благодаря
этому  свойству  все  химические  соединения  в  катионной  форме
задерживаются  почвой  и  не  промываются  в  грунтовые  воды.  На
этом  же  свойстве  почвы  основаны  удобрительные  мероприятия
и  химическая  мелиорация  почв,  сводящиеся  к  вытеснению  из

ЭЛЕКТРОКАПИЛЛЯРНЫЕ  ЯВЛЕНИЯ  В  ПОЧВАХ
 235
 §  3J
 почвы  неблагоприятных  катионов:  а)  водорода,  с  которым  свя¬
зана  повышенная  кислотность  почв  и  б)  натрия,  с  которым  свя¬
зана  излишняя  щелочность  почв  и  резко  выраженные  отрица¬
тельные  физические  свойства.  Все  эти  вопросы  подробно  рассма¬
триваются  в  курсах  почвоведения  и  агрохимии,  повторение  их
здесь  не  имеет  смысла.
 §  3.  Элехтрокапиллярные  явления  в  почвах
 Положительные  заряды  двойного  электрического  слоя  должны
были  бы  компенсировать  отрицательные  заряды  частиц  почвы.
Но  вследствие  подвижности  молекул  воды  и  ионов  диффузного
слоя  эта  компенсация  нару¬
шается,  и  между  поверхно¬
стями  твердых  частиц  и  рас¬
твором  устанавливается  элек¬
трическая  разность  потенциа¬
лов  или  просто  электропотен¬
циал.  Различают  общий,  или
термодинамический,  потенциал
(ел)  между  стенкой  и  раство¬
ром  (потенциал  Нернста)  и
электрокинетичеекий  потен¬
циал,  или  дзета-потенциал
(£),  —  потенциал  между  непо¬
движными  слоями  зарядов  и
раствором.  Этот  .потенциал  яв¬
ляется  частью  общего  потен¬
циала,  как  это  показано  на
рис.  65.
 Явления  слипания  частиц
при  коагуляции  главным  обра¬
зом  связаны  с  величиной  дзе¬
та-потенциала.  Величину  и  знак  его  заряда  можно  установить  из
определения  электроосмоса  или  электрофореза  (катофореза).
 Под  электроосмосом  понимается  перемещение  воды  под  влия¬
нием  приложенной  извне  разности  потенциалов.  Твердые  почвен¬
ные  частицы  в  этом  явлении  неподвижны,  вода  же  перемещается
к  отрицательному  электроду.
 Под  электрофорезом  понимается  перемещение  взвешенных
в  воде  частиц  почвы  под  действием  приложенной  извне  электри¬
ческой  разности  потенциалов.  Вода  в  этом  случае  остается  не¬
подвижной,  частицы  же  почвы,  взвешенные  в  ней,  движутся
к  одному  из  полюсов  (положительному).  По  направлению  их
движения,  скорости  перемещения  производится  определение  знака
и  величины  заряда  почвенных  частиц.  Исследования  Гельмгольца
 Рис.  65.  Схематическое  изображение
термодинамического  и  электрокине-
тического  потенциалов.

236
 ПРОЦЕССЫ,  СВЯЗАННЫЕ  С  ДИСПЕРСНОСТЬЮ
 [ГЛ.  II
 и  Перрена  доказали,  что  объем  V  'переносимой  жидкости  при
электроосмосе  может  быть  определен  так:
 v=T$t- 	<4>
 где  £  —  дзета-потенциал,  г\  —  коэффициент  вязкости  жидкости,
е  —  диэлектрическая  постоянная,  /  —  сила  тока,  се  —  удельная
электропроводность.
 Из  формулы  (4)  следует,  что  объем  жидкости,  переносимой
электроосмотически  количеством  электричества  в  1  к,  при  по¬
стоянной  силе  тока  есть  величина  постоянная.
 Из  формулы  (4)  можно  определить  дзета-потенциал
 Зная  удельную  электропроводность,  объем  воды,  переносимой
1  к  электричества,  и  силу  тока,  можно  определить  дзета-потен¬
циал.  Значение  его  можно  получить  и  из  явлений  электрофореза.
Определяя  скорость  перемещения  границы  раздела  почвенной
суспензии  и  раствора  в  U-обраэной  трубке  и  направление  пере¬
мещения,  можно  определить  величину  дзета-потенциала  и  знак
его  заряда:
 где  у]  —  коэффициент  вязкости  среды,  v  —  скорость  движения  ча¬
стиц  <ре  —  падение  разности  потенциалов  в  в/см.
 Для  более  точных  исследований  измерение  скорости  переме¬
щения  частиц  под  влиянием  электрического  поля  следует  произ¬
водить  микроскопическим  методом  в  специальных  микрокамерах.
В  них  почвенные  частицы  перемещаются  вдоль  капилляра,  и  ско¬
рость  их  отмечается  микроскопом.  Для  почвенных  целей  может
применяться  микрокамера  Матсона  и  другие,  сходные  с  ней.  Ме¬
тодика  измерения  общеизвестна  и  описана  в  коллоидной  химии.
 Указанная  методика  определения  дзета-потенциала  прило¬
жима  только  к  растворам  почвенных  суспензий,  а  не  к  почве  как
таковой.  При  применении  электроосмотических  явлений  к  обра¬
ботке  почвы  возникает  потребность  измерять  электрокинетические
свойства  почвы  в  консистенции  ее  естественного  залегания  или
близкой  к  нему,  и  методика  измерения  электрических  констант
почвы  должна  быть  изменена.,
 На  рис.  66  изображена  электросхема  прибора  для  измерения
удельного  электрического  сопротивления  почвы  в  консистенции
ее,  близкой  к  природному  залеганию,  разработанная  И.  В.  Ко-
робочкиным  в  Агрофизическом  институте.  Если  измерения  произ¬
водятся  в  лабораторных  условиях,  то  образец  почвы  набивается
в  трафаретку  (рис.  67)  до  заданной  плотности.  Ток  подается  на
 (5)

ЭЛЕКТРОКАПИЛЛЯРНЫЕ  ЯВЛЕНИЯ  В  ПОЧВАХ
 237
 §  3)
 Рис.  66.  Схема  прибора  для  измерения  удельного  элек¬
трического  сопротивления  почвы.
 /  —  магазин  сопротивлений;  2,  3  —  аналогичные  сопротивления;  4  —пе¬
реключатель  напряжений;  5,  8  —  токовые  электроды;  6,  7  —потенциаль¬
ные  электроды;  9  —  пакетный  переключатель;  10,  //  —  микроамперметры;
/2  —сопротивление  (порядка  10'ом).
 Рис.  67.  Прибор  для  измерения  удельного  электрического
сопротивления  почвы.

238
 ПРОЦЕССЫ,  СВЯЗАННЫЕ  С  ДИСПЕРСНОСТЬЮ
 [гл.  II
Таблица  4t
 Зависимость  удельного  электросопротивления  ре  почв
от  их  влажности
 Почвы
 Ре  0
г!смъ
 Влажность
 рв-10  3  ом*см
 а-104  ОМ~1-СМ  1
 %  к  весу
абсолют¬
но  сухой
почвы
 относи¬
 тельная
 Северо-Кавказ¬
ский  тяжело¬
суглинистый
чернозем
 1,2
 6,2
 14,7
 17.0
22,6
 35.0
 44.0
 —
 3-  ю5
8,46
4,22
2,0
1,1
1,0
 3,33-  10-5
1,18
2,37
 5.00
 9.00
10,0
 Обыкновенный
глинистый  чер¬
нозем  Воронеж¬
ской  обл.  Верх¬
ний  горизонт
 1,2
 6,0
 10,0
 19.3
 25.0
 27.0
 34.0
 40.3
 52.3
 11,9
 19.8
38,3
 49.6
 53.6
 58.8
 19.9
103,7
 5*  105
16,9
6,0
3,69
2,99
1,44
1,2
1,2
 2  -  10"5
0,59
1,66
2,71
3,34
6,94
 8.33
 8.33
 Каштановая  су¬
глинистая  почва
Саратовской
обл.
 1,5
 4,0
 14,1
 19.0
 22.5
 26.5
 28.0
 13.5
 47.6
64,1
46,3
 89.5
 94.6
 5  •  105
11,76
3,5
2,83
1,89
1,63
 2-10"5
0,85
2,85
3,53
5,29
6,13
 Серозем  тяжело¬
суглинистый
(Наманганская
обл.  УзССР)
 1,2
 0,22
 20,0
 24,2
 30.0
 35.0
39,5
42,4
 4,5
 40,5
 48,9
 60.7
 70.8
 79.9
85,8
 4.104
4,39
3,1
1,57
1,34
1,0
0,85
 2,25.10"4
2,27
3,22
6,32
7,46
10,0
17,0
 Дерново-подзоли¬
стая  тяжело¬
суглинистая  поч¬
ва  Ленинград¬
ской  обл.
 1,2
 2,7
 12.5
 17.6
 23.5
 27.5
 32.6
36,0
 7,4
 34.4
 48.5
 64.7
75,1
 89.8
99,4
 5  •  105
34,9
15,67
8,94
6,71
4,75
3,99
 2  •  10-6
0,27
0,64
U2
1,47
2,10
2,51

§  3) 	ЭЛЕКТРОКАПИЛЛЯРНЫЕ  ЯВЛЕНИЯ  В  ПОЧВАХ 	239
 токовые  электроды  5,  5,  а  для  определения  удельного  электриче¬
ского  сопротивления  почвы  ток  снимается  с  потенциальных  элек¬
тродов  6,  7.  Это  исключает  влияние  различных  явлений  в  пере¬
ходных  сопротивлениях  на  границе  почва  —  металл.  Процесс
измерения  удельного  сопротивления  ре  сводится  к  подбору  на
магазине  сопротивлений  компенсационной  схемы  соответствую¬
щего  сопротивления.  Определенное  таким  образом  удельное  со¬
противление  для  ряда  почв  дано  в  табл.  41.
 Определение  переноса  воды  должно  производиться  также  при
влажности,  встречающейся  в  почве.  Набивая  эбонитовую  трубку
сечением  16  см2  почвой  при  определенной  влажности  и  прикла¬
дывая  электроды  к  концам  трубки,  можно  после  воздействия
током  определить  перенос  воды  от  анода  к  катоду  путем  послой¬
ного  определения  влажности,  перераспределенной  под  влиянием
электроосмоса.
 Измерения  показывают,  что  перенос  воды  1  к  электричества,
помимо  силы  тока,  сильно  зависит  от  исходной  влажности  почвы.
Дзета-потенциал  для  одной  и  той  же  почвы,  подсчитанный  по
формуле  (5),  уменьшается  тем  больше,  чем  суше  почва.
 Исследования,  проведенные  за  последние  40  лет,  показывают,
что  величина  дзета-потенциала  в  пористой  системе  зависит  от
размера  пор.  В  табл.  42  приводятся  данные,  полученные  Григо¬
ровым  (1944)  для  диафрагм  из  одного  и  того  же  материала,  но
различающихся  размерами  пор.  Величина  электроосмотического
 переноса  жидкости  выражена  в  у.
 Таблица  42
 Зависимость  электрокинетического  потенциала
от  размера  пор
 Радиус  пор,
ммк
 V/I
 Дзета-потенциал,
 мв
 117,40
 0,0592
 —  9,54
 65,40
 0,0414
 —  6,50
 25,50
 0,0245
 —  4,64
 14,70
 0,0206
 —  3,47
 9,76
 0,0196
 —  3,26
 3,38
 0,0133
 —  2,06
 2,87
 0,0108
 —  1,68
 0,86
 0,0036
 —  0,56
 Из  табл.  42  видно,  что  с  уменьшением  радиуса  пор  в  137  раз
дзета-потенциал  уменьшился  в  19  раз.  Следовательно,  в  преде¬
лах  указанных  размеров  пор  электрокинетический  потенциал  за¬
висит  от  размеров  пор.

240
 ПРОЦЕССЫ,  СВЯЗАННЫЕ  С  ДИСПЕРСНОСТЬЮ
 [гл.  И
 Эти  явления,  видимо,  связаны  с  изменением  так  называемой
поверхностной  электропроводности  почв,  которая  составляет
часть  общей  электропроводности.  Опытами  установлено,  что
электропроводность  растворов  солей  возрастает,  если  ими  пропи¬
тать  пористые  мембраны.  Увеличение  общей  электропроводности
при  этом  происходит  за  счет  возрастания  электропроводно¬
сти  в  двойном  электрическом  слое.  В  этом  слое  она  называется
поверхностной  электропроводностью.  Величину  дзета-потенциала
в  почвах,  определяемую  по  электроосмосу,  можно  уточнить  вве¬
дением  поправок  на  поверхностную  электропроводность
(И.  И.  Жуков,  А.  А.  Фридрихсберг,  1947).
 Электрические  свойства  почв  и  грунтов  имеют  большое  прак¬
тическое  значение.  Помимо  влияния  на  слипание  частиц,  о  чем
будет  сказано  ниже,  электроосмос  и  катофорез  играют  видную
роль  в  ряде  отраслей  народного  хозяйства.  Широкое  применение
в  последнее  время  электроосмос  получил  при  обезвоживании
грунтов.  Имеются  попытки  применить  электроосмос  в  землерой¬
ной  технике  и  к  вспашке  почвы.  Если  лемех  и  отвал  плуга  элек¬
трически  изолировать  от  других  частей  и  подать  на  них  постоян¬
ный  ток  (минус),  на  другие  же  части  плуга  тоже  подать  ток  —
плюс  (или  плюс  на  землю),  то  при  вопашке  почвы  возникнет
электроосмотическое  перемещение  воды  из  почвы  на  поверхность
лемеха  и  отвала.  Возникнет  явление  так  называемой  «электро¬
смазки»  и  трение  почва  —  сталь  будет  уменьшаться,  а  вместе
с  тем  будет  уменьшаться  общее  тяговое  усилие  при  обработке  почв.
 §  4.  Коагуляция  коллоидов  в  почве
 Слово  «коагуляция»  означает  свертывание,  сгущение.  Приме¬
нительно  к  коллоидным  системам  это  означает  укрупнение  кол¬
лоидных  и  грубодисперсных  частиц  в  результате  их  слипания
под  действием  молекулярных  сил  сцепления.
 По  отношению  к  дисперсионной  среде  коллоиды  разделяются
на  лиофильные  и  лиофобные  или,  если  средой  является  вода,  на
гидрофильные  и  гидрофобные.
 Первые  сильно  взаимодействуют  с  окружающей  дисперсион¬
ной  средой  и  обладают  не  только  наружным,  но  и  внутренним,
так  называемым  интрамицеллярным  поглощением.  В  этом  слу¬
чае  граница  раздела  между  дисперсной  фазой  и  дисперсионной
средой  выражена  не  резко.  Гидрофобные  коллоиды  взаимодей¬
ствуют  с  окружающей  их  водой  значительно  слабее,  интермицел¬
лярное  поглощение  у  них  отсутствует.
 Как  уже  упоминалось  ранее,  в  дисперсной  системе  суще¬
ствует  тенденция  к  слипанию  частиц,  причем  она  выражена  тем
больше,  чем  выше  степень  дисперсности  частиц.  Если  бы  не  было
особых  условий,  то  тонкораздробленные  частицы  всегда  слипа¬

МОЛЕКУЛЯРНЫЕ  СИЛЫ
 241
 §  51
 лись.  Факторы,  мешающие  коллоидным  и  более  грубодисперс¬
ным  частицам  слипаться,  так  называемые  факторы  стабилиза¬
ции,  различны  у  гидрофильных  и  гидрофобных  коллоидов.  Но
как  в  том,  так  и  в  другом  случае  слипание  частиц  происходит
под  действием  межмолекулярных  сил.
 §  5.  Молекулярные  силы
 Молекула  представляет  собою  электрическую  систему  из  по¬
ложительных  и  отрицательных  зарядов,  в  целом  же  она  элек¬
трически  нейтральна  и  состоит  из  относительно  тяжелых  поло¬
жительно  заряженных  ядер.  Заряды  ядер  скомпенсированы
гораздо  более  легкими  и  более  подвижными  отрицательно  заря¬
женным  электронами.  Электроны  в  молекуле  движутся  и  под
действием  внешней  силы  способны  изменять  направление  и  ха¬
рактер  своего  движения.
 Электрическое  поле  вызывает  поляризацию  молекулы  —  раз¬
ноименные  заряды  раздвигаются.  Выразив  этот  процесс  величи¬
ной,  характеризующейся  произведением  электрического  заряда  е
на  расстояние  I,  мы  получим  величину  Ме,  носящую  название
дипольного  момента:
 Ме  =  е1. 	(7)
 В  данном  случае  —  это  индуцированный  дипольный  .момент.  Он
существует  лишь  при  наличии  внешнего  электрического  поля.
Величина  Ме  пропорциональна  напряженности  электрического
поля  Е  g.
 Ме  =  *ЕеУ 	(8)
 где  к  —:  способность  электронов  смещаться  под  действием  поля.
Эту  величину  принято  называть  поляризуемостью  молекулы  или
атома.
 Из  двух  указанных  выше  выражений  следует,  что
 el
 *  zT
 Но  Ее  имеет  размерность  заряда,  деленного  на  квадрат  расстоя¬
ния,  т.  е.
 \Е  ]=  —
 [■‘'в] 	•
 Так  как  /  измеряется  в  сантиметрах,  то
 .  , 	[е]  ■  см2  •  см
 (х*=—и—
 —  смъ.
 Иначе  говоря  поляризуемость,  подобно  объему,  должна  изме¬
ряться  в  кубических  сантиметрах.  Это  —  тот  объем,  который
 16  Зак.  196.

242
 ПРОЦЕССЫ,  СВЯЗАННЫЕ  С  ДИСПЕРСНОСТЬЮ
 [гл.  II
 может  заполнить  смещающееся  электронное  облако.  Так  как
размер  атомов  порядка  10-8  см,  то  объем  электронного  облака
выражается  10-24  смъ.  Помимо  индуцированных  дипольных  мо¬
ментов,  бывают  постоянные  дипольные  моменты;  им  обладает,
-например,  и  вода.
 Таким  образом,  имеются  две  группы  веществ:  молекулы  од¬
них  лишены  постоянного  дипольного  момента  —  это  так  назы¬
ваемые  неполярные  вещества,  молекулы  других  имеют  постоян¬
ные  дипольные  моменты  —  это  полярные  вещества.  Как  те,  так
и  другие  обладают  определенной  'поляризуемостью,  т.  е.  смещае-
мостью  электронной  оболочки  под  влиянием  внешнего  электри¬
ческого  поля.
 Диэлектрические  свойства  неполярных  веществ  целиком
определяются  их  поляризуемостью.  Полярные  же  вещества
имеют,  кроме  поляризуемости,  еще  постоянный  дипольный  мо¬
мент.  Под  действием  электрического  поля  этот  электрический
диполь  стремится  повернуться  так,  чтобы  дипольный  момент  был
бы  направлен  вдоль  напряженности  поля.  В  этом  состоянии
энергия  диполя  является  наименьшей.  Значит,  молекулы  поляр¬
ных  веществ  ориентируются  электрическим  полем.  Этой  ориента¬
ции  мешает  вращательное  тепловое  движение  молекул:  чем  выше
температура,  тем  ориентационная  поляризация  молекулы
меньше.
 Для  определения  дипольного  момента  необходимо,  наряду
с  оптическими,  провести  и  электрические  измерения  —  устано¬
вить  значение  диэлектрической  проницаемости  при  разных  тем¬
пературах.
 Определение  дипольного  момента  производится  в  газовой
фазе  или  в  разбавленных  растворах  неполярных  растворителей.
Показатель  преломления  определяется  прямым  измерением  угла
преломления  луча  света  в  рефрактометре.  Диэлектрическая
проницаемость  может  быть  определена  по  изменению  емкости
конденсатора,  в  который  помещается  исследуемый  раствор.
 Итак,  электрические  свойства  молекул  выражаются  двумя
важнейшими  величинами—  постоянным  дипольным  моментом  и
поляризуемостью.  Устойчивые  молекулы,  обладающие  насыщае¬
мостью  связей,  обычно  неспособны  химически  соединяться  друг
с  другом,  но  между  ними  существуют  силы  межмолекулярного
взаимодействия,  которые  на  близком  расстоянии  могут  возрасти
так,  что  газ  превратится  в  жидкость.
 Межмолекулярное  взаимодействие,  или  так  называемые  ван-
дер-ваальсовы  силы,  описываются  уравнением  состояния,  пред¬
ложенным  голландским  физиком  Ван-дер-Ваальсом.  Это  взаимо¬
действие  представляет  собою  силу,  действующую  на  площадку
в  1  см2.  В  жидкостях  внутреннее  давление  достигает  тысяч  и
даже  десятков  тысяч  атмосфер.

ТЕОРИЯ  КОАГУЛЯЦИИ  ДИСПЕРСНЫХ  СИСТЕМ
 243
 §  6]
 Как  показали  Дебай,  Кезом  и  Лондон,  за  сосуществование
межмолекулярных  сил  ответственны  в  основном  дипольный  мо¬
мент  и  поляризуемость  молекулы.
 При  взаимодействии  молекул  диполи  разнозаряженными  кон¬
цами  притягиваются  друг  к  другу.  Взаимному  притяжению  ди¬
полей,  их  взаимной  ориентации  противодействует  тепловое  дви¬
жение  молекул:  чем  выше  температура,  тем  меньше  ориента¬
ционное  межмолекулярное  взаимодействие.  В  то  же  время
ориентационное  взаимодействие  тем  больше,  чем  больше  ди¬
польный  момент,  и  тем  слабее,  чем  больше  расстояние  между
молекулами.  Каждая  полярная  молекула,  кроме  дипольного  мо¬
мента,  как  указывалось  выше,  обладает  еще  поляризуемостью,
в  «ей  индуцируются  дипольные  моменты.  Индуцированный  ди¬
поль  одной  молекулы  притягивается  к  непостоянному  диполю
другой.  Такое  индуцированное  взаимодействие  уже  не  зависит
от  температуры.  Но  как  же  взаимодействуют  между  собою  не¬
полярные  вещества?  Ведь  известно,  что  они  существуют  в  жид¬
ком  состоянии.
 Электроны  в  атомах  и  молекулах  находятся  в  непрекращаю-
щемся  непрерывном  движении.  Хотя  в  среднем  дипольный  мо¬
мент  неполярной  молекулы  может  быть  равным  нулю,  но  в  ка¬
кой-то  отдельный  момент  он  отличается  от  нуля.  Тогда  и  возни¬
кает  взаимодействие  между  молекулами.  Это  взаимодействие
называется  дисперсионным.  Оно  тоже  тем  сильнее,  чем  больше
поляризуемость  молекул  и  чем  меньше  расстояние  между  ними.
 Межмолекулярное  взаимодействие  является  более  слабым,
чем  внутримолекулярное,  т.  е.  чем  химическая  связь,  о  которой
будет  сказано  в  дальнейшем.  О  величине  энергии  межмолеку¬
лярных  сил  можно  судить  по  теплотам  испарения  жидкостей:
молекулы,  переходя  из  жидкостей  в  пар,  разрывают  межмолеку¬
лярные  силы  связи.  Для  бензола  эта  величина  составляет
8,0  ккал/моль.  Она  характеризует  энергию  дисперсионного
взаимодействия,  так  как  бензол  —  неполярная  жидкость.
 Расчет  показывает,  что  обычно  для  межмолекулярного
взаимодействия  наиболее  существенны  дисперсионные  силы.
Исключение  составляют  вещества,  молекулы  которых  обладают
большим  дипольным  моментом.
 §  6.  Теория  коагуляции  дисперсных  систем
 Под  коагуляцией  понимается  укрупнение  частиц  в  коллоид¬
ных  или  грубодисперсных  системах  в  результате  слипания  их
под  действием  молекулярных  сил  сцепления.
 Теория  коагуляции  рассматривает  и  математически  описы¬
вает  механизм  уменьшения  числа  частиц  дисперсной  системы
в  результате  их  слипания  или  слияния.

244
 ПРОЦЕССЫ,  СВЯЗАННЫЕ  С  ДИСПЕРСНОСТЬЮ
 [ГЛ.  II
 Эта  теория  сложна  и  во  многих  случаях  до  настоящего  вре¬
мени  полностью  еще  не  разработана,  в  особенности  для  почвен¬
ных  условий.  Полное  математическое  изложение  теории  далеко
выходит  за  рамки  данного  труда.  Мы  ограничимся  лишь  общим
кратким  изложением  особо  важных  для  почвенных  условий
случаев.  Следует  отметить,  что  вся  теория  коагуляции  коллои¬
дов  построена  на  рассмотрении  слипания  частиц  в  условиях
сильно  разбавленных  растворов,  когда  дисперсная  фаза  состав¬
ляет  около  1  %  от  дисперсионной  среды.  Ограниченность  приме¬
нимости  теории  для  почвенных  условий  очевидна  уже  из  этого,
так  как  почва  никогда  не  бывает  разбавлена  водой  так  сильно,
но  некоторые  общие  положения  теории  коагуляции  все  же
можно  приложить  и  к  почвенным  условиям.
 Общим  положением  для  теории  коагуляции  является  то,  что
частицы  слипаются  под  влиянием  межмолекулярных  сил  притя¬
жения.  Эти  силы  (Fв),  как  известно,  резко  убывают  с  расстоя¬
нием.  Примерно
 Fb  =  АХГ*, 	(10)
 где  А\  —  постоянная,  зависящая  от  рода  молекул,  /—расстоя¬
ние  между  молекулами.
 Следовательно,  для  слипания  частиц  необходимо,  чтобы  они
достаточно  (близко  подошли  друг  к  другу.
 Причиной  сближения  частиц  в  коллоидных  растворах  яв¬
ляется  броуновское  движение.  Под  влиянием  этого  неупорядо¬
ченного  движения  частицы  сталкиваются,  подобно  упругим  ша¬
рам,  но  не  всегда  при  этом  слипаются.  В  зависимости  от  своего
строения  коллоидные  частицы  по-разному  взаимодействуют
с  «растворителем»  (дисперсионной  средой).
 Если  это  взаимодействие  выражено  не  сильно  и  происходит
только  на  поверхности  частиц,  то  коллоиды  носят  название  лио-
фобных  (или  гидрофобных,  если  дисперсионной  средой  является
вода).  Тесному  сближению  частиц  при  столкновении  в  этом  слу¬
чае  препятствуют  двойные  электрические  слои  гидратированных
ионов,  образующиеся,  как  указывалось  ранее,  близ  поверхности
почвенных  частиц.
 Если  же  взаимодействие  дисперсных  частиц  со  средой  выра¬
жено  сильно  и  частица  обладает,  помимо  наружного  взаимодей¬
ствия  со  средой,  еще  внутренним  поглощением,  то  коллоидные
системы  носят  название  лиофильных  (гидрофильных).  Сближе¬
нию  частиц  в  этом  случае  препятствуют  тонкие  упругие  пленки
из  ориентированных  молекул  воды,  образующиеся  вокруг  частиц
иными  силами,  чем  в  первом  случае.
 В  результате  коагуляции  гидрофобных  коллоидов  наблю¬
дается  быстрое  и  резкое  разделение  дисперсной  фазы  и  дис¬

ТЕОРИЯ  КОАГУЛЯЦИИ  ДИСПЕРСНЫХ  СИСТЕМ
 245
 §  6]
 персионной  среды.  Коллоиды  свертываются  в  коагели  или
хлопья.
 Во  втором  случае  коагуляция  протекает  медленнее  (для
гидрофильных  коллоидов),  и  такого  резкого  разделения  фаз
большею  частью  не  наблюдается.  Коллоидные  частицы  обра¬
зуют  пространственную  сетку,  в  ячейках  которой  заключается
дисперсионная  среда.  Возникает  система,  называемая  гелем.
Для  гидрофобных  коллоидов  образование  двойного  электриче¬
ского  слоя  связано  с  характером  адсорбированных  ионов;  их
валентностью  и  концентрацией  их  в  растворе.
 Подбирая  концентрацию  электролитов,  можно  добиться  усло¬
вий  изоэлектрического  состояния,  когда  действие  сил  отталкива¬
ния  двойных  электрических  слоев  сведется  к  «минимуму,  и  тогда
условия  слипания  частиц  при  сталкивании  будут  зависеть
только  от  условий  броуновского  движения.  Такие  упрощения
сделал  в  свое  время  польский  ученый  Смолуховский  при  разра¬
ботке  теории  коагуляции  коллоидов.  Но  и  при  этом  допущении
задача  оказалась  в  достаточной  мере  трудной,  так  как  разные
размеры  частиц,  их  форма,  сказались  на  характере  и  скорости
коагуляции.  Различные  теории  коагуляции  были  разработаны
для  монодисперсных  коллоидов,  состоящих  из  частиц,  близких
по  размерам,  и  полидисперсных  коллоидов,  частицы  которых
резко  отличаются  по  размерам.
 Особые  теории  разработаны  для  палочкообразных,  сфериче¬
ских,  пластинчатых  и  других  частиц.  Наконец,  были  разрабо¬
таны  теории  для  так  называемой  перикинетической  коагуляции,
когда  частицы  малых  размеров  медленно  оседают  общим  фрон¬
том,  и  для  ортокинетической  коагуляции,  когда  частицы  боль¬
ших  размеров  быстро  проходят  через  фронт  мелких  частиц.  По¬
мимо  этого,  теория  различает  быструю  и  медленную  коагуляции.
Быстрой  коагуляцией  называется  такая,  когда  вероятность  сли¬
пания  частиц  при  столкновении  близка  к  единице.  Указанные
выше  допущения  Смолуховского,  позволили  разработать  теорию
быстрой  коагуляции.  Принимая  во  внимание,  что  форма  кол¬
лоидных  частиц  сферическая  и  размеры  их  настолько  велики,
что  сопротивление  движению  подчиняется  закону  Стокса,  Смо¬
луховский  нашел,  что  число  частиц  в  единице  объема,  спустя
время  t  после  начала  коагуляции,  равно
 пг  =
 2  kT
3JV0t)
 (И)
 где  По  —  число  частиц  в  единице  объема  до  начала  коагуляции,
k  —  постоянная  Больцмана,  Т  —  температура,  N0  —  число  Аво-
гадро,  г]  —  коэффициент  вязкости  среды,  г  —  радиус  частицы,
га  —  радиус  аттракции.

246 	ПРОЦЕССЫ,  СВЯЗАННЫЕ  с  ДИСПЕРСНОСТЬЮ 	[гл.  II
 Подставляя  в  формулу  (И)  значения  k  и  N0  для  18°С,  полу¬
чаем:
 fit
 По
 г  а
 1  +  2,5244  *10"
 Под  радиусом  аттракции  (га)  понимается  -радиус  зоны  при¬
тяжения,  попадая  в  которую  частицы  слипаются.  В  этом  случае
силовое  взаимодействие
уподобляется  потенциаль¬
ной  яме  с  отвесными  стен¬
ками  (рис.  68).
 U
 	»  I
 Рис.  68.  Замена  ван-дер-
ваальсова  притяжения  (/)
сферой  действия  (2).
 Рис.  69.  Кривые  притяжения  и  оттал¬
кивания  по  Овербеку.
 При  медленной  коагуляции  вероятность  слипания  частиц  при
столкновении  меньше  единицы.  Условия  коагуляции  в  этом  слу¬
чае  так  же  разработаны  Смолуховским,  но  в  настоящее  время
имеются  по  этому  вопросу  более  совершенные  теоретические
разработки  (Овербек,  Б.  В.  Дерягин).  Согласно  этим  предста¬
влениям,  на  пути  сближающихся  частиц  будет  находиться
барьер  из  диффузных  слоев  ионов,  действующих  как  силы  оттал¬
кивания.
 Силы  отталкивания  убывают  по  закону,  близкому  к  экспо¬
ненциальному,  с  радиусом  действия  пх  порядка  толщины  двой¬
ного  электрического  слоя  (примерно  10-5  см).  Эти  силы  остаются
конечными  для  «всех  значений  расстояний  между  частицами.
Силы  притяжения  уменьшаются  обратно  пропорционально  неко¬
торой  степени  расстояния.  На  достаточно  больших,  по  сравне¬
нию  с  радиусом  частиц,  расстояниях  для  этих  сил,  по  Б.  В.  Деря¬
гину  (1945),  справедлива  формула  (10).  Соотношение  констант,
определяющих  силы  притяжения  и  отталкивания,  яоно  из  рис.  69.

ТЕОРИЯ  КОАГУЛЯЦИИ  ДИСПЕРСНЫХ  СИСТЕМ
 247
 §  6]
 По  Овербеку  (1955),  в  принципе  могут  существовать  два
различных  вида  кривых  полного  взаимодействия,  а  именно:
в  одних  случаях  кривые  имеют  максимум  на  средних  и  минимум
на  больших  расстояниях  (Лп),  а  в  других  показывают  монотон¬
ное  уменьшение  энергии  с  уменьшением  расстояния  между  пла¬
стинками  /  (Вп).  Расстоянии  между  частицами,  на  которых  воз¬
никают  эти  максимумы  и  минимумы,  зависят  от  концентрации
электролита  (1  /Сэк  )  и  по  порядку  величины  должны  совпадать
с  толщиной  двойного  электрического  слоя,  определяющей  радиус
действия  сил  отталкивания.
 Рис.  70.  Влияние  концентрации  электролита  на  кри¬
вую  потенциальной  энергии  U  (по  Овербеку).
 Концентрация  растет  от  1  к  6.  ОХ  равно  половине  расстояния
между  пластинками.
 На  рис.  70  приводятся  данные  но  влиянию  концентрации
электролита  на  кривую  потенциальной  энергии.
 На  этом  рисунке  представлены  результаты  суммирования  сил
притяжения  с  силами  отталкивания  для  различных  концентра¬
ций  электролита.  По  мере  уменьшения  концентрации  максимум
(энергетический  барьер)  смещается  в  сторону  больших  расстоя¬
ний,  делается  ниже  и  более  расплывчатым.  В  то  же  время  при
самых  высоких  концентрациях  (кривая  6)  энергетический
барьер,  вызванный  двойным  электрическим  слоем,  совсем  исче¬
зает.
 По  Б.  В.  Дерягину,  в  гидрофобных  коллоидах  коагуляция
осуществляется  двумя  путями.
 1. 	При  падении  потенциала  поверхности  частиц  ниже  неко¬
торого  критического  значения.  За  меру  этого  потенциала  при¬
ближенно  можно  принять  электрюкинетический  (дзета)  потен¬
циал.

248
 ПРОЦЕССЫ,  СВЯЗАННЫЕ  С  ДИСПЕРСНОСТЬЮ
 (ГЛ.  II
 В  этом  случае  условия  коагуляции  получаются  в  виде
 С<С«  =  |/Гх4. 	(12)
 где  х  —  константа  пропорциональности,  1К  —  критическое  значе¬
ние  дзета-потенциала  —  изоэлектричеокая  точка;  Ав—  константа
межмолекулярного  взаимодействия;  $  —  диэлектрическая  прони¬
цаемость;  h  —  толщина  диффузного  двойного  слоя  ионов.
 Это  условие  хорошо  соблюдается  для  изоэлектрической  точки,
в  которой  дзета-потенциал  меняет  знак  с  изменением  концен¬
трации  электролитов  в  результате  адсорбции  противоионов.
 2. 	Если  дзета-потенциал  больше  100  мв  (сильные  электро¬
литы),  то  силы  отталкивания  между  частицами  заметно  пере¬
стают  зависеть  от  него,  а  определяются  только  составом  и  кон¬
центрацией  электролитов.  При  повышении  концентрации  и  роста
заряда  противоиона  (в  почве  катиона)  диффузный  двойной  слой
ионов  сжимается,  и  энергетитичеокий  барьер  исчезает.
 Расчеты  в  этом  случае,  по  Б.  Дерягину  и  Л.  Ландау  (1945),
приводят  к  такому  условию  коагуляции:
 $в  №
 (13)
 где  Сэ.к  —  концентрация  электролита,  соответствующая  порогу
коагуляции;  §  —  диэлектрическая  проницаемость;  k  —  .постоян¬
ная  Больцмана;  Т  —  абсолютная  температура;  /((3)—числовой
множитель,  зависящий  от  р  —  отношения  заряда  иона  одного
знака  с  поверхностью  к  заряду  противоиона  (при  0  =  1  множи¬
тель  /О)  =  1);  Ав  —  константа  межмолекулярного  взаимодей¬
ствия  (силы  Ван-дер-Ваальса  —  Лондона);  е  —  заряд  электрона;
v  —валентность  противоиона.
 Для  более  лиофильных  систем  действует,  кроме  того,  второй
независимый  фактор  устойчивости—расклинивающее  давление
неионной  природы,  возникающее  при  сближении  полимолекуляр-
ных  слоев  среды,  связанных  о  поверхностью  частиц  молекуляр¬
ными  силами  (физическая  сольватация).
 Коагуляция  полидисперсных  палочкообразных  и  пластинча¬
тых  систем  разработана  Мюллером  (1926),  проверена  и  подтвер¬
ждена  Вигнером  и  Туорила  (1926).  Туорила  разработал  теорию
ортокинетической  коагуляции,  на  которой  мы  кратко  остано¬
вимся  ввиду  ее  значения  для  механического  анализа  почв.
 Помимо  коагуляции  (перикинетической)  полидисперсных  ча¬
стиц,  обусловленной  броуновским  движением,  может  существо¬
вать  коагуляция  направленная,  когда  через  частицы  меньших
размеров  движутся  частицы  больших  размеров,  как,  например,
это  наблюдается  при  седиментации  различных  по  размеру  ча¬
стиц.  В  этом  случае  к  явлениям  броуновского  движения  доба¬

ТЕОРИЯ  КОАГУЛЯЦИИ  ДИСПЕРСНЫХ  СИСТЕМ
 249
 §  6]
 вляется  еще  направленное  движение  частиц.  Такая  коагуляция
названа  Вигнером  ортокинетичеокой.  При  известных  условиях
эта  коагуляция  имеет  ускоренный  характер.  Представим  себе,
что  в  жидкости  существует  поток,  который  можно  считать  про¬
стым  ламинарным  потоком  с  градиентом  скорости  ^  .  Рассма¬
тривая  частицу  в  этом  потоке,  мы  видим,  что  при  своем  дви¬
жении  другие  частицы  могут  настолько  приближаться
к  центральной  частице,  что  попадут  в  сферу  ее  действия  и  бу¬
дут  ею  захвачены.  Эти  столкновения,  обусловленные  движением
жидкостей,  прибавляются  к  столкновениям,  вызываемым  броу¬
новским  движением,  и  являются  причиной  ускоренной  коагуляции.
 Если  обозначить  через  гу  радиус  сферы  столкновения  цент¬
ральной  частицы  i  с  частицей  j  (считая,  что  в  1  смг  число  их
равно  До)»  тогда  вероятность  этих  столкновений  равна
 у
 J=  /  2n0z  ~dzV  г\.  —  z2  dz  • 	(14)
 ~rij
 _ 	dv
 Выражение  z  —  относительная  скорость  жидкости  на  вы¬
соте  г,  а  tV'b  —  z2  —  диаметр  кругового  сечения  сферы  плоско¬
стью  на  высоте  z.  Таким  образом,  формула  (14)  дает  число  ча¬
стиц  /,  которое  попадает  в  сферу  притяжения  частиц  i  в  течение
секунды.
 Интегрирование  этой  формулы  приводит  к  выражению
 J=2n«^f 	2zdz  =  ^n0rjj  ^
 (15)
 Сопоставление  полученной  величины  с  вероятностью  столкно¬
вений,  обусловленной  нормальным  броуновским  движением
/i=4rcZ)y/y  п0,  приводит  к  следующему  соотношению  вероятно¬
стей:
 2  dv
J  rV  dz
 h 	3»  Di}
 2kT
 Константа  взаимной  диффузии  Dy=  g  ,
циент  вязкости  жидкости.  Тогда  отношение
 (16)
 где  у]  —  коэффи-
 J  wlj  dv
—  2  kTdZij
 (17)
 сильно  зависит  от  диаметра  сталкивающихся  частиц.
 Когда  диаметры  частиц  малы,  вероятности  столкновения
мало  отличаются  от  обычной  так  называемой  перикинетической

250
 ПРОЦЕССЫ,  СВЯЗАННЫЕ  С  ДИСПЕРСНОСТЬЮ
 [гл.  II
 коагуляции.  Но  если  диаметр,  хотя  бы  одной  частицы,  превы¬
шает  1  мк,  это  отношение  становится  большим  единицы,  а  для
частиц  в  10  мк  оптокинетическая  коагуляция  является  значи¬
тельно  более  важной,  чем  нормальная  перекинетичеокая  коагу¬
ляция.
 В  случае  сендиментации  увеличение  скорости  коагуляции
обуславливается  различием  в  скоростях  оседания  частиц  в  поли-
дисперсных  системах.  В  этом  случае,  по  Мюллеру,  значительный
эффект  имеет  'место,  когда  радиус  оседающих  частиц
 (18)
 где  d  —  удельный  вес  частиц.  Захват  же  частиц  более  крупными
центральными  частицами  происходит,  когда  радиусы  захваты¬
ваемых  частиц
 г>
 (19)
 Туорила  (1928)  изучал  экспериментально  скорости  при  орто-
кинетических  коагуляциях  на  кварцевых  частицах  и  разработал
теорию.
 Указанные  закономерности  имеют  важное  значение  при  ме¬
ханическом  анализе  почв.  Поскольку  крупные  частицы  проходят
через  фронт  мелких  частиц  и  захватывают  их,  то  механический
анализ  почвы  методом  пипетки  при  сильно  выраженной  поли¬
дисперсности  почвы  является  в  достаточной  мере  грубым.  Точ¬
ность  этого  метода  может  быть  повышена,  если  его  комбиниро¬
вать  с  методом  А.  Н.  Сабанина,  определяя  по  А.  Н.  Сабанину
фракции  до  0,01  мм,  а  определение  остальных  фракций  вести
методом  пипетки  и  анализируя  сливные  воды  после  отмучивания
также  по  методу  А.  Н.  Сабанина.
 В  табл.  43  приводится  распределение  фракций  северокавказ¬
ского  чернозема,  полученное  двумя  методами.
 Таблица  43
 Распределение  фракций  механического  состава
в  северокавказском  глинистом  черноземе  (%)
 Диаметр  частиц,
мм
 Метод
 пипетки
 Метод  Сабанина
-f-  метод  пипетки
 1—0,25
 0,60
 1,56
 0,25—0,05
 7,0
 10,70
 0,05—0,01
 34,3
 18,71
 0,01—0,005
 12,5
 7,76
 0,005—0,001
 14,50
 4,93
 <  0,001
 31,10
 56,34

КОАГУЛЯЦИЯ  ПОЧВЕННЫХ  коллоидов
 251
 §  7]
 Из  табл.  43  видно,  что  частиц  размером  меньше  0,001  мм
методом  А.  Н.  Сабанина  +  методом  пипетки  выделено  56,4%,
тогда  как  одним  методом  пипетки  —  только  31,1%.  Очевидно,
что  в  этом  случае  .крупные  частицы  при  осаждении  захватывают
более  мелкие  частицы  и  выводят  их  из  раствора.  Это  резко  иска¬
жает  наши  представления  о  дисперсности  почвы.
 С  почвенно-физической  точки  зрения  интерес  .представляют
данные,  полученные  при  проверке  различных  теорий  коагуляции
полидисперсных  систем  и  о  явлениях  сендиментации  коллоидов
в  связи  с  их  укрупнением  в  процессе  коагуляции.  Так,  путем
механических  анализов  коагулирующих  коллоидных  систем
Вигнер  установил,  что  число  частиц  с  радиусом  больше  50  мк
практически  не  изменяется  при  коагулировании,  с  радиусом
50—20  мк  —  слегка  увеличивается  в  количестве,  а  с  радиусом
20—10  мк  —  весьма  сильно  увеличивается,  частицы  меньше
10  мк  совершенно  исчезают.
 Таким  образом,  в  результате  коагуляции  коллоидных  раство¬
ров  ожидать  возникновения  частиц  радиусом  крупнее  0,1  мм  нет
оснований.  Укрупнение  же  частиц,  выпавших  в  осадок,  будет
рассмотрено  в  дальнейшем.
 §  7.  Коагуляция  почвенных  коллоидов.  Взаимная  коагуляция.
 Образование  микроструктуры
 Шульце  (1882),  изучая  поведение  гидрозоля  трехсернистого
мышьяка,  нашел,  что  одинаковое  количество  различных  электро¬
литов  обладает  неодинаковой  осаждающей  способностью.
 Позднее  Гарди  (1900)  на  основании  своих  наблюдений  при¬
шел  к  выводу,  что  осаждающая  способность  солей  определяется
валентностью  одного  из  ионов.  Таким  может  быть  как  отрица¬
тельный,  так  и  положительный  ион,  в  зависимости  от  того,  ка¬
кой  заряд  имеет  коллоид.  Закономерности  в  осаждающей  силе
разных  ионов  известны  в  настоящее  время  под  именем  правила
Шульце  —  Г  арди.
 В  двадцатых  годах  ХХ-го  столетия  К.  К.  Гедройц  (1955)  при¬
шел  к  следующим  выводам,  подтверждающим  применимость
правила  Шульце—Гарди  к  почвенным  коллоидам.  Осаждающая
способность  различных  катионов  (или  электролитической  порог
их)  в  отношении  почвенных  коллоидов  неодинакова:  она  есть
функция  двух  величин,  а  именно  зависит  от  валентности  катиона
и  его  атомного  веса  чем  выше  валентность  и  чем  выше  атомный
вес,  тем  меньше  та  предельная  величина  концентрации  электро¬
лита,  ниже  которой  электролит  уже  не  вызывает  коагуляции,
т.  е.  тем  меньше  электролитический  порот  и  тем  выше  осаждаю¬
щая  способность.

252 	ПРОЦЕССЫ,  СВЯЗАННЫЕ  С  ДИСПЕРСНОСТЬЮ 	[гл.  II
 В  пояснение  к  сказанному  приводится  табл.  44,  составленная
К.  К.  Гедройцем  по  данным  его  опытов.
 Таблица  44
 Величина  электролитического  порога  *)  для  частиц  почвы
меньше  0,5  мк
 Соли
 Катион
 Порог  коагуляции
 Хлористый  литий
 Li  +
 0,0250—0.0125
 »  аммоний
 NH+
 0,0250—0,0125
 »  натрий
 Na+
 0,0150—0,0125
 »  калий
 К+
 0,0250—0,0125
 »  рубидий
 Rb+
 0,0125—0,0050
 Азотнокислое  серебро
 Ag+
 0,0050—0,0025
 Соляная  кислота
 Н  +
 0,0010—0,0005
 Хлористый  магний
 Mg+  +
 0,0012—0,0005
 »  кальций
 Са+  +
 0.0012—0,0005
 »  стронций
 Sr+  +
 0,0012—0,0005
 Хлорное  железо
 Fe+  +  +
 <  0,000125
 Хлористый  алюминий
 A1+  +  +
 <  0,000125
 К.  К.  Гедройц  указал,  что  катионы  по  возрастающей  силе
свертывания  располагаются  в  такой,  так  называемой  лиотроп¬
ный  ряд:
 Li  <  Na  <  NH4  <  К  <  Rb  <  Се<  Mg  <  Са  <  Ва.
 По  мнению  К.  К.  Гедройца  в  незасоленных  почвах  количе¬
ственно  преобладает  катион  кальция,  и  ему  принадлежит  основ¬
ная  коагулирующая  роль.  В  засоленных  почвах  коагуляторами
могут  являться  и  другие  катионы:  в  натриевых  солончаках  пер¬
вая  роль  будет  принадлежать  натрию,  в  кальциевых  —  кальцию,
а  также  магнию.
 Ион  водорода  обладает  более  высокой  коагулирующей  спо¬
собностью,  чем  одновалентные  и  двухвалентные  катионы.  Мало
того,  осаждающая  способность  катионов  очень  сильно  повы¬
шается  в  присутствии  самых  ничтожных  количеств  водородного
иона.  Например,  электролитический  порог  хлористого  кальция  и
серной  кислоты  составляли  0,00125—0,0005  н.,  а  при  совместном
действии  этих  двух  электролитов  почти  полное  осаждение  полу¬
чалось  при  концентрации  хлористого  кальция  0,0005  н.  (хлори¬
стый  кальций  при  этой  концентрации  не  осаждал  суспензии),
а  серной  кислоты—0,000075  н.  Общая  сумма  концентраций  *)*)  Точнее  пределы  концентрации  электролита,  выраженной  в  нормальной,  между  кото¬
рыми  лежит  электролитический  порог.

КОАГУЛЯЦИЯ  ПОЧВЕННЫХ  коллоидов
 253
 §  7]
 составляла  0,000575  н.  При  этой  концентрации  одна  серная  кис¬
лота  или  один  хлористый  кальций  вызывали  лишь  едва  заметное
свертывание  (коагуляцию).  Действие  анионов  противоположно
действию  катионов;  оно  слабее  коагулирующего  действия  катио¬
нов.  Поэтому  в  огромном  большинстве  случаев  .в  почвах  пре¬
обладает  коагуляция  «ад  декоагуляцией  или  пептизацией.
Гидроксильный  ион  при  этом  занимает  особое  положение.  Его
стабилизирующая  роль  превосходит  коагулирующую  способность
слабо  свертывающих  катио¬
нов.  Это  обстоятельство  важно
потому,  что  присутствие  гид¬
роксильного  иона  даже  в  не¬
значительных  количествах
сильно  снижает  коагулирую¬
щую  роль  катионов.
 Но  коагуляция  почвенных
коллоидов  определяется  не
только  валентностью  катио¬
нов,  но  и  их  способностью
гидратироваться,  т.  е.  образо¬
вывать  вокруг  себя  гидратные
оболочки.  В  особенности  это
имеет  значение  для  катионов,
находящихся  в  диффузной  ча¬
сти  двойного  электрического
слоя  почвенных  частиц.  Катионы,  находящиеся  на  периферии
диффузного  слоя,  гидратированы  значительно  сильнее,  чем  ка¬
тионы,  прилегающие  непосредственно  к  частицам  почвы  или
к  неподвижному  слою  ионов.
 Помимо  положения  катионов  в  диффузном  слое,  степень  их
гидратации  зависит  и  от  радиуса  иона.
 В  табл.  45  приводятся  сведения  о  радиусе  катионов  и  их
гидратации  по  Н.  И.  Горбунову  (1948),  а  на  рис.  71  —  зависи¬
мость  емкости  поглощения  катионов  от  их  гидратированности
по  Хаузеру  (1955).
 Как  указывалось  выше,  современные  теоретические  предста¬
вления  о  коагуляции  учитывают  все  эти  явления.  В  уравнении
(13)  Дерягина  —  Ландау,  приведенном  ранее,  порог  коагуляции
зависит  от  ван-дер-ваальсовых  сил  в  функции  расстояния  (Л2в).
Это  тесно  связано  с  гидратацией  ионов:  более  гидратированные
ионы  диффузных  слоев  дальше  отодвинут  частицы  одна  от
другой,  что  скажется  на  уменьшении  величины  А2.
 В  уравнении  (13)  старое  правило  Шульце  —  Гарди  и  ис¬
следования  К.  К.  Гедройца  получают  теоретическое  обосно¬
вание.
 Рис.  71.  Зависимость  емкости  погло¬
щения  катионов  от  их  гидратирован¬
ности  в  равновесном  состоянии.

254
 ПРОЦЕССЫ,  СВЯЗАННЫЕ  С  ДИСПЕРСНОСТЬЮ
 [ГЛ.  II
 Если  коагуляция  почвенных  частиц  совершается  одновалент¬
ными  ионами,  то  есть  основание  предполагать,  что  эти  катионы
при  коагуляции  частиц  сохраняют  часть  своих  наиболее  сильно
удерживаемых  гидратных  оболочек.  Иначе  говоря,  между  двумя
слипшимися  частицами  будут  находиться  два  сжатых  диффуз¬
ных  слоя  ионов  с  гидратными  оболочками  одного  знака.  Такая
коагуляция  будет  носить  обратимый  характер.  При  незначитель¬
ных  механических  воздействиях  (встряхивании)  коагулирован¬
ные  частицы  будут  декоагулировать.
 Таблица  45
 Гидратация  ионов  по  данным  различных  авторов
 Катион
 Радиус  катиона,
 A
 Гидратация  в  молях
воды  на  моль-ион
 LI+
 0,68—0,78
 7,3—15,00
 Na+
 0,98—0,98
 4,3—16,20
 К+
 1,33—1,33
 0,9—7,40
 nh4+
 1,43
 2,0—5,37
 Rb  +
 1,49
 0,5—5,09
 Cs  +
 1,65
 0,2—5,05
 Mg'h  +
 0,89—0,78
 10,8—37,00
 Ca  +  +
 1,17—1,06
 9,6—33,40
 Sr+  +
 1,34—1,27
 8,2—21,00
 Ba+  +
 1,49—1,43
 4,1—20,00
 A1  +  +  +
 0,79—0,57
 75,00
 Другая  картина  наблюдается,  когда  коагуляция  почвенных
коллоидов  производится  трехвалентными  ионами.  В  этом  случае
коагуляция  носит  необратимый  характер.  Даже  усиленное  встря¬
хивание  и  кипячение  не  разбивают  слипшиеся  почвенные  ча¬
стицы.  Коагуляция  двухвалентными  ионами  занимает  по  необра¬
тимости  промежуточное  положение.  Внутри  валентных  рядов
более  прочное  свертывание  будут  вызывать  ионы,  имеющие  боль¬
ший  молекулярный  вес.
 Коллоидные  частицы  почвы  могут  -коагулировать  не  только
под  действием  электролитов,  но  и  просто  при  столкновении,  если
сталкивающиеся  частицы  имеют  разный  по  знаку  заряд.  Выводы
из  теории  коагуляции  коллоидов,  развитой  в  последнее  время
Б.  В.  Дерягиным  (1953,  1955),  однозначно  утверждают,  что  раз¬
нозаряженные  частицы  всегда  слипаются.  Слипание  разнозаря¬
женных  коллоидных  частиц  в  почве  носит  название  взаимной
коагуляции.
 По  исследованиям,  произведенным  ранее  В.  Аарнио  (1913)  и
В.  Н.  Симаковым  (1928),  следует,  что  для  того  чтобы  свертыва¬

КОАГУЛЯЦИЯ  ПОЧВЕННЫХ  коллоидов
 255
 §  7]
 ние  разнозаряженных  золей  в  почве  могло  произойти,  необхо¬
димо  определенное  соотношение  объемом  коагулирующих  ча¬
стиц.  Так  из  опытов  Аарнио  следует,  что  при  взаимодействии
гидрата  окиси  железа  Fe203  с  почвенным  органическим  веще¬
ством  коагуляция  имела  место  тогда,  когда  на  одну  часть  Fe203
приходилось  от  2,27  до  0,93  частей  гумуса.
 В  случае  гумуса  и  окиси  алюминия  А1203  коагуляция  про¬
исходила  лишь  тогда,  когда  на  одну  часть  А1203  падало  от
24,37  до  5,42  части  гумуса.  Взаимная  коагуляция  золей  гидрата
окиси  железа  и  кремнекислоты  происходила  лишь  в  случае,
когда  на  одну  часть  Ре203  приходилось  от  1  до  1,6  части  крем¬
незема  Si02,  а  взаимная  коагуляция  золя  гидрата  окиси  алю¬
миния  и  кремнекислоты  —  лишь  когда  на  одну  часть  А1203  при¬
ходилось  от  7,2  до  16  частей  Si02.
 Описанный  выше  процесс  коагуляции  почвенных  коллоидов,
видимо,  и  является  механизмом  образования  почвенной  струк¬
туры.  Так  это  и  считал  в  свое  время  К.  К.  Гедройц  (1926).
 Механизм  образования  водопрочной  структуры  в  тучных  чер¬
ноземах  он  рисует  следующим  образом:  почвы  эти  богаты  гуму¬
сом,  а  значит  и  органическими  коллоидальными  веществами;
количество  минеральных  коллоидальных  частиц  будет  зависеть
от  степени  глинистости  материнской  породы.  Поглощающий  поч¬
венный  комплекс  насыщен  кальцием  и  отчасти  магнием;  поэтому
в  таких  почвах,  несмотря  на  богатство  их  коллоидальной  фрак¬
ции,  почти  не  имеется  отдельных  свободных  коллоидальных  ча¬
стиц.  Все  частицы  склеены  в  мелкие  агрегаты,  образуя  микро¬
структуру,  которая  не  разрушается  даже  при  взбалтывании
с  водой.  Клеющая  способность  сохраняется  и  у  этих  первичных
агрегатов,  хотя  и  в  меньшей  степени,  чем  у  коллоидальных
частиц.  Поэтому  первичные  агрегаты  дают  более  крупные  струк¬
турные  элементы,  являясь  вместе  с  тем  клеющим  веществом,
скрепляющим  более  крупные  механические  фракции;  полу¬
чаются  макроструктурные  элементы,  которые,  однако,  не  могут
достигать  сколько-нибудь  крупных  размеров,  ибо  клеющая  спо¬
собность  коллоидальных  частиц  в  той  или  иной  своей  части  из¬
расходована  уже  при  образовании  первичных  агрегатов.  Но  эта
структура  (зернистая)  обладает  большой  стойкостью  в  отноше¬
нии  распыляющего  действия  воды  и  раздробляющего  действия
орудий  обработки.
 Из  дальнейшего  изложения  будет  ясно,  насколько  был  прав
К.  К.  Гедройц,  описывая  механизм  структурообразования  в  чер¬
ноземных  почвах.  Сейчас  же  перейдем  к  рассмотрению  самого
понятия  «почвенная  структура».

ГЛАВА  III
 СТРУКТУРА  ПОЧВ
 §  1.  Почвенная  структура,  понятие  и  методы  определения
различных  ее  свойств
 Свойство  почвы  крошиться  на  агрегаты  (камки,  комочки,
зерна)  называется  структурностью,  а  сами  комки,  комочки,
зерна  называются  почвенной  структурой.
 Если  агрегаты  образовались  только  из  первичных  частиц,  то
они  называются  агрегатами  первого  порядка,  если  же  они  обра¬
зовались  из  агрегатов  первого  порядка,  то  называются  агрега¬
тами  второго  порядка,  и  т.  д.  По  величине  агрегаты  бывают
самых  разнообразных  размеров,  начиная  с  коллоидных  размеров
и  до  нескольких  сантиметров  в  диаметре.  Структурные  отдель¬
ности,  носящие  название  (согласно  своим  размерам)  пылеватых
частиц,  зерен,  комков,  глыб,  и  составляют  почвенную  структуру.
 В  настоящее  время  можно  указать  на  следующее  деление
почвенной  структуры:  1)  мегаструктура,  или  глыбистая  струк¬
тура  (более  10  мм),  2)  макроструктура,  или  комковато-зерни¬
стая  структура  (10—0,25  мм),  3)  микроструктура  с  подразделе¬
нием  на  грубую  микроструктуру  (структуру  пыли)  (0,25—
0,01  мм)  и  4)  тонкую  микроструктуру  (меньше  0,01  мм).  Меха¬
низм  формирования  и  сложения  этих  структур  различен,  в  осо¬
бенности  макро-  и  микроструктур.
 §  2.  Микроструктура  почв
 Микроструктура  почв  образуется:  а)  раздроблением  макро-
структурных  отдельностей  механическим  разрушением  под  но¬
гами  животных,  колесами  и  гусеницами  машин  и  орудий,  дви¬
гающихся  по  полю,  истиранием  комков  рабочими  поверхностями
почвообрабатывающих  орудий;  б)  измельчением  комков  при
микробиологических  процессах,  связанных  с  минерализацией
клеющих  органических  веществ  в  агрегаты  и  скрепляющих
микроагрегаты  в  комок;  в)  химическими  изменениями  в  клею¬
щих  органических  веществах  макроатрегатов,  ведущих  к  де-

МИКРОСТРУКТУРА  почв
 257
 §  2]
 струкции  и  деполимеризации  последних;  г)  коагуляцией  почвен¬
ных  коллоидов.  Последнее  обстоятельство  рассмотрено  выше.
 Микроструктурное  строение  .почвы  носит  настолько  распро¬
страненный  характер,  что,  по-видимому,  является  для  нее  об¬
щим  состоянием.  Труднее  найти  почву,  не  имеющую  микрострук¬
туры  (исключая  песчаные  почвы).
 Подготовка  почвы  к  механическому  анализу  и  является  экс¬
периментальным  доказательством  микроструктурного  строения
почвы.
 Рассмотрим  несколько  примеров.  К.  К.  Гедройц  (1955)  про¬
изводил  механический  анализ  кубанского  чернозема  по  методу
Вильямса,  причем  половина  образца  была  взята  в  естественном
строении,  вторая  половина  обработана  NaCl  до  полного  вытес¬
нения  поглощенных  катионов  кальция  и  магния  и  замены  их
натрием.  Данные  анализа  приводятся  в  табл.  46.
 Таблица  46
 Механический  анализ  кубанского  чернозема
 (Количество  фракций  в  процентах  к  весу  почвы)
 Почва
 Диаметр  частиц,  мм
 0,25-  0,01
 0,01-0,005
 0,005—0,001
 <  0,001
 Кубанский  чернозем,  глубина
 1
 1
 80—100  см 	.
 15,2
 26,3
 15,8
 39,9
 Тот  же  »чернозем,  насыщенный
 натрием
 13,0
 19,2
 5,6
 59,8
 Из  табл.  46  следует,  что  количество  фракций  меньше  0,001  мм
в  образце,  насыщенном  натрием,  значительно  увеличилось  за
счет  уменьшения  количеств  остальных  более  крупных  фракций.
В  особенности  резко  изменилось  содержание  фракции  0,005—
0,001  мм.  В  табл.  47  приведен  другой  пример  механического
анализа,  почвы  дерново-глеевой  пылевато-глинистой  на  ленточ¬
ной  глине.  Механический  и  микроагрегатнын  анализы  проведены
по  С.  В.  Астапову.
 Из  табл.  47  следует,  что  микроагрегатный  состав  дерново-
глеевой  почвы  резко  отличается  от  механического  состава.  Ко¬
личество  мелких  частиц  размером  меньше  0,05  мм  возрастает  за
счет  уменьшения  фракций  от  1,0  мм  до  0,05  мм.
 Сравнивая  распределение  фракций  микроагрегатного  и  меха¬
нического  анализов  мы  можем  представить  себе  распределение
микроагрегатов  в  почве.  Ранее  полагали,  что  формула  Стокса
неприменима  к  микроагрегатам,  так  как  плотность  их  иная,  чем
у  первичных  частиц.  С.  В.  Астапов  показал,  что  формула  Стокса
 17  Зак.  196.

258
 СТРУКТУРА  ПОЧВ
 [гл.  Ill
 может  быть  применена  и  к  свободному  падению  микроагрегатов,
численный  же  коэффициент  формулы  должен  быть  изменен
ввиду  изменения  плотности  частиц.
 Таблица  47
 Микроагрегатный  и  механический  анализы  дерново-глеевой
пылевато-глинистой  почвы
 (Количество  фракций  в  процентах  к  весу  почвы)
 Состав  почвы
 Диаметр  частиц,  мм
 Потерн  при
декальцини¬
ровании
 1—
 0,25
 0,25—
0,05
 0,05—
 0,01
 0,05—
 0,005
 0,005—
 0,001
 <0,001
 Микроагрегатный  .  .
Механический  .  .  .
 39,5
 3,45
 44,5
 1,53
 10,80
 33,82
 2,06
 28,77
 2,86
 9,87
 0,28
 22,34
 0,32
 С.  В.  Астапов  предлагает  перед  микроагрегатным  анализом
намачивать  сутки  образец  почвы.  Как  будет  видно  из  даль¬
нейшего,  к  макроагрегатному  анализу  образцы  почвы  рекомен¬
дуется  готовить  так  же.  Поэтому  подготовку  почвы  к  макро-  и
микроанализу  можно  сделать  общей,  а  микроагрегатный  анализ
делать  продолжением  макроагрегатного.  Иначе  говоря,  микро¬
агрегатный  анализ  следует  проводить  в  жидкости,  в  которой
производится  «купание»  сит  при  мокром  рассеве,  или  в  сливных
водах  —  при  условии  применения  проточной  воды  при  агрегатном
анализе  (метод  П.  В.  Вершинина).
 Как  отмечалось  ранее,  почвы,  в  особенности  суглинистые  и
глинистые,  содержат  много  тонких  иловатых  частиц,  близких  по
размерам  к  истинным  коллоидам.  Многие  почвы  (черноземные,
бурые  и  каштановые,  дерново-подзолистые  и  др.)  содержат  зна¬
чительное  количество  гумуса  (3—10,  15  и  более  процентов  к  сво¬
ему  весу).  Весь  гумус  представляет  собою  коллоидальные  орга¬
нические  частицы.  Среди  этой  массы  тонких  частиц  находится
много  таких,  которые  по  размерам  приближаются  к  крупным
органическим  молекулам  (10-7  см).  Эти  частицы  вместе  с  проте¬
кающей  через  почву  водой  уходят  в  нижние  горизонты,  пори¬
стость  почв  не  может  их  задержать,  как  не  задерживаются
биологическими  фильтрами  фильтрующиеся  вирусы.  Следова¬
тельно,  микроструктура  почвы  спасает  почву  от  потери  плодо¬
родия.
 Микроструктура  улучшает  фильтрацию  воды  через  почву.
И.  Н.  Антипов-Каратаев  (1930)  в  лабораторных  условиях  изучал
фильтрационные  свойства  почв,  насыщенных  различными  катио¬
нами.  Оказалось,  что  скорости  фильтрации  образцов,  насыщен¬
ных  катионами  водорода  и  кальция,  близки  между  собой.  Анало¬
гичные  данные  получили  Стефенсон  и  Марквурдт  (1932)  на  аме¬

МИКРОСТРУКТУРА  почв
 259
 §  2]
 риканских  подзолистых  глинистых  почвах.  В  одном  случае  поч¬
венный  образец,  насыщенный  катионом  кальция,  дал  скорость
фильтрации  18  см?1мину  насыщенный  же  водородом,  при  прочих
равных  условиях,  дал  23,5  cmz/muh.  В  другом  случае  при  равном
напоре  образец,  насыщенный  кальцием,  показал  скорость  филь¬
трации  в  36,3  см3/мин,  насыщенный  же  водородом  30,3  см3/мин,
т.  е.  близкую  к  первоначальной.  Эти  опыты  показывают,  что
насыщение  почвы  катионами,  стоящими  близко  в  лиотропном
ряду,  не  изменяет  воднофизические  свойства  почвы,  в  частности
не  увеличивает  и  не  уменьшает  фильтрацию  воды  через  почву.
 Другое  дело,  если  мы  заменим  в  почве  один  катион  другим,
стоящим  далеко  от  первого  в  лиотропном  ряду,  например  нат¬
рий  заменим  кальцием.  Тогда,  как  показал  И.  Н.  Антипов-Кара¬
таев,  обнаруживается  разница  в  фильтрующих  свойствах  одной
и  той  же  почвы.  При  замене  натрия  на  кальций  фильтрующая
способность  почвы  настолько  резко  возрастает,  что  есть  даже
возможность  применить  это  свойство  в  качестве  указателя  на
присутствие  в  почве  в  поглощенном  состоянии  иона  натрия.
 Если  поглощенный  кальций  улучшает  микроструктуру  почвы,
то  тем  самым  он  должен  уменьшать  и  силу  связи  в  почве  в  це¬
лом:  почва,  состоящая  из  микроагрегатов,  должна  иметь  мень¬
шую  силу  сцепления  при  вспашке.  Такие  явления  действительно
и  наблюдаются.  В  табл.  48  приводятся  показатели  (Б.  П.  Кин,
1933)  тяговых  усилий,  отнесенные  на  сечение  пластов,  при
вспашке  участков  однородной  почвы  Ротамстедской  опытной
станции,  неудобренной  и  удобренной  мелом.
 Таблица  48
 Тяговые  усилия  (кг)  при  вспашке  почвы  при  различных  условиях
 Условия  проведения  опытов
 Без  мела
 С  мелом
 Уменьшение,
 %
 Сухое  жнивье,  осень
 215
 1
 217
 1
 Поперечная  вспашка  в  сырую  погоду,
весна
 236
 209
 11,5
 Влажная  почва,  осень
 418
 364
 13,0
 Сырая  почва,  поздняя  осень  .....
 571
 536
 6,0
 Как  видно  из  табл.  48,  участки  с  мелом  дают  уменьшение
показаний  тяговых  усилий  (см.  последнюю  графу,  так  как  абсо¬
лютные  показатели  тяговых  усилий  зависели  от  числа  корпусов
плуга).  Разница  в  пользу  мелования  доходит  до  13%,  причем
эффект,  по  мнению  автора,  сохраняется  прочно  несколько  лет.
 Изучению  почвенной  микроструктуры  уделили  много  внима¬
ния  В.  Л.  Кубиена  (1938)  и  особенно  А.  Ф.  Тюлин.  В  работах

260
 СТРУКТУРА  ПОЧВ
 [гл.  Ш
 последних  лет  А.  Ф.  Тюлин  (1954,  1955)  доказывал,  что  микро¬
агрегаты  -почвы  различаются  не  только  размером,  но  и  каче¬
ственно,  в  зависимости  от  того,  каким  катионом  они  скоагули-
рованы.
 При  дробном  разделении  микроструктуры  А.  Ф.  Тюлин  уде¬
ляет  внимание  частицам  меньше  0,01  мм,  полагая,  что  в  почве
частицы  крупнее  0,01  мм  представлены  не  микроагрегатами,
а  первичными  частицами,  не  несущими  на  своей  поверхности
коллоидных  -пленок  (по  выражению  А.  Ф.  Тюлина,  эти  частицы
«голые»).  Следует  отметить,  что  это  утверждение  А.  Ф.  Тюлина,
видимо,  не  носит  всеобщего  характера.  Частицы  размерами
меньше  0,01  мм  А.  Ф.  Тюлин  разделяет  на  две  группы.
 Первая  группа  —  это  главным  образом  микроагрегаты,  обра¬
зовавшиеся  при  помощи  гуминовых  веществ  и  из  самих  гумино¬
вых  веществ,  коагулированных  ионом  кальция.  Если  почву  на¬
сытить  натрием  путем  промывания  раствором  нейтральной  соли
(NaCl),  то  микроагрегаты,  лишенные  кальция,  декоагулируют
на  первичные  частицы.  Взболтав  образец  почвы,  насыщенный
натрием,  в  литровом  цилиндре,  можно,  применяя  пипеточный
метод,  определить  процентное  содержание  частиц  первой
группы.
 Вторую  группу  частиц  составляют  микроагрегаты,  коагулиро¬
ванные  полутораокисями,  главным  образом  ионами  железа.  На¬
сыщением  почвы  ионом  натрия  не  удается  их  разрушить,  но  все
микроагрегаты  разрушаются  при  тщательном  растирании  почвы
в  состоянии  пасты  в  ступке  резиновым  пестиком.  Если  почву
затем  перенести  в  литровый  цилиндр  с  водой,  то,  взболтав  ча¬
стицы,  можно  (методом  пипетки  определить  процентное  содержа¬
ние  первой  и  второй  групп.  Вычитая  из  этой  величины  количе¬
ство  частиц  первой  группы,  можно  узнать,  сколько  в  данной
почве  -содержится  частиц  второй  группы.
 По  А.  Ф.  Тюлину,  микроагрегаты  второй  группы  форми¬
руются  в  зоне  энергичной  деятельности  корневых  волосков  рас¬
тений  и  связаны  с  корневыми  выделениями  растений  полуторных
окисей.  Первая  группа  микроагрегатов  формируется  вдали  от
корневых  систем  растений,  так  сказать,  в  промежутке  между
корневыми  системами.  Ее  образование,  как  уже  указывалось,
связано  с  наличием  гумуса  и  ионов  кальция.  Так  как  деятель¬
ность  корневых  систем  обладает  сезонной  динамикой,  то  и  соот¬
ношение  первой  и  второй  групп  -микроструктуры  тоже  должно
иметь  динамику  в  течение  вегетационного  периода.  Должна
также  иметь  место  зависимость  и  от  характера  корневых  систем
растений.  Это  действительно  и  наблюдается,  как  показано
в  табл.  49  (данные  А.  Ф.  Тюлина,  1955).
 Перечисленными  условиями  не  ограничивается  значение  поч¬
венной  микроструктуры:  значение  ее  более  многогранно.

АГРОНОМИЧЕСКОЕ  ЗНАЧЕНИЕ  МАКРОСТРУКТУРЫ  ПОЧВ
 261
 §  3]
 Таблица  49
 Сезонные  колебания  1  и  11  групп  микроструктуры  в  темно-серых
лесных  суглинистых  почвах  Телермановского  лесничества
(по  А.  Ф.  Тюлину)
 Процент  частиц
<  0,01  мм,  выделенных
после  распада  агрегатов
 Сумма
*1  +  11  групп
 %
 Соотноше¬
ние  групп
1:11
 Время  взятия
почвенных
проб
 Глубина,
 см
 I  группа
 -  II  группа
 26,0
 25,0
 51
 1,04
 Май
 3—15
 27,0
 23,0
 50
 1,17
 Июнь
 3—15
 24,0
 32,0
 56
 0,75
 Июль
 3—15
 28,0
 32,0
 60
 0,87
 Август
 3—15
 22,8
 36,2
 59
 0,63
 Сентябрь
 3—15
 33,4
 16,6
 50
 2,0
 Ноябрь
 3—15
 55,0
 3,0
 58
 18,3
 Май
 20—30
 45,0
 7,0
 52
 6,43
 Июнь
 20—30
 49,8
 1,2
 51
 41,5
 Июль
 20—30
 36,0
 21,0
 57
 1,71
 Август
 20—30
 40,0
 15,0
 55
 2,66
 Сентябрь
 20—30
 48,8
 4,2
 53
 11,6
 Ноябрь
 20—30
 Микроструктура  уменьшает  -плотность  почвы.  Без  преувели¬
чения  можно  сказать,  что,  если  бы  почва  не  обладала  микро¬
структурой,  вряд  ли  было  возможным  то  развитие  растений,  ко¬
торое  мы  видим  теперь.  Отсутствие  микроструктуры  повело  бы
к  такому  уплотнению  суглинистых  и  глинистых  почв,  что  за¬
труднило  бы  развитие  корневых  систем  многих  растений.  То  же
можно  сказать  и  о  доступности  воды  для  растений  в  тех  же
почвах.  Все  эти  вопросы  в  последующих  главах  четвертой  части
рассматриваются  более  подробно.  На  фоне  микроструктуры  и
первичных  почвенных  частиц  образуется  макроструктура,  и,  как
будет  указано  в  дальнейшем,  далеко  не  безразлично,  из  чего
образовалась  макроструктура:  из  первичных  ли  частиц  или  из
микроагрегатов.
 §  3.  Агрономическое  значение  макроструктуры  почв
 Одно  только  микроагрегатное  состояние  почвы  при  всем  ее
значении  еще  не  обеспечивает  благоприятные  физические  усло¬
вия  (в  почве),  необходимые  для  роста  и  развития  сельскохозяй¬
ственных  растений.  Микроструктурные  почвы  также  ссыхаются
и  образуют  корку,  как  и  бесструктурные,  примером  могут  слу¬
жить  среднеазиатские  сероземы.  Чем  больше  распылена  почва,

262
 СТРУКТУРА  ПОЧВ
 [гл.  Ш
 тем  медленнее  она  пропускает  (фильтрует)  воду  в  нижние  гори¬
зонты.  Все  формулы  фильтрации  дают  зависимость  фильтрации
или  от  размеров  частиц  или  от  их  удельной  поверхности,  что,
по  существу,  одно  и  то  же.  Приведем  несколько  примеров.
 Коэффициент  фильтрации  по  Крюгеру
 /<ф  =  1350 	см!сек,
 5;
 где  р  —  пористость,  Sr—суммарная  геометрическая  поверх¬
ность  частиц  (считается,  что  они  не  имеют  внутренней  поверх¬
ности).  Коэффициент  фильтрации  обратно  пропорционален  ква¬
драту  геометрической  удельной  поверхности.
 В  формулу  фильтрации  Козени  входит  dw  (в  обозначении
Козени)  —эффективный  или  действующий  диаметр  пор.  Чем  он
меньше,  тем  меньше  (Коэффициент  фильтрации  (в  квадрате).
В  формуле  фильтрации  Б.  В.  Дерягина  коэффициент  фильтра¬
ции  находится  также  в  обратной  зависимости  от  удельной  по¬
верхности.  И.  Б.  Ревут  и  Н.  П.  Поясов  (1953)  экспериментально
в  лабораторных  условиях  исследовали  изменение  расхода  воды
при  фильтрации  в  зависимости  от  содержания  в  образце  дерно¬
во-подзолистой  суглинистой  почвы  пыли,  т.  е.  частиц  меньше
0,25  мм.  Полученные  результаты  приводятся  на  рис.  72.
 Из  рисунка  видно,  что  между  фильтрацией  и  запылением
почвы  существует  экспоненциальная  зависимость.  Особенно  ка¬
тастрофически  сказывается  запыление  до  20%  от  объема.  Агре¬
гаты  2—1  мм  дали  расход  воды  162  смг/час.  Образец,  состоящий
из  пыли,  в  этих  же  условиях  показал  расход  воды  0,084  см?/часу
т.  е.  меньше  указанного  выше  в  1929  раз.  Такая  почва  может
осваивать  влагу  дождей  ничтожной  интенсивности  (0,8  мм/час).
 При  запылении  почвы  на  50%  расход  фильтрации  составляет
0,6  смъ/час  или,  что  то  же,  скорость  фильтрации  0,6  см/час.  Лишь
дожди,  имеющие  интенсивность  менее  6  мм/час  могут  усваи¬
ваться  такой  почвой.  Все  осадки,  превышающие  эту  интенсив¬
ность,  пойдут  на  сток.
 Важное  значение  в  экономии  влаги  почвой  имеет  скорость
передвижения  воды  по  капиллярам  снизу  вверх.  Еще  в  1924  г.
А.  Г.  Дояренко  в  лабораторных  условиях  получил  зависимость
скорости  капиллярного  поднятия  воды  в  почве.  Она  возрастает
по  мере  уменьшения  агрегатов,  причем  в  интервале  агрегатов
0,5  мм  и  менее  возрастание  резко  увеличивается.
 По  мере  запыления  макроструктурных  агрегатов  скорость
капиллярного  поднятия  воды  в  почве  увеличивается.  На  рис.  73
приводятся  подтверждающие  это  данные  для  агрегатов  из  дер¬
ново-подзолистой  тяжелосуглинистой  почвы  из-под  Ленинграда.
Эти  данные  получены  в  лабораторных  условиях  И.  В.  Ревутом
и  Н.  П.  Поясовым  (1953).

АГРОНОМИЧЕСКОЕ  ЗНАЧЕНИЕ  МИКРОСТРУКТУРЫ  ПОЧВ
 263
 §  3]
 Интересные  данные  о  капиллярном  поднятии  воды  в  зависи¬
мости  от  размеров  макроагрегатов  получены  С.  И.  Долговым
(1949).  В  его  опытах  показано,  что  частицы  меньше  0,25  мм
резко  выделяются  по  высоте  капиллярного  поднятия  воды,  из
макроагрегатов  же  выделяются  комки  1—2  мм.  Эти  агрегаты
уменьшают  высоту  поднятия  воды.
 Медленное  капиллярное  поднятие  воды  структурной  почвой
при  усиленном  испарении  воды  поверхностью  почвы  создает
 условия,  когда  верхний  слой
 	—:— 			 агрегатов  быстро  высыхает
 и  капиллярное  сообщение
комков  с  нижележащими
 т
 1*0
f
 *и0
 о  го  чо  во  до  юо
агрегаты  Z-1  мм 	пьт
 Содержание  пыла  в  %  от  объема
 I  г  з  ч
 Лааметр  агрегатод  мм
 Рис.  72.  Расход  воды  при  фильтрации  Рис.  73.  Скорость  капиллярного
в  зависимости  от  содержания  пыли  в  об-  поднятия  воды  vK  агрегатами  раз-
разце  дерново-подзолистой  суглинистой  НЬ1Х  размеров  из  подзолистой
почвы* 	тяжелосуглинистой  почвы.
 агрегатами  прерывается.  Образуется  мульча  из  сухой  почвы,
которая  защищает  нижележащие  слои  почвы  от  высыхания.
Структурная  почва  начинает  меньше  испарять  воды.
 А.  В.  Куртнер  (1935)  исследовал  зависимость  скорости  испа¬
рения  воды  почвой  от  размера  агрегатов  структурной  покрышки
и  толщины  структурного  слоя,  лежащего  на  бесструктурном
основании.  Из  его  данных  следует,  что  в  интервале  размеров
зерен  покрышек  0,5—1  мм  испаряемость  резко  уменьшается  и
делается  в  дальнейшем  мало  зависящей  от  диаметра  зерен  по¬
крышки,  аналогично,  но  менее  резко,  выражен  эффект  покрышек
из  агрегатов  почвы.
 В  полном  соответствии  с  указанными  выше  данными  нахо¬
дятся  опыты  Б.  Д.  Михайлова  (С.  Н.  Рыжов,  1949)  по  испаре¬
нию  воды  в  зависимости  от  структурного  строения  верхних  слоев.
Опыты  производились  в  бездонных  сосудах-испарителях  диамет¬
ром  36  см  и  высотой  100  см.  Почва  для  опытов  бралась  в  нена¬
рушенном  состоянии  и  на  5,  10  и  15  см  сверху  заменялась  от¬
сеянными  агрегатами.  В  табл.  50  приводятся  полученные  данные.

264
 СТРУКТУРА  ПОЧВ
 |гл.  III
 Как  видно  из  табл.  50,  количество  испарившейся  воды  за
одно  и  то  же  время  является  функцией  размеров  агрегатов  и
толшины  агрегированного  слоя.
 Таблица  50
 Испарение  воды  из  почвы  в  рамках  при
различном  строении  верхнего  слоя
 Диаметр  агрегатов
верхнего  слоя,
мм
 Толщина  агрегатного
 слоя,  см
 5
 10
 15
 <  0,25
 4250
 3350
 2750
 2—3
 2350
 2250
 1600
 10-15
 4350
 2350
 2000
 Другие  опыты  Б.  Д.  Михайлова  на  тех  же  почвах  показали,
что  запыление  на  30%  агрегатов  диаметром  2—3  мм  частицами
менее  0,25  мм  увеличивает  испарение  на  20%,  а  такое  же  запы¬
ление  агрегатов  10—15  мм  увеличивает  испарение  на  30%.
 С.  И.  Долгов  (1949)  в  лабораторных  опытах  с  почвами  зер¬
нистой  поймы  р.  Москвы  показал,  что  испарение  воды  двумя
растертыми  образцами,  из  которых  один  сверху  покрыт  струк¬
турным  слоем  толщиною  3  см,  при  ветре  2  м/сек  резко  разнится:
покрытый  образец  значительно  меньше  испаряет  воды,  чем  бес¬
структурный  образец.
 Еще  много  раньше  А.  А.  Измаильский  наблюдал  поведение
структурных  и  бесструктурных  почв  после  дождя  (26,1  мм).
 Сразу  после  дождя
Спустя  сутки  .  .  .
Спустя  3  суток  .  ,
 Влажность  почвы,  %
 распыленной
 . 	7,13
 .  12,75
. 	9,25
 структурной
 10,62
 18,41
 18,55
 Иначе  говоря,  на  структурной  почве  процент  влажности
почти  не  изменился,  на  распыленной  же  уменьшился  на  1/3.
 В  структурной  почве,  как  неоднократно  указывал  В.  Р.  Виль¬
ямс,  увлажнение  и  хорошая  аэрация  могут  -совмещаться.  Это
повышает  микробиологическую  активность  структурных  почв  по
сравнению  с  бесструктурными.
 Это  в  свое  время  подтверждено  экспериментально  В.  В.  Квас-
никовым  (1927).  В  табл.  51  приводятся  полученные  им  данные
по  содержанию  нитратов  в  почве  в  зависимости  от  ее  струк¬
туры.  Опыт  проводился  в  сосудах.

АГРОНОМИЧЕСКОЕ  ЗНАЧЕНИЕ  МИКРОСТРУКТУРЫ  ПОЧВ
 265
 §  3]
 Максимальное  содержание  нитратов  получено  на  агрегатах
размером  1—2  мм  (черноземная  суглинистая  почва);  на  них  об¬
наружены  также  повышенная  концентрация  электролитов  и  по¬
вышенное  осмотическое  давление  почвенного  раствора.
 Таблица  51
 Количество  нитратов  в  почвенном  растворе  (мг/кг)  абсолютно  сухой
 подзолистой  почвы
 Диаметр
 фракций,
 мм
 Время  наблюдения
 Среднее
из  4-х
наблюдений
 3/111  перет
опытом
 10/III
 17/111
 24/1II
 31/111
 0—2
 1,6
 9,1
 23,7
 32,3
 25,2
 22,5
 1-2
 1,6
 14,6
 50,1
 56,7
 38,6
 40,0
 0,5-1
 1,6
 11,6
 36,6
 52,2
 34,4
 34,0
 0,0-0,5
 1,6
 5,3
 4,8
 4,0
 след
 3,5
 Благоприятный  физический  режим,  создаваемый  структурной
почвой  с  агрономически  ценными  размерами  агрегатов,  должен
сказываться  и  на  урожае  сельскохозяйственных  растений.  В’  ла¬
бораторных  и  лабораторно-полевых  условиях  это  проверялось
еще  Вольни  (1897).  Данные  эти,  в  свое  время  широко  известные,
теперь  уже  забыты.
 Тридцать  лет  спустя  В.  И.  Квасников  (1927,  1928)  повторил
опыты  Вольни  в  бездонных  сосудах  на  обыкновенных  суглини¬
стых  черноземах  (опытное  поле  Самарского  сельскохозяйствен¬
ного  института).
 Иодер  (1937)  выращивал  хлопчатник  на  омесях  различных
комков  и  отдельных  моноразмерных  агрегатов  и  пришел  к  вы¬
воду,  что  наиболее  благоприятными  являются  комки  размерами
2  и  3  мм.  Укрупнение  комков  резко  снижает  урожайность  семян
хлопчатника.
 Ввиду  того,  что  урожайность  сельскохозяйственных  растений
зависит  от  многих  условий  вне  почв,  постановка  опытов  с  выявле¬
нием  влияния  структуры  почвы  на  урожай  их  является  очень
сложной.  Более  надежной  является  в  этом  случае  оценка  струк¬
туры  почвы  по  физическим  показателям  (водно-тепловым  и  воз¬
душным  свойствам).
 К  числу  важных  преимуществ  структурных  почв  по  сравнению
с  бесструктурными  является  большая  устойчивость  структурных
почв  против  эрозионных  явлений.  Под  эрозией  понимается  раз¬
рушение  почвы  водой  и  ветром.  В  засушливых  районах  сильные
ветры  могут  выдуть  много  мелких  частиц  из  обнаженных  почв  и
перенести  их  на  далекое  расстояние.

266
 СТРУКТУРА  ПОЧВ
 [гл.  III
 Ускорение  а  в  направлении  ветрового  потока  можно  выразить
так:
 tdv*S
 а=  2Р  '
 (1)
 где  |  —  коэффициент  сопротивления  среды,  d  —  удельный  вес
воздуха,  v  —  скорость  потока  в  м/сек,  S  —  площадь  наибольшего
сечения  агрегата,  Р  —  вес  почвенной  частицы  или  агрегата.
 Из  формулы  (1)  следует,  что  скорость  перемещения  частиц
в  ветровом  потоке  будет  определяться,  помимо  скорости  ветра,
также  парусностью  частиц,  т.  е.  отношением  площади  наиболь¬
шего  сечения  к  весу  частицы.  Так  как  вес  частиц  будет  зависеть
от  их  пористости,  т.  е.  от  совокупности  пустот  между  твердыми
частицами  в  единице  объема  (величины,  в  среднем,  постоянной
 для  агрегатов  данной  почвы),  то  отношение  -р  будет  опреде¬
ляться  главным  образом  размерами  агрегатов  или  частиц  почвы.
 Н.  А.  Соколов  (1884)  показал  следующую  зависимость  между
размерами  песчинок  и  скоростью  ветра,  при  которой  начинают
переноситься  песчинки:
 Размер  песчинок,  мм
 0,25
 0,25—0,5
 0,5—1,0
 1,0—1,5
 Скорость  ветра,  м/сек
 4,5-6,7
 6,7—8,4
 8,4—11,4
 11,4—13
 Почвенные  агрегаты  легче  песчинок  соответственных  разме¬
ров.  При  скорости  ветра  у  поверхности  земли  5  м/сек  (чему  со¬
ответствует  показание  флюгера  12  м/сек)  почвенные  частицы
начинают  отрываться  от  поверхности  и  подниматься  в  воздух.
 Ветры  перемещают  песчаные  частицы  тремя  разными  спосо¬
бами.  Более  мелкие  частицы  переносятся  во  взвешенном  состоя¬
нии  и  переносятся  в  качестве  мелкой  пыли  на  очень  большие
расстояния:  более  крупные  частицы  ветер  катит  по  поверх¬
ности  почвы;  частицы  среднего  размера  передвигаются  скачко¬
образно.  Размер  этих  частиц  лежит  в  пределах  0,05—0,5  мм,
причем  зерна  0,1—0,2  мм  особенно  активны.
 Водная  эрозия  связана  с  поверхностным  стоком.  Все,  что  уве¬
личивает  водопроницаемость  почвы,  ее  инфильтрацию,  будет
уменьшать  поверхностный  сток,  а  следовательно,  и  водную
эрозию.
 Фильтрующая  способность  почв,  как  известно,  связана  с  по¬
ристостью  почвы  и  действующим  диаметром  пор  и  иллюстри¬
руется  данными  С.  И.  Сильвестрова  (1949),  приводимыми
в  табл.  52.

АГРОНОМИЧЕСКОЕ  ЗНАЧЕНИЕ  МИКРОСТРУКТУРЫ  ПОЧВ
 267
 §  3]
 Действующий,  или  фильтрующий,  диаметр  пор,  по  Шлихеру,
равен  диаметру  частиц,  которых  в  данном  грунте  по  весу  содер¬
жится  10%,  и  крупнее,  которых  90%  по  весу.
 Таблица  52
 Зависимость  коэффициента  водопроницаемости  от  пористости  р
 и  диаметра  пор
 Пористость
 Диаметр  пор,  мм
 р,  %
 1,0
 0,5
 0,3
 0,1
 0,05
 0,01
 30
 0,20
 0,05
 0,018
 0,002
 0,0005
 0,00002
 35
 0,30
 0,075
 0,027
 0,003
 0,00075
 0,00003
 40
 0,50
 0,125
 0,045
 0,005
 0,00125
 0,00005
 45
 0,70
 0,175
 0,063
 0,007
 0,00175
 0,00007
 50
 0,90
 0,225
 0,081
 0,009
 0,00225
 0,00009
 Из  табл.  52  видно,  что  при  одинаковой  пористости  коэффи¬
циент  водопроницаемости  пропорционален  квадрату  действую¬
щего  диаметра  частиц  почвы;  при  одном  и  том  же  действующем
диаметре  коэффициент  водопроницаемости  пропорционален  при¬
мерно  кубу  пористости.  Таблица  52  дает  ясное  представление
о  значении  водопрочной  структуры.  Увеличение  действующего
диаметра  частиц  с  0,01  мм  до  0,1  мм  увеличивает  коэффициент
водопроницаемости  в  100  раз.
 Поддержание  водопроницаемости,  как  показал  Рэссел
 (1955),  —  мероприятие  исключительной  трудности,  так  как  глав¬
ной  причиной  эрозии  является  сильный  ливень.  За  короткое  время
на  почву  поступает  очень  много  воды  и  если  почва  не  обладает
высокой  водопроницаемостью,  значительная  часть  воды  стекает
по  поверхности.  Другую  же  причину  Рэссел  видит  в  том,  что  при
буре  дождь  идет  в  виде  крупных  и  быстро  падающих  капель,  об¬
ладающих  большой  кинетической  энергией  в  момент  удара
о  землю.  Николс  и  Грэй  (1941)  подсчитали,  что  50-лш  ливневой
дождь,  при  котором  капли  падали  со  скоростью  32  км/час,  при
ударе  о  почву  совершает  на  1  га  работу  2,07  млн.  кем.  Под  влия¬
нием  этих  сил  поверхностные  комки  и  агрегаты  механически
разрушаются,  и  стекающие  потоки  воды  становятся  мутными  от
взвешенных  частиц.  Механически  разрушенные  комки  и  взвешен¬
ные  в  воде  частицы,  проникая  вглубь  почвы,  забивают  поры
фильтрации,  в  особенности  в  верхнем  слое  почвы.  Это  усиливает
сток  и  разрушительную  силу  потоков.
 Итак,  почвенная  микроструктура,  несмотря  на  положительную
роль  в  почвенных  процессах,  не  может  полностью  создать  в  почве
благоприятный  для  роста  и  развития  сельскохозяйственных

268 	структура  почв 	[гл.  1П
 растений  физический  режим.  Эту  роль  выполняет  макрострук¬
тура.
 Если  в  почве  преобладают  агрегаты  от  1  до  3  мм,  в  большин¬
стве  случаев  можно  обнаружить  и  благоприятные  для  развития
растений  физические  условия.  Такое  строение  почвы  в  природных
условиях  можно  обнаружить  на  целинных  почвах  обыкновенных
черноземов,  как  это  видно  из  табл.  53.
 Таблица  53
 Структурное  строение  обыкновенного  глинистого  чернозема
из  Каменной  Степи
 Размер  фракций,  мм
 >10
 10—5
 5—3
 3—2
 2—1
 1—0,5
 0,5-0,25
 <0,25
 Количество  фракций
в  процентах  к  весу
почвы
 0,5
 4,0
 17,3
 36,5
 18,0
 10,3
 п,б
 1,8
 Важность  структурного  строения  почвы  в  настоящее  время
признана  во  всем  мире.  Поэтому  значение  механизма  образова¬
ния  макроструктуры  представляет  не  только  теоретический,  но
■и  практический  интерес.

ГЛАВА  IV
 ВОЗМОЖНЫЕ  ПУТИ  СЛИПАНИЯ  в  КОМОК  ЧАСТИЦ
ПОЧВЫ  И  МИКРОАГРЕГАТОВ
 §  1.  Слипание  почвенных  частиц  в  комок  при  коагуляции
 Самое  элементарное  рассмотрение  почвенного  комка  позво¬
ляет  сделать  бесспорное  заключение  о  том,  что  почвенные  ча¬
стицы  в  нем  находятся  в  слипшемся  состоянии.  Как  же  слипаются
почвенные  частицы?
 Мы  подробно  рассмотрели  процесс  слипания  почвенных  ча¬
стиц  при  коагуляции.  К.  К.  Гедройц,  как  упоминалось,  считал,
что  в  результате  процесса  коагуляции  почвенных  частиц  могут
образоваться  в  черноземе  макроагрегаты  размером  2—3  мм.  При
коагуляции  основную  роль  играет  поглощенный  почвой  катион,
причем  особенно  важно,  чтобы  это  был  катион  кальция.
 Как  мы  видим,  механизм  образования  почвенных  комков  и
пути  улучшения  почвенной  структуры  К.  К.  Гедройцем  указаны
в  достаточной  мере  ясно  и  точно.  Идеи  К.  К.  Гедройца  поддер¬
живались  и  развивались  рядом  исследователей  как  у  нас,  так  и
за  рубежом,  и  были  приняты  русскими  почвоведами  на  Всесоюз¬
ном  совещании  по  выяснению  вопроса  структуры  почв  в  1932  г.
и  подтверждены  на  Всесоюзной  конференции  по  физике  почвы
в  1934  г.
 Придерживаясь  этих  же  взглядов,  Э.  Д.  Рэссел  (1931)  пред¬
ложил  коагуляционную  теорию  образования  почвенного  комка
при  обработке:  компоненты  почвы  смешиваются  в  однородную
массу,  декоагулированные  коллоиды  превращаются  в  коагулиро¬
ванные  и  поддерживаются  в  этом  состоянии.  Но  эта  теория  как
общая  теория  формирования  в  почве  структуры  не  выдержала
испытания  практикой.
 Казалось  бы,  по  Гедройцу,  достаточно  в  подзолистую  почву
внести  требуемое  количество  извести,  и  улучшение  структуры
произойдет  само  собой.  Но  многочисленные  опыты,  поставленные
как  в  лабораторных,  так  и  в  полевых  условиях,  не  подтвердили
этого.  Макроагрегатный  состав  почв  от  внесения  различных  доз
извести  не  улучшается  Положительное  действие  извести  на

270  ПУТИ  СЛИПАНИЯ  В  КОМОК  ЧАСТИЦ  ПОЧВЫ  И  МИКРОАГРЕГАТОВ  [гл.  IV
 урожай  сельскохозяйственных  растений  незаконно  приписыва¬
лось  улучшению  полевой  структуры,  чего  на  самом  деле  не  было.
 Каппен  (1934),  много  занимавшийся  теорией  и  практикой  из¬
весткования,  показал,  что  замена  водорода  в  почвенных  силика¬
тах  на  кальций  ни  в  какой  мере  не  приводит  к  образованию  зе¬
рен,  а  тем  самым  к  улучшению  физических  свойств  почвы.
 Байвер  (1948)  утверждает,  что  ион  кальция  влияет  на  струк¬
туру  почв  только  через  органическое  вещество  почвы.
 А.  Ф.  Тюлин  в  одной  из  своих  работ  приводит  мнение  ряда
лиц,  занимающихся  известкованием.  Так,  проф.  Кирсанов  (цити¬
руется  по  А.  Ф.  Тюлину)  считает,  что  улучшаются  ли  физические
свойства  почвы  под  влиянием  извести  или  ухудшаются  —  зави¬
сит,  с  одной  стороны,  от  особенностей  почвы,  а  с  другой  —  от
условий  климата.
 Опыты,  с  влиянием  извести  на  структуру  почв,  поставленные
А.  Ф.  Тюлиным  на  Менделеевском  опытном  поле,  дали  далеко
не  положительные  результаты.
 Проф.  Н.  П.  Ремезов  заметил  (1938),  что  известь  не  оправ¬
дала  тех  ожиданий,  которые  на  нее  возлагались  в  деле  улучше¬
ния  структуры  почв.
 Аналогичные  указания  можно  найти  у  Зихмана  (Кедрова)
(1923,  1940),  Эренберга  (1925),  И.  Н.  Антипова-Каратаева
(1930).  Такие  же  выводы  можно  сделать  и  из  материалов,  при¬
водимых  Н.  И.  Савиновым  (1936).  Все  опыты  Агрофизического
института,  как  лабораторные,  так  и  полевые,  также  свидетель¬
ствуют  о  том,  что  внесение  извести  в  почву  не  изменяет  сколько-
нибудь  существенно  макроструктуру  почвы.  Больше  того,  если
даже  вымыть  кальций  из  черноземной  почвы,  то  существенных
изменений  в  ее  макроструктуре  не  произойдет,  как  это  показано
П.  В.  Вершининым  (1953).
 Но  как  же  примирить  с  этим  высказывания  таких  исследова-
телей-экспериментаторов,  как  К.  К.  Гедройц  и  многие  другие?
Вряд  ли  есть  необходимость  в  настоящее  время  отрицать  коагу¬
ляцию  коллоидов  под  влиянием  электролитов  и  возможность  об¬
разования  таким  путем  микроагрегатов.  Но  образование  этим
путем  в  почве  макроагрегатов  экспериментально  не  подтвер¬
ждается.
 Еще  при  создании  теории  коагуляции  Вигнер  (1926)  доказал,
что  агрегаты  крупнее  0,05  мм  в  процессе  коагуляции  не  обра¬
зуются  —  они  выпадают  из  раствора.  Не  следует  забывать,  что
явления  коагуляции  изучались  на  сильно  разбавленных  золях.
Вторичные  и  третичные  агрегаты  при  коагуляции  возникать  мо¬
гут,  но  это  лишь  до  тех  пор,  пока  укрупнившиеся  при  соударении
частицы  еще  плавают  в  растворе  и  участвуют  в  какой-то  степени
в  броуновском  движении.  Как  указано  выше,  диаметры  0,05  мм
являются  пределом  для  этих  частиц.  В  противоположность  пред¬

§  2]  СЛИПАНИЕ  ПОЧВЕННЫХ  ЧАСТИЦ  ПРИ  ПОМОЩИ  ЦЕМЕНТАЦИИ  271
 положениям  К.  К.  Гедройца  путем  постепенной  коагуляции  ни¬
как  не  могут  возникнуть  агрегаты  от  2—3  мм.
 Приложение  теории  коагуляции  коллоидов  к  образованию
почвенных  комков  было  дано  К.  К.  Гедройцем  предположительно.
Почва  в  природных  условиях  никогда  не  бывает  в  состоянии  та¬
кого  обводнения,  которое  требуется  по  теории  коагуляции.  Даже
в  состоянии  грязи,  в  котором  она  бывает  после  значительных  и
продолжительных  дождей  или  после  стаивания  снега,  частицы
псчвы  как  бы  «закреплены»  в  определенном  положении  и  не  мо¬
гут  участвовать  в  броуновском  движении.  Кроме  того,  механиче¬
ские  анализы  почвенных  макроагрегатов  показывают,  что  в  поч¬
венных  комках  имеются  и  грубые  частицы,  которые  в  силу  своих
размеров  не  могут  участвовать  в  броуновском  движении.
 Лишь  в  некапиллярных  и  крупнокапиллярных  промежутках
почвы,  заполненных  водой,  могут  осуществляться  соударения
коллоидных  частиц.  Но  количественная  сторона  этих  явлений  по
отношению  ко  всей  массе  почвы  в  годичной  и  сезонной  жизни
почвы  так  мала,  что  не  может  быть  принята  во  внимание  при
процессах  комкообразования.
 Таким  образом,  теория  коагуляции  не  может  служить  общей
теорией  формирования  почвенной  макроструктуры,  которая,  по¬
мимо  всего  прочего,  может  возникать  и  под  влиянием  орудий
обработки  и  других  чисто  физических  явлений.  Но  несомненно,
что  явления  коагуляции  объясняют  механизм  возникновения
почвенной  микроструктуры,  хотя  и  не  являются  только  единствен¬
ным  объяснением  ее  происхождения.  Последние,  в  особенности
крупные  фракции  от  0,25  до  0,01  мм,  могут  возникать  и  в  резуль¬
тате  дробления  макроагрегатов,  как  об  этом  упоминалось  выше.
 §  2.  Возможность  слипания  почвенных  частиц  при  помощи
 цементации
 Под  цементацией  понимается  образование  между  частицами
прослойки,  переходящей  из  растворимого  состояния  в  нераство¬
римое  в  силу  изменения  ее  химического  состава.  Явления  кри¬
сталлизации,  возникающие  при  этом,  связывают  поверхности
твердых  частиц  при  помощи  прослойки  —  промежуточного  це¬
мента  —  в  общую  массу.  Явления  цементации  необратимы.
Кольтгоф  (1937),  изучая  старение  свежих  коагулированных
осадков,  показал,  что  они  -при  старении  могут  укрупняться  за
счет  слипания  частиц,  уменьшая  тем  самым  свою  удельную  по¬
верхность.  Он  различает  следующие  стадии  в  явлениях  старения:
 1)  усовершенствование  частиц  первоначальных  осадков,  как
результат  рекристаллизации  (рис.  74а).
 Этот  тип  старения  встречается  и,  как  правило,  резко  выражен
в  ранней  стадии;

272  ПУТИ  СЛИПАНИЯ  В  КОМОК  ЧАСТИЦ  почвы  и  микроагрегатов  [гл.  IV
 2) 	свободная  агломерация  частиц  осадков  путем  объедине¬
ния  их  водных  оболочек  (рис.  746).
 Этот  тип  старения  может  быть  совершенно  обратим  (пепти-
зацией).  Удельная  поверхность  частиц  не  изменяется;
 3) 	совместное  слипание  частиц  в  агломерате  путем  цемен¬
тации  (рис.  74в).
 а  ю)
 ^  ~  N
 ' 	N  /
 а)
 lOJO'iiOo)
 «)
 98
 *)
 Рис.  74.  Стадии  в  явлениях  старения.
 а  —  усовершенствование  отдельной  частицы  в  осадке;
(>  —свободная  агломерация  частиц;  в  —  агломерация  частиц
при  помощи  цементации.
 Решетки  кристаллов,  расположенных  на  поверхности  частиц,
могут  при  известных  условиях  строиться  (выкристаллизовы¬
ваться)  в  промежутке  между  частицами  осадка.  Это  приводит
к  образованию  твердых  мостов  между  частицами.  Процессы  це¬
ментации  необратимы  и  приводят  в  результате  к  уменьшению
общей  поверхности  частиц.
 Теория  слипания  частиц  путем  цементации  довольно  распро¬
странена  среди  наших  почвоведов  (Д.  И.  Сидери,  Н.  А.  Качин-
ский  и  др.).  Согласно  этой  теории,  слипание  частиц  в  почве  про¬
исходит  при  помощи  прослойки  —  цемента,  осаждающегося  из
почвенных  растворов.
 В  качестве  примера  можно  привести  распространенную
в  почве  реакцию  перехода  бикарбоната  кальция  в  карбонат.
Карбонат  кальция,  не  растворимый  в  воде,  связывает  почвенные

§  3] 	СЛИПАНИЕ  ПОЧВЕННЫХ  ЧАСТИЦ  И  КАПИЛЛЯРНЫЕ  силы 	273
 частицы  в  комок  (подобно  извести,  скрепляющей  кирпичи).
В  качестве  цемента  могут  быть  в  почве  и  другие  вяжущие  веще¬
ства  (по  В.  Р.  Вильямсу  —  гумин  и  ульмин,  по  Д.  И.  Сидери  —
железо  и  др.).  Ряд  ученых-почвоведов  (Н.  А.  Качинский  и  др.)
даже  до  сих  пор  переход  органических  гуминовых  веществ  из
растворимого  состояния  в  нерастворимое  считают  явлением  це¬
ментации.  Можно  еще  в  какой-то  мере  считать,  что  образование
микроагрегатов  путем  цементации  частиц  в  почвах,  богатых  кар¬
бонатами,  возможно,  «о  объяснение  происхождения  таким  путем
макроагрегатов  не  соответствует  фактам.  Декальцинирование
в  этом  случае  всегда  приводило  бы  к  разрушению  комков  и  по¬
тере  ими  водолрочности,  что,  как  уже  указывалось,  не  происхо¬
дит.  Наличие  в  почве  механических  прочных  комков,  образовав¬
шихся  после  удаления  из  нее  кальция,  железа,  органических
веществ  при  наличии  других  коллоидных  веществ,  доказывает
несостоятельность  теории  цементации.
 Толкование  В.  Р.  Вильямсом  перехода  гуминовых  веществ  из
растворимого  состояния  в  нерастворимое  при  явлениях  возник¬
новения  водопрочности  у  почвенных  комков,  как  переход  клея
в  цемент,  тоже  не  является  правильным  в  свете  опытов,  изла¬
гаемых  далее  об  обратимости  явлений  водопрочное™  у  механи¬
чески  разрушенных  комков.  Таким  образом,  теорию  цементации
почвенных  частиц  и  возникновения  таким  путем  агрегатов  можно
рассматривать  как  частный  случай  при  образовании  почвенной
микроструктуры  (например  в  лёссах).  Она  не  может  являться  все¬
общей  теорией,  объясняющей  происхождение  почвенных  комков.
 §  3.  Слипание  почвенных  частиц  под  влиянием  капиллярных  сил
 Земледельцами  давно  подмечено,  что  если  распыленную
сухую  почву  смочить  до  определенной  влажности,  то  такая  почва
легко  образует  при  обработке  комочки.  Даже  сыпучие  пески
способны  при  увлажнении  и  обработке  давать  комочки.  Тогда  и
возникло  предположение  о  том,  что  частицы  почвы  слипаются  и
взаимно  удерживаются  в  комке  менисковыми  силами,  возникаю¬
щими  в  почве  при  увлажнении.  В  местах  соприкосновения  твер¬
дых  частиц  почвы,  в  так  называемых  контактах,  при  смачивании
почвы  водой  возникают  мениски,  имеющие  вогнутую  форму.
Под  вогнутой  поверхностью  давление  жидкости  понижается,  и
частицы  почвы  могут  в  определенных  условиях  испытывать  из¬
быток  внешнего  давления,  сжимающий  их.
 Величина  этого  давления  пропорциональна  коэффициенту  по¬
верхностного  натяжения  жидкостей  и  обратно  пропорциональна
радиусу  кривизны  мениска,  т.  е.
 о)
 18  Зак.  196.

274  ПУТИ  СЛИПАНИЯ  В  КОМОК  ЧАСТИЦ  почвы  и  микроагрегатов  [гл.  IV
 где  —  капиллярное  давление,  о  —  коэффициент  поверхност¬
ного  натяжения  жидкостей,  г—радиус  кривизны  мениска.  Ино¬
гда  удобнее  иметь  дело  не  с  радиусом  кривизны  мениска,  а  с  ра¬
диусом  капилляра  г  ,  который  с  радиусом  кривизны  связан
уравнением  /K  =  rcos<p,  где  <р  —  угол  смачивания  жидкостью  сте¬
нок  капилляра.  Тогда
 ^=21со11 	(2>
 В.  Б.  Дерягин  предложил  капиллярное  давление  выражать
через  удельную  поверхность  почвы.  Это  исключает  необходи¬
мость  знать  радиус  капилляров,  которые  в  почве  носят  неопре¬
деленный  и  сложный  характер.  Тогда  формула  капиллярного
давления  принимает  такой  вид:
 <&*  =  So  cos  ср, 	(3)
 где  S  —  удельная  поверхность  почвенных  пор.
 Из  самой  сущности  капиллярной  теории  .вытекает,  что  сухая
распыленная  почва  при  смачивании  ее  водой  должна  упрочняться.
Это  действительно  наблюдается,  как  это  видно  из  табл.  54.
 Таблица  54
 Сопротивление  дерново-слабоподзолистой  тяжелосуглинистой  почвы
разрыву  во  влажном  состоянии
 (Общая  пористость  47,16%)
 Влажность,  %
 Рэф-  %
 Сопротивление
разрыву,
г/см2
 Погреш¬
 ность
 Число
 опытов
 весовая
 объемная
 10,17
 13,2
 33,96
 70
 ±  8
 10
 17,14
 22,22
 24,88
 87
 ±12
 10
 29,75
 38,67
 8,49
 90
 ±  7
 10
 34,65
 45,0
 2,16
 138
 ±  9
 10
 40,3
 52,4  *)
 —
 104
 ±  8
 10
 *)  Переувлажнение  с  соответствующим  увеличением  объема.
 В  этой  таблице  приводятся  полученные  П.  В.  Вершининым  дан¬
ные  по  сопротивлению  разрыву  образца  дерново-слабоподзоли-
стой  тяжелосуглинистой  почвы  из  Павловского  района  Ленин¬
градской  области.  Испытание  сопротивления  разрыву  почвы
производилось  на  приборе  типа  Михаэлиса.  Образец  почвы  из¬
мельчали  и  просеивали  через  сито  с  диаметром  отверстий  0,25  мм,
после  чего  набивали  по  весу  в  формы,  приведенные  на  рис.  75.

§  3] 	СЛИПАНИЕ  ПОЧВЕННЫХ  ЧАСТИЦ  И  КАПИЛЛЯРНЫЕ  силы 	275
 Затем  производился  разрыв  образца,  влажность  которого  варьи¬
ровала  в  пределах  10—40%.
 Как  видно  из  табл.  54,  наибольшая  прочность  на  разрыв  на¬
блюдается  при  влажности,  близкой  к  полной  объемной  влагоем-
кости.  При  влажности,  превышающей  эту  влагоемкость,  проч-
 Рис.  75.  Форма  для  испытания  почвенных  образ
цов  на  разрыв.
 ность  начинает  резко  уменьшаться,  между  частицами  в  местах
соприкосновения  появляются  толстые  пленки  воды,  ослабляющие
силы  сцепления.  В  системе  начинает  нарастать  текучесть,  т.  е.
переход  из  твердого  состояния  в  жидкое.
 Из  капиллярной  теории  слипания  почвенных  частиц  также
вытекает,  что  чем  больше  (в  почве  содержится  глинистых  или
близких  к  ним  по  размерам  частиц,  тем  выше  прочность  таких
 18*

276  ПУТИ  СЛИПАНИЯ  В  КОМОК  ЧАСТИЦ  ПОЧВЫ  И  МИКРОАГРЕГАТОВ  [гл.  IV
 почв.  И  действительно,  в  природе  мы  наблюдаем  такого  рода
явления.  Глинистые  почвы  являются  более  прочными,  более  труд¬
ными  для  обработки,  чем  суглинистые,  а  в  особенности  чем  су¬
песчаные  и  песчаные.  Песчаные  почвы  даже  не  образуют  комков
при  увлажнении.
 Несмотря  на  справедливость  указанных  положений,  все  же  ка¬
пиллярные  явления  не  могут  полностью  объяснить  процессы  сли¬
пания  почвенных  частиц  в  комок.  Неполнота  капиллярной  теории
сказывается  сразу,  если  мы  устраним  действие  менисковых  сил
в  почве.  Действие  этих  сил  должно  прекращаться  с  удалением
воды  из  почвы,  например  при  высушивании.  В  этом  случае  слип¬
шиеся  под  влиянием  капиллярных  сил  частицы  почвы  должны
были  бы  рассыпаться,  и  почва  из  связного  состояния  должна
перейти  в  сыпучее.  Опыт,  однако,  указывает,  что  это  наблюдается
лишь  на  песчаных  почвах.  Утверждения  Терцаги  (1932),  что  воду
из  тонких  капилляров  удалить  невозможно,  неправильны.  Совре¬
менная  техника  сушки  под  вакуумом  позволяет  полностью  уда¬
лять  воду  из  почвы.  Из  приводимых  в  табл.  55  данных
С.  Н.  Рыжова  (1937),  полученных  для  суглинистого  серозема
(Ташкентский  район),  видно,  что  по  мере  высыхания  почвы  проч¬
ность  сцепления  между  почвенными  частицами  растет.  Суждение
о  прочности  производилось  измерением  сопротивления  сжатию
кубиков  из  почвы.
 Таблица  55
 Сопротивление  темно-серого  суглинистого  серозема  сжатию
в  зависимости  от  влажности
 Влажность,  96
 0
 0,61
 1
 0,81
 1,71
 4,32
 5,90
 Сопротивление
сжатию,  кг/см*
 117,8
 101,57
 74,08
 68,74
 42,28
 29,60
 При  избыточном  увлажнении  почвы  действие  менисковых  сил
тоже  должно  прекратиться,  и  почва  из  связного  состояния  должна
перейти  в  раздельночастичное.  На  самом  деле  в  почвах  встре¬
чаются  комки,  не  размывающиеся  при  самом  большом  их  увлаж¬
нении.  Более  того,  как  известно,  наиболее  ценной  структурой
считается  та,  агрегаты  которой  и  после  избыточного  увлажнения
не  разрушаются  в  воде.  Этих  явлений  капиллярная  теория  объяс¬
нить  не  может.
 §  4.  Слипание  и  склеивание  почвенных  частиц  при  высыхании
 Необходимо  различать  непосредственное  слипание  почвенных
частиц  друг  с  другом  и  их  склеивание.  В  первом  случае  силы
притяжения  возникают  непосредственно  между  сближающимися

§  4] 	СЛИПАНИЕ  И  СКЛЕИВАНИЕ  ПРИ  ВЫСЫХАНИИ 	277
 частицами,  во  втором  случае  между  частицами  почвы  слипание
осуществляется  при  помощи  другого  более  дисперсного  вещества,
носящего  название  клея  или  клеящей  прослойки.
 О  существовании  специфического  механизма,  возникающего
при  сцеплении  частиц  при  высыхании,  свидетельствует  следующий
факт.  Комок,  искусственно  полученный  из  увлажненной  суглини¬
стой  почвы  и  высушенный  на  воздухе,  при  погружении  в  (воду
быстро  разрушается.  Но  если  его  опустить  не  в  воду,  а  в  96%
этиловый  спирт,  то  он  консервируется  и  может  лежать  неопре¬
деленно  долгое  время,  сохраняя  форму  даже  при  энергичном
взбалтывании.
 Это  явление  необходимо  отличать  от  случая,  когда  комок  по¬
мещается  в  бензин,  керосин  и  прочие  неполярные  жидкости.  Ко¬
мок  в  этом  случае  тоже  сохраняет  форму,  но  механизм  явления
иной.  В  данном  случае  комок  находится  в  оболочке  неполярной
жидкости.  Это  рассуждение  непригодно  для  этилового  спирта:
вода  в  нем  растворяется,  и  мениски  исчезают,  но  тем  не  менее
форма  комка,  как  уже  указывалось  выше,  сохраняется.
 Аналогичные  явления  можно  наблюдать  в  крепкой  серной
кислоте  и  в  других  жидкостях,  способных  отнимать  воду  из
почвы.  Очевидно,  почвенные  частицы  удерживаются  друг  около
друга  не  только  при  помощи  капиллярных  сил.
 Еще  Фарадей  утверждал,  что  на  поверхности  стекла  имеется
гелеобразная  пленка  из  кремнезема  БЮг.  Кушмен  (1905),  микро¬
скопически  изучая  минералы  глины,  пришел  к  выводу,  что  свя¬
зывающая  способность  обуславливается  образованием  коллоид¬
ной  оболочки  на  поверхности  частиц.  Ряд  исследователей:  Эшли
(1909),  Девис  (1915),  Темпани  (1920),  Гарди  (1923),  Уильдсон
(1923),  Мак-Бен  (1934)  высказывают  аналогичные  взгляды  на
строение  минеральных  поверхностей.  И.  В.  Гребенщиков  (1931,
1935,  1937)  уделял  этому  вопросу  много  внимания.  Он  считал,
что  всякая  горная  порода,  будучи  тщательно  измельчена  в  сухом
состоянии  должна  обладать  свойствами  цемента.  Даже  кварц,
измельченный  чрезвычайно  тонко,  схватывается  при  действии  на
него  воды.  Такие  же  явления  протекают  и  в  почве.
 Эти  явления  почвоведами  были  обнаружены  давно.  Так,
А.  Н.  Сабанин  показал,  что  если  взять  чистый  горный  хрусталь
(кристаллический  кварц)  и  измельчить  его,  накаливая  докрасна
и  быстро  охлаждая  в  ледяной  воде,  и  отобрать  фракции  меньше
0,001  мм,  то  из  них  во  влажном  состоянии  можно  скатать  ша¬
рики,  настолько  механически  прочные,  что  их  в  сухом  состоянии
можно  разбить  только  ударом  молотка  (В.  Р.  Вильямс,  1938).
 Акад.  Б.  Б.  Полынов  (1947)  считал,  что  в  результате  вывет¬
ривания  поверхность  зерен  полевого  шпата  становится  пелитизи-
рованной,  т.  е.  как  бы  покрытой  глинистым  веществом,  делаю¬
щим  эти  зерна  мутными  и  непрозрачными.  Образование  такого

278  ПУТИ  СЛИПАНИЯ  В  КОМОК  ЧАСТИЦ  почвы  и  микроагрегатов  [гл.  IV
 вещества  связано  с  некоторой  потерей  поверхностными  молеку¬
лами  полевого  шпата  оснований  (калия,  натрия  и  кальция).
 Э. 	Рэссел  (1955)  исследовал  зерна  песка  многих  почв  под
микроскопом  и  обнаружил,  что  их  поверхность  оказывается  по¬
крытой  непрозрачным  слоем  геля.  Эти  расположенные  на  поверх¬
ности  вещества  можно  растворить  в  соответствующих  кислотах
и  обнаружить  присутствие  в  них  алюминия,  железа,  и  кремния.
 Аналогичные  явления,  по  мнению  акад.-  Н.  В.  Гребенщикова
(1931),  протекают  на  поверхности  как  полевого  шпата,  так  и  ба¬
зальта.  На  стеклах  существование  пленки  подтверждается  мето¬
дами  измерения  коэффициента  отражения  стекла,  методами
 Рис.  76.  Коллоидные  пленки  на  поверхности  стекла  (по  акад.
 И.  В.  Гребенщикову).
 химической  обработки,  явлениями  адсорбции  красителей  и  сма¬
чивания  стекол  органическими  жидкостями  (рис.  76).  Как  всякий
коллоид,  пленка  адсорбирует  различные  коллоидные  частицы  и
ионы,  приобретая  в  последнем  случае  дополнительно  новые  свой¬
ства:  набухать,  кристаллизоваться  и,  в  связи  с  этим,  изменять
свои  механические,  физические  и  химические  свойства  (табл.  56).
Как  видно  из  табл.  56,  в  чистой  воде  эти  пленки  имеют  тол-
 о
 щину  до  70  А,  но  в  зависимости  от  растворенных  веществ  в  воде
 Таблица  56
 Изменения  поверхностных  слоев  (А)  на  различных  оптических  стеклах
после  3-минутного  действия  1  %  водного  раствора  солей
 Стекло
 Н20
 FeCI3
 Tu  (N03)4
 nh4f
 ZnCl2
 ZnS04
 CuS04
 Cu  (Si03)2
 CuCI2
 С-12
 20
 38
 28
 30
 20
 14
 36
 26
 20
 С-15
 30
 193
 102
 41
 45
 32
 50
 185
 53
 С-  3
 70
 320
 250
 72
 62
 90
 83
 342
 118

§  4] 	СЛИПАНИЕ  И  СКЛЕИВАНИЕ  ПРИ  ВЫСЫХАНИИ 	279
 о
 толщина  пленок  может  доходить  до  342  А.  Подтверждение  суще¬
ствования  пленок  на  поверхности  частиц  мы  находим  и  в  опытах
М.  М.  Филатова  (1936)  (рис.  77),  П.  В.  Вершинина  и  В.  П.  Кон¬
стантиновой  (1937).
 Если  считать  толщину  коллоидной  пленки  на  поверхности  ми-
 о
 неральных  частиц  в  среднем  около  100  А  и  предполагать,  что
с  увеличением  дисперсности  она  не  меняется,  то  частицу  диа¬
метром  10'6  см  мы  должны  представить  себе  как  состоящую  из
 Рис.  77.  Зарисовка  коллоидных  пленок  на  поверхности  почвенных  частиц
 по  М.  М.  Филатову.
 а  —  покровное  стекло  свободно  лежит  на  предметном;  б  —  покровное  стекло  прижато  к  пред¬
метному.
 г,  г,  —  кристаллическая  часть  частицы;  Z,  Z,  —  кристаллическая  часть  вместе  с  аморфной
 пленкой.
 гелеобразной  массы  с  ультракристаллом  внутри.  При  увлажне¬
нии  почвы  гелеобразная  пленка  на  поверхности  минеральных
почвенных  частиц  набухает  и  участвует  в  процессе  слипания  ча¬
стиц  друг  с  другом.
 Для  сферических  частиц  разных  радиусов  Б.  В.  Дерягин  дает
формулу:
 FCJl  =  4тс
 'У'*»
 г1-\~г2
 3,
 (4)
 где  Fод  —  сила  слипания  двух  частиц,  г,  и  г2  —радиусы  этих  ча¬
стиц,  а  —  коэффициент  поверхностного  натяжения  на  границе
раздела  частицы  и  среды.  Для  частиц  одного  и  того  же  размера
формула  (4)  примет  вид
 Fen  =  2кга. 	(5)
 Пересчитывая  по  формуле  (5)  силы  слипания  на  1  см2  по¬
верхности  почвы,  мы  получаем  зависимость  сил  слипания  от

280  ПУТИ  СЛИПАНИЯ  В  КОМОК  ЧАСТИЦ  ПОЧВЫ  И  МИКРОАГРЕГАТОВ  [гл.  IV
 дисперности  частиц,  как  это  показано  в  табл.  57.  Из  этой  таблицы
следует,  что:  1)  силы  слипания  между  частицами  пропорцио¬
нальны  их  дисперсности,  2)  слипание  между  частицами  воз¬
можно  лишь,  начиная  с  частиц  диаметром  менее  0,1  мм.  Более
крупные  частицы  слипаться  не  могут,  так  как  их  собственный  вес
будет  превышать  силы  слипания.
 Эти  положения  в  общем  виде  были  известны  еще  классикам
агрономической  науки  Е.  Вольни  и  В.  Р.  Вильямсу  (1945).
 Таблица  57
 Дисперсность  почвенных  частиц  и  силы  слипания
 г,  см
 \
 Площадь
проекции
частицы,
см2
 Число
частиц,
умещаю¬
щихся
на  1  см2
 FG1,  отнесенная
к  площади  в  1  ел*2
 Вес
частиц
(кг),  по¬
крываю¬
щих
1  см-
 дн
 кг
 5•10"2
 22,9
 7,9  •  10-3
 1,3-102
 1,5-103
 1,5-  Ю“3
 1,85-Ю-1
 1  •  1(Г2
 4,6
 3,1  •  1(Г4
 3-103
 7-103
 7-10"3
 3,4  -10~2
 5-Ю-3
 2,3
 7,9-10-5
 1,3-104
 1,5-104
 1,5-  ИГ2
 1,8  -10"2
 1  •  КГ3
 4,6  •  10“1
 3,1  •  Ю-®
 3-103
 7-104
 7-10-2
 3,4-  10-3
 1  •  1(Г4
 4,6  •  10”  2
 3,1  •  10~8
 3-107
 7-103
 7  -10"1
 3,4  10-4
 1  •  1(Г5
 4,6-  10“3
 3,110"10
 3-109
 7-106
 7,0
 3,4-10~5
 1  •  1(Гв
 4.6-  10~4
 3,1  •  10~12
 3-  10П
 7-  107
 70,0
 3,4  -10"  *
 1  •  ю-7
 4,6-  1(Г5
 3,1  •  10"!4
 3*  10*з
 7-  108
 700,0
 3,4-  10"  7
 Почвенные  частицы  имеют  разный  размер  и  разную  форму
и  неровную  поверхность.  Если  рассмотреть  поверхность  частиц
при  большом  увеличении,  то  она  напоминает  горную  местность:
высокие  «пики»  чередуются  с  понижениями  —  «долинами».  Чем
крупнее  частицы,  тем  более  резко  выражены  на  ней  неровности.
Ясно,  что  на  частице  диаметром  10~4  мм  не  могут  иметься  неров¬
ности  размером  10~3  мм.
 Слипание  частиц  при  сближении  может  происходить  как  в  от¬
дельных  точках  (когда  соприкасаются  «пики»),  так  и  в  плоско¬
стях  (когда  соприкасаются  грани).
 С  увеличением  раздробленности  частиц  суммарная  площадь
плоскостных  контактов  между  частицами  возрастает  в  первой
степени  их  раздробления,  число  же  точечных  контактов  возра¬
стает  примерно  в  третьей  степени  раздробления.
 При  одинаковой  раздробленности  частиц  переход  при  слипа¬
нии  от  точечных  контактов  к  плоскостным  приводит  к  увеличе¬

§  4] 	СЛИПАНИЕ  И  СКЛЕИВАНИЕ  ПРИ  ВЫСЫХАНИИ 	281
 нию  сил  сцепления  и  повышению  прочности  почвы  на  разрыв  и
сжатие,  отнесенных  .к  1  см2.
 Поэтому  становится  ясным  физическая  природа  давления  при
слипании  частиц.  Давление  вызывает  сближение  почвенных  ча¬
стиц,  с  одной  стороны,  и  тем  увеличивает  вероятность  возникно¬
вения  между  ними  сил  сцепления  и  ведет  к  замене  точечных
контактов  плоскостными,  с  другой  стороны,  что  тоже  увеличивает
силы  сцепления,  отнесенные  к  1  см2.
 Неровности,  по  которым  в  первую  очередь  осуществляется
соприкосновение  почвенных  частиц  в  процессе  слипания,  яв¬
ляются  обычно  самыми  активными  местами  на  поверхности  поч¬
венных  частиц.  В  сухих  почвах  они  обычно  заняты  воздухом,
который  препятствует  сближению  частиц.  Поэтому  слипание  су¬
хих  частиц  почвы  без  приложения  извне  значительных  давлений
маловероятно.
 Иная  картина  наблюдается  при  наличии  в  почве  воды.  По¬
ступающая  в  сухую  почву  вода  не  только  вытесняет  воздух  с  по¬
верхности  почвенных  частиц,  но  и  вступает  с  ними  в  более  тесное
взаимодействие.
 Ни  чем  иным  как  возникновением  коллоидных  контактов  ме¬
жду  частицами  можно  объяснить  приводимые  ниже  данные  по
сопротивлению  разрыву,  полученные  П.  В.  Вершининым  на  об¬
разцах  дерново-слабоподзолистой  тяжелосуглинистой  почвы.
 Образец,  растертый  в  ступке  и  просеянный  через  сито  0,25  мм,
набивали  при  разной  влажности  по  весу  (на  абсолютно  сухую
почву)  в  определенный  объем  (восьмерку)  и  высушивали  до
воздушносухого  состояния,  после  чего  испытывали  на  разрыв.
Так  как  плотность  образцов  в  трафаретках  создавалась  одна  и
та  же,  то  разницу  в  сопротивлениях  разрыву  можно  объяснить
лишь  степенью  первоначального  увлажнения  почвы,  как  это  сле¬
дует  из  табл.  58.
 Таблица  58
 Сопротивление  разрыву  образцов  дерново-слабоподзолистой
тяжелосуглинистой  почвы
 (Павловский  район  Ленинградской  обл.)
 Конечная  влаж¬
ность,  96
 Сопротивление  разрыву
сухой  почвы,  г/см2
 Погреш¬
 ность
 Число
 образцов
 весовая
 объемная
 на  всю
площадь
 среднее
на  1  см^
 30
 39,0
 3820
 955
 ±71
 8
 25
 32,5
 2070
 518
 ±77
 9
 20
 26,0
 1000
 250
 ±  3
 10
 15
 19,5
 965
 241
 ±10
 8

282  ПУТИ  СЛИПАНИЯ  В  КОМОК  ЧАСТИЦ  почвы  и  микроагрегатов  [гл.  IV
 Из  табл.  58,  видно,  что  сопротивление  разрыву  увеличивается
по  мере  увеличения  степени  предварительного  увлажнения  поч¬
венного  образца.
 Итак,  слипание  почвенных  частиц  возможно  только  при  усло¬
вии  определенной  дисперсности  почвенного  материала;  слипание
в  распыленной  почве  возможно  лишь  при  содержании  некоторого
количества  воды  в  почве.  Роль  воды  заключается  не  только
в  том,  что  под  влиянием  ее  возникают  в  почве  мениски,  но  и
в  том,  что  при  этом  приходит  в  действие  механизм  склеивания,
связанный  со  строением  самих  почвенных  частиц.
 §  5.  Явление  склеивания  при  формировании  почвенного  комка
 Выше  было  указано,  что  при  образовании  почвенного  комка
имеются  как  капиллярные  силы  менисков  воды,  так  и  взаимо¬
действие  в  коллоидной  фракции  почвенных  частиц.
 Все  клеящие  вещества  можно  разделить  на  три  категории  (не
считая  промежуточных):  высокомолекулярные  аморфные  веще¬
ства,  высокомолекулярные  вещества  с  явными  признаками  кри¬
сталлической  структуры  и  коллоидные  системы.
 Прочность  оклеивания  аморфными  веществами  часто  зависит
от  температуры  размягчения  и  температуры  застывания  данного
вещества  и  обуславливается  главным  образом  вязкостью  дан¬
ного  вещества  в  интервале  размягчения.  Хорошо  клеящие  аморф¬
ные  вещества  имеют  растянутый  интервал  размягчения,  в  кото¬
ром  наблюдается  высокая  вязкость  (П.  В.  Вершинин,  1936).
 Прочность  склеивания  кристаллическими  веществами  опреде¬
ляется  главным  образом  температурными  условиями  кристалли¬
зации  данного  вещества.  Ни  к  одной  из  этих  категорий  не  под¬
ходят  клеящие  вещества  коллоидного  типа.  Хотя  прочность
склеивания  этими  веществами,  так  же  как  и  у  аморфных  клеев,
зависит  в  основном  от  величины  внутреннего  трения  системы,  или
вязкости,  но  вязкость  в  этом  случае  для  одного  и  того  же  веще¬
ства  определяется  не  температурным  интервалом  размягчения,
а  явлениями  ориентации  молекул,  что  тесно  связано  с  количе¬
ством  жидкости  в  коллоидных  системах  почвы.
 В  коллоидной  химии  существует  старинная  гипотеза  Бючли
о  том,  что  коллоидные  частицы  при  гелеобразовании  образуют
связную  систему,  как  бы  скелет  или  пространственную  ферму,
содержащую  в  своих  ячейках  дисперсионную  среду  и  придаю¬
щую  всему  гелю  свойства  твердого  тела.
 Различие  между  процессами  слипания  можно  определить,
пользуясь  терминологией  Смолуховокого,  как  разницу  между  мед¬
ленной  и  быстрой  коагуляцией.  Если  во  втором  случае  частицы
при  известных  условиях  практически  могут  слипаться  при  ка¬
ждом  столкновении,  то  в  первом  —  они  как  бы  выбирают  поло¬

§  5] 	СКЛЕИВАНИЕ  ПРИ  ФОРМИРОВАНИИ  ПОЧВЕННОГО  КОМКА 	283
 жение,  в  котором  связывают  друг  друга.  При  желатинировании
получается  система  более  упорядоченная,  с  некоторыми  зачат¬
ками  симметрии  в  структуре.
 По  мнению  С.  Е.  Бреслера  (1939),  для  того  чтобы  оказалось
возможным  желатинирование,  необходимо,  чтобы  частицы  со¬
стояли  либо  из  длинных  цепей,  либо  из  плоских  сеток-листьев.
Подобные  образования  получаются  при  полимеризации  или  кон¬
денсации  малых  молекул.  Во  всех  случаях,  когда  имеет  место
желатинирование,  нужно  искать  образования  подобных  цепей
(или  листков),  т.  е.  каких-либо  полимеризационных  процессов.
 Для  возникновения  процессов  желатинирования,  необходимо,
чтобы  добавление  коагулирующего  агента  (или  отвод  стабили¬
зирующего)  происходило  весьма  медленно  и  однородно  во  всем
объеме  раствора  без  каких-либо  местных  повышений  или  пони¬
жений  концентрации.  С  этой  целью  для  получения  студней  ши¬
роко  используются  различные  медленные  процессы  диффузион¬
ного  порядка  —  диализ,  испарение  и  т.  п.  Механизм  этого
явления  становится  понятным,  если  предположить,  что  для  об¬
разования  «каркаса»  в  коллоидной  системе  необходимо  не  только,
чтобы  частицы  слиплись,  но  и  перед  слипанием  построились  опре¬
деленным  образом.  Вероятность  получения  желательной  конфи¬
гурации,  видимо,  не  так  уж  велика  и  к  тому  же  частицы  обла¬
дают  значительным  размером  и  медленно  поворачиваются
в  наиболее  желательном  направлении,  в  особенности  в  почве,  где
часто  условия  увлажнения  мало  благоприятствуют  этому.
 Как  мы  уже  указывали  выше,  для  нас  наибольший  и  практи¬
чески  важный  интерес  представляет  отношение  коллоидных  си¬
стем  к  воде.  С  этой  целью  П.  В.  Вершинин,  В.  П.  Константи¬
нова  и  Н.  В.  Кириленко  (1941)  исследовали  ряд  веществ,
а  именно:  битумную  эмульсию,  гуминовую  кислоту,  гумат  калия,
гумат  кальция,  торфяной  клей,  лигносульфоновый  клей,  кремне¬
вую  кислоту,  окиси  алюминия  и  железа,  почвенные  коллоиды,
выделенные  из  подзолистой  суглинистой  почвы  и  деградирован¬
ного  суглинистого  чернозема.
 Битумная  эмульсия  изготовлялась  из  легкоплавкого  битума,
эмульгированного  в  воде.
 Гуминовая  кислота  выделялась  из  сфагнового  торфа  Шува¬
ловских  торфоразработок  (Ленинград)  по  методу  Свен  Одена
(1919).
 Гуматы  калия  и  кальция  получались  насыщением  гуминовой
кислоты  гидратами  окисей  соответствующих  металлов.
 Торфяной  клей  получался  из  того  же  торфа,  что  и  гуминовая
кислота,  путем  обработки  его  1  %  калийной  щелочью  и  кипяче¬
нием  в  течение  часа.  По  овоему  составу  он  представлял  смесь
битумов  и  смол,  гуматов,  щелочно-растворимых  лигнинов,  рас¬
творимых  углеводов  и  пр.  с  преобладанием  в  этой  смеси  гуматов.

284  ПУТИ  СЛИПАНИЯ  В  КОМОК  ЧАСТИЦ  почвы  и  микроагрегатов  [гл.  IV
 Кремневая  кислота  получалась  из  силиката  натрия  (жидкого
стекла),  разбавлением  последнего  водой  и  последующим  элек¬
тролизом.
 Коллоидное  железо  и  алюминий  получались  из  хлористых  со¬
лей  с  последующим  электродиализом.
 Почвенные  коллоиды  выделялись  декантацией  водных  поч¬
венных  суспензий,  образованных  при  помощи  0,05  н.  едкого  натра
 с  последующим  электродиализом
до  нейтральной  и  слабокислой
реакции.
 Приготовленные  таким  обра¬
зом  вещества  испытывались  на
клеящую  способность  и  необра¬
тимость  склеивания  в  воде.
 Ы
 10JS
 ^0,4
£
 о
 о
 j  с
 W  .  го  го  чо
 Содеожание  боды,  %
 Рис.  78.  Схема  прибора  для  опре¬
деления  силы  сцепления.
 А  и  В  —обоймы  шлифованных  кварцевых
пластинок.
 Рис.  79.  Зависимость  прочности
склеивания  битума  от  содержания
в  нем  воды.
 Испытание  на  клеящую  способность  заключалось  в  следую¬
щем.  Испытуемое  вещество  наносили  на  поверхность  кварцевой
или  стеклянной  пластинки,  затем  накрывали  второй  и  обе  пла¬
стинки  плотно  сжимали.  Через  известный  промежуток  времени
пластинки  разрывали  и  определяли  нагрузку  нормального  раз¬
рыва  (в  дальнейшем  именуемую  прочностью  склеивания)  в  кг/см2.
 Схема  прибора  для  определения  силы  сцепления,  предложен¬
ная  В.  П.  Константиновой  (1934),  приводится  на  рис.  78.
 Все  перечисленные  ранее  клеящие  свойства  веществ,  за  исклю¬
чением  битума,  обнаружили  ясно  выраженную  зависимость
прочности  склеивания  от  содержания  в  них  воды.  Битумная  же
эмульсия  такой  зависимости  не  обнаружила  (рис.  79):  для  нее,
как  указывалось  вначале,  прочность  склеивания  определяется
вязкостью  системы  в  температурном  интервале  размягчения.  Во

§  5] 	СКЛЕИВАНИЕ  ПРИ  ФОРМИРОВАНИИ  ПОЧВЕННОГО  КОМКА 	285
 всех  других  случаях  получены  зависимости  прочности  склеивания
от  содержания  воды  в  системе  в  виде  кривой  с  одним  макси¬
мумом  (рис.  80).
 Результаты,  приведенные  на  рис.  80,  позволяют  высказать
следующие  соображения.  При  каком-то  содержании  воды,  раз¬
ном  для  разных  веществ,  частицы  коллоидного  вещества  на¬
столько  раздвинуты  друг  от  друга  межмолекулярной  жидкостью,
 0  20  ¥0  60  80  100
Концентрация  С,%
 Рис.  80.  Прочность  склеивания  различными  клея¬
щими  веществами  в  зависимости  от  их  концен¬
трации  в  воде.
 1  —  SiOa;  2  —  А1203;  3  —  Fea03;  4  —  гуминовая  кислота;  5  —гу-
мат  кальция;  6  —коллоиды  из  деградированного  суглинистого
чернозема;  7  —коллоиды  из  подзолистой  суглинистой
почвы.
 А  —  водопрочное  склеивание.
 что  заметного  взаимодействия,  выраженного  в  виде  прочности
склеивания,  между  ними  практически  не  наблюдается.  По  мере
удаления  воды  из  системы  взаимодействие  между  частицами
увеличивается,  прочность  склеивания  возрастает  до  определен¬
ного  максимума,  характерного  как  для  отдельных  веществ,  так
и  для  группы  их.  В  одном  случае  кривые  имеют  несимметрич¬
ный  характер  и  при  переходе  через  максимум  резко  обрываются.
Это  дает  возможность  связывать  наблюдаемые  прочности  склеи¬
вания  этими  веществами  с  коллоидно-физико-химическими  явле¬
ниями,  происходящими  в  них.  В  другом  случае  кривые  дают
явно  симметричный  характер,  явление  желатинирования  в  этом
случае  имеет  второстепенный  характер,  главными  же  являются
чисто  физические  условия  перераспределения  возникающих  упру¬
гих  напряжений.

286  ПУТИ  СЛИПАНИЯ  В  КОМОК  ЧАСТИЦ  ПОЧВЫ  И  МИКРОАГРЕГАТОВ  [гл.  IV
 Катионы,  введенные  в  клеящее  вещество  изменяют,  в  извест¬
ной  мере,  характер  кривой  прочности  склеивания.  Каждый  ка¬
тион  несет  определенный  электрический  заряд  и  сам  по  себе
способен  влиять  как  на  ориентацию  молекул  воды,  так  и  на
взаимодействие  коллоидных  частиц  друг  с  другом.
 В  этом  отношении  представляет  интерес  работа  Рэссела  и
Риделя  (1936).  Авторы  установили  способность  суспензии  кварца
желатинироваться  при  ничтожных  добавках  окиси  алюминия.
 Рэссел  получил  те  же  результаты  с  природной  глиной.  Ча¬
стички  суспензии  оказывались  покрытыми  коллоидным  веществом
в  виде  пленки,  о  чем  уже  упоминалось  выше.  Коллоидную  пленку
удалось  почти  полностью  отделить  повторными  центрифугирова¬
ниями  и  последующими  пептизациями  в  чистой  воде.  Способ¬
ность  глины  желатинироваться  при  этом  пропадала.
 Эти  результаты  заставили  авторов  предположить,  что  во  всех
случаях  желатинирования  суспензии  дело  сводится  к  желатини¬
рованию  тонких  пленок  истинных  коллоидов,  служащих  клеящим
веществом.
 Таблица  59
 Сопротивление  сжатию  песков  и  почв,  проклеенных  вискозой  (кг/см2)
 Концентрация
вискозы  в  пересчете
на  сухое  вещество
вискозы
 Чистые  кварцевые  пески
с  диаметром  частиц,  мм
 Слабоподзо¬
 листая
 суглинистая
 почва
 0,5—0,25
 0,09—0,01
 0,01—0,005
 8,6
 35,6

 _
 79,0
 4,3
 13,3
 40,4
 —
 41,5
 2,15
 4,7
 17,7
 26,6
 —
 1,07
 2,5
 10,5
 15,1
 25,0
 0,72
 1,7
 6,8
 —
 17,9
 0,57
 —
 5,0
 10,0
 —
 0,43
 —
 1,5
 7,8
 —
 0,36
 —
 —
 —
 9,3
 0,34
 —
 —
 5,6
 —
 0,18
 —
 —
 —
 5,2
 0,09
 —
 —
 —
 4,6
 0,05
 —
 —
 —
 3,9
 0,0
 0,0
 0,1
 0,2
 3,8
 Теперь  в  кратких  чертах  рассмотрим,  что  будет  происходить
с  почвой,  если  мы  в  нее  будем  извне  вводить  клеящие  вещества.
 Здесь  надо  различать  два  случая.  Первый,  когда  клеящее
вещество  при  высыхании  упрочняет  склеиваемые  дисперсные  ве¬
щества,  и  второй,  когда  клеящее  вещество  имеет  показатели  ме¬

СКЛЕИВАНИЕ  ПРИ  ФОРМИРОВАНИИ  ПОЧВЕННОГО  КОМКА
 287
 §  5]
 ханической  прочности,  близкие  к  склеиваемому  материалу  или
даже  более  низкие.
 Для  первого  случая  в  табл.  59  приводятся  данные  сопротив¬
ления  сжатию  кварцевых  песков  разной  дисперсности  и  подзо¬
листой  суглинистой  почвы,  проклеенных  вискозой  разной  кон¬
центрации.
 Из  табл.  59  следует,  что  вискоза,  введенная  в  пески  и  почву,
резко  увеличила  их  механическую  прочность.  Изучение  данных
показывает,  что  между  концентрацией  вискозы  и  полученной
прочностью  наблюдается  прямая  зависимость.
 Для  характеристики  второго  случая  рас¬
смотрим  данные  по  влиянию  различных  доз
гумифицированного  органического  вещества
на  сопротивление  разрыву  и  сжатию  суглини¬
стой  почвы.
 Сопротивление  разрыву  можно  рассматри¬
вать  как  константу  склеивания.  Обычно  ею
пользуются  при  оценке  качеств  клея.
 Для  получения  данных  сопротивления  раз¬
рыву  мы  пользовались  указанными  ранее
восьмерками  (рис.  75).
 Сопротивление  сжатию  характеризует
иные  механические  свойства  почвы.  Для  по¬
лучения  этой  константы  почву  подготовляли
так  же,  как  и  для  определения  сопротивления
разрыву: 	измельчали  в  ступке,  просеивали
 через  0,25  мм  сито,  проклеивали  и  увлажняли
до  той  же  влажности,  набивали  в  стандарт¬
ные  блоки,  сушили  над  50%  серной  кислотой
до  равновесия  и  раздавливали  на  приборе
типа  Михаэлиса  при  помощи  специального
реверсера  (рис.  81).  Среднюю  сопротивления  сжатию  выводили
из  10  проб.  В  качестве  органического  вещества  брали  торфяной
клей,  подвергнутый  электродиализу  до  pH  6,0.
 Опыт  преследовал  также  цель  выяснить  влияние  поглощен¬
ных  оснований  на  указанные  выше  физические  константы  почвы.
 В  табл.  60  приводятся  данные  о  сопротивлении  разрыву
образцов  насыщенной  ионами  натрия  и  кальция  дерново-подзо¬
листой  суглинистой  почвы  во  влажном  и  сухом  состоянии;
в  табл.  61—данные  о  зависимости  от  концентрации  катионов
сопротивления  разрыву  образцов  той  же  почвы.
 Из  табл.  60  и  61  можно  сделать  следующие  выводы:
 1. 	Испытанное  органическое  вещество  по  своим  клеящим
свойствам  близко  к  свойствам  той  почвы,  в  которую  оно  вво¬
дится;  поэтому  существенных  изменений,  в  особенности  в  отно¬
шении  сопротивления  разрыву,  не  наблюдается.  Но  все  же
 Рис.  81.  Приспособ¬
ление  (реверсер)
для  испытания  об¬
разцов  на  сжатие
на  приборе  типа
Михаэлиса.

288  ПУТИ  СЛИПАНИЯ  в  комок  частиц  почвы  и  микроагрегатов  [гл.  IV
 Таблица  60
 Сопротивление  разрыву  почвенных  образцов  во  влажном
и  воздушносухом  состоянии  (кг/см**)
 Почва
 При  24%  влажности
 В  воздушносухом
состоянии
 Na  +
 Са  +  +
 Na  +
 Са  +  +
 Дерново-подзолистая  су¬
глинистая  на  моренном
суглинке
 0,207±0,006
 0,41  ±0,04
 2,27±0,05
 0,9±0,1
 можно  установить  максимум  в  количестве  вводимого  органиче¬
ского  вещества,  превышение  которого  ведет  к  уменьшению  проч¬
ности  на  разрыв.
 Объяснение  этим  данным,  по-видимому,  надо  искать  в  ха¬
рактере  изменения  контактных  условий.  В  восходящей  части
кривой  мы  имеем  улучшение  контактных  условий.  Вследствие
 7 	^ 	J
 ItfOCOcc)  inxQcJ
pooooococj  ptOTTOj  poooaxrcj
 Рис.  82.  Схематическое  изображение
контактных  условий  при  проклеивании
почвы  органическим  веществом.
 /  —  без  клеящего  вещества;  2  —частичное  запол¬
нение  клеящим  веществом;  3  —  наиболее  благо¬
приятные  условия  контактов;  4  —избыточное  за¬
полнение  клеящим  веществом.
 введения  высокодисперсного  материала  мы  фактически  увеличи¬
ваем  число  контактов  между  частицами  и  этим  увеличиваем
площадь  разрыва.  Схематически  это  показано  на  рис.  82.
 Максимум  сопротивления  разрыву  соответствует  заполнению
всех  неровностей.  Дальнейшее  увеличение  клеящего  материала
уже  ничего  не  прибавляет  к  контактным  условиям  и  ведет  лишь
к  увеличению  прослойки  клеящего  материала  между  частицами.
Известно,  и  нами  неоднократно  показывалось,  что  с  увеличе¬
нием  клеящей  прослойки  сопротивление  разрыву  падает.  Про¬
исходит  это  по  ряду  причин  и,  главным  образом  от  увеличения
дефектов  (трещиноватость  и  пр.)  с  утолщениями  прослойки
клеящего  материала.

§  5] 	СКЛЕИВАНИЕ  ПРИ  ФОРМИРОВАНИИ  ПОЧВЕННОГО  КОМКА 	289
 2. 	Поглощенные  катионы  увеличивают  сопротивление  сжа¬
тию  и  разрыву  в  воздушносухом  состоянии  в  направлении
Na  >  К  >  Са  >  Н.
 3. 	При  испытании  на  разрыв  во  влажном  состоянии  образцы,
насыщенные  натрием,  дают  меньшее  сопротивление  разрыву,  чем
образцы,  насыщенные  кальцием.
 Таблица  61
 Сопротивление  разрыву  воздушносухих  образцов  почвы
в  зависимости  от  концентрации  катионов  (кг(см^)
 Почва
 Концентрация
хлористых  солей
в  нормалях
 Na  +
 Са  +  +
 Дерново-подзолистая  су¬
 0
 2,27±0,05
 0,9  ±0,1
 глинистая  на  моренном
 0,001
 2,2  ±0,2
 —
 суглинке
 0,01
 1,55±0,05
 0,87±0,09
 0,02
 —
 0,64±0,05
 0,1
 1,00±0,04
 0,54±0,01
 4. 	Увеличение  концентрации  вводимых  в  почву  катионов
ведет  сначала  для  некоторых  катионов  к  росту  сопротивления
разрыву  (в  области  малых  концентраций),  а  затем  уже  к  паде¬
нию;  в  целом  же  увеличение  концентрации  электролитов  приво¬
дит  к  уменьшению  сопротивления  разрыву,  так  как  создает
благоприятные  условия  для  коагуляции  коллоидных  и  близких
к  ним  частиц.
 Таким  образом,  поведение  поглощенных  катионов  при  слипа¬
нии  и  оклеивании  частиц  идет  по  тем  же  правилам,  как  и  при
коагуляции.
 19  Зак.  196.

ГЛАВА  V
 КРОШЕНИЕ  ПОЧВЫ  НА  МАКРОАГРЕГАТЫ
 §  1.  Крошение  слитной  почвы  при  высыхании
 Слипание  почвенных  частиц  —  необходимая  начальная  сту¬
пень  комкообразования.  В  результате  этого  частицы  почвы
образуют  слитную  почвенную  массу.  Но  для  превращения  ее
в  комковатое  и  зернистое  состояние  необходимы  другие  про¬
цессы  в  почве.
 Эти  явления,  связанные  с  объемными  изменениями,  проис¬
ходящими  в  почве,  можно  объединить  названием  —  «факторы
крошения  почвы».
 Компрессионно-расчленяющие  силы,  возникающие  в  самой
почве,  приводят  к  самопроизвольному  крошению  почвы,  в  отли¬
чие  от  принудительного  крошения,  совершающегося  под  дей¬
ствием  внешних  для  почвы  сил.
 К  числу  факторов  самопроизвольного  крошения  почвы  отно¬
сится  изменение  объема  почвы  при  высыхании,  замерзании  и
оттаивании  воды  в  ней.  К  числу  факторов  принудительного
крошения  относятся  давления  корневых  систем  растений,  работа
роющих  и  копающих  животных  и  червей,  а  также  действие  на
почву  рыхлящих  почвообрабатывающих  орудий.
 Распыленная  бесструктурная  почва,  как  указано,  при  увлаж¬
нении  превращается  в  более  или  менее  связную  массу.  Ранее
уже  указывалось,  что  в  связи  с  возникновением  при  увлажне¬
нии  капиллярных  сил  сопротивление  почвы  разрыву  возрастает
по  мере  увлажнения,  доходит  до  максимума,  а  затем  падает.
Если  распыленная  и  различно  увлажненная  почва  будет  высы¬
хать,  то  показатели  механических  свойств  будут  изменяться
различно  в  зависимости  от  величины  первоначального  увлаж¬
нения,  как  это  указано  в  табл.  50.  Если  распыленная  почва
высушивается  после  слабого  увлажнения,  то  показатели  ее
механических  свойств  вновь  становятся  такими,  какими  они
были  до  увлажнения.  Иначе  говоря,  мы  можем  наблюдать  неко¬
торую  обратимость  этих  показаний.  Чем  больше  величина
влажности,  до  которой  мы  доводили  почву,  тем  большую  несо-

КРОШЕНИЕ  СЛИТНОЙ  ПОЧВЫ  ПРИ  ВЫСЫХАНИИ
 291
 §  1]
 вместимость  в  показаниях  механических  свойств  мы  наблюдаем
при  обратном  высушивании.  Наибольшие  изменения  произойдут
в  почве  после  того,  как  она  избыточно  увлажнится  (до  состоя¬
ния  грязи)  и  в  этом  положении  будет  находиться  столько  дней,
сколько  потребуется  для  полного  набухания  коллоидов  этой
почвы  и  протекания  явлений  склеивания  между  почвенными
частицами.
 Рассматривая  процесс  склеивания  частиц  почвы,  мы  уже
указывали,  что  для  возникновения  ван-дер-ваальсовых  связей
важно,  чтобы  в  процессе  склеивания  частицы  не  просто  сбли¬
зились,  но  и  соответствующим  образом  повернулись.
 Рис.  83.  Уплотнение  (упаковка)  образца  обы¬
кновенного  глинистого  чернозема  в  зависи¬
мости  от  увлажнения  и  высыхания.
 7  —образец  смачивался  избыточно  и  самоуплотнялся  при
высушивании;^  —распыленный  образец  увлажнялся  и  вы¬
сушивался  в  сосуде  с  дном,  уплотнялся  постукиванием.
 Благоприятные  условия  создаются  при  избыточном  увлаж¬
нении,  когда  вязкость  системы  резко  уменьшается.  В  этом  слу¬
чае  крупные  молекулы  и  мельчайшие  частицы  могут  поворачи¬
ваться  под  влиянием  ориентационных  сил  и  принимать  под
влиянием  незначительных  давлений  (например  веса  вышележа¬
щих  слоев)  наиболее  выгодное  для  слипания  положение.
 Высыхая,  почва  приобретает  новые  свойства.  В  соответствии
с  количеством  коллоидов  (при  большом  количестве  коллоиды
в  почве  размещаются  обычно  между  неколлоидными  частицами
и  сильно  раздвигают  их  при  набухании)  и  способностью  их  к  на¬
буханию,  объем  переувлажненной  почвы  при  высыхании
будет  непрерывно  уменьшаться.  Это  иллюстрируется  рис.  83.
Уплотнение  почвы  показано  в  упаковке,  т.  е.  в  процентах  от
общего  объема,  занимаемого  объемом  твердой  фазы  почвы.
 19*

292 	КРОШЕНИЕ  ПОЧВЫ  НА  МАКРОАГРЕГАТЫ 	[ГЛ.  V
 Несколько  иной  ход  уплотнения  почвы  как  функцию  влаж¬
ности  (рис.  84)  дает  Эйнин  (Бейвер,  1948).
 Из  рис.  84  видно,  что  линейная  усадка  (уплотнение)  при  вы¬
сушивании  наблюдается  до  объемной  влажности  около  38%,
при  дальнейшем  высушивании  почва  стремится  к  постоянному
объему  нелинейно.  Участок  обносит  название  остаточной  усадки.
Такое  строение  почвы  вполне  мыслимо  и  наблюдается  тогда,
когда  коллоидов  в  почве  немного  и  скелет  почвы  играет  уже
существенную  роль  в  усадке.  Почва  уплотняется  при  высыхании
линейно  лишь  до  тех  пор,  пока  не  начнут  соприкасаться  ме¬
жду  собой  грубые  частицы,
определяющие  несжимаемый
скелет  почвы,  после  чего
усадка  почвы  прекращается.
Если  грубых  частиц  мало  и
они  скелета  не  образуют,  то
почва  стремится  к  предельно¬
му  уплотнению  (т.  е  к  куби¬
ческой  упаковке),  при  кото¬
ром  объем  твердой  фазы  за¬
нимает  приблизительно  74%
общего  объема.
 Способность  почвы  рас¬
трескиваться  при  высыхании
будет  зависеть  в  первую
очередь  от  ее  механического
состава.
 Мыслима  такая  смесь  ме¬
ханических  элементов  почвы,
при  которой  имеется  значи¬
тельная  доля  грубой  фракции,  образующей  несжимаемый  скелет.
В  порах  этой  грубой  фракции  размещается  другая,  более  дис¬
персная  фракция.  Во  вновь  образуемых  почвах  размещается
третья  фракция  и  т.  д.  При  таком  построении  может  возникнуть
смесь,  почти  не  дающая  трещин  при  высыхании.
 Практика  дорожного,  гончарного  и  строительного  дела  вы¬
работала  примерные  рецепты  добавок  грубого  материала
в  глину  для  получения  прочной,  нетрескающейся  смеси.
 Чем  больше  почва  содержит  коллоидных  частиц  и  чем  одно¬
родней  ее  механический  состав,  тем  способность  давать  трещины
при  высыхании  возрастает.
 Возникновение  трещин  происходит  в  результате  уменьшения
занимаемого  твердой  фазой  почвы  объема  при  высыхании  под
влиянием  возникающих  при  этом  капиллярных  сил.  Чем
сильнее  набухает  почва,  тем  дальше  отодвигаются  частицы
почвы  друг  от  друга  и  тем  более  глубокие  трещины  образуются
 Рис.  84.  Усадка  почвы  как  функция
влажности.
 Участок  аб  характеризует  остаточную  усадку.

КРОШЕНИЕ  СЛИТНОЙ  ПОЧВЫ  ПРИ  ВЫСЫХАНИИ
 293
 §  1]
 Таблица  62
 Трещиноватость  подзолистой  почвы  при  высыхании  (мм/см2)
 <?орг  в  процентах
от  веса  почвы
 Катионы
 Са+  +
 к+
 Na  +
 0
 1,2
 2,5
 Трещин  нет
 Трещин  нет
 0,5
 1,4
 2,3
 То  же
 То  же
 1,0
 1,6
 Трещин  нет
 »
 3,0
 4,8
 0,6
 »
 0,7
 5,0
 6,2
 4,9
 3,0
 Трещин  нет
 10,0
 9,7
 9,5
 15,2
 8,7
 15,0
 7,5
 9,9
 —
 3,2
 20,0
 5,0
 10,9
 10,0
 0,8
 Таблица  63
 Влияние  высушивания  на  формирование  почвенной  структуры
 (Количество  фракций  структурного  состава  в  процентах  к  весу  почвы)
 Почва
 Влажность  в  %
от  полной
влагоемкости
 Диаметр  агрегатов,  мм
 >3
 3-1
 1—0,5
 <0,5
 Обыкновенный  чернозем
(митрофановский)
 Воздушносухая
 (исходная)
 19,0
 18,2
 62,8
 40,0
 —
 14,5
 15,3
 70,2
 80,0
 100,0
 —
 —
 —
 Обыкновенный  чернозем
(каменностепной)
 Воздушносухая
 (исходная)
 37,8
 15,1
 47,1
 40,0
 —
 29,1
 13,7
 57,2
 60,0
 1,6
 25,7
 17,4
 55,3
 80,0
 32,5
 59,7
 6,2
 1,6
 Мощный  чернозем  (ча-
кинский)
 Воздушносухая
 (исходная)
 37,5
 15,1
 47,4
 40,0
 —
 29,9
 16,0
 54,1
 60,0
 10,0
 29,8
 14,8
 45,4
 80,0
 35,4
 53,8
 9,1
 2,4
 Дерново-подзолистая
почва  (Долгопрудное)
 Воздушносухая
 (исходная)
 30,6
 10,8
 58,6
 40,0
 —
 29,3
 9,8
 60,9
 60,0
 98,3
 1,0
 0,2
 0,5
 80,0
 100,0
 —
 —
 —

294 	КРОШЕНИЕ  ПОЧВЫ  НА  МАКРОАГРЕГАТЫ 	[ГЛ.  V
 под  влиянием  высушивания.  Так  же  действуют  поглощенные
одновалентные  катионы,  в  особенности  натрий.
 В  табл.  62  приводятся  полученные  на  подзолистой  суглини¬
стой  почве  данные  о  характере  трещин  в  зависимости  от  коли¬
чества  прибавленного  органического  вещества  Q0рг  и  характера
поглощенных  оснований.
 Способность  крошиться  на  агрегаты  разной  величины  зави¬
сит  от  свойства  самой  почвы  и  степени  ее  обводнения,  как  это
показано  Г.  П.  Адерихиным  (1949).  Его  данные  приведены
в  табл.  63.
 §  2.  Крошение  почвы  на  комки  под  влиянием  промораживания
 Хотя  процесс  высыхания  и  играет  роль  в  расчленении  почвен¬
ной  массы  на  агрегаты,  но  заметную  роль  он  приобретает  лишь
при  наличии  в  почве  больших  количеств  коллоидов,  органиче¬
ского  вещества  и  определенных  поглощенных  катионов.
 В  природе  есть  другой,  более  мощный  фактор  структуро-
образования  —  это  мороз.  Он  может  при  определенных  условиях
бесструктурную  слитную  массу  превратить  в  почву  с  прекрас¬
ной  мелкокомковатой  структурой.
 На  это  обратил  внимание  еще  П.  А.  Костычев  в  курсе  лекций
по  почвоведению,  прочитанных  им  в  1886—1887  гг.
 После  него  обширные  исследования  по  замерзанию  воды
в  почве  проведены  Боюкосом  (1917—1924)  и  рядом  других
исследователей.  Из  работ,  более  или  менее  относящихся  к  влия¬
нию  промораживания  почвы  на  изменение  ее  структуры,  можно
назвать  работы  Юнга  (1931—1932).
 При  исследовании  почв  в  подзолистой  зоне  мы  натолкну¬
лись  на  почвы,  самопроизвольно  распадающиеся  (в  воздушно¬
сухом  состоянии)  на  агрегаты  при  самых  незначительных  уси¬
лиях.  Структура  была  настолько  ясно  выражена,  что  невольно
привлекала  к  себе  внимание.  Причина  явления  представляла
значительный  интерес  и  возникло  желание  воспроизвести  его
в  лабораторных  условиях.  Почва  содержала  3,79%  органиче¬
ского  вещества,  по  механическому  составу  относилась  к  пыле¬
ватым  тяжелым  суглинкам.
 Растертую  до  состояния  пыли  почву  смачивали,  из  нее
делали  две  глыбы;  одну  из  них  высушивали,  другую  выставляли
на  мороз.  Глыбу  выдерживали  на  морозе  около  месяца,  в  тече¬
ние  которого  отрицательная  температура  доходила  до  —40°  С.
При  внесении  в  лабораторию  сразу  было  видно,  что  с  почвой
произошли  существенные  изменения:  вся  глыба  покрылась  мел¬
кими  трещинами,  идущими  параллельно  друг  другу.  Когда
глыба  слегка  подсохла  в  лаборатории,  при  незначительных  ме¬
ханических  усилиях  она  рассыпалась  на  агрегаты.

§  2] 	КРОШЕНИЕ  ПОЧВЫ  ПРИ  ПРОМОРАЖИВАНИИ 	295
 Опыты  были  продолжены  на  почвах,  близких  по  механиче¬
скому  составу,  и  на  каолине.  Образцы  по*чв,  взятые  в  поле,
не  изменялись,  а  лишь  увлажнялись  и  промораживались  в  холо¬
дильном  шкафу.  Экспозиция  составляла  5  суток  при  —16°  С.
После  промораживания  почвенные  образцы  подсушивали  до
влажности  обработки.  Чтобы  убедиться  в  эффективности  промо¬
раживания,  образцы  почв  слегка  сдавливали.  Оструктуренные
образцы  в  этом  случае  сразу  распадались  на  агрегаты,  различ¬
ные  по  размерам  для  разных  почв.  Рассыпавшиеся  образцы
доводили  до  воздушносухого  состояния  и  рассевали  на  ситах.
Фракции  от  7  до  0,25  мм  считались  структурными,  агрегаты
меньше  0,25  мм  относились  к  пыли,  крупные  7  мм  считались
глыбами.  Устанавливался  коэффициент  глыбистости,  равный  отно¬
шению  суммы  фракций  крупнее  7  мм  к  сумме  фракций  7—0,25  мм.
 В  табл.  64  приводятся  сводные  данные  по  ряду  почв  и  као¬
лину.  Из  этих  данных  следует,  что:  1)  промораживание  почв
дает  несомненный  эффект  в  смысле  оструктуривания  почв,
 2) 	коэффициент  глыбистости,  или  степень  оструктуренности,  раз¬
личны  не  только  на  разных  почвах,  но  даже  и  на  близких  по
генетическому  происхождению  и  механическому  составу,
 3) 	причины  различия  носят  сложный  характер.  Так,  например,
обнаруживается  зависимость  от  содержания  органического
вещества.
 Играет  роль  и  влажность,  при  которой  промораживается
почва.  В  этом  можно  было  убедиться  на  следующем  опыте.
Образцы  почвы  при  одинаковом  уплотнении  промораживали
в  холодильнике  указанным  выше  способом  и  при  одинаковой
экспозиции.  После  промораживания  более  сырые  образцы  под¬
сушивали  до  влажности  обработки,  при  которой  и  рассеивали
на  ситах  с  разным  диаметром  отверстий.  Полученные  данные
изображены  на  рис.  85.  Кривая  изображает  изменения  в  сумме
структурных  фракций  от  7  до  0,25  мм.
 Не  менее  четкая  зависимость  наблюдается  и  от  плотности,
при  которой  почва  замораживается.  Опыт  велся  с  той  же  почвой
и  подготовка  почвы  была  такая  же,  что  и  выше,  за  исключением
влажности,  которая  была  во  всех  образцах  одинаковой,  плот¬
ность  же  варьировала.  Результаты  агрегатного  анализа  после
промораживания  почвы  приводятся  на  рис.  86.
 Из  приведенных  данных  следует,  что  способность  почвы
крошиться  резко  падает  при  увеличении  плотности  более  чем  на
единицу,  глыбистость  же  соответственно  возрастает.  Добавки
крупных  механических  фракций  к  глинистой  почве  в  этих  про¬
цессах  играют  также  несомненную  роль.
 Опыты  с  добавлением  песка  к  кембрийской  глине  с  после¬
дующим  увлажнением  и  промораживанием  образца  показали,

Крошение  различных  почв  при  промораживании
 (Количество  фракций  структурного  анализа  в  процентах  к  весу  почвы)
 Таблица  64
 Почва
 Влажность,  96
 Количество  орга¬
нического  веще¬
ства,  окисляе¬
мого  Н2С>2
 Диаметр  агрегатов
 ,  мм
 Коэффициент
 глыбистости
 замора¬
 живания
 агреги¬
 рования
 >7
 7—3
 3-2
 2—1
 1-0,5
 0,5—0,25
 <0,25
 Каштановая  глинистая  из  Красного
 Кута  (черный  пар)
 34,0
 24,32
 3,07
 82,0
 13,0
 1,9
 2,0
 0,8
 0,3
 —
 4,5
 Та  же,  4-летний  житняк
 34,0
 25,05
 1,9
 79,0
 16,7
 2,1
 1,7
 0,4
 0,1
 —
 3,8
 Та  же,  4-летний  житняк  -|-  желтая
 люцерна
 34,0
 25,69
 4,56
 47,2
 41,2
 5,1
 4,5
 1,7
 0,3
 —
 0,9
 Та  же,  4-летняя  желтая  люцерна  .  .
 34,0
 25,76
 2,05
 65,5
 24,8
 4,1
 3,9
 1,3
 0,4
 —
 1,9
 Та  же,  ковыльная  степь
 34,0
 23,77
 5,83
 60,6
 28,3
 5,0
 4,4
 1,1
 0,5
 0,1
 1,5
 Солонец  осолоделый,  тяжелосугли¬
 нистый
 31,2
 28,04
 1,02
 56,8
 35,3
 4,2
 2,9
 0,7
 0,1
 —
 1,3
 Солонец  призматический,  глинистый
 27,0
 28,44
 3,44
 37,5
 55,7
 4,1
 2,1
 0,5
 0,1
 —
 0,6
 Чернозем  глинистый
 35,0
 28,86
 4,75
 39,8
 46,0
 6,8
 5,0
 1,5
 0,8
 0,1
 0,66
 То  же  (Каменная  степь)  ....
 42,5
 34,5
 7,13
 7,7
 64,3
 14,5
 9,7
 3,1
 0,7
 —
 0,08
 »  (погребецкий)
 35,0
 24,55
 2,81
 66,5
 22,1
 4,9
 4,5
 1,5
 0,4
 0,1
 2,0
 »  обыкновенный
 —
 28,81
 10,14
 0
 45,4
 29,6
 17,6
 5,6
 1,8
 —
 0
 Каолин
 45,34
 31,05
 0
 66,3
 22,4
 4,3
 4,4
 1,6
 0,7
 0,3
 2,0
 Sa
 <
 296 	КРОШЕНИЕ  ПОЧВЫ  НА  МАКРОАГРЕГАТЫ

КРОШЕНИЕ  ПОЧВЫ  ПРИ  ПРОМОРАЖИВАНИИ
 297
 §  2]
 что  прибавка  60%  по  весу  песка  делает  ее  нёспособной  кро¬
шиться  на  комки  при  промораживании.
 Наблюдение  над  изменением  объема  почвы  при  проморажи¬
 вании  приводит  ряд  авторов  (П.  И.  Андрианов,  1937;  М.  И.  Сум-
гин,  1937;  А.  Е.  Федосов,  1935)  к  заключению,  что  объем  почв,
и  грунтов  увеличивается  при  замерзании.  Аналогичные  явления
 описывает  и  Юнг  (1931,  1932).  Из
данных  Юнга  также  следует,  что
влажные  почвы  при  замерзании
дают  большие  изменения,  чем  бо¬
лее  сухие.
 Рис.  85.  Зависимость  от
влажности  крошения  чер¬
ноземной  тяжелосуглини¬
стой  почвы  при  проморажи¬
вании  (в  весовых  процентах).
 Рис.  86.  Зависимость  крошения  черно¬
земной  тяжелосуглинистой  почвы
при  промораживании  от  плотности
почвы.
 Для  уяснения  процессов  структурообразования  при  промо¬
раживании  почвы  важно  рассмотреть  механизм  замерзания!
в  ней  воды.  Еще  во  времена  П.  А.  Костычева  было  известна
о  явлениях  незамерзания  воды  в  тонких  порах.  Затем  Боюко-
сом  было  показано,  что  вода  в  тонких  капиллярах  не  замерзает
при  —70°  С.  Юнг  показал,  что  при  температуре  —190°  С  вся
вода  в  почве  переходит  в  лед.  Приводимые  в  табл.  65  данные
Т.  Ф.  Боровик-Романовой  (1937)  указывают  на  связь  темпера¬
туры  замерзания  воды,  размеров  капель  и  капилляров.
 В  настоящее  время  установлена  связь  температуры  замер¬
зания  воды  с  величиной  образующихся  при  этом  кристаллов
льда:  чем  ближе  отрицательная  температура  к  0°С,  тем  более
крупные  кристаллы  льда  при  этом  образуются.
 В  полном  соответствии  с  системой  пор  свободно  кристалли¬
зующаяся  вода  разбивает  почвенную  массу  на  бесчисленное
число  участков,  носящих  во  многих  случаях  замкнутый  харак¬
тер,  т.  е.  отделенных  замерзшей  водой  от  атмосферы.

298 	КРОШЕНИЕ  ПОЧВЫ  НА  макроагрегаты 	[гл.  V
 Таблица  65
 Влияние  величины  капель  (rfKan)  и  капилляров  (йк)
на  температуру  замерзания
 ^кап  мм
 т°  с
 dK  мм
 т°  с
 1,57
 —  6,4
 2,01
 —9,6
 0,24
 —13,3
 1,72
 —10,1
 0,15
 —14,6
 1,234
 —10,9
 0,06
 —18,4
 0,656
 —11,85
 Замерзая,  свободная  вода  увеличивает  свой  объем  (при  тем¬
пературе  около  0°С  примерно  на  9%)  и  давит  на  участки  с  не¬
замерзшей  водой.
 Изучение  процесса  замерзания  воды  в  почве  можно  произ¬
водить  по  измерению  омического  сопротивления  в  ней.  В  почву
погружают  медные,  покрытые  двойной  полудой  пластинчатые
 Рис.  87.  Зависимость  омического  сопротивления  почвы  от
влажности  и  температуры  промораживания.
 электроды,  в  слое  почвы  между  которыми  и  измеряется  омиче-
ское  сопротивление.  Нами  применялся  мост  RC  на  переменном
токе  (50  гц).
 При  замерзании  воды  в  почве  омическое  сопротивление  R
растет,  и  в  момент  образования  льда  в  почве  наблюдается  рез¬
кий  скачок  омического  сопротивления,  как  это  показано  на
рис.  87.
 Ступенчатый  характер  замерзания  воды  в  зависимости  от
температуры  при  разной  степени  уплотнения  почвы  показан
яа  рис.  88.  Образец  дерново-подзолистой  тяжело-суглинистой

КРОШЕНИЕ  ПОЧВЫ  ПРИ  ПРОМОРАЖИВАНИИ
 299
 §  2]
 почвы  набивали  в  формы  при  влажности  35%  (на  абсолютно
сухую  почву),  с  различной  степенью  уплотнения.  Далее  для
измерения  омического  сопротивления  почвы  в  форму  с  почвой
погружали  пластинчатые  медные,  луженые  оловом  электроды.
Температура  образца  измерялась  термоэлементом,  сконструи¬
рованным  в  виде  иглы,  доходившей  до  половины  толщины  об¬
разца.  Замораживание  велось
в  безкомпрессионном  холо¬
дильном  шкафу.
 Участков  с  незамерзающей
водой  в  почвах  может  быть
не  так  уж  мало,  как  это  видно
из  рис.  89.
 Количество  незамерзающей
воды  в  почве  в  силу  того,  что
 тьс
 Рис.  88.  Зазисимость  от  темпе¬
ратуры  омического  сопротивле¬
ния  дерновоподзолистой  тяже¬
лосуглинистой  почвы  при  раз¬
ной  плотности.
 Рис.  89.  Количество  незамерзаю¬
щей  воды  в  песках  и  почвах  при
—  17°  С.
 7  —  пески  с  диаметром  частиц  от  0,25  до
0,1  мм,  незамерзающая  вода  отнесена  к  ве¬
су  почвы;  2  —то  же,  но  незамерзающая
вода  отнесена  к  воде  при  полной  влаго-
емкости  почвы;  3—  черноземная  суглини¬
стая  почва,  незамерзающая  вода  отнесена
к  воде  при  полной  влагоемкости  почвы.
 почвенный  образец  при  промораживании  может  уменьшаться
в  объеме,  надежнее  определять  не  дилатометрически,  как  де¬
лали  Боюкос  и  Юнг,  а  по  тепловому  балансу:
 (Р.С,  —  РкСк)  (7\  —  Тг)  —  Єф  (Тг  —  Т3)  —  РВСВ  (л  —  То)  4-
 -f-РлСл  (Tq  —  Тз)  -(—  80  кал  •  Рл  =  0. 	(1)
 где  Ро  —  вес  воды  в  объеме  калориметра  или  сосуда
Дюара,  Со  —  теплоемкость  этой  воды,  PR—вес  калориметра,

300
 КРОШЕНИЕ  ПОЧВЫ  НА  МАКРОАГРЕГАТЫ
 [ГЛ.  V
 Ск  —  теплоемкость  калориметра,  Рп  —  вес  образца  сухой  почвы,
Сп—теплоемкость  сухой  почвы,  Рв—  вес  воды  в  почве  (влажность
почвы  при  промораживании),  Св—теплоемкость  воды  (пере¬
охлажденной),  Рл  —  вес  льда  в  почве,  Сл—теплоемкость  льда,
80  кал—  теплота  образования  1  г  льда,  Т\  —  исходная  темпе¬
ратура  калориметра,  Т2  —  равновесная  температура  калори¬
метра  после  погружения  в  нее  промороженной  почвы,  Т3  —тем¬
пература  (отрицательная)  холодильной  камеры,  Т0  —  темпера¬
тура,  равная  0°  С.
 В  условиях  замерзания  воды  в  почве  указанное  уравнение
не  равно  нулю.  Избыток  тепла  приходится  на  воду,  не  пере¬
шедшую  в  лед.  Разделив  это  количество  на  80  кал,  получаем
в  граммах  величину  незамерзающей  воды.  Уравнение  в  первом
приближении  при  условии,  что  вся  вода  замерзла  в  почве,  дает
примерное  содержание  незамерзающей  воды.  Решив  его  не¬
сколько  раз,  можно  получить  значения  незамерзающей  воды
с  высокой  точностью.
 Замерзание  воды  в  почве,  согласно  рис.  89,  должно  способ¬
ствовать  крошению  почвы  на  агрегаты,  но  совершенство  этого
крошения,  как  мы  видели  ранее,  зависит  от  ряда  условий.
 Механический  состав  почвы,  определяя  соотношение  крупных
и  мелких  пор,  прямо  влияет  на  крошение  почвы  на  агрегаты
при  промораживании.  Как  показывает  опыт,  суглинистые  почвы
со  значительным  содержанием  пыли  более  совершенно  кро¬
шатся  при  промораживании,  чем  тяжелые  кембрийские  глины.
В  последнем  случае  вода  в  почвенных  капиллярах  замерзает
при  более  низких  температурах,  образуя  мелкие  кристаллы
льда,  и  уплотняюще-дробящий  эффект  ее  значительно  ниже,  чем
в  суглинистой  пылеватой  почве.
 Как  и  в  случае  с  высушиванием,  ограничивающим  фактором
крошения  почвы  на  агрегаты  может  быть  примесь  крупных
частиц,  которые  при  определенных  количествах  могут  образо¬
вать  несжимаемый  «каркас»,  препятствующий  объемным  изме¬
нениям  почвы  и  крошению  ее  на  агрегаты.
 Роль  органического  вещества  при  крошении  почвы  на  агре¬
гаты  связана  с  образованием  ее  микроструктуры.  Чем  больше
почва  содержит  органического  вещества,  тем  более  дифферен¬
цирована  ее  капиллярная  система  и  тем  более  совершенно  она
крошится  на  агрегаты  при  промораживании.
 Уплотнение  переводит  укладку  частиц  из  рыхлой  в  плотную,
сближает  почвенные  частицы,  поэтому  переупаковка  их  под
давлением  замерзающей  воды  затрудняется;  кроме  того,  сам
эффект  объемного  расширения  в  этом  случае  снижается  ввиду
возрастания  количества  микропор  и  уменьшения  размеров
кристаллов  льда,  возникающих  в  них.

§  3] 	КРОШЕНИЕ  ПОЧВЫ  КОРНЕВЫМИ  СИСТЕМАМИ 	301
 Влажность,  при  которой  замерзает  почва,  играет  важную
роль  в  крошении  ее  на  агрегаты.
 Для  лучшего  крошения  на  агрегаты  необходимо,  наряду
с  высоким  содержанием  воды  в  почве,  наличие  твердых  контак¬
тов  между  почвенными  частицами  или  микроагрегатами:
лишь  тогда  давление  льда  поведет  к  уплотнению  почвенных
частиц,  слипанию  их  с  одновременным  расчленением  прослой¬
ками  льда  слипшейся  массы  на  агрегаты.  При  малом  содержании
воды  структурообразующий  эффект  при  промораживании  ни¬
чтожен.
 Замерзание  воды  в  почве  вызывает  также  коагуляцию  поч¬
венных  коллоидов,  т.  е.  улучшает  микроструктурное  строение
почвы.
 Многократное  замораживание  и  оттаивание  почвы,  по  понят¬
ной  причине,  повышает  ее  способность  крошиться  на  агрегаты.
В  этом  случае  даже  жирные  глины  могут  рассыпаться  на  аг¬
регаты.  Возникающие  при  первоначальном  замораживании
мелкие  волосные  трещины  при  оттаивании  заполняются  водой
и  расширяются  при  повторных  замораживаниях.  При  этом
важно,  чтобы  при  окончательном  оттаивании  был  обеспечен  по¬
верхностный  сток,  так  как  при  долгом  лежании  в  воде  неводо¬
прочные  агрегаты,  возникшие  в  процессе  замерзания  воды,
расплываются,  мелкие  трещины  заплывают,  и  эффект  крошения
на  агрегаты  исчезает.
 Практика  сельского  хозяйства  давно  использует  свойство
почвы  крошиться  при  замерзании,  применяя  вспашку  полей
«на  зябь».  В  этом  случае  между  перевернутым  стерней  вниз
слоем  и  подпахотным  горизонтом  образуется  плохо  проводящая
тепло  из  нижних  горизонтов  воздушная  прослойка.  Поэтому
отрицательные  температуры  на  некоторое  время  локализуются
в  пахотном  слое,  который  в  этом  случае  хорошо  проморажи¬
вается  и  весной  легче  крошится  на  агрегаты  при  обработке
почв.
 §  3.  Крошение  почвы  корневыми  системами  травянистой
растительности
 Воздействие  корней  и  корешков  как  травянистой,  так  и  де¬
ревянистой  растительности  на  почву  носит  принудительный
характер.  Корни  и  корешки,  развивая  корневое  давление,  прони¬
кают  вглубь  почвы,  раздвигая  на  своем  пути  почвенные
частицы.  Растущие  корешки  имеют  на  окончаниях  корневой
чехлик  конической  формы.  Внедряясь  между  частицами  почвы,
корневой  чехлик,  защищающий  точку  роста  корешка,  действуя
наподобие  клина,  под  давлением  растущих  клеток  разъединяет
соприкасающиеся  друг  с  другом  почвенные  частицы,  раздвигает

302
 КРОШЕНИЕ  ПОЧВЫ  НА  МАКРОАГРЕГАТЫ
 [ГЛ.  V
 их.  Так  как  рост  корешков  обычно  совершается  в  увлажненной
почве,  то  на  раздвигание  частиц  почвы  корни  растений  затрачи¬
вают  незначительные  усилия.
 Почвенные  частицы  на  пути  следования  корня  или  корешка
уплотняются.  В  целом  горизонт  почвы,  пронизанный  корне¬
выми  системами,  приобретает  переменную  плотность.  В  массе
его  создаются  плоскости  наименьшего  сопротивления.  В  про¬
цессе  сгнивания  корешков  по  этим  плоскостям  почва  будет  легко
крошиться  при  обработке.  Само  собой  очевидно,  что  чем  развет-
вленнее  корневая  система  растений,  чем  чаще  у  нее  корневая
«сетка»,  тем  интенсивнее  ее  воздействие  на  почву.
 Классики  русского  почвоведения  В.  В.  Докучаев  и  П.  А.  Ко-
стычев  связывают  ореховую  структуру  лесостепных  почв  с  воз¬
действием  на  почву  корней  деревянистой  растительности,  а  зер¬
нистую  структуру  чернозема  —  с  воздействием  корней  системы
травянистой  луговой  растительности.  Изучая  смену  раститель¬
ности  на  зарастающем  перелоге,  П.  А.  Костычев  (1934)  устано¬
вил  степень  крошения  почвы  под  воздействием  корневых  систем
различных  видов  травянистой  растительности.
 Эти  работы  получили  дальнейшее  развитие  в  учении  о  тра¬
вопольной  системе  земледелия,  разработанной  В.  Р.  Вильямсом.
Идея  русских  агрофизиков  о  восстановлении  структуры  почвы
через  воздействия  на  нее  корневых  систем  травянистой  расти¬
тельности,  была  воспринята  и  в  других  странах  [Э.  Д.  Рэссел
(1935)  —Англия,  Л.  Д.  Бейвер  (1948)  —США  и  др.].
 В  качестве  критерия  для  оценки  крошащего  эффекта  трав
принят  рассев  на  ситах  почвы  в  воздушносухом  состоянии.
 Если  из  разных  мест  пахотного  поля  взять  с  глубины  об¬
разцы  почв,  перемешать  их  и  составить  средний  образец,  рас¬
сыпать  его  тонким  слоем  и  высушить  на  воздухе,  затем  рассеять
на  колонке  сит  с  различными  диаметрами  отверстий,  то  можно
узнать,  на  какие  агрегаты  распадается  почва  в  воздушносухом
состоянии.  При  этом  следует  отметить,  что  данный  анализ
крошения  почвы  на  агрегаты  может  служить  мерой  объектив¬
ной  оценки  лишь  в  том  случае,  когда  он  выполнен  с  большой
тщательностью.  Особенно  важное  значение  имеет  влажность
почвы  при  взятии  полевых  образцов.
 Приведем  некоторые  данные  по  крошению  почвы  под  тра¬
вами.  На  рис.  90  приводится  диаграмма,  построенная  по  дан¬
ным  Л.  С.  Доценко  для  дерново-подзолистой  суглинистой  почвы
(Гатчинский  район  Ленинградской  обл.).  Образцы  для  рассева
на  агрегаты  взяты  одновременно  в  один  срок  (в  сентябре)  со
всех  полей  лугопастбищного  севооборота.  Точность  определе¬
ния  крошения  почвы  на  агрегаты  4—5%.
 Под  коэффициентом  структурности  понимается  отношение
суммы  структурных  агрегатов  (от  10  до  0,25  мм)  к  сумме  бес¬

КРОШЕНИЕ  ПОЧВЫ  КОРНЕВЫМИ  СИСТЕМАМИ
 305
 §  3]
 структурных  (меньше  0,25  и  больше  10  мм).  Сравнивая  коэф¬
фициенты  структурности,  мы  видим,  что  способность  почвы  кро¬
шиться  на  агрегаты  растет  с  увеличением  времени  пребывания
травосмесей*)  на  поле  севооборота.  Способность  почвы  кро¬
шиться  на  грегаты  агрономически  ценных  размеров  за  пятилет¬
ний  срок  увеличилась  более  чем  в  два  раза.
 На  рис.  91  приводится  диаграмма,  показывающая  крошение
почвы  под  травами  в  условиях  черноземной  зоны.  Почва  —
обыкновенный  глинистый  чернозем  Воронежской  обл.  (Камен¬
ная  степь).
 Рис.  90.  Крошение  почвы  под  много¬
летними  травосмесями.
 травами  на  черноземной  почве.
 7  —овес  с  подсевом  трав;  2,  3,  4,  5  —  травы,
соответственно,  первого,  второго,  третьего  и
пятого  голов  пользования
 7  —овес  с  подсевом  трав;  2,  3,  4,  5  —тра¬
восмесь,  соответственно,  первого,  второго,
третьего  и  четвертого  годов  пользования,
6  —  целина  в  степи  (косимая),  7  —целина
в  степи  (не  косимая)
 Из  рис.  91  ясно,  что  на  старопахотных  почвах  она  до  некото¬
рой  степени  распылена.  Сумма  фракций  меньше  0,25  мм  и  больше
10  мм  доходит  до  18%.  Под  травами  коэффициент  крошения
возрастает;  при  этом  наблюдается  та  же  закономерность,  что
и  на  подзолистых  почвах,  а  именно:  чем  дольше  травы  дер¬
жатся  на  поле,  тем  больше  способность  почвы  крошиться  на
агрегаты  агрономически  ценных  размеров.  Но  травы  четвертого
года  пользования  имеют  коэффициент  структурности  ниже,  чем
травы  третьего  года  пользования.  Это  связано  с  тем,  что
обычно  эти  травы  уже  используются  под  выпас  скота.  Самый’
высокий  коэффициент  структурности  показывает  целина,  траво¬
стой  которой  не  снимается  (заповедные  участки  Института  зем¬
леделия  им.  В.  В.  Докучаева  в  центральной  черноземной  по¬
лосе).
 *)  Лугопастбищная  травосмесь:  тимофеевка  луговая,  овсяница  луговая*
райграс  высокий,  райграс  пастбищный,  мятлик  луговой,  ежа  сборная,  клевер
красный,  клевер  белый*

304
 КРОШЕНИЕ  ПОЧВЫ  НА  МАКРОАГРЕГАТЫ
 [ГЛ.  V
 При  следовании  от  обыкновенных  черноземов  на  юго-восток,
в  сторону  нарастания  сухости  климата,  эффект  крошения
почвы  под  действием  трав  ослабевает.  Это  видно  из  данных
Н.  И.  Савинова  (1936),  полученных  на  темнокаштановой  су¬
глинистой  почве  Краснокутской  опытной  станции  (табл.  66).
 Таблица  66
 Крошение  темнокаштановой  суглинистой  почвы  корнями  трав
 (Количество  фракций  структурного  анализа  в  процентах  к  весу  почвы)
 Поле
 Диаметр  фракций,  мм
 Коэф¬
 фициент
 V
 о
 10—3
 3-1
 1-0,5
 0,5—0,25
 <0,25
 структур¬
 ности
 Четырехлетий
пар
 48,6
 13,6
 12,1
 13,1
 5,8
 6,8
 0,8
 Четырехлетняя
люцерна  с  жит¬
няком
 36,7
 20,0
 19,9
 10,3
 7,1
 6,0
 1,3
 Четырехлетние  травосмеси  улучшили  крошение  почвы  только
в  1,5  раза.  Аналогичный  эффект  может  быть  получен  и  от  зер¬
новых  злаковых  культур.
 В  связи  с  тем,  что  корневые  системы  развиваются  в  почве
и  переуплотняют  ее,  динамика  плотности  почвы  должна  это
воздействие  отражать.
 На  рис.  92  показана  динамика  плотности  дерново-подзоли¬
стой  тяжелосуглинистой  почвы,  занятой  травами  (эксперимен¬
тальное  хозяйство  ВИРа  «Красный  Пахарь»  Ленинград¬
ской  обл.).
 Из  рисунка  видно,  что  в  первый  год  после  однолетней  зерно¬
вой  культуры,  в  которую  подсеваются  травы,  поле  начинает
уплотняться,  плотность  почвы  под  травами  сначала  повы¬
шается.
 В  зависимости  от  состава  травосмесей,  удобрительного
фона  и  общих  почвенных  условий  максимальная  плотность
почвы  под  травами  создается  либо  в  первый  год  пользования
ими,  либо  во  второй.  Ходы  отмерших  корней  и  корешков  в  осен¬
не-зимнее  время  заполняются  водой,  которая,  замерзая,  расши¬
ряет  их,  реализуя  тем  самым  агрегатное  строение  почвы.  По¬
этому  на  третий  год  жизни  трав  в  пахотном  горизонте  (где
сосредоточивалась  основная  масса  корней)  плотность  почвы  на¬
чинает  уменьшаться.  Уплотняющий  эффект  трав  переходит
в  рыхлящий.

§  4] 	КРОШЕНИЕ  ПОЧВЫ  ПОЧВООБРАБАТЫВАЮЩИМИ  ОРУДИЯМИ 	305
 В  заключение  необходимо  отметить,  что  под  действием  кор¬
невых  систем  всякой  растительности,  и  в  особенности  многолет¬
ней  травянистой  луговой  растительности,  почва  приобретает
способность  крошиться  на  комки  той  или  иной  величины.  Это
могучее  воздействие  растительности  на  почву  тем  более  ценно,
 р  ,г/см3
 Рис.  92.  Динамика  плотности  дерново-подзолистой  тяжелосугли¬
нистой  почвы  под  многолетними  травами.
 1  —  клевер  с  тимофеевкой;  2—клевер  с  люцерной  и  овсяницей;  3—  клевер
с  тимофеевкой  и  овсяницей.
 что  оно  универсально  и  не  имеет  каких-либо  зональных  огра¬
ничений  или  ограничений  по  механическому  составу  почвы,
если  только  урожайность  этой  растительности  будет  в  доста¬
точной  мере  высока.
 §  4.  Крошение  почвы  почвообрабатывающими  орудиями
 Влияние  давления  на  почву.  Влажность  структурообразо-
вания.  В  предыдущих  главах  мы  упоминали  о  роли  давления
в  процессах  крошения  почвы.  Важность  давления  при  образо¬
вании  почвенных  комков  отмечалась  еще  'К.  К.  Гедройцем.
 Почва  как  дисперсное  тело  обладает  общими  закономерно¬
стями,  проявляющимися  в  ней  в  виде  определенных  тенденций.
Так,  состоя  из  отдельных  частиц  той  или  иной  дисперсности,
она  стремится  к  возможно  плотной  упаковке  (укладке)  частиц.
 Для  идеальной  системы  одинаковых  по  размерам  шаров
известны  две  крайние  системы  укладок:  кубическая,  или  рых¬
лая,  и  пирамидальная,  или  плотная.  Каждый  шар  при  куби¬
ческой  укладке  соприкасается  с  6  соседними  шарами,  при
 20  Зак.  196.

306
 КРОШЕНИЕ  ПОЧВЫ  НА  МАКРОАГРЕГАТЫ
 [ГЛ.  V
 пирамидальной  же  —  с  12.  Нетрудно  предположить,  что  си¬
стема  шаров,  расположенных  под  влиянием  внешних  воздей¬
ствий,  будет  стремиться  перейти  в  плотно  сложенную  как  более
устойчивую.
 В  естественных  условиях  почва  неуклонно  стремится  перейти
из  рыхлого  сложения  в  плотное.  Этот  элементарный  закон  поч¬
венного  сложения  подмечен
был  давно,  упоминание  о
нем  мы  встречаем  у  П.  А.
Костычева  (1940)  в  курсе
лекций  по  почвоведению.
 Это  свойство,  хорошо
всем  известное,  больше  на¬
блюдается  в  нижних  гори¬
зонтах  почвы,  чем  в  верхних,
где  происходят  другие  про¬
тивоположно  направленные
процессы.  Не  является  ли
обработка  почв  на  всем
протяжении  человеческой
культуры  борьбой  с  этой
тенденцией  почвенных  ча¬
стиц?  Если  тенденция  почвы
к  уплотнению  естественный
закон,  то  должны  суще¬
ствовать  факторы,  способ¬
ствующие  его  проявлению.
И  это  действительно  наблю¬
дается.  К  числу  таких  фак¬
торов  относятся:  а)  давле¬
ние,  б)  увлажнение  почвы.
 На  рис.  93  приводятся
опытные  данные  зависимо¬
сти  уплотнения  (упаков¬
ки)  почвенных  частиц  от
влажности  и  давления  для  обыкновенного  суглинистого  черно¬
зема  с  удельным  весом  2,33  г/см3.  Под  упаковкой  (укладкой)
почвенных  частиц  понимается  отношение  объема,  занимаемого
твердой  фазой  почвы,  к  общему  объему  образца.
 Уплотнение  воздушносухой  почвы  происходит  прямо  пропор¬
ционально  давлению  и  носит  неупру-гий  характер.  Зависимость
упаковки  почвы  от  давления  и  влажности  приведена  на  рис.  94.
 Из  рис.  94  ясно,  что  почва  в  воздушносухом  состоянии  под
нагрузкой,  при  наличии  твердых  ограничивающих  стенок,  стре¬
мится  уплотниться,  упаковка  ее  частиц  возрастает  с  48%  до
63,6%.
 Рис.  93.  Зависимость  упаковки  (уплот¬
нения)  обыкновенного  суглинистого
чернозема  от  влажности  при  разном
давлении.
 /  —  уплотнение  постукиванием;  2,  3,  4,  5,  6  —  со¬
ответственно  под  давлением  0,37;  1,85;  11,1;  75  и
111,0  кг/сма.

§  4) 	КРОШЕНИЕ  ПОЧВЫ  ПОЧВООБРАБАТЫВАЮЩИМИ  ОРУДИЯМИ
 307
 Приложенное  извне  давление,  деформирует  капиллярную
систему  почвы.  Частицы  сближаются,  и  капиллярные  просветы
уменьшаются.  Увлажнение  увеличивает  способность  почвы
уплотняться.
 Вода  выравнивает  поверхности  почвенных  частиц,  сглажи¬
вает  неровности,  превращает  твердые  зацепки  неровностей
в  жидкие,  находясь  на  поверхности  твердых  частиц  в  виде  мно¬
гослойных  пленок,  отдаляет  почвенные  частицы  одна  от  другой
и  тем  самым  резко  ос¬
лабляет  силы  связи  ме-  pUt%
жду  ними,  Все  это  сказы-  ’0
вается  в  своеобразном
 явлении  —  смазывающем
 60
 1  55%
 	ТС
 —ш
 —ш
 т—Г
 25%
	 	£
 </35%
г  35%  с
 —  о
 20
 40 	60
 9,  нг/смг
 80
 WO  tfOt
 Рис.  94.  Зависимость  упаковки  (уплотнения)
почвы  от  давления  и  влажности.
 1  —  зависимость  от  давления  в  воздушносухом  состоя¬
нии;  2  —зависимость  максимальной  уплотняемости
почвы  от  давления  при  разной  влажности.
 свойстве  воды,  макси¬
мально  проявляющемся
при  оптимальном  содер-  50
жании  воды  в  почве.  При
этой  влажности  способ¬
ность  почвенных  частиц  W
к  уплотнению  будет
выражена  максимально.
 При  каждом  давлении
имеется  своя  оптимальная
влажность  как  это  видно
из  рис.  94  (кривая  2).
 Площадь  между  кривыми
/  и  2  и  характеризует  добавочное  уплотнение  почвы  за  счет
смазочного  действия  воды.
 Под  действием  нагрузки  и  благоприятной  влажности  ча¬
стицы  почвы  поворачиваются  и  принимают  положение  с  боль¬
шей  площадью  контакта.  Так  как  деформации  носят  неупругий
характер,  то  давление,  приложенное  к  почве  во  влажном  со¬
стоянии,  фиксируется  при  высыхании  почвы,  как  это  видно  из
табл.  67  для  дерново-подзолистой  суглинистой  почвы  и  кварце¬
вой  пыли.
 Смазочными  свойствами  обладает  только  вода.  Это  видно
из  рис.  95:  обыкновенный  суглинистый  чернозем  (Мичуринск)
в  распыленном  состоянии  смешивался  с  разными  жидкостями
(водой,  этиловым  спиртом  и  керосином)  при  одинаковом  давле¬
нии  и  одинаково  уплотнялся.
 Из  рис.  95  видно,  что  ни  этиловый  спирт,  ни  керосин  не
обладают  смазочными  свойствами,  т.  е.  смоченная  ими  почва
не  дает  увеличения  плотности  по  сравнению  с  воздушносухим
состоянием.  Этими  свойствами  обладает  только  вода.
 Возвращаясь  к  рис.  93,  можно  сделать  вывод:
 а)  при  малых  давлениях  плотность  почвы  при  увеличении

308
 КРОШЕНИЕ  ПОЧВЫ  НА  МАКРОАГРЕГАТЫ
 [гл.  V
 влажности  сначала  падает,  затем  повышается,  достигает  мак¬
симума  и  затем  снова  падает;
 б) 	-при  средних  давлениях  (10—11  Кг/см2)  плотность  сна¬
чала  остается  постоянной,  затем  повышается  до  максимума  и
потом  падает;
 в) 	при  больших  давлениях  плотность  сразу  начинает  повы¬
шаться,  доходит  до  наибольшего  значения,  а  затем  падает.
 При  смачивании  сухой  почвы  малыми  дозами  вода  распре-
 лишь  треугольные  поры
в  местах  соприкосновения
частиц  друг  с  другом.
Когда,  набивая  сосуд  поч¬
вой,  мы  перемешиваем  ее,
при  этом  образуются  ко¬
мочки  и  плотность  систе¬
мы  уменьшается  до  тех
пор,  пока  количество  при¬
бавляемой  воды  вызо¬
вет  слияния  кольцевых
менисков.  Как  только
это  произойдет,  поверх¬
ностная  энергия  почвен¬
ных  частиц  уже  будет  все¬
цело  определяться  водой,
образующей  довольно
толстые  пленки  на  по¬
верхности  частиц,  твер¬
дые  контакты  между  ча¬
стицами  заменятся  жид¬
кими,  и  сопротивление
частиц  сдвигу  будет  минимально  (скользящие  свойства  частиц
максимальны).  В  то  же  время  капиллярные  силы  будут  удер¬
живать  частицы  друг  около  друга,  так  как  трехфазное  состояние
почвы  еще  не  разрушится.  Почва  будет  находиться  в  состоянии
пластичности.  Нагрузки,  прилагаемые  к  почве  при  различном
увлажнениии,  действуют  в  противоположном  направлении  по  от¬
ношению  к  силам,  .вызывающим  агрегацию  частиц,  что  дает  воз¬
можность  оценивать  порядок  этих  сил.  При  уплотнении  нагруз¬
кой,  большей  10  кг/см2,  агрегации  частиц  не  наблюдается,  идет
непрерывное  нарастание  уплотнения  частиц.
 Если  вначале  слияния  кольцевых  менисков  почву  рыхлить
орудиями,  то  она  будет  крошиться  до  зернистой  структуры,
проявляя  тем  второе  основное  свойство  дисперсного  тела  —
стремление  принять  состояние  с  наименьшей  свободной  поверх¬
ностной  энергией,  т.  е.  будет  крошиться  на  зерна  округлой
формы.
 деляется  в  ней  дискретно,  заполняя
 Рис.  95.  Зависимость  упаковки  обыкновен¬
ного  суглинистого  чернозема  от  смачивания
различными  жидкостями.
 7  —вода;  2—керосин;  3  —  этиловый  спирт.

§  4] 	КРОШЕНИЕ  ПОЧВЫ  ПОЧВООБРАБАТЫВАЮЩИМИ  ОРУДИЯМИ  309
 Указанное  выше  состояние  почвы,  названное  Д.  Г.  Вилен¬
ским  (1934,  1936,  1945)  влажностью  структуробразования  и  за¬
висящее  от  типа  почвы,  механического  и  микроагрегатного  ее
состава,  может  быть  определено  двумя  методами.
 Таблица  67
 Сопротивление  сжатию  дерново-подзолистой  суглинистой  почвы
и  кварцевой  пыли
 Почва
 Влажность  в  %
воздушно¬
сухой  почвы
 р  г/смг
 Упаковка,
 %
 Сопротивление
сжатию,  кг/см1  2
 0
 1,175
 47,0
 0
 10
 1,265
 50,6
 1,735
 Дерново-подзолистая
 20
 1,81
 72,4
 30,5
 суглинистая
 25
 —
 —
 35,0
 30
 1,94
 77,6
 36,7
 40
 1,85
 74,0
 23,5
 20
 1,31
 54,8
 0,822
 Кварцевая  пыль
 30
 1,46
 56,8
 1,293
 40
 1,92
 76,1
 3,668
 50
 1,61
 64,4
 1,58
 1. 	Метод  Д.  Г.  Виленского.  Образец  почвы  перемеши¬
вается  с  водой  в  возрастающих  количествах.  При  каждой  от¬
дельной  влажности  после  тщательного  перемешивания  в  фар¬
форовой  чашке  (навески  сухой  и  влажной  почвы  известны)
образец  почвы  переносят  на  колонку  сит  (от  10  до  0,25  мм)  и
просеивают.  Наилучший  агрегатный  состав  при  просеивании  и
укажет  оптимальную  влажность  структурообразования.
 2. 	Метод  П.  В.  Вершинина.  Образец  почвы  высуши¬
вают  на  воздухе,  растирают  и  просеивают  через  сито  0,25  или
0,5  мм.  Из  просеянного  образца  составляют  серию  различно
увлажненных  проб  и  каждую  помещают  в  металлический  ста¬
канчик  небольшой  емкости  (25—30  см3),  у  которого  высота
больше  диаметра.  Пробу  в  стаканчике  уплотняют  постукива¬
нием,  досыпая  и  вновь  постукивая,  пробу  доводят  до  постоян¬
ного  объема  и  взвешивают  на  технических  весах.  Наивысший
объемный  вес  почвы  в  стаканчике  укажет  влажность  опти¬
мального  структурообразования.
 Оба  метода  дают  сходные  результаты.  В  табл.  68  приво¬
дятся  примеры  определения  влажности  структурообразования

310
 КРОШЕНИЕ  ПОЧВЫ  НА  МАКРОАГРЕГАТЫ
 [ГЛ.  V
 по  методу  П.  В.  Вершинина.  В  таблице  указаны  объемные
веса,  по  которым  определялась  влажность  структурообразова-
ния,  и  приводятся  агрегатный  рассев  почвенных  образцов,
агрегированных  при  влажности  структурообразования.
 Таблица  68
 Агрегирование  пэчв  при  влажности  структурообразования
 Почва
 Вес  твердой
фазы
в  объеме
сосуда,  г
 в  %  на  аб¬
солютно
сухую  почву
 U
 шность
 6  ,
 О.  аз
>»  S  с
 н  о^-
 •Ьй  со
сэ  -
пак
Н  'О
и  О  I
 фракции
 Q.  _
 <и  <и
£  О
СО
 аз  О
O-vo
 содержа¬
ние,  %
 Коэффициент
 структур¬
 ности
 13,80
 3,74
 7
 4,46
 10,92
 9,71
 5
 9,86
 Дерновосуглинистая
 11,49
 24,33
 3
 25,07
 рендзина  Ленинград¬
 11,75
 29,50
 2
 15,98
 ской  области
 13,76
 34,57
 1
 36,26
 19,0
 14,32
 37,50
 37,5
 0,5
 6,80
 14,14
 40,8
 0,25
 1,03
 13,8
 42,50
 <0,25
 0,54
 Воздушно¬
 16,15
 сухая
 7
 10,0
 13,95
 10,00
 5
 22,0
 15,05
 20,00
 3
 33,2
 Чернозем  суглинистый
 19,55
 25,00
 2
 16,0
 8,7
 из  Оренбургской  обл.
 20,75
 28,00
 1
 16,0
 21,00
 30,00
 30,0—
 0,5
 2,2
 21,00
 32,00
 32,0
 0,25
 0,3
 20,69
 35,00
 0,3
 20,05
 40,00
 <0,25
 Подводя  итоги  сказанному  выше,  необходимо  отметить,  что
это  замечательное  свойство  почвы  —  распадаться  при  благо¬
приятной  влажности  на  структурные  элементы  —  действительно
существует  и  должно  получить  широкое  применение  в  земле¬
делии.
 Крошение  почвы  почвообрабатывающими  орудиями.  Выше
были  изложены  физические  условия  крошения  почвы.  Подвер¬
гая  почву  разделке  при  влажности  структурообразования  кро¬
шащими  орудиями  или  орудиями,  которые  могли  бы  ее  при

§  4] 	КРОШЕНИЕ  ПОЧВЫ  ПОЧВООБРАБАТЫВАЮЩИМИ  ОРУДИЯМИ 	311
 этой  влажности  тщательно  перемешивать  (таких  орудий  пока
нет),  мы  могли  бы  раскрошить  ее  на  мелкокомковатую  или  зер¬
нистую  структуру.  Применяя  даже  существующие  орудия  --
зубовые  бороны  и  культиваторы  с  крошащей  лапой  —  при  пра¬
вильно  определенной  для  данных  условий  влажности  структуре
образования,  можно  добиться  высоких  результатов  крошения,
например  при  весеннем  бороновании  почвы.  Но  практический
и  теоретический  интерес  представляет  вопрос  о  крошащей  роли
вспашки  почвы  с  оборачиванием  отрезаемого  пласта.  Эта  ра¬
бота  ежегодно  производится  на  громадных  площадях  Совет¬
ского  Союза  и  важно  знать,  какую  роль  она  выполняет  в  кро¬
шении  почвы  на  агрономически  ценные  агрегаты.  Классики
почвоведения,  П.  А.  Костычев  и  В.  Р.  Вильямс,  обработке
почвы  плугом  отводили  определенную  роль.  Они  считали,  что
вспашка  почвы  плугом  может  лишь  грубо  рыхлить  почву.  Более
тонкую  разбивку  почвы  на  мелкокомковатую  и  зернистую  струк¬
туры  должны  сделать  многолетние  травы  при  помощи  своих
корневых  систем.  На  основе  изучения  нового  явления,  неиз¬
вестного  классикам  почвоведения,  а  именно  —  влажности
структурообразования,  можно  сделать  заключение  о  возмож¬
ности  не  только  грубого,  но  и  более  совершенного  крошения
почвы  рыхлящими  лаповыми  и  зубовыми  орудиями  или  еще
неизвестными  орудиями,  перемешивающими  почву.  Но  в  отно¬
шении  крошащей  роли  плуга  положение  существенно  не  изме¬
нилось.  Плуг  остается  орудием,  грубо  крошащим  почву,  в  то
же  время  он  в  достаточной  мере  хорошо  мобилизует  то  кро¬
шение,  которое  совершилось  в  почве  под  влиянием  поперемен¬
ного  увлажнения,  высыхания  почвы,  замораживания  и  оттаи¬
вания,  работы  землероев,  червей  и  насекомых,  обитающих
в  почве,  и  деятельности  корневых  систем  растений.  Отрезая
пласт  почвы  лемехом,  поднимая  его  на  кривую  поверхность
отвала,  плуг  сжимает  пласт,  и  наметившиеся  в  почве  ранее
трещины  и  плоскости  наименьших  спайностей  под  действием
указанных  выше  факторов  проявляются  и  доводятся,  так  ска¬
зать,  до  конца.  При  распрямлении  сжатого  и  слегка  перекру¬
ченного  пласта  на  поле  это  дополнительное  переуплотнение
переводит  почву  в  состояние,  близкое  к  рыхлоструктурному.
 При  этом,  очевидно,  чтобы  наметившиеся  перед  вспашкой
элементы  структуры—трещинки  и  ослабленные  участки  спай¬
ностей  в  слитом  теле  почвы,  не  исчезали  при  вспашке,  важно
вспашку  производить  при  благоприятной  влажности  почвы,  как
это  следует  из  табл.  69  (П.  У.  Бахтин,  1954).
 Из  этой  таблицы  видно,  что  наибольший  коэффициент
структурности  наблюдается  при  скорости  вспашки  1,46  м/сек
и  при  абсолютной  влажности  16,23%.  Чем  выше  скорость
вспашки,  тем  при  более  высокой  влажности  наблюдается

КРОШЕНИЕ  ПОЧВЫ  НА  МАКРОАГРЕГАТЫ
 312
 гл.  V
 высокое  крошение  почвы,  как  это  ясно  из  табл.  70  (П.  У.  Бах¬
тин,  1954).
 В  табл.  70  приведены  данные  об  относительной  влажности
«физически  спелой  почвы».  «Спелость»  почвы  выражается  в  том,
что  она  не  прилипает  к  металлическим  поверхностям  плуга  и
наилучшим  образом  крошится  на  агрономически  ценные  комочки.
При  влажности,  приведенной  в  таблице,  для  каждого  случая
наблюдается  максимальное  количество  агрегатов  от  10  до  1  мм.
Влажность  максимального  выхода  частиц  от  10  до  1  мм  варьи¬
рует  со  скоростью  обработки  (повышаясь  с  увеличением  скоро¬
сти)  и  характером  угодья.
 Сравнивая  коэффициенты  структурности,  указанные  в  табл.  68
(8,7  и  19,0),  с  соответствующими  коэффициентами,  приведен¬
ными  в  табл.  69  (1,94  и  1,37),  можно  видеть,  насколько  кроше¬
ние  зубовыми  орудиями  совершеннее  крошения  почвы  плугом
при  «физической  спелости»  ее.
 Таблица  69
 Осредненные  значения  крошения  пласта  дерново-подзолистой
суглинистой  почвы  на  агрегаты  плугом  П-5-35  с  предплужником
 (Количество  агрегатов  в  процентах  от  веса  почвы)
 Угодье
 Влажность
почвы  при
обработке
 г/,
 Диаметр  агрегатов  в  мм,
 Коэф¬
 фи¬
 циент
 абсо¬
 лют¬
 ная
 отно¬
 си-
 тель¬
 ная
 м/сек.
 >50
 50—10
 10—1
 1  —
0,25
 <0,25
 струк¬
 турно¬
 сти
 Травосмесь
 21,40
 82,05
 1,06
 26,04
 19,67
 40,75
 5,46
 8,08
 0,86
 клевера  с  ти¬
 13,63
 54,19
 1,25
 30,87
 17,47
 38,26
 4,84
 8,56
 0,75
 мофеевкой
 16,23
 64,50
 1,46
 5,43
 17,63
 59,93
 6,40
 10,54
 1,94
 третьего  го¬
да  пользова¬
ния
 15,46
 61,47
 2,23
 11,42
 19,9
 46,69
 7,65
 14,34
 1,18
 Стерня  после
 11,29
 45,95
 1,06
 22,44
 22,81
 41.60
 4,30
 8,40
 0,85
 ячменя  1947  г.
 14,12
 57,37
 1,25
 19,61
 22,03
 40,22
 9,79
 8,35
 1,0
 (толока)
 14,25
 57,88
 1,46
 8,32
 23,20
 49,73
 8,03
 10,72
 1,37
 14,25
 57,88
 2,25
 5,29
 27,65
 47,48
 7,39
 12,19
 1,21
 Вспашка  почвы.  Вспашка  —чисто  физический  процесс.  Стро¬
гой  математической  теории  вспашки  почвы  пока  нет.  Наиболь¬
шее  признание  у  нас  получила  так  называемая  рациональная

§  4] 	КРОШЕНИЕ  ПОЧВЫ  ПОЧВООБРАБАТЫВАЮЩИМИ  ОРУДИЯМИ
 313
 формула  работы  плуга  (2),  предложенная  В.  П.  Горячкиным.
Эта  формула  состоит  из  трех  членов:
 F  тяг=  ЦпРлл 	чкЬ  -|—  uhbv2. 	(2)
 (Хп^пл  характеризует  протягивание  плуга  в  борозде,  рп  —  ко¬
эффициент,  близкий  к  коэффициенту  трения  металл  —  почва,
Рпл  —  вес  плуга.
 хдй6  определяет  деформацию  почвы  при  резании;  здесь
хд  —  коэффициент  деформации  почвы  на  единицу  площади  попе¬
речного  сечения  пласта,  или  удельное  сопротивление  почвы  при
вспашке,  h  —  глубина  вспашки,  р  —  ширина  захвата  при
вспашке.
 \hbv2  характеризует  отбрасывание  отрезанного  пласта;  v  —
скорость  вспашки  в  м/сек,  v—'коэффициент  изменения  живой
силы  частиц  почвы  при  вспашке.
 Таблица  70
 Изменение  относительной  влажности  «физически  спелой  почвы»
в  зависимости  от  скорости  вспашки  и  типа  угодия
на  дерново-подзолистой  суглинистой  почве
 Угодье
 Скорость  вспашки,
 м/сек
 1,06
 1,25
 1,46
 Травосмесь
 73,9
 86,04
 90,67
 Стерня  после  ячменя,  1947  г.  .  .  .
 71,0
 73,40
 88,11
 То  же,  1948  г
 64,9
 72,2
 74,33
 Стерня  озимой  ржи
 59,97
 66,70
 74,00
 П  римечание.  Влажность  в  процентах  от  полевой  влагоемкости,  принятой  за  100.
 Тяговое  усилие  /чяг  можно  определить,  если  между  тракто¬
ром  и  плугом  (поместить  динамометр  или  динамограф.
 Точность  измерения  тягового  усилия  динамографом  Амслера
равна  примерно  1%  от  максимального  уоилия.  При  измерении
усилия,  составляющего  25—30%  от  максимального,  относитель¬
ная  погрешность  достигает  +3%  и  более.  Для  получения  тяго¬
вых  усилий  по  показаниям  динамографа  Амслера  необходимо
проинтегрировать  кривую  показаний,  записанную  на  ленте  реги¬
стрирующим  приспособлением  и  разделить  ее  на  путь.  Интегри¬
рование  динамограмм  делается  графически  и  отнимает  много
времени,  а  главное,  отдаляет  результат  измерения  от  процесса
измерения.  Устранение  этих  недостатков  достигнуто  в  работо-
мере,  разработанном  в  Агрофизическом  институте  (И.  В.  Коро-
бочкин,  1956).

314
 КРОШЕНИЕ  ПОЧВЫ  НА  МАКРОАГРЕГАТЫ
 [ГЛ.  V
 Внешний  вид  работомера  (РТТ)  показан  на  рис.  96.  Прибор,
так  же  как  и  динамограф  Амслера,  включается  между  плугом
и  трактором.  Тяговое  усилие  от  трактора  передается  на  сталь¬
ной  стержень,  изготовленный  из  особой  стали.  Растяжение
стержня  через  специальное  калибрующее  устройство  передается
на  интегрирующий  механизм.  В  этом  механизме  имеются  два
коромысла,  которые  качаются  с  частотой,  пропорциональной
скорости  движения  трактора,  и  с  амплитудой,  пропорциональной
 действующему  тяговому  усилию.  Частота  качаний  коромысел
задается  датчиком  пути,  а  амплитуда  качаний  —  датчиком  тяго¬
вого  усилия.
 Среднее  тяговое  усилие  на  любом  участке  /пути  трактора
с  плугом  определяется  делением  показания  счетчика  работы  на
показание  счетчика  пути.  Работомер  дает  показания  с  точностью
+  1,5%  от  расчетной  нагрузки.
 Протаскивая  плуг  в  открытой  борозде  и  зная  затрачиваемое
при  этом  усилие,  определяемое  тем  или  иным  способом,  пред¬
ставляется  возможным  определить  /первый  член  формулы  (2).
 Для  определенного  плуга  и  почвы  и  при  средних  скоростях
вспашки  величина  этого  члена  более  или  менее  постоянна.  Она
складывается  из:  1)  веса  плуга,  2)  трения  почвы  о  плужную
пятку  и  части  полевой  доски,  3)  сопротивления  перекатыванию
плуга  (давление  на  оси,  трение  в  подшипниках  колес  плуга
и  пр.).
 Второй  член  формулы  (2)  характеризует  процесс  резания
почвы,  он  составляет  большую  часть  общего  тягового  усилия.
Процесс  отрезания  пласта  связан  с  режущим  органом,  его  фор¬
 Рис.  96.  Внешний  вид  работомера  АФИ  (РТТ).

§  4] 	КРОШЕНИЕ  ПОЧВЫ  ПОЧВООБРАБАТЫВАЮЩИМИ  ОРУДИЯМИ  315
 мой,  материалом,  из  которого  он  сделан,  геометрическими  усло¬
виями  резания  и  технологическими  свойствами  почвы.
 Геометрические  параметры  плуга  существенно  влияют  на  вы¬
ражение  второго  члена  формулы  (2).  Он  изменяется  с  измене¬
нием  лх.
 С  другой  стороны,  изменение  свойств  почвы  также  одно¬
значно  приводит  к  изменению  этого  члена.  Рабочий  орган  почво¬
обрабатывающего  орудия,  внедряясь  в  почву,  совершает  работу
против  сил  сцепления  почвенных  частиц,  т.  е.  против  сил  моле¬
кулярного  притяжения  и  против  сил  трения  'почвенных  частиц
о  металл  и  между  собой.
 Сила  внешнего  трения  при  безграничном  уменьшении  скоро¬
сти  относительного  скольжения  и  приближении  ее  к  нулю  стре¬
мится  не  к  нулю,  а  к  некоторому  конечному  значению.  Это
конечное  значение  и  называется  статическим  трением,  или  тре¬
нием  покоя,  в  отличие  от  кинетического,  или  трения  скольжения.
Его  можно  определить,  измерив  усилие,  необходимое  для  возоб¬
новления  процесса  скольжения.
 Б.  В.  Дерягин  (1952)  считает,  что  шероховатость  поверхности
и  молекулярные  силы  притяжения  лишь  дополнительно  увели¬
чивают  силы  трения.  Решающую  же  роль  играет  молекулярно¬
атомная  шероховатость  поверхности  тела.
 С  учетом  сил  молекулярного  притяжения  Б.  В.  Дерягин  пред¬
лагает  формулу  для  определения  силы  трения  FTp:
 /чР  =  |J*  (Р  +  Fо)» 	(3)
 где  Р  —  вес  тела,  F0  —  равнодействующая  сил  молекулярного
притяжения,  [I  —  истинный  коэффициент  трения.
 Если  обозначить  расчетный  коэффициент  трения  через  рР,то
 Чем  больше  нагрузка,  тем  меньше  коэффициент  трения.  Эта
формула  применима  для  мелких  сыпучих  тел  и  для  почвы.
 Для  твердых  тел  больших  размеров  Fo  можно  заменить  мно¬
жителями  «Ь’и  и  /V»  где  Sn  —площадь  истинного  контакта,
F  q  —  сил  а  молекулярного  притяжения,  действующая  на  единицу
поверхности  истинного  контакта.  Тогда
 /ЧР  =  1*(Р  +  5„Л)). 	(5)
 В  почвенных  условиях  трение  отличается  некоторой  особен¬
ностью.  При  вспашке  почв  наблюдаются  два  вида  трения:  тре¬
ние  металла  о  почву  и  трение  почвы  о  почву.
 В  лабораторных  условиях  коэффициент  трения  металл  —
почва  можно  определить  по  методу  горки,  как  это  делал  в  свое
время  (1895)  А.  Зелинский.  Почвенный  монолит  ставится  на

316
 КРОШЕНИЕ  ПОЧВЫ  НА  МАКРОАГРЕГАТЫ
 [ГЛ.  V
 металлическую  доску,  один  конец  которой  поднимается,  а  другой
закреплен  шарнирно.  Тангенс  угла,  при  котором  поставленный
образец  начинает  скользить  по  поверхности  (металла,  и  яв¬
ляется  коэффициентом  трения  металл—почва.  Удобный  лабора¬
торный  прибор  разработан  В.  А.  'Желиговским  (1945),  в  нем
почвенный  образец  скользит  по  металлической  линейке  и  чертит
на  бумаге  путь.  Тангенс  угла  трения  в  этом  случае  определяется
графически  на  бумаге.  Можно  также  коэффициент  трения  опре¬
делить  из  тягового  усилия  протаскивания  металлического  пол¬
зуна  на  почве,  а  также  другими  путями.
 Рис.  97.  Прибор  Синеокова  для  определения  коэффициента  тре¬
ния  сталь  —  почва.
 В  полевой  обстановке  трение  металл  —  почва  может  быть
определено  на  приборе  Г.  Н.  Синеокова.
 Общий  вид  прибора  изображен  на  рис.  97.  Коэффициент  тре¬
ния  почвы  о  сталь  в  полевой  обстановке  можно  приблизительно
определить  и  из  тяговых  усилий  протаскивания  плуга  в  откры¬
той  борозде.  В  этом  случае  коэффициент  трения
 где  Fпл  —  усилие  на  протаскивание  плуга  весом  Р„л  .
 Коэффициент  трения  почвы  о  почву  может  быть  определен
из  тяговых  усилий  при  протаскивании  образца  почвы  по  той  же
почве.  Образец  почвы  в  этом  случае  помещается  либо  в  ящик
с  открытым  дном,  или  в  цилиндры,  как  это  делается  в  при¬
боре  М.  X.  Пигулевского  (1936),  или  каким-либо  другим  спо¬
собом.
 Коэффициент  трения  почвы  о  почву  в  несколько  раз  выше
коэффициента  трения  металл—почва,  как  это  видно  из  данных
М.  X.  Пигулевского,  приведенных  в  табл.  71.

§  4] 	КРОШЕНИЕ  ПОЧВЫ  ПОЧВООБРАБАТЫВАЮЩИМИ  ОРУДИЯМИ  317
 Данные  получены  в  1интервалах  влажности  обработки  почв
от  1,75  максимальной  гигроскопии  до  агрегатной  влагоемкости.
 Таблица  71
 Сравнение  коэффициентов  трения  металл—почва  и  почва  —почва
 Почва  дерново-подзолистая
 Коэффициент  трения
 металл  почва
 почва  —  почва
 Тяжелосуглинистая  на  тяжелом  суглинке
 0,33
 1,10
 Суглинистая  на  валунном  суглинке  .  .  .
 0,33
 1,02
 Легкосуглинистая  на  валунном  суглинке  .
 0,28
 1,27
 С  легкими  признаками  оглеения,  супесча¬
ная  на  ледниковых  супесях
 0,29
 1,08
 Песчаная  на  зандровых  песках
 0,23
 1,10
 Коэффициент  трения  сталь  —  почва  зависит  от  дисперсности
почвы.  Это  следует  из  данных  рис.  98.
 Отмечается  линейная  зависимость  коэффициента  трения  ме¬
талл  —  почва  от  содержания  в  'почве  глинистых  частиц.  Объяс¬
няется  это  тем,  что  при
увеличении  дисперсности
почвы  увеличивается  чис¬
ло  контактов  на  1  см2
•между  почвой  и  метал¬
лом.
 Приведенные  сообра¬
жения  верны  для  бес¬
структурных  почв.  В  стру¬
ктурных  почвах  коэффи¬
циент  трения  сталь  —
почва  будет  зависеть  от
размеров  почвенных  агре¬
гатов,  как  это  следует  из
данных  А.  3.  Байбакова,
приведенных  на  рис.  99.
 Из  этих  данных  сле¬
дует,  что  коэффициент
трения  сталь  —  почва  находится  в  обратной  зависимости  от  раз¬
меров  агрегатов:  чем  крупней  агрегат,  тем  меньше  коэффициент
трения  сталь  —  почва.  Химический  состав  стали,  не  изменяя  ука¬
занной  тенденции,  тоже  сказывается  на  ходе  этой  зависимости.
 Почвы  в  громадном  большинстве  случаев  пашут  во  влажном
состоянии.  Зависимость  коэффициента  трения  сталь  —  почва  по
лабораторным  и  полевым  измерениям'  разных  авторов  показывает,
 Рис.  98.  Зависимость  коэффициента  трения
сталь  —  почва  от  дисперсности  почвы  по
М.  X.  Пигулевскому.

318
 КРОШЕНИЕ  ПОЧВЫ  НА  МАКРОАГРЕГАТЫ
 [ГЛ.  V
 что  по  мере  увлажнения  почвы  коэффициент  трения
сталь  —  почва  растет,  достигает  максимума,  а  затем  падает,  как
это  показано  на  рис.  100,  где  приводятся  данные,  полученные
А.  3.  Байбаковым  на  дерново-подзолистой  тяжелосуглинистон
почве.
 Этот  ход  кривой  зависимости  коэффициента  трения  сталь  —
почва  объясняется  тем,  что  вокруг  точек  соприкосновения  поч¬
венных  частичек  о  металл
возникают  кольцевые  ме¬
ниски  воды.  Они  увеличи¬
вают  площадь  контактов
почвы  с  металлом,  появ¬
ляется  липкость  почвы.
По  мере  увлажнения  пло¬
щадь  кольцевых  мени¬
сков  будет  возрастать
включительно  до  влажно¬
сти  слияния  кольцевых
менисков.  Вместе  с  тем
будет  возрастать  и  коэф¬
фициент  трения  сталь  —
почва,  и  при  слиянии  коль¬
цевых  менисков  он  достиг¬
нет  максимума.  Дальней¬
шее  увлажнение  ведет  к
утолщению  водных  пле¬
нок,  расстояние  между
контактами  почвы  с  ме¬
таллом  начнет  увеличи¬
ваться,  что  поведет  к
уменьшению  молекуляр¬
ных  сил  взаимодействия  между  ними.  Коэффициент  трения
начнет  падать  резко  и  плавно,  а  зависимости  от  строения  и
свойств  почвы  и  степени  увлажнения.
 Само  собой  очевидно,  что  гидрофильность  стали,  связанная
с  ее  химическим  составом,  и  характер  поверхности  стали  также
найдут  свое  отражение  в  этой  зависимости,  как  это  показано
на  рис.  100  и  101,  где  хромированная  обыкновенная  сталь  резко
выделяется.
 Приведенные  данные  позволяют  сделать  заключение,  что
коэффициент  трения  металл  —  почва  в  почвенных  условиях
можно  снизить  двумя  путями:  изменением  отношения  металла
к  воде  (гидрофильное™)  и  распределением  воды  в  почве  так,
чтобы  между  металлическими  поверхностями  и  почвенными  ча¬
стицами  образовывался  значительный  слой  воды,  что  приведет
к  отдалению  их  друг  от  друга  и  к  резкому  уменьшению  молеку¬
 Рис.  99.  Зависимость  коэффициента  трении
сталь  —  почва  от  размера  почвенных  агре¬
гатов.
 7  —сталь  CT-3;  2  —  сталь  27СГ;  3  —  сталь  38ХСА.
А  —  северокавказский  глинистый  чернозем,  Б  —  дерно¬
во-подзолистая  тяжелосуглинистая  почва.

§  4] 	КРОШЕНИЕ  ПОЧВЫ  ПОЧВООБРАБАТЫВАЮЩИМИ  ОРУДИЯМИ 	319
 лярных  сил  взаимодействия.  В  первом  случае  должны  быть  раз¬
работаны  такие  добавки  в  сталь,  которые  резко  изменили  бы  ее
отношение  к  воде  (например,  эффективно  снижает  коэффициент
трения  хромирование  поверхности  лемеха  и  отвала).
 Во  втором  случае  нельзя  решать  вопрос  простым  увеличе¬
нием  влажности  почв  при  обработке,  так  как  с  увеличением
увлажнения  почвы  растет  липкость  (почвы,  что  вызывает  залипа-
ние  орудий,  в  особенности  отвала.  Трение  металл—  почва  в  этом
 Рис.  100.  Зависимость  коэффициента  трения  металл  —  почва
от  влажности  почвы.
 а  —  агрегаты  размером  1  мм;  б—  агрегаты  размером  3  мм.
 1  —  сталь  СТ-3  полированная;  2  —  сталь  хромированная,  3  —  сталь  27СГ  по¬
лированная;  4  —  сталь  38ХСА  полированная.
 случае  переходит  в  трение  почва  —почва,  отваливание  и  отброс
пласта  затрудняются  и  вместо  резания  почвы  осуществляется
сгребание.  Все  это  поведет  к  резкому  увеличению  тяговых  уси¬
лий  и  падению  качества  обработки.  Поэтому  увеличение  водной
пленки  'между  металлическими  поверхностями  следует  произво¬
дить  не  путем  увеличения  количества  воды  в  почве,  а  путем  ее
перераспределения.  Это  можно  сделать  применив  к  обработке
почвы  явления  электроосмоса.  Сделав  лемех  и  отвал  катодом  и
дав  постоянный  электрический  ток,  можно  переместить  воду  на
поверхность  лемеха  и  отвала  за  счет  подсушивания  почвы
в  остальном  объеме.
 Если  вопросы  трения  в  почве,  .в  особенности  трения  металл—
почва,  значительно  уже  изучены,  то  силы,  направленные  на  пре¬
одоление  сцепления  почвенных  частиц,  изучены  еще  слабо.  При¬
близительное  представление  об  этих  силах  можно  получить,
измеряя  сопротивление  почвы  разрыву,  сжатию  или  сдвигу.

320
 КРОШЕНИЕ  ПОЧВЫ  НА  МАКРОАГРЕГАТЫ
 [ГЛ.  V
 Измерение  'первых  двух  указанных  констант  ничем  принци¬
пиально  не  отличается  от  методов,  рассмотренных  в  гл.  IV
о  склеивании  почвы,  разница  может  быть  лишь  в  размерах
образцов  почвы,  которые  берут  для  испытания  в  поле,  и  мощно¬
сти  применяемых  прессов.  М.  X.  Пигулевский  считал,  для  харак-
 Рис.  101.  Зависимость  коэффициента  трения  дерно¬
во-подзолистой  тяжелосуглинистой  почвы  о  металл
от  влажности  почвы  и  характера  поверхности  стали.
 /  —  окрашенная;  2  —  СТ-3  не  шлифованная;  3  —  шлифованная;
 4  —  хромированная;  5  —полированная.
 теристики  сил  сцепления  частиц  почвы  ближе  всего  подходит
показатель  сопротивления  шочвы  сдвигу  (срезу)  *).  Им  разра¬
ботан  для  этих  целей  полевой  .прибор.
 Величины  механических  констант  .почвы:  временного  сопроти¬
вления  сдвигу,  сжатию,  разрыву,  в  основном  зависят  от  дисперс¬
ности  (механического  'состава),  структурности  и  влажности
почвы.
 *)  По  М.  X.  Пигулевскому  сопротивление  при  срезе  (сдвиге)  почвы
характеризуется  двумя  коэффициентами;  а)  коэффициентом  временного
сопротивления  при  срезе;  б)  коэффициентом  трения  почва  о  почву.  В  неко¬
торых  случаях,  чтобы  не  приводить  двух  коэффициентов,  определяющих
сдвиг,  он  пользовался  одной  величиной,  называя  ее  показателем  сдвига.
Эта  величина  численно  равна  усилию,  необходимому  для  того,  чтобы  произ¬
вести  сдвиг  на  площади  1  см2  при  нагрузке  1  кг.

§  4]  КРОШЕНИЕ  ПОЧВЫ  ПОЧВООБРАБАТЫВАЮЩИМИ  ОРУДИЯМИ  321
 На  рис.  102  показана  зависимость  временного  сопротивления
почвы  срезу  (сдвигу)  от  содержания  в  почве  частиц  меньше
0,01  мм  [по  данным  М.  X.  Пигулевского  (1936)].  Из  рисунка  сле¬
дует,  что  временное  сопротивление  почвы  срезу  растет  с  увели¬
чением  в  почве  частиц  меньше  0,01  мм.
 На  рис.  103  приводятся  данные  Я.  М.  Жук  и  В.  Ф.  Рубина
(1940)  о  зависимости  от  влажности  временного  сопротивления
почвы  сдвигу,  изгибу  и  разрыву  для  глинистого  чернозема.  Как
мы  видим,  сопротивление
дает  по  мере  увлажнения
почвы.
 Но  эта  закономерность
не  является  всеобщей.
 П.  В.  Вершининым  в  ла¬
бораторных  условиях  по¬
лучены  данные  на  струк¬
турном  северокавказском
черноземе,  показываю¬
щие,  что  коэффициент
сдвига  (среза)  почвы  ра¬
стет  с  увеличением  влаж¬
ности  (рис.  104).
 Объяснение  этому  яв¬
лению  следует  искать  в
структурности  почвы.  Си¬
лы  связи  между  структур¬
ными  элементами  почвы
ничтожны  и  потому  со¬
противление  срезу  (сдви¬
гу)  у  этих  почв  тем  меньше,  чем  суше  почва.  По  мере  увлаж¬
нения  почвы  вода  распределяется  не  только  внутри  агрегатов,
но  и  в  стыках  между  ними  в  виде  водных  менисков.  Капилляр¬
ные  силы  связи  в  системе  возрастают,  а  вместе  с  тем  возра¬
стает  и  сопротивление  почвы  сдвигу  и  срезу.  В  бесструктурных
суглинистых  и  глинистых  почвах  высыхание  приводит  к  сли¬
панию  частиц.  Почва  в  этом  случае  обладает  высокими  показа¬
телями  механических  свойств.  В  силу  расклинивающего  дей¬
ствия  пленок  воды  по  мере  увлажнения  частицы  почвы  отда¬
ляются  друг  от  друга  и  когезионные  силы  сцепления  начинают
резко  падать.
 Временные  сопротивления  почв  на  разрыв,  сжатие  и  срез
зависят  и  от  плотности  почвы,  т.  е.  от  веса  почвы  в  единице
объема.  Увеличение  плотности  ведет  к  сближению  частиц,  уве¬
личению  площади  истинных  контактов  и,  в  конечном  счете,  уве¬
личивает  силы  молекулярного  взаимодействия  между  частицами,
что  приводит  к  увеличению  прочности  почвы.
 21  Зак  196
 почвы  сдвигу,  разрыву  и  изгибу  па-
 Рис.  102.  Зависимость  временного  сопро¬
тивления  срезу  от  содержания  частиц  мень¬
ше  0,01  мм  в  дерново-подзолистых  почвах.

322
 КРОШЕНИЕ  ПОЧВЫ  НА  МАКРОАГРЕГАТЫ
 [ГЛ.  V
 Несмотря  .на  важность  изучения  зависимости  от  плотности
показателей  тяговых  усилий  при  вспашке,  этот  вопрос  остается
мало  исследованным.  Больше  уделялось  внимания  изучению
твердости,  т.  е.  сопротивлению  почвы  вхождению  клина  или
штампа.  Для  этих  целей  разными  авторами:  В.  П.  Горячкиным,
М.  X.  Пигулевским,  Ревякиным,  Н.  В.  Щучкиным,  А.  П.  Огане¬
сяном,  Г.  Н.  Высоцким,  В.  С.  Волкановским,  Н.  А.  Качинским,
 Рис.  103.  Зависимость  от  влажности
временного  сопротивления  почвы  сдви¬
гу  (/),  изгибу  (2)  и  разрыву  (3)  для
глинистого  чернозема.
 Рис.  104.  Зависимость  коэффи¬
циента  временного  сопротивления
сдвигу  от  влажности  на  структур¬
ном  северокавказском  глинистом
черноземе.
 Голубевым  и  др.  предложены  так  «называемые  твердомеры  (не¬
правильно  называемые  плотномерами).  За  краткостью  изло¬
жения  мы  не  можем  на  «них  останавливаться,  хотя  они,  несо¬
мненно,  представляют  удобство  для  характеристики  почвы  как
среды  для  работы  почвообрабатывающих  орудий,  но  твердомеры
не  помогают  «разъяснению  физической  природы  тяговых  усилий,
наблюдаемых  при  вспашке,  так  как  само  понятие  твердости
сложное  и  находится  в  функциональной  зависимости  от  плотно¬
сти,  влажности  почвы,  ее  структурности  и  механического  состава.
Иначе  говоря,  хара«ктеризовать  почву  твердостью  значит  харак¬
теризовать  неизвестное  неизвестным.
 Важность  определения  тягового  усилия  при  вспашке,  труд¬
ности  полевого  динамометрирования  и  длительность  последую¬
щих  обработок  динамограмм  породили  стремление  косвенного
определения  удельного  «сопротивления  почвы  при  вспашке.  Не
имея  возможности  на  нем  останавливаться,  необходимо  сказать
что  громадное  большинство  предложенных  методов  определения

§  4] 	КРОШЕНИЕ  ПОЧВЫ  ПОЧВООБРАБАТЫВАЮЩИМИ  ОРУДИЯМИ 	323
 удельного  сопротивления  почвы  (Н.  А.  Качинского,  В.  С.  Вол-
кановского,  Н.  В.  Щучкина,  А.  П.  Оганесяна  и  др.)  основано
на  корреляции  между  показанием  плотномеров  и  полевым  дина-
мометрированием  тяговых  усилий.  Иначе  говоря,  динамометри-
рование,  опять-таки,  не  исключается.  Ввиду  многообразия  и
сложности  почвенных  условий  и  ограниченности  опытов,  из  ко¬
торых  выводится  корреляция,  всегда  возникает  недоверие  к  точ¬
ности  косвенных  методов,  которые  до  сих  пор  не  имеют  ГОСТа
и  не  применяются  для  нормирования  усилий,  затрачиваемых  при
вспашке  почв.
 Возвращаясь  к  формуле  Горячкина  (2),  следует  сказать,
что  ее  член,  связанный  с  удельным  сопротивлением  почвы  при
вспашке,  может  быть  вычис¬
лен,  если  известны  физические
условия  резания  -почвы.  В  ос¬
новном  эти  условия  характе¬
ризуются  силами  сцепления
частиц  почвы  и  силами  трения
металла  о  почву.
 Несомненно,  что,  расчленив
сложное  явление  —  удельное
сопротивление  почвы  при  об¬
работке,  на  элементарные-
физические  явления  (трение,
сцепление  и  др.)  и  изучив  их
зависимость  от  других  факто¬
ров  (дисперсности,  влажности,
агрегатности  и  плотности),
можно  будет  с  достаточной
точностью  подсчитывать  и
удельное  сопротивление  почвы
по  этим  показателям.
 Но  такими  данными  мы  в
большинстве  случаев  не  располагаем,  и  удельное  сопротивление
почвы  практически  определяют  из  показаний  динамометрирова-
ния  тяговых  усилий,  пользуясь  рациональной  формулой  тяговых
усилий  при  вспашке  (2).
 Удельное  -сопротивление  почвы,  определенное  указанным
способом  для  любой  почвы  по  данным  различных  авторов,  сильно
зависит  от  влажности  почвы.  На  рис.  105  приводятся  данные
П.  У.  Бахтина  (1954)  на  дерново-подзолистой  суглинистой
почве  (плуг  П-5-35,  скорость  вспашки  1,06  м/сек).  Эти  данные
показывают,  что  удельное  сопротивление  очень  велико  при
вспашке  сухой  почвы,  резко  падает  по  мере  увлажнения  почвы,
достигает  наименьшего  значения  и  далее  возрастает.  Нетрудно
видеть,  что  левая  часть  кривой  напоминает  изменение  сил
 *.д,кг/смг
 Рис.  105.  Зависимость  от  влажности
удельного  сопротивления  дерново-
подзолистой  суглинистой  почвы.
 7  —экспериментальная  кривая;  2  —  теорети¬
ческая  кривая.
 2J*

324
 КРОШЕНИЕ  ПОЧВЫ  НА  МАКРОАГРЕГАТЫ
 [ГЛ.  V
 сцепления  с  увлажнением  почвы,  правая  же  часть  —возрастание
сил  прилипания  частиц  почвы  к  металлической  поверхности.
 Следует  отметить,  что  указанный  характер  зависимости
удельного  сопротивления  почвы  от  ее  влажности  является  типич¬
ным  для  бесструктурных  почв.
Тяговые  усилия  на  структур¬
ных  почвах  могут  иметь  иной
характер.  На  рис.  106  приво¬
дится  кривая,  полученная  в  ла¬
боратории  структуры  почв
АФИ  Н.  П.  Поясовым  при
вспашке  на  глубину  20—22  см
плугом  П-5-35М  с  предплуж¬
ником  на  северокавказском
глинистом  черноземе  с  хорошо
выраженной  структурой  (г.  Зер¬
новое  Ростовской  обл.,  Северо-
кавказская  машино-испыта¬
тельная  станция).  Измерение
производилось  работомером.
АФИ  РТТ-2  при  скорости
вспашки  около  1  м/сек.
 Из  рис.  106  следует,  что
наименьшее  удельное  сопроти¬
вление  почвы  в  интервале
влажностей,  доступных  для  об¬
работки,  наблюдается  при  наи¬
меньшей  влажности.  Эти  дан¬
ные  находятся  в  соответствии
с  изложенными  ранее  физико-механическими  характеристиками
структурной  почвы.
 Удельное  сопротивление  почв  в  полном  соответствии  с  со¬
ставляющими  ее  физико-механическими  элементами  зависит
также  от  плотности  почв  и  их  механического  состава.  В  табл.  72
приводятся  данные  о  зависимости  удельного  сопротивления  почв
от  их  механического  состава  по  П.  А.  Некрасову  (1939).  Глу¬
бина  вспашки  18  см.
 Как  следует  из  формулы  тягового  усилия  (2),  удельное  со¬
противление  почвы  при  вспашке  зависит  также  от  ширины  пла¬
ста  и  глубины  вспашки.  При  прочих  равных  условиях  удельное
сопротивление  почвы  при  вспашке  на  одну  и  ту  же  глубину
тем  меньше,  чем  шире  пласт  или  сумма  пластов,  а  при  одной
и  той  же  ширине  пласта  оно  тем  меньше,  чем  глубже  вспашка.
Эти  правила  нарушаются,  если  плотность,  влажность,  структур¬
ность  и  механический  состав  почвы  по  глубине  сильно  варьи¬
руют.
 х?,  кг/см
0.57!)
 0,500
 от
 /о
 1
 о
 f  о
 1  у3
 о
 1
 j
 го
 го
 зо
 35
 Рис.  106.  Зависимость  от  влажности
удельного  сопротивления  северокав¬
казского  структурного  глинистого
чернозема.

§  4] 	КРОШЕНИЕ  ПОЧВЫ  ПОЧВООБРАБАТЫВАЮЩИМИ  ОРУДИЯМИ
 325
 Удельное  сопротивление  борон,  культиваторов  .и  других  /поч¬
вообрабатывающих  орудий  определяется  по  ширине  их  захвата
и  удельному  сопротивлению  на  1  м  захвата.
 Таблица  72
 Зависимость  удельного  сопротивления  хд  при  пахоте
от  механического  состава  почв
 Механический  состав  почв
 Содержание
частиц
<0,01  мм,
 %
 %д,  кг/см*-
 Степень  трудности
обработки  по
Б.  С.  Свирщев-
скому
 Глинистые
 >60
 0,7
 Тяжелые
 Тяжелосуглинистые
 25—60
 0,5—0,7
 Среднесуглинистые
 20—25
 0,3—0,5
 Средние
 Легкосуглинистые
 14—20
 0,3-0,4
 Супесчаные
 9—14
 0,2—0,3
 Легкие
 Песчаные
 3—9
 0,2
 Рассматривая  третий  член  формулы  (2)  Горячкина,  следует
сказать,  что  при  обычных  окоростях  вспашки  он  представляет
незначительную  величину  (5—10%  от  общего  тягового  усилия).
Но  с  увеличением  скорости  движения  плуга  количественное  зна¬
чение  третьего  члена  возрастает,  так  как  скорость  вспашки  вхо¬
дит  в  формулу  в  квадрате.  Это  представляет  существенный  ин¬
терес  в  настоящее  время  в  связи  с  развитием  исследований  по
скоростной  обработке  почв.
 Скоростная  обработка  является  современной  проблемой  ме¬
ханизации  обработки  почв.  Мы  уже  указали,  что  из  рассмотре¬
ния  удельного  сопротивления  почвы  при  вспашке  вытекает,  что
при  одной  и  той  же  глубине  вспашки  выгодно  иметь  наибольшую
ширину  захвата,  так  как  это  уменьшает  величину  х.  Это  оправ¬
дывает  применение  многокорпусных  плугов.  Кроме  того,  увели¬
чение  ширины  захвата  сельскохозяйственных  орудий  означает
к  ускорение  обработки  почвы.  Но  ширина  захвата  имеет  гра¬
ницы,  связанные  с  маневренностью  орудий.  Излишне  широкие
захваты  не  позволяют  орудиям  вписываться  в  рельеф  поля  и
делать  повороты.  Проблему  поворотов  могут  разрешить  навес¬
ные  орудия,  но  они  ограничены  в  ширине  захвата.  Создается
обстановка,  говорящая  о  том,  что  дальше  уширять  захват  почво¬
обрабатывающих  орудий,  в  особенности  плугов,  вряд  ли  воз¬
можно,  даже  для  степных  условий,  не  говоря  уже  о  подзолистой
зоне.  В  связи  с  этим  возникает  задача  ускорить  самый  процесс
обработки,  т.  е.  увеличить  скорость  движения  плуга.  Из  рацио¬
нальной  формулы  (2)  следует,  что  если  скорость  движения
плуга  увеличится  в  2  раза,  то  значение  третьего  члена  возрастет

326 	КРОШЕНИЕ  ПОЧВЫ  НА  МАКРОАГРЕГАТЫ 	[ГЛ.  V
 примерно  в  4  раза.  Например,  возьмем  следующие  соотношения
членов  в  формуле  (2):
 Ft„  =  (200  +  2000  +  200)  кг  =  2400  кг.
 При  увеличении  скорости  вспашки  в  2  раза  и  условии  сохране¬
ния  всех  остальных  коэффициентов  и  членов  формулы  неизмен¬
ными,  соотношения  будут
 F'w  =  200  +  2000  +  800  и  F'ttr  =  1,25  FTar.
 т.  е.  при  увеличении  скорости  движения  плуга  вдвое  тяговое
усилие  при  вспашке  возрастает  на  25%.
 Сходные  данные  по  увеличению  тяговых  усилий  при  увели¬
чении  скорости  вспашки  с  тенденцией  к  уменьшению,  а  не  к  уве¬
личению  против  указанных,
получены  рядом  исследо¬
вателей.  Кин  и  Хайнес  еще
в  1925  г.  на  Ротамстедской
опытной  станции  получили
аналогичную  зависимость,
как  это  видно  из  рис.  107.
 П.  А.  Некрасов  (1931)
показал,  что  увеличение  ско¬
рости  вспашки  в  2  раза
повысило  удельное  сопроти¬
вление  на  25%.  На  рис.  108
дана  зависимость  удельного
сопротивления  почвы,  от
скорости  вопашки  для  куль¬
турного  отвала,  полученная
Украинским  научно-исследо¬
вательским  институтом  механизации  сельского  хозяйства  в  1932  г.
Аналогичные  данные  получены  Всесоюзным  институтом  механи¬
зации  и  электрификации  сельского  хозяйства.  Наряду  с  уве¬
личением  тяговых  усилий  при  скоростной  вспашке  обнаружено,
по  свидетельству  М.  Г.  Чижевского  (1956),  повышение  качества
обработки.
 К  интересным  и  важным  выводам  пришел  И.  У.  Бахтин  при
изучении  вспашки  почв  на  различных  уровнях  увлажнения.  Не¬
которые  из  этих  данных  приводились  в  начале  этой  главы.  Они
показывают,  что  с  увеличением  скорости  вспашки  следует  для
получения  лучшего  крошения  и  снижения  удельного  сопротивле¬
ния  почвы  пахать  при  большей  влажности  почвы.  Иначе  говоря,
качественная  обработка  почвы  (лучшее  крошение  и  пр.)  при
повышении  скорости  обработки  смещается  в  сторону  влажности.
Чем  выше  скорость  обработки  почвы,  тем  более  влажную  почву
необходимо  пахать  для  получения  высокого  качества  вспашки.
 Рис.  107.  Зависимость  тягового  усилия
трактора  от  скорости  вспашки,  по
Б.  А.  Кину.
 ^тяг  дано  как  отношение  к  тяговому  усилию  при
скорости  плуга  2,7  км/час.

КРОШЕНИЕ  ПОЧВЫ  ЗЕМЛЕРОЯМИ  И  ЧЕРВЯМИ
 327
 §  5)
 Это  обстоятельство  имеет  существенное  значение,  так  как  дает
возможность  производить  обработку  почвы  ранней  весной,  вы¬
сота  же  урожая  яровых  зерновых  во  многих  случаях  опреде¬
ляется  запасом  воды  в  почве  в  момент  сева.
 Резюмируя  сказанное  о  крошении  почвы  на  агрегаты  ору¬
диями,  необходимо  отметить,  что  почву  можно  раскрошить  на
агрономически  ценные  агрегаты  зубовыми  орудиями  при  работе
их  в  интервале  влажности  структурообразования.
 Плуг  как  орудие  крошения  почвы  далек  от  совершенства.
Он  в  основном  мобилизует  ту  структуру,  которую  приобрела
почва  под  влиянием  факторов
крошения  (высушивания,  за-  хд,кг/смг
мерзания  и  оттаивания  дей¬
ствия  корневых  систем,  дожде¬
вых  червей  и  др.).
 Вспашка  почвы,  имеющая
большое  значение  в  земледе¬
лии,  заключается  в  работе,  со¬
вершаемой  против  сил  трения
металл  —  почва,  почва  —  почва
и  сцепления  почвенных  частиц.
 Силы  трения  и  сцепления
частиц  почвы  тесно  связаны
с  влажностью  почвы,  дисперс¬
ностью  почвенных  частиц,  стру¬
ктурностью  и  плотностью.  Ве¬
личина  совершаемой  работы
при  вспашке  тесно  связана
также  с  геометрией  самого
плуга.
 Для  одного  и  того  же  плуга
 и  ряда  почв  представляется  возможным  установить  такую  влаж¬
ность  обработки  почвы,  при  которой  энергетические  затраты  на
обработку  почвы  будут  минимальными.  Эта  область  минимальных
усилий  при  вспашке  зависит,  помимо  влажности,  также  от  ско¬
ростей  обработки  почвы.  Установлено,  что  чем  выше  скорость
обработки  почвы  (в  интервалах  4—10  км/час),  тем  выше
должна  быть  влажность.  Скоростную  вспашку  следует  изучать,
так  как  она  представляет  резерв  дальнейшего  развития  меха¬
низации  обработки  почв.
 Рис.  108.  Зависимость  удельного
сопротивления  почвы  от  скорости
вспашки.
 §  5.  Крошение  почвы  землероями  и  червями
 Крошащая  деятельность  роющих  и  копающих  животных
принципиально  ничем  не  отличается  от  деятельности  почвообра¬
батывающих  орудий.  Своим  «роющим  аппаратом»  —  лапами,

328
 КРОШЕНИЕ  ПОЧВЫ  НА  МАКРОАГРЕГАТЫ
 [ГЛ.  V
 животные  производят  работу,  сходную  с  воздействием  на  почву
рыхлящих  орудий.  Поэтому  наилучший  структурообразующий
эффект  в  этом  случае  будет  зависеть  от  влажности  почвы,  при
которой  совершается  эта  работа.  Если  она  происходит  при  влаж¬
ности  структурообразования,  то  агрегирование  получается  высо¬
кое.  При  влажности  структурообразования  почва  легко  под¬
дается  уплотнению,  легко  «раздается»  и  делается  проходимой
для  землероев.  Это  замечается  на  кротовинах.  Крот,  делая  про¬
ходы  в  почве,  выносит  на  поверхность  правильно  оформленные
агрегаты,  что  указывает  на  совершаемую  им  в  почве  работу
при  влажности  структурообразования.  Аналогичное  заключение
можно  сделать  и  о  работе  других  землероев.
 Что  касается  структурообразующей  деятельности  дождевых
червей,  то  она  протекает  несколько  иначе.  Широко  известно
мнение  Дарвина  о  воздействии  дождевых  червей  на  почву.  Он
даже  подсчитал  количество  червей  в  садово-огородной  почве;
получалось,  то  в  течение  нескольких  лет  дождевые  черви  могут
пропустить  через  свой  пищеварительный  тракт  весь  пахотный
слой  и  таким  образом  его  оструктурить.  Данные  о  количестве
червей,  находящихся  в  гниющих  остатках  садово-огородной
почвы,  нельзя  переносить  на  полевые  почвы,  где  червей  значи¬
тельно  меньше,  в  особенности  в  бедных  органическим  веществом
нижних  горизонтах  дерново-подзолистых  почв.  Тем  не  менее
дождевые  черви  играют  иногда  значительную  роль,  как  в  кро¬
шении  почвы  на  агрегаты,  так  и  в  создании  водопрочной  струк¬
туры.
 Таблица  73
 Водопрочность  (96)  капролитов  дождевых  червей  (0,4—7  мм)
 Варианты  опытов
 Виды  червей
 A.  callginosa
 Е.  rosea
 L  rubellus
 Контроль  без  листьев
 13,2
 4,8
 10,2
 Листья:
 дуба
 16,8
 23,0
 37,0
 граба
 25,3
 33,2
 62,3
 клена  серебристого
 30,7
 47,1
 65,4
 ольхи  черной
 32,4
 33,2
 57,9
 береста
 40,6
 37,7
 56,3
 П.  У.  Бахтин  (1954),  исследуя  крошение  почвы  при  плужной
обработке,  подметил,  что  фракции  размером  от  2  до  7  мм  со¬
стоят  почти  исключительно  из  копролитов  (выбросов)  дождевых

КРОШЕНИЕ  ПОЧВЫ  ЗЕМЛЕРОЯМИ  И  ЧЕРВЯМИ
 329
 §  5]
 червей;  фракции  от  3  до  5  мм  содержат  90—95%  копролитов
разной  давности.
 Дождевые  черви  передвигаются  в  почве,  пропуская  (почвен¬
ные  частицы  через  свой  пищеварительный  тракт  и  выбрасывают
их  в  виде  агрегатов,  уплотненных  сокращением  мышц  в  момент
выбрасывания.  Частицы  почвы  при  этом  склеиваются  слизи¬
стыми  выделениями  пищеварительного  тракта,  приобретая  ту
или  иную  водопрочность.  Наличие  водопрочных  клеящих  выде¬
лений  зависит  от  видового  состава  червей,  условий  их  питания
и  физико-химических  свойств  почвы,  как  это  видно  из  данных
А.  И.  Зражевского  (1956),  приведенных  в  табл.  73.

Г  ЛАВА  VI
 ВОЗНИКНОВЕНИЕ  ВОДОПРОЧНОСТИ  В  ПОЧВЕННОМ
 КОМКЕ
 §  1.  Понятие  водопрочности  и  методика  ее  определения
 Крошение  почвы  на  агрегаты  имеет  важное  значение  лишь
в  том  случае,  когда  образующиеся  комки  устойчивы  в  воде  или,
как  принято  называть,  водоустойчивы.  Под  водоустойчивостью
(или  водопрочностью)  почвенного  комка  или  почвенной  струк¬
туры  в  целом  понимается  способность  комка  сохранять  форму
и  сложение,  не  расклеиваться  в  воде  до  пылеватых  частиц.
 В  агрономической  литературе  -можно  встретить  термины:
истинная  или  безусловная  водопрочность,  и  условная,  или  лож¬
ная,  водопрочность.
 Почвенные  агрегаты  обладают  истинной  водопрочностью,
если  они  в  воздушносухом  состоянии  при  быстром  погружении
в  воду  не  теряют  форму  и  не  разрушаются  до  размеров,  мень¬
ших  0,25  мм,  Агрегаты,  не  обладающие  истинной  водопрочно¬
стью,  могут  обладать  условной  водопрочностью,  если  они  не
разрушаются  в  воде,  будучи  капиллярно  смоченными  перед  по¬
гружением  в  воду.
 Истинная  водопрочность,  как  правило,  меньше  условной.  Не
останавливаясь  на  неудачности  терминологии,  необходимо  ска¬
зать,  что  водопрочность  почвенного  агрегата  —  явление  сложное
Воздушносухой  комок,  быстро  помещенный  в  воду,  с  большой
энергией  «атакуется»  молекулами  воды,  которые  быстро  начи¬
нают  занимать  места  на  поверхности  наружных  почвенных  ча¬
стиц,  вытесняя  воздух.  Последний,  уходя  во  внутрь,  сжимается,
упругость  его  возрастает,  но  под  влиянием  теплоты  смачивания,
он  расширяется  и,  преодолевая  упругое  сжатие  и  силы  сцепле¬
ния  между  частицами  в  почвенном  комке,  разрушает  комок  и
прорывается  через  сжимающий  его  слой  воды.  Если  силы  сцеп¬
ления  между  частицами  почвы  больше,  чем  разрушающая  сила
пузырьков  воздуха,  то  комок  не  будет  распадаться  на  более
мелкие  комки.  Чем  больше  в  комке  заключается  воздуха,  тем
сильнее  он  разрушается  при  погружении  в  воду.  И,  наоборот,

ПОНЯТИЕ  ВОДОПРОЧНОСТИ
 331
 §  1]
 Таблица  74
 Влияние  воздуха  комков  на  водопрочность  почв
 (Количество  водопрочных  агрегатов  в  процентах  к  весу  почвы)
 Диаметр  агрегатов,  мм
 Почва  и  условия
опыта
 >з
 CN
 1
 СО
 I
 ю
 o'
 1
 0,5—0,25
 Сумма
 >0,25
 Камени¬
 стые
 фракции
 <0,25
 Обыкновенный  сугли¬
нистый  чернозем:
 1
 9,1
 5,6
 3,9
 11,0
 8,1
 37,7
 21,7
 40,6
 2
 17,4
 30,4
 4,8
 6,7
 1,4
 60,8
 21,4
 17,8
 3
 15,2
 36,8
 1,0
 6,2
 2,7
 61,9
 21,4
 16,7
 Дерново-подзолистая
 суглинистая:
 1
 0,8
 6,1
 13,3
 22,2
 4,2
 46,6
 6,9
 26,5
 2
 8,5
 35,7
 15,3
 9,1
 1,8
 70,4
 7,8
 21,8
 3
 8,1
 39,0
 7,6
 16,3
 8,1
 72,8
 7,6
 19,6
 чем  влажнее  почвенный  комок,  тем  меньше  в  нем  воздушных
пузырьков  iH  тем  водоустойчивей  он  будет  казаться.
 Наибольшую  водопрочность  будут  показывать  комки,  у  кото¬
рых  весь  воздух  удален  тем  или  иным  путем.
 В  табл.  74  приводятся  данные  водопрочности  агрегатов  двух
почв  при  быстром  «погружении^их  в  воду  без  откачки  воздуха
(1),  с  откачкой  воздуха  (3)  и  с  предварительным  капиллярным
насыщением  водой  (2).  Как  видно  из  табл.  74,  удаление  воздуха
откачкой  и  удаление  его  водой  из  капилляров  почвы  примерно
одинаково  повысило  количество  водопрочных  агрегатов.  Это
явление  впервые  установлено  в  работах  Г.  И.  Павлова  (1930).
Понятна  зависимость  этого  явления  от  температуры,  отмеченная
еще  в  опытах  Ф.  С.  Соболева,  проделанных  четверть  века  тому
назад,  подтверждаемых  в  настоящее  время  (рис.  109)  и  необъ-
ясненных  до  сих  пор,  а  именно:  если  температура  воды  и  почвы
разная,  то  водопрочность  агрегатов  становится  выше,  в  особен¬
ности  если  вода,  в  которой  производится  размывание  образцов,
будет  значительно  холоднее  почвы.  Тогда  теплота  смачивания
пойдет  на  выравнивание  температуры.  Расширения  воздуха
в  пузырьках  не  происходит  и  разрушающая  сила  их  будет
меньше.
 При  быстром  погружении  (почвенного  комка  в  воду  водопроч¬
ность  его  в  первую  очередь  зависит  от  механической  прочности
веществ,  склеивающих  почвенные  частицы  в  комок.  Если

332
 ВОЗНИКНОВЕНИЕ  ВОДОПРОЧНОСТИ  В  КОМКЕ
 [гл.  VI
 ^  1
 \/
 -
 /о
 го  зо
т°с
 •Ю
 50
 механическая  прочность  клеящих  веществ  такова,  то  превышает
разрушающую  работу  воздушных  пузырьков,  то  комок  в  первый
момент  не  разрушается.  Но  если  клеящие  вещества  в  комке  не
водопрочны,  то  комок,  полежав  то  или  иное  время  в  воде,  все
же  потеряет  форму  и  будет  распыляться.
 Следовательно,  водопрочность  комка  в  конечном  счете  зави¬
сит  от  физико-химической  природы  клеящих  веществ  почвы,  их
необратимости  в  воде,  поэтому,  как  будет  указано  далее
 (стр.  334),  длительность  на¬
мачивания  комков  при  ана¬
лизе  имеет  важное  значение.
 Разными  авторами  при¬
меняются  самые  разнообраз¬
ные  методы  определения
водопрочности  почвенных
агрегатов.  Наиболее  ранни¬
ми  являются  методы,  кото¬
рые  можно  назвать  косвен¬
ными.  Впервые  такой  метод
определения  водопрочное™
предложен  В.  Р.  Вильямсом
(1948).  В  нем  суждение  о
водопрочности  производится
по  скорости  протекания  во¬
ды  через  образцы  почвы.
 К  числу  косвенных  мето¬
дов  надо  отнести  и  метод  Д.  Г.  Виленского  (1945).  При  этом  ме¬
тоде  суждение  о  водопрочности  лпроизводится  путем  сравнения
числа  капель,  падающих  из  стандартной  пипетки  с  установленной
высоты  на  агрегат  определенного  размера.  Общее  суждение
о  водопрочности  структуры  делается  по  водопрочности  50  агре¬
гатов.
 Общим  недостатком  этих  методов  является  то,  что  они  не
дают  представления  о  том,  на  какие  же  комочки  распадается
почва  при  воздействии  воды.  Этот  недостаток  устраняется  при
ситовых  методах  агрегатного  анализа,  которые  можно  назвать
и  прямыми.  Сущность  этих  методов  заключается  в  следующем.
Почвенные  агрегаты  определенных  размеров  помещают  на
верхнее  сито  колонки  сит  с  отверстиями  разных  диаметров  (10;
7;  5;  3;  1;  0,5;  0,25  мм),  находящейся  в  воде,  и  просеивают,  под¬
нимая  и  опуская  колонки  сит  определенное  число  раз.  После
этого  сита  разбирают  и  агрегаты  с  каждого  сита  смывают  во
взвешенные  чашечки,  высушивают  до  воздушносухого  состояния
и  взвешивают.
 Показателем  водопрочности  является  разница  в  содержании
агрегатов  разных  фракций  до  и  после  просеивания  в  воде.
 Рис.  109.  Зависимость  от  температуры
воды  водопрочности  агрегатов  пылева¬
то-глинистой  (/)  и  глинистой  (2)  почвы.

ПОНЯТИЕ  ВОДОПРОЧНОСТИ
 333
 §  1]
 К  таким  методам  относятся  методы  Г.  И.  Павлова  (1930),
А.  Ф.  Тюлина  (1927,  1928),  Н.  И.  Савинова  (1931),  из  них  метод
Савинова  широко  распространен  в  Советском  Союзе.
 Стремление  стандартизировать  просеивание  'почвенных  образ¬
цов  в  воде  и  увеличить  производительность  труда  при  анализах
породило  создание  многочисленных  приборов  для  определения
водопрочности  почв.  Назовем  главные  из  них.  Первым  является
прибор  М.  X.  Пигулевского  (1936):  6  колонок  с  ситами  (по  три
сита)  подвешиваются  к  плечам  коромысла.  Коромысло  качается
электромотором.  Конструктивно  иначе  разрешена  механизация
просеивания  образцов  в  воде  в  приборах  Йодера  (1936),
Мейера  и  Ренненкамфа  (1936),  П.  В.  Вершинина  (1939),
Н.  М.  Бакшеева  (1947),  Гедрика  (1954),  Секера  (Sekera,
1957)  и  др.
 Ситовые  методы  определения  водопрочности  почвенной  струк¬
туры  обладают  рядом  несомненных  достоинств,  так  как  они  дают
возможность  получить  быстро  полное  представление  о  водопроч¬
ности  различных  фракций  почвенного  образца,  взятого  в  поле,
но  они  не  лишены  и  недостатков.  Основной  недостаток  заклю¬
чается  в  следующем:  при  энергичном  воздействии  воды  на  почву
в  процессе  анализа  почвенная  структура  разрушается  до  такой
степени,  до  какой  она  никогда  не  разрушается  в  нормальных
полевых  условиях.  В  силу  этого,  лишь  почвы  с  заведомо  водо¬
прочной  структурой  (например  целинные)  и  с  резко  выраженной
неводопрочной  структурой  (например  орошаемые  сероземы  при
непрерывной  культуре  хлопчатника)  могут  быть  достоверно
охарактеризованы  по  водопрочности  структуры.  Всякие  проме¬
жуточные  градации,  а  следовательно,  и  агротехнические  приемы,
направленные  на  улучшение  водопрочности  почвенной  структуры
при  этом  выявляются  недостаточно.  Поэтому  исследовательская
мысль  направлена  на  изыскание  более  «мягких»  методов  воздей¬
ствия  воды  на  почву  во  время  анализа.
 П.  И.  Андриановым  (1937)  предложен  «мягкий»  метод  харак¬
теристики  водопрочности  почвенной  структуры.  Он  основан  на
намачивании  почвенных  агрегатов.  Суждение  о  водопрочности
производится  счетно-статистическим  путем.
 Этот  метод  имеет  те  же  недостатки,  что  и  косвенные  методы,
т.  е.  не  дает  представления  о  водопрочности  отдельных  фракций.
Кроме  того,  счетно-статистическая  обработка  агрегатов  после
намачивания  делает  его  непроизводительным  и  пригодным  лишь
для  исследовательских  целей.
 Учитывая  потребность  в  «мягких»  методах  определения  водо¬
прочности  структуры,  совещание  по  агрофизике  при  Агрофизиче¬
ском  институте  в  1954  г.  рекомендовало  в  методе  Н.  И.  Савинова
исключить  стадию  намачивания  почвы  в  цилиндре,  а  средний
образец  переносить  прямо  на  колонку  сит,  стоящую  в  воде.

334 	ВОЗНИКНОВЕНИЕ  ВОДОПРОЧНОСТИ  В  КОМКЕ 	[гл.  VI
 Последующие  операции  производить  так,  как  указано  в  методе
Н.  И.  Савинова.
 В  настоящее  время  научно-исследовательские  работы  в  СССР
по  анализу  водопрочное™  структуры  направлены  на  создание
двоякого  типа  приборов:
 Рис.  ПО.  Прибор  П.  В.  Вершинина  для  опреде¬
ления  водопрочности  почвенных  агрегатов.
 /  —  ручка  для  подъема  и  опускания  цилиндров  с  ситами;
2—  цилиндр,  в  котором  движутся  сита  с  образцами  почвы;
3  —  стойка  прибора;  4  —  трубка  для  стока  мутных  вод;
 5 	—фотоэлемент,  покрывающий  кювету  с  мутной  водой;
 6 	—  кран  для  перекрытия  размывных  вод;  7—винт,  закре¬
пляющий  положение  кювет  и  фотоэлементов;  8  —  основание
прибора;  9—  гальванометр;  10  —  стабилизатор  напряжения
 электротока.
 1) 	прибора  для  водопрочности  структуры  в  равнинных  усло¬
виях,  где  ускоренная  эрозия  слабо  выражена.  В  этих  условиях
важно  иметь  суждение  о  водопрочности  агрегатов  при  намачи¬
вании.  Это  учитывается  в  методе,  разрабатываемом  П.  В.  Вер¬
шининым  совместно  с  И.  Б.  Ревутом  (1953)  и
 2) 	прибора  для  условий  с  развитой  эрозией.  В  этом  приборе
наряду  с  намачиванием  должна  испытываться  разрушаемое™
агрегатов  в  токе  воды.  Такого  типа  прибор  показан  на  рис.  ПО.

ВОЗНИКНОВЕНИЕ  ВОДОПРОЧНОСТИ
 335
 §  2J
 Особенностью  устройства  этого  прибора  является  то,  что  об¬
разец  исследуемой  почвы  вносится  на  сита  разных  (размеров,
соединенных  в  колонку.  Колонка  с  ситами  в  проточной  воде
совершает  вертикальные  возвратно^поступательные  движения
с  одновременными  'поворотами  вокруг  вертикальной  оси.
 Это  ускоряет  процесс  сортирования  комочков  по  размерам  на
ситах  в  воде.  Число  вертикальных  движений  сит  (с  глубиной
погружения  4  см)  может  задаваться  от  6  до  30,  что  регулируется
скоростной  коробкой  передач.
 Такое  устройство  прибора  дает  возможность  изучать  режим
размывания  образцов  при  различных  скоростях  протекающей
воды,  т.  е.  испытывать  свойство  водопрочное™  в  нормальных  и
эрозионных  условиях.
 §  2.  Возникновение  водопрочности  в  почвенном  комке
 Процессы  замерзания  и  высыхания  воды  в  почве  сами  по
себе  водопрочную  структуру  образовать  не  могут.  Комки,  обра¬
зованные  таким  образом,  расплываются  в  воде.  Не  улучшает
водопрочность  и  повышенная  плотность  почвы.  В  табл.  75  при¬
водятся  данные  по  водопрочности  образцов  дерново-слабоподзо¬
листой  суглинистой  почвы,  о  которой  сказано  ранее  (стр.  294),
подвергнутых  промораживанию  и  высушиванию  на  воздухе.
Размывание  производилось  по  методу  П.  В.  Вершинина  (1939).
 Таблица  75
 Водопрочность  агрегатов  дерново-слабоподзолистой  суглинистой
почвы,  полученных  при  промораживании
 Диаметр  агрегатов,  мм
 Количество  агрегатов  в
 процентах  от  веса  почвы
 до  размывания
 после  размывания
 S  3
 71,6
 3,7
 2-3
 14,4
 3,3
 1—2
 8,8
 5,4
 0,5—1
 2,5
 19,7
 0,25—0,5
 1,0
 15,4
 <0,25
 1,7
 52,5
 Из  табл.  75  видно,  что  промораживание,  соединенное  с  вы¬
сушиванием,  являясь  могучим  фактором  комкообразования,  не
придает  почвенным  комкам  свойств  водопрочности.  Самое  боль¬
шое,  как  это  будет  указано  ниже,  эти  факторы  могут  лишь  вос¬
становить  ту  водопрочность,  которая  была  у  комков  почвы
в  природном  их  залегании.  Но  может  быть  дело  в  поглощенных

336
 ВОЗНИКНОВЕНИЕ  ВОДОПРОЧНОСТИ  В  КОМКЕ
 [гл.  VI
 катионах,  которым  К.  К.  Гедройц  придавал  исключительную
роль  в  процессе  структурообразованкя?  Приведем  несколько
примеров.
 В  табл.  76  приводятся  данные  П.  В.  Вершинина  (1952)  по
исследованиям  водопрочное™  трех  почв,  поглощенные  ионы
(кальция  и  железа)  из  которых  удалены  путем  обработки  почвы
2%  и  5%  раствором  НС1  до  потери  реакции  на  кальций  и  же¬
лезо,  соответственно.
 Таблица  76
 Водопрочность  агрегатов  различных  почв  при  удалении  из  них
поглощенных  оснований
 (Количество  водопрочных  агрегатов  в  процентах  к  весу  почвы)
 Почва
 Условия  опыта
 Диаметр  агрегатов,  мм
 >5
 5-3
 3-2
 2—1
 1—0,5
 0,5—
 0,25
 <0,25
 Образец  исходный:
 сухой  рассев  .  .
 7,5
 24,2
 18,9
 29,2
 9,8
 6,3
 4,1
 мокрый  рассев  .
 2,0
 4,3
 31,6
 20,6
 21,0
 3,9
 16,6
 Обыкновенный
 Образец,  обработан¬
 глинистый
 ный  2%  HCI:
 чернозем
 сухой  рассев  .  .
 7,5
 24,9
 14,0
 29,5
 13,4
 6,6
 4,1
 мокрый  рассев  .
 4,4
 6,8
 29,5
 28,9
 16,4
 4,6
 9,4
 Образец  исходный:
 сухой  рассев  .  .
 33,0
 29,6
 10,6
 24,0
 2,8
 мокрый  рассев  .
 31,1
 13,5
 30,0
 12,7
 5,00
 7,7
 Краснозем
 Образец,  обработан¬
 тяжело¬
 ный  5%  НС1:
 суглинистый
 сухой  рассев  .  .
 15,7
 22,0
 14,1
 31,9
 13,3
 3,0
 0,0
 мокрый  рассев  .
 18,1
 5,6
 29,2
 20,8
 19,6
 3,5
 3,2
 Образец  исходный:
 Дерново-слабо¬
 сухой  рассев  .  .
 19,7
 34,2
 12,6
 20,1
 6,2
 1,5
 5,7
 подзолистая
 мокрый  рассев  .
 3,0
 7,3
 19,2
 14,2
 15,4
 5,7
 35,2
 суглинистая
 Образец,  обработан¬
 на  карбонат¬
 ный  2%  НС1:
 ной  морене
 сухой  рассев  .  .
 15,2
 35,4
 14,1
 21,4
 9,5
 1,9
 2,5
 мокрый  рассев  .
 5,4
 6,7
 23,1
 9,6
 17,1
 9,00
 29,1
 Опыты  производились  на  обыкновенном  глинистом  черноземе
из  Каменной  Степи  Воронежской  обл.,  красноземе  тяжелосугли¬

§  2] 	ВОЗНИКНОВЕНИЕ  ВОДОПРОЧНОСТИ 	337
 нистом  из  совхоза  «Махиджаури»  Аджарской  АССР  и  дерново-
подзолистой  суглинистой  почве  на  карбонатной  морене  совхоза
«Губино»  Ленинградской  обл.
 Как  следует  из  табл.  76,  удаление  из  черноземной  и  подзоли¬
стой  почв  катиона  кальция,  а  из  красноземной  почвы  и  катиона
железа,  не  сказалось  отрицательно  на  водопрочности  почвы.
Следовательно,  не  катионы  являются  первопричиной  при  воз¬
никновении  водопрочности  в  комке.
 В  табл.  77  приводятся  результаты  опыта,  проделанного
П.  В.  Вершининым  еще  в  1939  г.  Опыт  ставился  на  дерново-под¬
золистой  суглинистой  почве,  сформировавшейся  на  суглинисто¬
песчаных  отложениях  древнебалтийских  трансгрессий  (Петро-
дворец).  Почва  содержала  около  4%  окисляемого  перекисью
водорода  органического  вещества,  была  высокоокультуренной
(опытное  поле  Института  овощеводства)  и  обладала  высокой
водопрочностью  в  природных  условиях.
 Почву  тщательно  перемешивали  и  разделяли  на  4  части.
Первую  часть  на  воронке  насыщали  ионом  водорода  обработкой
0,05  н.  НС1  до  прекращения  реакции  на  катионы  кальция  в  про¬
мывных  водах.  Вторую  часть  почвы  насыщали  К+  путем  обра¬
ботки  раствором  КС1  до  исчезновения  реакции  на  Са++,  с  после¬
дующей  отмывкой  хлора.  Аналогичным  образом  насыщали
третью  часть,  но  вместо  калия  катионом  служил  натрий.  И,  на¬
конец,  четвертую  часть  почвы  насыщали  Са++.
 После  насыщения  образцы  почвы  при  подсыхании  агрегиро¬
вались  и  сушились  до  воздушносухого  состояния.  Затем  их  рас¬
сеивали  на  ситах  и  из  агрегатов  размером  2—3  мм  брали  на¬
веску  на  определение  водопрочности  (опыт  1).  Оставшиеся
агрегаты  всех  частей  снова  растирали  в  ступке  и  просевали
через  сито  с  отверстиями  меньше  0,25  мм.  Из  полученной  пыли
вновь  при  смачивании  изготовляли  агрегаты  дроблением  бло-
 Таблица  77
 Водопрочность  образца  из  дерново-подзолистой  суглинистой  почвы,
насыщенного  различными  катионами
 Катион
 pH
 Количество
удаленного
органиче¬
ского  веще¬
ства,  %
 Неразмытые  остатки  в  процентах
от  взятой  навески
 1-й  опыт
 2-й  опыт
 3-й  опыт
 4-й  опыт
 Н+
 4,84
 4,3
 3,24
 7,3
 8,4
 0,05
 Са+  +
 6,46
 3,65
 13,8
 19,6
 36,5
 2,5
 Na+
 6,91
 2,85
 37,08
 53,7
 69,5
 2,2
 к+
 7,24
 4,10
 87,8
 24,6
 85,7
 3,9
 22  Зак.  196.

338
 ВОЗНИКНОВЕНИЕ  ВОДОПРОЧНОСТИ  В  КОМКЕ
 [гл.  VI
 ков;  при  рыхлой  (опыт  2)  и  «плотной  (опыт  3)  набивке  трафаре¬
тов  агрегаты  испытывали  на  водопрочность.  Опыты  завершались
так:  почва  всех  указанных  выше  четырех  частей  подвергалась
обработке  20%  Н202  (по  методу  К.  К.  Гедройца)  до  полного
удаления  из  них  органического  вещества.  Из  всех  четырех  частей
при  определенной  плотности  изготовляли  блоки,  а  из  них  —
агрегаты  размером  от  2  до  3  мм,  которые  в  воздушносухом
состоянии  испытывали  на  водоустойчивость  (опыт  4,  табл.  77).
Величина  pH,  помещенная  в  таблице,  определялась  электромет¬
рически  стеклянным  электродом.
 Данные  табл.  77  свидетельствуют  о  том,  что  почва,  будучи
насыщена  различными  катионами,  «показывает  различную  водо¬
прочность,  которая  изменяется  также  и  от  условий  опыта  (плот¬
ности).  Но,  если  из  почвы  удалить  органическое  вещество,  то
роль  поглощенных  катионов,  по  существу,  выравнивается,  т.  е.
структура  почвы  однозначно  становится  неводопрочной.
 Таблица  78
 Изменение  водопрочности  почв  после  удаления  из  них  органического
вещества  окислением  Н202
 (Количество  фракций  агрегатного  анализа  после  размывания  в  воде,
 в  процентах)
 I  1  лf*n  Q
 Характер  обработки
 Диаметр  агрегатов,  мм
 1  ючва
 >5
 5-3
 3—2
 2—1
 1—0,5
 0,5—
 0,25
 <0,25
 Образец  природной
почвы
 3,0
 7,3
 19,2
 14,2
 15,4
 5,7
 35,2
 Дерново-слабо  -
подзолистая
на  карбонат¬
ной  морене
 Образец,  обработан¬
ный  Н202  на  холо¬
ду  капиллярным
насыщением  агре¬
гатов
 2,2
 3,1
 94,7
 Образец  природной
почвы
 31,1
 13,5
 30,0
 12,7
 5,0
 7,7
 Краснозём  тя¬
желосуглини¬
стый
 Образец,  обработан¬
ный  Н202  на  холо¬
ду  насыщением
агрегатов:
 1  раз
 1,0
 0,9
 5,8
 33,8
 28,5
 4,5
 25,5
 2  раза
 —
 0,9
 4,1
 5,8
 22,2
 0,7
 66,3
 3  раза
 0
 0
 0
 0
 0
 0
 100

§  3] 	ОРГАНИЧЕСКОЕ  ВЕЩЕСТВО  И  ВОДОПРОЧНОСТЬ 	339
 В  табл.  78  приводятся  данные,  подтверждающие  тот  же  вы¬
вод,  что  поглощенные  катионы  на  водопрочность  почвенных
агрегатов  влияют  лишь  косвенно  —  через  органическое  вещество
почвы  (табл.  78).  Аналогичные  данные  получены  и  по  черно¬
земным  почвам.
 Почвы,  лишенные  тем  или  иным  путем  органического  веще¬
ства,  навсегда  теряют  способность  образовать  водопрочную
структуру.  Очевидно,  минеральная  часть  почвы  не  способна  по
своей  химической  природе  образовать  водопрочную  макрострук¬
туру.  Причиной  является  излишняя  гидратированность  глини¬
стых  коллоидов.  Без  специфического  воздействия  на  них  эффекта
водопрочности  добиться  'невозможно.
 Большой  интерес  представляет  явление  электроосмоса,  при¬
мененное  к  грунтам  и  получившее  в  настоящее  время  широкое
распространение  в  гидротехническом  строительстве.  Если  ме¬
жду  двумя  электродами  пропускается  постоянный  электриче¬
ский  ток,  то  под  действием  тока  почва  или  грунт  приобретают
повышенную  водопрочность.  Эти  явления  исследовались  ранее
(П.  В.  Вершинин  и  Н.  В.  Кириленко,  1940)  и  привели  к  убе¬
ждению,  что  электроосмотический  перенос  ионов  с  одновремен¬
ным  подсушиванием  почвы  между  электродами  вызывает  глубо¬
кие  изменения  в  строении  глинистых  минералов,  приводящие
к  их  частичной  дегидратации,  вследствие  чего  между  ними  воз¬
никают  межмолекулйрные  силы  сцепления.
 Выше  было  указано,  что  после  удаления  из  почвы  органиче¬
ского  вещества  она  теряет  способность  к  образованию  водо¬
прочной  структуры.  Рассмотрим,  всякое  ли  органическое  веще¬
ство  обладает  структурообразующей  способностью.
 §  3.  Органическое  вещество  и  водопрочность
почвенной  структуры
 На  роль  органических  веществ  в  образовании  почвенной
структуры  указывалось  давно  рядом  исследователей.  Первые
опыты  по  этому  вопросу  проведены  Шлезингом  (1874),  Вольни
(1896);  указание  на  роль  перегнойных  веществ  в  структурооб-
разовании  мы  находим  у  П.  А.  Костычева  (1886),  В.  Р.  Виль¬
ямса  (1897),  П.  Эренберга  (1925),  Г.  И.  Педжа  (1922),
К.  К.  Гедройца  (1950),  А.  Н.  Соколовского  (1921),  Ф.  Ю.  Гель-
цер  (1949),  Н.  И.  Савинова  (1935,  1936),  С.  А.  Ваксмана  (1937),
 А. 	В.  Тюрина  (1937),  М.  М.  Кононовой  (1951,  1956)  И.  Н.  Ан¬
типова-Каратаева  (1943,  1948,  1949)  и  у  ряда  исследователей,
занимающихся  изучением  почвы.
 Первые,  наиболее  ранние  исследования  значения  органиче¬
ского  вещества  в  формировании  почвенной  структуры  имели
общий  характер.

340 	ВОЗНИКНОВЕНИЕ  ВОДОПРОЧНОСТИ  В  КОМКЕ 	[гл.  VI
 Крупным  шагом  вперед  была  концепция  В.  Р.  Вильямса.
В  ней  действие  органического  вещества  ясно  расчленяется.
У  него  мы  имеем  уже  суждение  не  просто  о  перегнойных  веще¬
ствах,  как  это  делалось  многими  авторами  до  него,  а  об  опре¬
деленной  их  фракции,  именно  —  ульминовой  кислоте.  Он  связал
наличие  в  почве  тех  или  иных  перегнойных  кислот  в  почвенном
гумусе  с  биохимической  деятельностью  почвенных  микроорга¬
низмов,  развивающихся  в  почве  в  тесной  зависимости  от  харак¬
тера  наземных  высших  растений.  Оставив  терминологию  Бер-
 63%
 Рис.  111.  Водопрочность  почвенной  структуры  (в  про¬
центах)  к  воздушносухой  навеске  в  различных  поч¬
венных  типах  (по  Н.  И.  Савинову).
 /-дерново-подзолистые  «почвы;  2  —черноземы  всех  подтипов;
 3  —  черноземы  южные;  4  —каштановые  почвы;  5  —  сероземы.
 целиуса,  В.  Р.  Вильямс  вложил  в  понятие  гуминовой,  ульмино¬
вой  и  креновой  кислот  новое  биохимическое  содержание.  Но  су¬
ществование  указанных  перегнойных  кислот  как  химических  об¬
разований  он  признавал  и  даже  разрабатывал  методы  их  вы¬
деления  в  чистом  виде,  предлагая  их  химические  формулы.
 Следует  отметить,  что  существование  указанных  перегной¬
ных  кислот  в  20  столетии  не  является  уже  бесспорным.  Еще
 О. 	Шнейнер  и  Е.  Шори  (1908)  на  основании  своих  исследова¬
ний  утверждали,  что  так  называемые  гуминовые  кислоты  пред¬
ставляют  собою  коллоидную  смесь  различных  очень  сложных
органических  соединений.  С.  А.  Ваксман  (1937)  тоже  не  при¬
знавал  специфических  перегнойных  кислот,  считая  их  смесью
лигно-протеиновых  соединений.  К.  Н.  Рудаков,  развивая  био¬

ОРГАНИЧЕСКОЕ  ВЕЩЕСТВО  И  ВОДОПРОЧНОСТЬ
 341
 §  3]
 химический  взгляд  на  почвенный  гумус,  отрицает  наличие  гуми¬
новых  кислот,  выдвигая  вместо  них  уроновые  кислоты.  Вместе
с  тем  многие  исследователи,  кроме  В.  Р.  Вильямса,  а  именно:
 А. 	Шмук  (1926,  1951),  И.  В.  Тюрин  (1937),  С.  С.  Драгунов
(1948),  И.  Н.  Антипов-Каратаев  (1937)  и  другие  —  признают
наличие  в  почве  и  торфе  характерных  гуминовых  кислот.
 %
 Рис.  112.  Схема  зависимости  струк-
турообразования  от  климатических
факторов,  по  Бейверу.
 а  —зависимость  от  осадков  (при  постоян¬
ной  температуре);  б—от  среднегодовой
темпеоатуры  7  (при  относительном  по¬
стоянстве  осадков).
 1,  2  —  пустынные  почвы;  3,  4  —  черноземы;
 5,  6  —  подзолистые  почвы.
 /—с  севера  на  юг  (на  чертеже  снизу
вверх):  подзолообразование,  гумусные  поч¬
вы,  латеритообразование;  II—с  запада  на
восток  (слева  направо):  полуаридные,  чер¬
ноземоподобные  почвы.
 Рис.  113.  Связь  между  водопрочностью
почвенной  структуры  (а),  содержанием
гумуса  (б)  и  гуминовых  кислот  (в)  в  раз¬
личных  почвенных  типах.
 /  —  подзолистые  почвы;  -2  —деградированные  чер¬
ноземы;  3  —  мощные  черноземы;  /  —  обыкновенные
черноземы;  5  —  каштановые  почвы;  б  —сероземы;
 7—красноземы;  б  —подзолы  субтропиков.
 Ряд  авторов  устанавливает
связь  в  географическом  аспекте
между  содержанием  в  почве  гу¬
 муса  и  водопрочностью  почвен¬
ной  структуры.  На  рис.  111  приводятся  данные  Н.  И.  Сави¬
нова  по  данному  вопросу.  Из  этих  данных  следует,  что  макси¬
мум  водопрочности  почв  наблюдается  на  черноземах,  умень¬
 шаясь  в  направлении  на  север  и  на  юг.
 На  рис.  112  приводятся  данные  Л.  Д.  Бейвера  о  связи  водо¬
 прочности  структуры  с  количеством  выпадающих  осадков  и  ве¬
личиной  средней  годовой  температуры.

342 	ВОЗНИКНОВЕНИЕ  ВОДОПРОЧНОСТИ  В  КОМКЕ 	[гл.  VI
 На  рис.  113  приводятся  данные,  полученные  П.  В.  Вершини¬
ным,  о  зависимости  между  содержанием  в  почвах  гумуса,  гу¬
миновых  кислот  в  нем  и  водопрочности  почвенной  структуры.
 Была  разработана  специальная  методика,  так  как  при  обыч¬
ных  способах  выделения  гуминовых  кислот  из  почвы,  почвенная
макроструктура  разрушается  полностью  в  процессе  подготовки
почвы  к  анализу.
 И.  Н.  Антипов-Каратаев  (1946)  выдвинул  принцип  капил¬
лярного  насыщения  почвенного  агрегата  растворами  химиче¬
ских  реагентов,  применяемых  при  фракционировании  почвен¬
ного  гумуса.  Это  указало  на  возможность  выявления  роли  тех
или  иных  фракций  органического  вещества  в  формировании
почвенного  водопрочного  комка.  Мы  применили  принцип
И.  Н.  Антипова-Каратаева,  связав  его  с  агрегатным  анализом
почв,  как  это  видно  из  излагаемого  ниже  материала.
 Исследованию  был  подвергнут  обыкновенный  суглинистый
чернозем  из  Каменной  Степи.  Образец  для  исследования  взят
с  заповедника  «Некосимая  степь  среди  лесных  полос».
 По  характеристике  органического  вещества  почвы  (по  ме¬
тоду  И.  В.  Тюрина),  сделанной  А.  В.  Барановской  (1954),
почва  содержала  общего  гумуса  11,85%,  в  нем  различных  фрак¬
ций  гуминовых  кислот  33,95%,  фульвокислот  33,05%  и  нерас¬
творимого  остатка  33,0%.
 Результаты  агрегатных  анализов,  полученные  по  удалении
из  почвы  различных  фракций  органического  вещества  и  декаль¬
цинировании  приводятся  в  табл.  79.
 Рассматривая  данные  табл.  79,  мы  видим,  что  удаление  из
почвы  спирто-бензольных  фракций  мало  сказалось  на  макро¬
структуре  почвы.  Водопрочность  и  комковатость  ее  остались
теми  же.  При  декальцинировании  макроагрегаты  также  полно¬
стью  сохранились,  водопрочность  их  не  ухудшилась,  но  они  по¬
теряли  механическую  прочность,  стали  рыхлыми,  крупнопори¬
стыми  и  раздавливались  в  пыль  при  незначительных  усилиях.
Это  обстоятельство  с  несомненностью  доказывает,  что  кальций
в  таких  количествах,  в  каких  он  имеется  в  обыкновенном  черно¬
земе,  играет  значительную  роль  в  укреплении  механической
прочности  агрегатов.  Лишь  продолжительная  обработка  деци-
нормальным  едким  натром,  растворяющим  некоторые  фракции
гуминовых  кислот,  превратила  почву  из  рассыпчатой  с  водо¬
прочной  структурой  в  вязкую  и  бесструктурную  неводопрочную
тягучую  массу,  обладающую  изумительной  механической  проч¬
ностью  при  высыхании.
 Указанные  исследования  экспериментально  показали,  что  не
всякое  органическое  вещество,  входящее  в  состав  почвенного
гумуса,  может  придать  почвенным  агрегатам  водопрочность,
а  лишь  то,  которое  растворяется  в  щелочах  и  не  растворяется

ОРГАНИЧЕСКОЕ  ВЕЩЕСТВО  И  ВОДОПРОЧНОСТЬ
 343
 §  3]
 Таблица  79
 Водопрочность  почвенной  структуры  при  обработке  почвы
различными  растворами
 (Количество  фракций  агрегатного  анализа  в  процентах  к  весу  почвы)
 Характер  обработки
 Диаметр  агрегатов,  мм
 >5
 5-3
 3—2
 2—1
 1-0,5
 0,5—0,25
 <0,25
 Образец  исходный:
 сухой  рассев
 7,5
 24,2
 18,9
 29,2
 9,8
 6,3
 4,1
 мокрый  »
 Образец  обработан  спирто-
 2,0
 4,3
 31,6
 20,6
 21,0
 3,9
 16,6
 бензолом:
 сухой  рассев
 1.6
 19,8
 16,7
 33,2
 13,9
 8,9
 5,9
 мокрый  »
 Образец  обработан  после
спиртобензола  2%  НС1:
 6,7
 1,4
 34,1
 16,0
 15,6
 12,2
 14,0
 сухой  рассев
 7,5
 24,9
 14,0
 29,5
 13,4
 6,6
 4,1
 мокрый  »
 Образец  обработан  после
 4,4
 6,8
 29,5
 28,9
 16,4
 4,6
 9.4
 НС1  0,1  н.  NaOH:
 сухой  рассев
 9,7
 19,7
 10,4
 20,5
 16,0
 15,4
 8,3
 мокрый  »
 Образец  обработан  0,1  н.
 0,6
 4,6
 11,6
 83,2
 NaOH  вторично:
 сухой  рассев
 Почва  слиплась  в  глыбу  и
 дробилась  на  агрегаты
 мокрый  »
 3,8  I
 0,4
 0,7  I
 95,1
 в  кислотах  и  которое  еще  исследователями  XIX  столетия  отне¬
сено  к  типу  гуминовых  кислот.
 Диаграмма  рис.  113  убедительно  доказывает  связь  водо-
прочности  почвенной  структуры  с  наличием  в  почве  гумуса  и
гуминовой  кислоты  в  нем.  Особое  положение  занимают  красно¬
земы.
 Таким  образом,  между  водопрочностью  почвенной  струк¬
туры  и  количеством  и  качеством  органического  вещества  суще¬
ствует  связь  в  широком  географическом  аспекте.  Следуя  от
типичных  черноземов  с  одной  стороны  на  север,  а  с  другой  на
юг  и  юго-восток,  мы  наблюдаем  уменьшение  гумуса  и  запаса
гуминовых  кислот  в  почвах.  В  полном  соответствии  с  этим  и

344
 ВОЗНИКНОВЕНИЕ  ВОДОПРОЧНОСТИ  В  КОМКЕ
 [гл.  VI
 в  такой  же  закономерности  наблюдается  и  падение  почвенной
структуры.  Это,  конечно,  не  значит,  что  почвенная  структура  и
ее  водопрочность  —  явление  исключительно  зональное.  Это  го¬
ворит  лишь  о  том,  что  в  каждой  почвенной  зоне  в  соответствии
с  естественноисторическими  условиями  агротехнические  меро¬
приятия  для  увеличения  водопрочности  структуры  почвы  раз¬
личны.
 §  4.  Физико-химическая  сущность  явления  водопрочности
 в  комке
 Физико-химическую  сущность  явления  водопрочности  поч¬
венного  комка  В.  Р.  Вильямс  связывает  с  денатурацией  гуми¬
новых  и  ульминовых  кислот  и  валентностью  поглощенных
катионов  почв.  Перегнойные  кислоты,  пропитывая  почву,  дена¬
турируются,  т.  е.  переходят  из  растворимого  в  нерастворимое
состояние,  и  клей  из  них,  как  говорит  В.  Р.  Вильямс,  переходит
в  цемент.  Склеенные  перегнойными  кислотами  комки  после  де¬
натурации  клея  и  перехода  его  в  цемент  приобретают  свойства
водопрочности.
 Явления  денатурации,  по  В.  Р.  Вильямсу,  необратимы.  Для
восстановления  водопрочности  комков  потребуются  новые  пор¬
ции  свежеобразованных  перегнойных  кислот,  которые  вновь
должны  пропитать  почвенные  комки,  денатурироваться  при  на¬
личии  в  поглощенном  состоянии  двухвалентных  катионов  и
перейти  из  клея  в  цемент.
 Прежде  чем  обсуждать  физико-химическую  сущность  явле¬
ния  водопрочности,  необходимо  познакомиться  с  дополнитель¬
ными  факторами,  влияющими  на  водопрочность  структуры,  по¬
явившимися  в  результате  разрушения  водопрочности  почвенной
структуры  щелочами  и  восстановления  водопрочности  в  комках
после  их  механического  разрушения.
 Разрушение  водопрочности  почвенных  комков  щелочами.
 Неоднократно  высказанное  ранее  утверждение,  что  в  явлениях
водопрочности  почвенной  структуры  ведущим  является  строе¬
ние  органических  веществ,  еще  раз  подтверждается.  Становится
ясным  также,  что  фракции  битумов  и  смол  не  являются  решаю¬
щими  в  явлениях  водопрочности.  Фракция  фульвокислот  не
может  играть  заметной  роли  ввиду  ее  значительной  раствори¬
мости  в  воде,  и  лишь  фракции  гуминовых  кислот  и  гуминов  мо¬
гут  играть  и  играют  решающую  роль.  Соли  гуминовых  кислот
с  одновалентными  катионами  растворимы  в  воде.  Казалось  бы,
что,  вытесняя  из  поглощенного  состояния  кальций  и  другие
двухвалентные  катионы  и  замещая  их  натрием,  мы  создаем  все
условия  для  растворимости  гуминовой  кислоты,  а  в  силу  этого

ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКАЯ  СУЩНОСТЬ  ВОДОПРОЧНОСТИ
 345
 §  4]
 и  для  разрушения  водопрочности  почвенных  агрегатов.  Но  та¬
кое  простое  толкование  явлений  водопрочности  верно  лишь  от¬
части.  В  целом  же  процесс  значительно  сложнее.  Это  вытекает
из  опытов  по  изучений  влияния  различных  концентраций  ед¬
кого  натра  на  водопрочность  почвенной  структуры.  100  г  воз¬
душносухой  почвы  в  агрегатном  состоянии  капиллярно  смачи¬
вали,  а  в  дальнейшем  увлажняли  растворами  едкого  натра  раз¬
личной  концентрации  при  соотношении  200  см3  раствора  к  100  г
почвы.  Время  взаимодействия  щелочи  с  почвой  в  агрегатном  со¬
стоянии  устанавливалось  из  опыта  и  равнялось  50  часам.  По
истечении  этого  времени  избыток  раствора  сливали,  а  почвен¬
ный  образец  доводили  до  воздушносухого  состояния  и  подвер¬
гали  агрегатному  анализу  на  приборе  П.  В.  Вершинина.
В  табл.  80  приводятся  полученные  при  этом  данные  по  водо¬
прочности  почвенной  структуры  для  трех  почв.
 Из  табл.  80  видно,  что  воздействие  различных  концентраций
едкого  натра  по-разному  сказалось  на  различных  почвах.  Если
водопрочность  агрегатов  обыкновенного  чернозема  стала  падать
примерно  в  линейной  зависимости  от  концентрации  едкого
натра,  то  в  рендзине  и  красноземе  разрушения  водопрочности
становятся  заметными  лишь  после  обработки  нормальным  рас¬
твором  едкого  натра.
 В  табл.  81  приводятся  данные  о  водопрочности  структуры
образцов  почвы,  взятых  с  различных  угодий  обыкновенного  гли¬
нистого  чернозема  экспериментального  опытного  хозяйства
Института  земледелия  ЦЧП  (Каменная  Степь).
 Сравнивая  данные  таблиц  80  и  81,  можно  видеть,  что  водо¬
прочность  структуры  почвы,  взятой  с  разных  угодий  обыкновен¬
ного  чернозема,  не  только  по-разному  изменяется  под  воздей¬
ствием  различных  концентраций  едкого  натра,  но,  что  удиви¬
тельно,  порядок  водопрочности  структуры  по  различным
угодьям  сохраняется  тот  же,  что  при  условии  размывания  поч¬
венных  агрегатов  только  в  воде.
 Невольно  возникает  вопрос:  если  бы  разрушение  водопроч¬
ности  почвенной  структуры  под  влиянием  NaOH  заключалось
лишь  в  замене  иона  Са++  на  ион  Na+  в  поглощающем  комплексе
почвы  или  в  самой  гуминовой  кислоте,  то  как  бы  могли  полу¬
читься  такие  различия  в  водопрочности  по  угодьям?
 Эффект  разрушения  водопрочности  структуры  с  увеличе¬
нием  концентрации  щелочи,  как  показано  в  табл.  81,  наблю¬
дается  лишь  на  почвах  с  большим  содержанием  органического
вещества,  когда  оно  распределяется  между  минеральными  ча¬
стицами  и  определяет  характер  их  слипания.  На  образцах  из
нижних  горизонтов  той  же  почвы  этого  явления  не  наблю¬
дается.  В  этом  случае  увеличение  концентрации  щелочи  ведет
не  к  разрушению  водопрочности  комка,  а  к  его  укреплению.

346
 ВОЗНИКНОВЕНИЕ  ВОДОПРОЧНОСТИ  В  КОМКЕ
 [гл.  VI
 'Специальные  опыты  на  той  же  почве  на  образцах,  из  которых
органическое  вещество  удалено  окислением  Н2Ог,  подтвердили,
что  если  склеивание  частиц  почвы  происходит  главным  образом
минеральными  клеями,  то  увеличение  концентрации  щелочи
всегда  приводит  к  повышению  водопрочности  комков.  Щелочь
отнимает  воду  от  почвы,  это  вызывает  дигидратацию  минераль¬
ных  коллоидов  почвы  и  повышает  водопрочность  склеивания
при  образовании  комка.
 П.  А.  Костычев  (1905)  писал,  что  разрушенная  структура
на  черноземных  почвах  может  восстанавливаться.  Это  восста¬
новление  происходит  при  «сгнивании  растительных  остатков».
 П.  В.  Вершининым  (1952)  в  статье  «О  восстановлении  водо-
нрочности  структуры,  разрушенной  механически»  приводятся
 Таблица  80
 Водопрочность  структуры  образцов  из  различных  почв
при  обработке  их  NaOH
 (Количество  фракций  агрегатного  анализа  в  процентах  к  весу  образца)
 Почва  (с  глубины
0—10  см)
 Концентрация
в  нормалях
 Диаметр  агрегатов,  мм
 ю
 А
 5—3
 <м
 1
 СО
 W-4
 1
 <м
 ю
 о
 J,
 0,5-0,25
 Сумма  агре¬
гатов
 >0,25
 <0,25
 Обыкновенный
 кг4
 3,34
 6,44
 27,04
 20,64
 18,74
 7,84
 84,04
 15,96
 N  чернозем  из  Ка¬
 10-8
 3,80
 3,84
 25,60
 21,14
 20,12
 8,34
 82,84
 17,16
 менной  степи.
 10-2
 3,44
 4,80
 21,14
 17,54
 18,24
 7,54
 72,70
 27,30
 Заповедник
 ю-1
 1,60
 2,30
 11,24
 17,25
 15,52
 7,84
 55,75
 44,25
 «Не  косимая
 1,0
 4,04
 4,34
 7,04
 3,90
 4,30
 3,0
 26,62
 73,38
 степь  среди  лес¬
 ных  полос».
 Рендзина  тяжело¬
 10-4
 12,08
 12,16
 36,64
 4,36
 6,24
 71,48
 28,52
 суглинистая  из
 1(Г®
 10,96
 14,40
 39,96
 3,44
 3,44
 68,76
 31,24
 подзолистой
 кг2
 12,20
 15,64
 34,80
 3,64
 2,24
 68,52
 31,48
 зоны
 кг1
 13,0
 8,64
 31,44
 8,28
 6,08
 67,44
 32,56
 1,0
 4,24
 6,24
 5,64
 4,72
 5,56
 26,40
 73,60
 1(Г4
 27,77
 19,83
 43,31
 90,91
 9,09
 10_3
 18,86
 24,43
 44,79
 88,08
 11,92
 Краснозем  тяжело¬
 ю-2
 36,92
 20,63
 32,56
 90,11
 9,89
 суглинистый
 ю-1
 12,23
 12,70
 61,78
 86,71
 13,29
 1,0
 —
 2,36
 45,16
 47,52
 52,48

ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКАЯ  СУЩНОСТЬ  ВОДОПРОЧНОСТИ
 347
 §  41
 Таблица  81
 Водопрочность  структуры  образцов  почвы  при  обработке  их  NaOH
 (Количество  фракций  агрегатного  анализа  в  процентах  к  весу  образца)
 Угодье
 Концентрация
в  нормалях
 Диаметр  агрегатов,  мм
 Коэффициент
 структурности
 5
 3
 2
 1
 0,5
 0,25
 Сумма  агре¬
гатов
 >0,25
 <0,25
 «Не  косимая  степь
 0
 3,71
 22,2
 10,87
 27,51
 12,0
 3,03
 79,34
 20,66
 4,0
 среди  лесных
 ю-8
 3,80
 3,84
 25,60
 21,14
 20,12
 8,34
 82,84
 17,16
 4,85
 полос»  №  1  (гу-
 10-2
 3,44
 4,80
 21,14
 17,54
 18,24
 7,54
 72,7
 27,30
 2,66
 муса  11,30%)
 иг1
 1,60
 2,30
 11,24
 17,25
 15,52
 7,84
 55,75
 44,25
 1,13
 1
 4,04
 4,34
 7,04
 3,90
 4,30
 3,0
 26,62
 73,38
 0,36
 0
 6,73
 12,86
 12,63
 34,8
 11,42
 3,56
 82,0
 18,0
 4,6
 1(Г3
 6,72
 1,48
 26,88
 14,80
 22,96
 14,40
 87,24
 12,76
 6,82
 «Косимая  степь
 10-2
 33,54
 5,06
 18,74
 8,74
 11,60
 9,94
 87,62
 12,38
 6,90
 среди  лесных
 иг1
 0,68
 0,62
 10,82
 11,34
 14,42
 5,24
 43,12
 56,88
 0,75
 полос»,  №  2
 1,0
 0,76
 0,40
 4,36
 5,78
 10,82
 6,68
 28,80
 71,20
 0,41
 10
 0,84
 2,30
 8,18
 10,28
 21,60
 78,40
 0,28
 0
 4,05
 22,82
 17,73
 26,76
 7,78
 2,39
 81,53
 18,47
 4,5
 10~3
 1,9
 2,5
 —
 42,10
 16,6
 11,6
 74,70
 25,3
 2,9
 «Не  косимая  от¬
 10"2
 4,3
 1,0
 —
 30,80
 13,60
 9,04
 58,74
 41,26
 1,4
 крытая  степь»,
 10'1
 0,68
 0,68
 —
 22,40
 1,40
 6,00
 31,16
 68,84
 0,46
 №  3  (гумуса
 1,0
 1,0
 0,9
 —
 15,80
 8,40
 3,24
 29,34
 70,66
 0,41
 10,03%)
 10
 1,10
 0,10
 —
 2,70
 9,64
 11,24
 24,78
 75,22
 0,32
 0
 2,55
 9,84
 12,55
 32,4
 13,27
 5,04
 75,65
 24,35
 3,1
 кг3
 1,20
 1,0
 14,38
 14,66
 27,92
 9,32
 68,48
 31,52
 2,16
 «Косимая  откры¬
 10“2
 0,40
 0,90
 10,68
 15,96
 25,22
 13,56
 66,76
 33,24
 2,0
 тая  степь»,  №  4
 10"1
 0,20
 6,66
 5,54
 11,30
 5,54
 29,24
 70,76
 0,41
 1,0
 1,78
 3,96
 7,02
 4,54
 17,30
 82,70
 0,21
 10,0
 0,2
 0,84
 5,94
 6,68
 13,66
 86,34
 0,16
 0
 _
 1,97
 3,57
 23,56
 10,19
 39,29
 60,71
 0,65
 ю-3
 2,0
 —
 0,68
 2,14
 13,0
 14,0
 31,82
 68,18
 0,46
 Паровое  поле  сре¬
 кг2
 —
 —
 0,44
 1,84
 7,04
 6,90
 16,22
 83,78
 0,19
 ди  лесных  по¬
 кг1
 —
 —
 0,32
 1,06
 5,46
 5,40
 12,24
 87,76
 0,14
 лос,  №  б  (гумуса
 1,0
 —
 —
 0,20
 0,34
 1,92
 2,78
 5,24
 94,76
 0,06
 9,45%)
 10,0
 —
 —
 0,36
 1,88
 6,08
 8,32
 91,68
 0,09

348
 ВОЗНИКНОВЕНИЕ  ВОДОПРОЧНОСТИ  В  КОМКЕ
 [гл.  VI
 данные,  указывающие  на  условия  восстановления  водопрочно-
сти  комков,  растертых  в  пыль  и  вновь  сформированных  в  комки
при  увлажнении.  Для  большей  убедительности  был  постав¬
лен  ряд  дополнительных  опытов  по  другой  методике.  В  табл.  82
приводятся  данные  одного  из  таких  опытов.  Опыт  ставился  на
том  же  глинистом  черноземе  из  Каменной  Степи,  образец  почвы
взят  в  лесной  полосе  №  34.  Агрегаты  от  3—5  мм  из  об¬
разца  растирали  во  влажном  состоянии  до  пасты,  затем  после
некоторого  высыхания  набивали  в  формы  до  плотности  природ¬
ных  комков  (1,5  г/см3)  и  высушивали  на  воздухе.  После  высы¬
хания  образцы  извлекали  из  форм,  дробили  на  комочки  диамет¬
ром  3—5  мм,  которые  и  испытывали  на  водопрочность.
 Из  табл.  82  следует,  что  растертые  агрегаты  восста¬
новили  водопрочность  на  78,2%.  Из  всех  опытов  по  восстанов¬
лению  водопрочности  следует,  что  чем  мельче  частицы,  на  кото¬
рые  растираются  природные  агрегаты,  тем  выше  способность
восстанавливать  природную  водопрочность  у  образованных
вновь  агрегатов.  В  том  же  направлении  действует  и  уплотне¬
ние  при  образовании  новых  агрегатов.
 Эти  свойства  обратимости  водопрочного  склеивания  должны
быть  изучены  со  всей  тщательностью.  Они  свидетельствуют
о  том,  что  сущность  возникновения  водопрочности  у  перегной¬
ных  кислот  нельзя  объяснить  денатурацией  и  толковать  про¬
цесс  как  переход  клея  в  цемент,  что  делал  В.  Р.  Вильямс.  Про¬
цессы  денатурации  необратимы,  здесь  же  —  налицо  обрати¬
мость.  В  то  же  время  явления  водопрочности  явно  связаны  не
только  с  межмолекулярными  силами  Ван-дер-Ваальса,  несо¬
мненно,  в  них  принимают  участие  химические  силы  связи,  лишь
они  могут  противодействовать  расклинивающему  давлению,
создаваемому  тонкими  пленками  воды.
 Таблица  82
 Восстановление  водопрочности  механически  разрушенных  комков
 (Количество  агрегатов  в  процентах  к  весу  образца
 Диаметр
агрегатов,  мм
 Разрушенная  и  восстано¬
вленная  фракции
 Природные  агрегаты
 I  повт.
 II  повт.
 среднее
 I  повт.
 II  повт.
 среднее
 >3
 4,60
 4,35
 4,47
 29,10
 29,10
 29,10
 3—1
 35,25
 34,75
 35,0
 43,15
 43,10
 43,10
 1—0,5
 17,25
 16,0
 16,62
 9,10
 9,10
 9,10
 0,5—0,25
 9,75
 11,00
 10,38
 3,65
 3,70
 3,70
 <0,25
 33,15
 33,90
 33,53
 15,0
 15,0
 15,0

ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКАЯ  СУЩНОСТЬ  ВОДОПРОЧНОСТИ
 349
 §  4J
 О  химических  связях.  Химические  связи  противостоят  рас¬
клинивающему  действию  водных  пленок.  Эти  связи  количе¬
ственно  могут  быть  охарактеризованы  значениями  присущих  им
физических  величин.  Важнейшими  и  типичнейшими  величинами
являются  энергия  связи  и  «длина  связи»,  т.  е.  расстояние  между
атомами  (атомными  ядрами),  соединенными  такой  связью.  Хи¬
мические  связи  многообразны.
 Очень  важный  вид  связи  для  объяснения  явлений,  происхо¬
дящих  при  возникновении  водопрочности  структуры,  представ¬
ляет  водородная  связь.  Водород,  входящий  в  состав  гидроксиль¬
ной  группы  ОН,  может  соединяться  с  атомом  кислорода  другой
молекулы,  несмотря  на  то,  что  его  валентность  уже  насыщена.
Например,  молекулы  муравьиной  и  уксусной  кислот  соеди¬
няются  попарно,  образуя  димеры,  устойчивые  даже  в  парах
 этих  веществ  (рис.  114).  Точками  на  рисунке  отмечена  водород¬
ная  связь.  Она  гораздо  менее  прочна,  чем  валентные  связи.  Для
разрыва  димера  уксусной  кислоты  на  две  молекулы  нужно  за¬
тратить  энергию  около  14  ккал/моль.  Следовательно,  энергия
водородной  связи  равна  7  ккал/моль,  т.  е.  приближается  к  ван-
дерваальсовым  силам  связи.  Все  молекулы  воды  связаны
друг  с  другом  водородными  связями.  Благодаря  водородным
связям,  молекулы  могут  соединяться  в  кольца  и  цепи.  Они
встречаются,  помимо  воды,  в  спиртах,  белках,  жирах  и  угле¬
водах.
 Природа  водородной  связи,  по-видимому,  подобна  связи  за
счет  неподеленной  пары  электронов.
 Связи,  возникающие  в  органическом  веществе  почвы  при  воз¬
никновении  водопрочности,  до  сих  пор  почти  не  изучены.  За¬
труднения  заключаются  в  том,  что  химическое  строение  гумино¬
вых  и  близких  к  ним  соединений  органического  вещества  почвы
еще  не  уточнено.  Работы  И.  Д.  Седлецкого  (1939),  казалось  бы,
внесли  в  эту  область  какую-то  ясность,  но  они,  спустя  8  лет,
подверглись  критике  Н.  И.  Горбуновым  (1947).  М.  М.  Кононова
 (1956),  на  основании  исследований  В.  И.  Касаточкина,  относит
их  к  особому  классу  карбонизированных  веществ.  Все  эти  ве¬
щества  (за  исключением  графитов)  —  аморфные.  Основной
 о-н-о
 о-н-о
 \
 с-сн.
 Рис.  114.  Наличие  водородной  связи
у  димеров  уксусной  кислоты.

350 	ВОЗНИКНОВЕНИЕ  ВОДОПРОЧНОСТИ  В  КОМКЕ 	[гл.  VE
 структурной  единицей  (микромолекулой)  является  плоская
сетка  циклически  полимеризованного  углерода  с  боковыми  це¬
пями  линейно  полимеризованного  углерода.  Последние  содер¬
жат  различные  атомы  и  атомные  группы  (Н,  О,  S,  N  и  др.)  и
функциональные  группы,  в  том  числе  кислородосодержащие,
определяющие  кислотный  характер  гумусовых  веществ.  Разли¬
чие  в  строении  гумусовых  веществ  почв  определяется  способом
связи  структурных  элементов,  природой  и  составом  боковых  це¬
пей,  размерами  и  степенью  упорядоченности  циклических  веток.
 В  настоящее  время  достаточно  согласованно  утверждается*
что  гуминовые  и  близкие  к  ним  кислоты  являются  высокомоле¬
кулярными  полимерами  (Л.  Н.  Александрова,  1949).  Если  гу¬
миновые  кислоты,  выделенные  по  Свен  Одену  или  по  И.  В.  Тю¬
рину,  представляют  собою  полимер,  то  естественно  среди  них
искать  мономер.  Видимо,  микромолекула,  упоминаемая
М.  М.  Кононовой  (1953),  и  является  мономером.
 Произведенные  опыты,  результаты  которых  приводились,
выше  (стр.  460),  показали,  что  в  черноземных  почвах  Каменной
Степи  явление  водопрочности  структуры  носит  сложный  харак¬
тер.  Энергия  связей  при  возникновении  водопрочности  разная:
имеются  связи  в  органическом  веществе,  которое  не  разрушает
даже  щелочь  10  н.  концентрации.  В  то  же  время  водопрочность,
характеризуемая  обычной  методикой,  вызывается  менее  проч¬
ными  связями.
 Из  рассмотренных  выше  химических  связей  ближе  всего
подходит  водородная  связь.  Энергия  этих  связей  невелика,  они
могут  быть  разрушены  при  растирании  почвенных  комков  во
влажном  состоянии.  Следует  отметить,  что  химия  полимеров,
знает  много  веществ,  восстанавливающих  связи,  разрушенные
механическим  путем.  Другое  дело,  если  произошли  химические
изменения,  как  это  показано  при  деполимеризации  органиче¬
ских  веществ,  взятых  с  различных  угодий  Каменной  Степи.  По
мере  интенсивной  обработки  целины  при  содействии  биоката¬
лизаторов  и  ферментов  происходят  явления  окисления,  водо¬
родные  связи  исчезают,  а  вместе  с  ними  исчезают  и  явления  во¬
допрочности  комков.  Возникновению  водородных  связей  способ¬
ствуют  анаэробные  условия  в  почве,  правильно  подмеченные
классиками  естествознания  и  развитые  В.  Р.  Вильямсом.
 В  процессе  полимеризации  мономеры  гуминовой  кислоты
образуют  длинные  цепи.  При  повышении  концентрации  веществ
в  растворе  число  цепей  возрастает,  и  они  переплетаются  и  сши¬
ваются  в  поперечном  направлении;  возможно,  при  помощи  ка¬
тионов.  Ранее  (см.  рис.  80)  указывалось,  что  полимеризация
гуминовых  кислот  при  37%  концентрации  заходит  так  далеко,
что  полимерные  цепи,  видимо,  образуют  гель  сетчатого  строе¬
ния.  Степень  полимеризации  увеличивается  как  с  потерей  воды,

МИКРОБИОЛОГИЧЕСКИЕ  ФАКТОРЫ  ВОДОПРОЧНОСТИ
 §  5]
 351
 так  и  во  времени.  Полимерные  цепи  укрепляются  при  помощи
катионов.  Укрепляющим  действием  обладают  двух-  и  трехва¬
лентные  катионы  и,  в  особенности,  Fe+++.  Под  его  воздействием
пленки  из  гуминовых  кислот  даже  понижают  гидрофильные
свойства.  Двух-  и  трехвалентные  катионы  улучшают  также  «по¬
садку»  пленок  из  гуминовых  кислот  на  минеральную  «под¬
кладку».
 Действие  щелочей  на  водопрочность  структуры,  видимо,  за¬
ключается  в  том,  что  при  малых  концентрациях  (раствора)
NaOH  сначала  замещаются  сшивающие  цепи  катионы,  при
этом  подвижность  гуминовых  веществ  в  воде  возрастает.  При
концентрациях,  близких  к  0,1  н.,  начинается  замещение  водоро-
дов  гидроксильных  групп,  и  разрушение  водопрочности  в  агре¬
гатах  резко  возрастает.
 Указанная  предположительная  картина  физических  явлений
водопрочности  комков  должна  быть  уточнена,  что  возможно»
лишь  при  уточнении  химического  строения  гумусовых  кислот.
 §  5.  Микробиологические  факторы  водопрочности  почвенной
 структуры
 Накопление  в  почве  веществ,  придающих  водопрочность*
почвенной  структуре  в  полевых  условиях,  происходит  при  со¬
действии  микроорганизмов  —  грибов,  бактерий  и  актино-
мицетов.
 Образование  этих  органических  веществ  из  разлагающихся
растительных  и  животных  остатков  при  участии  почвенных  ми¬
кроорганизмов  отмечено  еще  классиками  почвоведения,  даль¬
нейшие  исследования  все  более  и  более  уточняли  роль  микроор¬
ганизмов  в  структурообразовании.
 П.  Фагелер  (1936)  отметил,  что  в  почвах,  богатых  микроор¬
ганизмами,  в  особенности  актиномицетами,  происходит  соеди¬
нение  при  помощи  бактериальной  слизи  не  только  первичных,
но  и  вторичных  частиц,  вследствие  чего  образуются  агрегаты
более  высокого  порядка.
 Большие  опыты  по  влиянию  микроорганизмов  на  формиро¬
вание  почвенной  структуры  произведены  в  СССР  И.  И.  Канив-
цем  (1936—1939),  Н.  П.  Корнеевой  (1936),  Н.  Г.  Радзиловским
(1937—1939)  и  др.  Ими  выделен  микроорганизм  —  гриб  Trtcho-
derma  lignorum.
 Е.  Н.  Мишустин  (1938,  1940,  1941,  1942,  1945)  установил  су¬
ществование  лабильной  и  стабильной  водопрочной  структуры.
Первая  вызывается  клеящими  веществами  белкового  типа  и
легко  разрушается  биологически,  вторая  создается  веществами,
гуминового  типа  и  биологически  более  устойчива.

352 	ВОЗНИКНОВЕНИЕ  ВОДОПРОЧНОСТИ  В  КОМКЕ 	[гл.  VI
 Н.  М.  Лазарев  (1949)  считал,  что  существует  более  стойкая
структура,  образованная  так  называемыми  бета-гуматными  ве¬
ществами.  Она  связана  с  подавлением  микробиологической  дея¬
тельности  и  консервацией  гуминовых  веществ. 	'
 Ф.  Ю.  Гельцер  (1943—1949)  много  занималась  вопросами
клеящей  способности  микроорганизмов;  в  результате  своих  работ
она  пришла  к  выводам,  что  цементирующим  веществом  в  почве
служат  коллоидные  продукты  жизнедеятельности  и  автолиза
бактерий,  которые  она  называет  деятельным  перегноем  дерно¬
вого  типа.
 Н.  А.  Дорохова  (1942)  исследовала  влияние  грибов  ризо¬
сферы  на  образование  прочных  агрегатов  почвы  и  пришла
к  положительным  выводам.
 Н.  И.  Никольский  (1942)  указывал  на  положительную  роль
микроорганизмов  в  явлениях  склеивания  почвенных  частиц.
 По  мнению  К.  Йодера  (1936),  живые  микроорганизмы  (бак¬
терии  и  грибы),  могут  служить  и  клеящим  материалом,  соеди¬
няющим  одни  частицы  с  другими.  Многие  из  них,  имея  нитевид¬
ную  форму,  подобно  высокомолекулярным  соединениям,  пред¬
ставляют  хороший  клеящий  материал.
 С. 	А.  Вакоман  (1937)  приводил  собственные  наблюдения,
указывающие  на  то,  что  свободно  живущие  в  почве  грибы  и
грибы  микоризы,  пронизывая  своими  грибницами  почву,  могут
способствовать  образованию  структуры.
 Связывающее  действие  микроорганизмов,  по  мнению  Пила
(1940),  зависит  от  необратимой  дегидратации  коллоидов,  вхо¬
дящих  в  состав  слизи  при  высушивании.  Внесение  сахарозы
в  почву  увеличивает  микробиологическую  деятельность  и  тем
самым  увеличивает  водопрочность  почвенных  комков.  Зараже¬
ние  грибной  флорой  стерлизованных  почв  дает  лучший  эффект,
по  сравнению  с  бактериальной.
 На  связь  между  микробиологической  активностью  и  образо¬
ванием  структуры  указывали  Мак-Генри  и  Рэссел  (1944).
 Образование  водопрочной  структуры  под  влиянием  бакте¬
риальной  слизи  наблюдалй:  Мак-Колл  (1945),  Мартин  (1946),
Мартин  и  Андерсен  (1942),  Фукле  (1946).  Они  в  результате
своих  исследований  пришли  к  выводу,  что  микробные  полисаха¬
риды  служат  действующим  началом  при  образовании  агрегатов.
 К.  И.  Рудаков  (1949—1951)  утверждал,  что  образование
активного  перегноя  происходит  за  счет  не  только  корневых
остатков,  но  и  живых  корней  развивающегося  растения.  Под
воздействием  протопектиназы  бактерий  (Вас.  mesentericus,  Вас.
polymyxa  и  др.)  нерастворимый  протопектин  переходит  в  зна¬
чительно  более  дисперсный  пектин.
 3. 	Ф.  Ляпшина  (1952)  в  диссертации,  посвященной  роли
микроорганизмов  в  образовании  почвенной  структуры,  приходит

§  5| 	МИКРОБИОЛОГИЧЕСКИЕ  ФАКТОРЫ  ВОДОПРОЧНОСТИ 	353
 к  выводам,  что  создание  водопрочной  почвенной  структуры  свя¬
зано  с  образованием  перегнойных  веществ  в  результате  деятель¬
ности  микроорганизмов,  осваивающих  растительные  остатки
в  почве  и  состоящих  в  основном  из  плесневых  грибов  и  бакте¬
рий  —  маслянокислых,  аммонифицирующих,  денитрифицирую¬
щих  и  анаэробных  целлюлюзоразрушающих.
 Среди  некоторых  микробиологов  имеется  довольно  распро¬
страненное  мнение  о  том,  что  структура  почвы,  в  особенности  же
ее  водопрочность,  связана  непосредственно  только  с  живой
микробной  плазмой  или  выделениями  живых  микробных  клеток,
причем  все  эти  образования  чрезвычайно  лабильны.
 Рис.  115.  Динамика  водопрочности  структуры  на  дерново-гле-
евой  глинистой  почве.
 /  —  весенняя  вспашка  с  почвоуглублением;  2  —дискование;  3  —осенняя  вспашка
с  почвоуглублением;  4  —  безотвальная  вспашка;  5  —культурная  вспашка
 Исследованиями  лаборатории  структуры  почв  АФИ  устано¬
влено,  что  почва  (обыкновенный  глинистый  чернозем,  Каменная
Степь)  сразу  после  таяния  снега  содержит  на  озимых  посевах
до  60%  водопрочных  почвенных  агрегатов  (П.  В.  Вершинин,
И.  Б.  Ревут,  1952).
 Аналогичные  данные  наблюдаются  и  на  подзолистых  за¬
лежных,  целинных  и  пахотных  угодьях  в  соответствии  с  вели¬
чиной  водопрочности  их  структуры.
 В  природе  не  существует  такого  явления,  чтобы  водопроч¬
ность  структуры  в  конце  осени  или  ранней  весной  вовсе  исче¬
зала.  Процесс  накопления  водопрочных  клеев  в  почве  обнару¬
живает  динамику,  связанную  с  динамикой  развития  микроорга¬
низмов.
 Мейерс  и  Мак-Кола  (1941),  наблюдая  такую  динамику,  отме¬
тили,  что  им  не  удалось  установить  точного  совпадения
 23  Зак.  196.

354 	ВОЗНИКНОВЕНИЕ  ВОДОПРОЧНОСТИ  В  КОМКЕ 	[гл.  VI
 максимума  агрегации  и  числа  бактерий.  Мак-Генри  и  Рэссел
(1944)  показали,  что  максимум  агрегации  следует  за  максиму¬
мом  выделения  углекислоты  при  разложении  люцерны  в  почве.
 Прямым  доказательством  участия  микроорганизмов  в  форми¬
ровании  почвенной  структуры  является  наличие  сезонной  дина¬
мики  в  явлениях  водопрочности  структуры.
 На  рис.  115  приводятся  данные  по  динамике  водопрочности
структуры,  полученные  П.  В.  Вершининым  по  де^ново-глеевой
глинистой  почве  близ  Ленинграда.
 Как  видно  из  рис.  115,  количество  .водопрочных  агрегатов
оказывается  минимальным  в  июне,  достигает  максимума  в  июле,
после  чего  медленно  падает  к  осени.
 В  связи  с  деятельностью  микроорганизмов,  червей  и  более
крупных  организмов,  населяющих  почву,  под  действием  энзим,
ферментов,  явлений  автолиза  микробных  клеток  органические
остатки,  накопляющиеся  в  почве,  претерпевают  биохимические
изменения.  Эти  изменения  идут  в  направлении  как  упро¬
щения  химического  строения,  так  и  его  усложнения,  т.  е.  воз¬
никновения  под  влиянием  синтеза  новых  органических
образований.
 В  процессах  биохимических  изменений  могут  возникать  вы¬
сокомолекулярные  растворимые  в  воде  или  коллоидно-дисперс¬
ные  клеящие  вещества.
 Возникновение  таких  веществ  возможно  как  среди  углевод¬
ных  соединений,  так  и  среди  протеиновых,  гуминовых  и  угле¬
водородных,  как  это  будет  указано  в  гл.  IX  этой  части.  Практи¬
чески  не  так  уж  существенно,  как  называются  эти  вещества  —
гуминовыми,  ульминовыми,  уроновыми  или  другими  органиче¬
скими  кислотами;  более  важно  знать  их  клеящие  свойства  в  связи
с  химическим  строением,  условиями  их  образования  и  продол¬
жительностью  действия  в  почве.
 Длительное  наблюдение  над  динамикой  водопрочной  почвен¬
ной  структуры  в  двух  различных  почвенных  зонах  дерново-под¬
золистой  и  черноземной  (Северный  Казахстан)  убедили  нас
в  том,  что  водопрочность  структуры  бывает  двух  типов:  1)  се¬
зонная  и  2)  относительно  постоянная  или  стабильная.  Та  и  дру¬
гая  изменяются,  но  в  разной  степени:  первая  —  несколько  раз
в  течение  вегетационного  периода,  вторая  —  постепенно  в  тече¬
ние  ряда  лет.  Сезонная  водопрочность  структуры  чутко  отражает
внешние  условия  данного  поля.  Она  реагирует  на  погодные
условия  и  приемы  обработки  и,  несомненно,  связана  с  циклами
и  ритмами  развития  микроорганизмов,  населяющих  почву.  Ста¬
бильная  водопрочность  изменяется  медленно  в  сторону  нараста¬
ния  или  в  сторону  уменьшения  в  зависимости  от  постоянства
воздействия  природных  факторов  или  приемов  агротехники.  Она
связана  с  образованием  в  почве  устойчивых  органических  ве¬

§  5] 	МИКРОБИОЛОГИЧЕСКИЕ  ФАКТОРЫ  ВОДОПРОЧНОСТИ 	355
 ществ.  На  целинных  и  залежных  землях  уровень  этой  стабиль¬
ной  водопрочности  выше,  чем  на  старопахотных  землях  (для
Северного  Казахстана  на  20—25%).
 Стабильная  водопрочная  структура  является  ценным  фондом,
в  накоплении  которого  должно  быть  заинтересов-ано  каждое  пра¬
вильно  поставленное  сельское  хозяйство.  Если  этот  фонд  растет,
то  урожайность  сельскохозяйственных  культур  не  только  тоже
растет,  но  и  становится  устойчивой.

ГЛАВА  VII
 ПОРИСТОСТЬ  комков  И  КЛАССИФИКАЦИЯ
СТРУКТУРЫ  ПО  АГРОФИЗИЧЕСКИМ  ПОКАЗАТЕЛЯМ
 §  1.  Плотность  почвы  и  связь  ее  с  пористостью
 К  рассмотрению  факторов  крошения  почвы  на  структурные
элементы  необходимо  добавить,  что  структурное  строение  почвы
в  первую  очередь  отражается  на  ее  сложении.  Структурную
почву  от  бесструктурной  можно  отличить  по  плотности.  Под
плотностью  тела  понимается  отношение  массы  тела  к  его  объему.
Размерность  плотности  г/см3.
 Для  пористых  и  сыпучих  тел  различают  истинную  и  кажу¬
щуюся  плотность.  Кажущаяся  плотность  —  это  отношение  массы
ко  всему  занимаемому  объему.
 Под  кажущейся  плотностью  почвы  понимается  отношение
сухой  массы  почвы  к  занимаемому  объему,  что  идентично  поня¬
тию  объемного  веса  почвы.
 Если  же  масса  абсолютно  сухой  почвы  относится  к  объему,
занимаемому  твердой  фазой  почвы  (без  пор),  то  мы  будем  иметь
понятие  истинной  плотности  почвы.  Это  понятие  связано  с  удель¬
ным  весом  почвы  уравнением
 d  =  ?ng, 	(1)
 где  g  —  ускорение  силы  тяжести,  ри  —  истинная  плотность,
d  —  удельный  вес.
 Значение  плотности  очень  велико.  Плотность  влияет  на  сце¬
пление  почвенных  частиц  и  трение  почвы  о  металл.  Тяговые
усилия  при  обработке  возрастают  с  возрастанием  плотности
почвы.  Плотность  и  связанная  с  нею  пористость  играют  решаю¬
щую  роль  в  подвижности  воды  в  почве  и  в  газообмене  между
почвой  и  атмосферой,  о  чем  подробно  излагается  в  дальнейшем.
 При  прорастании  семян  роль  плотности  велика  и  бесспорна.
При  развитии  корневых  систем  растений,  как  показал  еще
 С. 	М.  Богданов,  им  приходится  затрачивать  немало  усилий  на
преодоление  механических  сопротивлений.  Часто  это  ведет
к  снижению  урожая  сельскохозяйственных  растений.  В  то  же

ПЛОТНОСТЬ  ПОЧВЫ  И  СВЯЗЬ  ЕЕ  С  ПОРИСТОСТЬЮ
 357
 §  1]
 время  очень  рыхлая  почва  при  прорастании  семян  плохо  контак-
тируется  с  ними,  в  силу  чего  семена  плохо  набухают  прораста¬
ние  их  задерживается,  всходы  получаются  недружные.  Для
устранения  этого  применяют  послепосевное  прикатывание  почвы.
 Веймейер  и  Хендриксон  (1946,  1948)  утверждают,  что  нали¬
чие  предельных  плотностей  для  корневых  систем  связано  глав¬
ным  образом  с  размером  пор.  Они  установили,  что  для  некото¬
рых  почв  предельными  величинами  были  плотности  1,7—1,8  г/см3,
а  для  глин  критические  объемные  веса  равнялись  1,6—1,7  г/см3.
 Таунсенд  (1918)  показал,  что  наличие  твердого  слоя  близ
поверхности  почвы  препятствует  выращиванию  сахарной  свеклы.
 Рис.  116.  Системы  укладки  шаров.
 а—  гексагональная;  б—кубическая.
 Аналогичные  данные  получены  Смитом  и  Куком  (1946).  В  веге¬
тационных  опытах  с  сахарной  свеклой  Таубенхауз,  Эзекил  и
Риа  (1931)  показали,  что  уплотненные  почвы  не  допускают  про¬
никновения  корней  или,  во  всяком  случае,  сильно  его  затруд¬
няют.  Известны  также  многочисленные  опыты  с  хлопчатником,
показывающие  поворачивание  корней  хлопчатника  в  стороны  при
достижении  уплотненной,  так  называемой  плужной,  подошвы.
 Плотность  дисперсных  тел,  к  которым  относится  почва,
является  показателем  взаимного  расположения  частиц  почвы,  их
сближенности  и  степени  контактирования.  Для  уяснения  воз¬
можного  происхождения  различных  плотностей  в  почве  рассмо¬
трим  укладки  (упаковки)  частиц  в  идеальной  системе  шаров.
 Если  в  какой-то  определенный  объем  укладываются  одина¬
ковые  по  размеру  шары,  то  число  укладок  шаров  в  нем  ограни¬
чено  небольшим  числом,  причем  плотность,  а  следовательно,  и
пористость  системы  зависят  только  от  характера  укладки  шаров,
но  не  зависят  от  их  размера.

358
 ПОРИСТОСТЬ  КОМКОВ  И  КЛАССИФИКАЦИЯ  СТРУКТУРЫ  [гл.  VII
 На  рис.  116  приводятся  две  системы  укладки  шаров  с  ра¬
диусами  Г\  и  г2:  гексагональная  и  кубическая.  Связь  между  плот¬
ностью  и  пористостью  выражается  формулой:
 р  =  (1-|).100, 	. 	(2)
 где  р  —пористость  в  процентах  от  общего  объема,  занимаемого
частицами  почвы,  р  —  объемный  вес  или  плотность  почвы  (вклю¬
чая  поры),  d  —  удельный  вес  частиц.
 Пользуясь  этой  формулой  и  беря  типы  укладки  шаров  по
Д.  Гильберту  и  С.  Фон-Кассену  (1951),  Б.  Н.  Мичурин  подсчи¬
тал  плотность  и  пористость  системы  из  одноразмерных  шаров,
имеющих  удельный  вес  2,7  г/см3,  Эти  данные  приводятся
в  табл.  83,  где  показаны  возможные  системы  расположения  ша¬
ров.  Самая  плотная  упаковка  шаров  такая,  при  которой  каждый
шар,  соприкасается  с  12  другими  шарами,  и  является  как  бы
вписанным  в  12-угольник  (додекаэдр)  .  В  этом  случае  объем,
занимаемый  шарами  в  системе,  равен  74%  общего  объема  си¬
стемы,  26%  объема  системы  падают  на  поры.  Средняя  плот¬
ность  системы  при  истинной  плотности  шаров  2,7  г/см3  будет
равна  2,0  г/см3.
 Таблица  83
 Основные  системы  расположения  шаров
 Число
 При  d  =
 2,7  г/смъ
 Системы  расположения
 точек
 Ру*)
 касания
 шара
 р,  г/смъ
 р  %
 Наиболее  плотная  гексаго¬
 т4-,л
 нальная
 12
 2,0
 26,0
 Кубическая
 6
 i.i„_0,S2
 1,40
 48,0
 Тетраэдральная
 4
 3£4--w
 0,92
 66,0
 Наименее  плотная  ....
Гексагональная  двухсте¬
 4
 0,123
 0,33
 87,7
 пенная
 12
 0,742  =  о,55
 1,48
 45,0
 Гексагональная  трехсте¬
 пенная
 12
 0,743  =  о,41
 1,10
 59,0
 Гексагональная  четырех¬
 степенная
 12
 0,744  =  о,30
 0,81  «
 70,0
 *)  Ру  —  укладка  (упаковка)—  отношение  объема,  занятого  шарами,  к  общему  объему
системы.

ПЛОТНОСТЬ  ПОЧВЫ  И  СВЯЗЬ  ЕЕ  С  ПОРИСТОСТЬЮ
 359
 §  1]
 б)
 8)
 &
 Ранее  мы  упоминали,  что  почвенные  частицы  стремятся
к  наиболее  плотной  упаковке  и  что  явление  это  подмечено  еще
И.  А.  Костычевым.  Б.  Н.  Мичурин  подсчитал,  как  это  показано
в  табл.  83,  плотность  /и  пористость  системы,  если  принять  упа¬
ковку  частиц  гексагональ¬
ной,  а  сложение  системы  a) 	Q
 и  шаров  многостепенным.
 При  этом  каждый  шар  бу¬
дет  представлять  систему,  в
которой  более  мелкие  части¬
цы  одинаковых  размеров
упакованы  также  по  гексаго¬
нальной  системе  (рис.  117).
 Если  мы  возьмем  двух¬
степенное  расположение  ша¬
ров  (каждый  шар  состоит
из  упакованных  в  него  по
той  же  системе  шариков),
то  общий  объем,  занимае¬
мый  шарами,  будет  уже
меньше,  а  именно  55,0%,  а
пористость  —  соответствен¬
но  45,0%.
 При  трехстепенной  упа¬
ковке  в  гексагональной  си¬
стеме  расположения  шаров
мы  будем  иметь  еще  мень¬
ший  объем,  занимаемый
шарами,  а  именно  41%,  а
пористость  59%;  при  четы¬
рехстепенной  упаковке  бу¬
дем  иметь  соответственно
30%  и  70%.
 С  изменением  пористо¬
сти  будет  меняться  и  плот¬
ность.
 Указанные  системы  ук¬
ладки  почвенных  частиц
 предложены  для  структурных  почв.  Макроструктурный  агрегат
в  этом  случае  будет  состоять  из  других,  более  мелких  агрегатов.
 В  какой  мере  укладка  частиц  в  идеальной  дисперсной  си¬
стеме  подходит  для  почв?  В  табл.  84  приводятся  данные  о  плот¬
ности  и  пористости  ряда  почв,  собранные  Б.  Н.  Мичуриным
 (1957).  Из  этих  данных  следует,  что  в  природных  условиях
встречаются  плотности,  близкие  к  2  г/см3у  т.  е.  к  самой  плотной
гексагональной  укладке  шаров.
 г)
 Рис.  117.  Гексагональная  система  укладки
механических  частиц  и  агрегатов  в  поч¬
вах  и  грунтах.
 а  —  механическая  частица;  б  —укладка  односте¬
пенная;  в—  двухстепенная;  г  —трехстепенная.

Таблица  84
 Плотность  и  пористость  наиболее  распространенных  почв  и  пород
 Почва  и  порода
 Г  оризонт
 Г  лубина
см
 р,  г/см?
 d,  г/смг
 р,  %
 Автор
 Подзолисто-глеевая
 В
 45—50
 1,98
 2,65
 28,3
 Л.  П.  Розов
 Темно-серая,  с  признаками  заболачивания  .  .  .
 В
 35—70
 1,9—2,0
 2,60—2,81
 27—29
 А.  А.  Роде
 Солонец  корково-столбчатый
 В
 20—30
 1,90
 2,68
 29
 Б.  Н.  Мичурин
 Хвалынская  глина
 —
 250—350
 1,90
 2,70
 30
 С.  Н.  Рыжов
 Песчаная  глина,  формация  найт,  эоценовая  .  .
 —
 1,99
 2,59
 23,1
 Фр.  Берч
 Суглинок  валунный
 С
 220—250
 1,93
 2,67
 27,7
 И.  С.  Васильев
 »  тяжелый  покровный
 С
 190—240
 1,60
 2,70
 40,6
 ъ
 »  тяжелый  лёссовидный
 с
 100—150
 1,57
 2,70
 41,8
 Б.  Н.  Мичурин
 »  легкий  покровный
 в
 45—75
 1,60
 2,74
 41,5
 И.  С.  Васильев
 Суглинистая  почва  дерново-подзолистая  ....
 А
 0—20
 U7
 2,67
 43,8
 А.  В.  Процеров
 »  »  серая  лесная
 А
 0—20
 1,15
 2,55
 54,9
 »
 Чернозем  типичный,  целинный
 А
 0—20
 U
 2,65
 58,5
 А.  Ф.  Большаков
 Каштановая  суглинистая
 А
 0—20
 1,22
 2,65
 54,0
 Б.  Н.  Мичурин
 Серозем  типичный  суглинистый
 А
 0-20
 1,40
 2,65
 46,0
 А.  Ф.  Большаков
 Лёссовидный  суглинок,  сжатый  во  влажном
состоянии  под  давлением  100  am  (начальная
плотность  1,6  г/см*)
 С
 300—350
 2,04
 2,7
 24,5
 Б.  Н.  Мичурин
 Образец  чернозема,  сжатый  так  же  (начальная
плотность  1,1  г/см*)
 А
 0—20
 2,06
 2,6
 21,0
 Осадок  механических  частиц  <0,001  мм:
 а)  гель
 А
 0—20
 0,15
 2,7
 94,0
 »
 б)  в  абсолютно  сухом  состоянии
 А
 0-20
 2,04
 2,7
 24,5
 360 	ПОРИСТОСТЬ  КОМКОВ  И  КЛАССИФИКАЦИЯ  СТРУКТУРЫ  [ГЛ.  VII

ПЛОТНОСТЬ  ПОЧВЫ  И  СВЯЗЬ  ЕЕ  С  ПОРИСТОСТЬЮ
 361
 [§  11
 Микроструктурные  грунты  типа  лёссов  или  лёссовидных
суглинков  имеют  плотность  1,5  г/см3  и  пористость  45%,  что  при¬
ближает  их  к  двухстепенной  гексагональной  укладке.
 Верхние  гумусированные  горизонты  дерново-подзолистых
почв,  серых  лесных  земель,  черноземов  и  каштановых  почв  ха¬
рактеризуются  плотностью,  близкой  к  1,0  г/сл*3,  и  пористостью
60%,  что  подходит  к  трехстепенной  гексагональной  укладке
Б.  Н.  Мичурина.
 Б.  Н.  Мичурин  приводит  в  доказательство  существования
многостепенной  гексагональной  укладки  почвенных  частиц  нали¬
чие  роста  плотности  почвенных  агрегатов  с  уменьшением  их
размеров.  Возможно,  что  на  хорошо  оструктуренных  глинистых
и  тяжелосуглинистых  черноземах  это  явление  и  встречается,  но
следует  помнить,  что  в  окультуренных  почвах  размер  агрегатов
связан  с  влажностью  структурообразования.  Иначе  говоря,  раз¬
мер  агрегатов  в  этом  случае  является  не  функцией  их  плотности,
а  функцией  влажности  обработки.
 Представления  об  идеальной  системе  упаковки  шаров  помо¬
гают  во  многих  случаях  понять  физическую  сущность  плотности
почвы.  Но  следует  также  помнить,  что  при  громадном  разнооб¬
разии  почв  и  почвенных  условий  в  природе  всегда  можно  найти
любое  сочетание  в  сложении  почв  и  грунтов,  которое  подхо¬
дит  под  ту  или  иную  идеальную  систему  упаковки  частиц,
однако  не  всегда  происхождение  этих  плотностей  соответствует
тем  схемам,  которые  даны  выше.  Необходимо  при  анализе
плотности  почв  и  грунтов  помнить,  что  почва  —  тело  поли-
дисперсное,  и  поэтому  возможны  такие  укладки  частиц,  при
которых  в  порах  между  крупными  частицами  упаковываются
частицы  малых  размеров,  как  это  показано  на  приведенном
ранее  рис.  116  а.
 При  устройстве  дорожного  полотна  используется  этот  прин¬
цип  и  на  нем  основано  составление  так  называемых  оптималь¬
ных  смесей.
 Следовательно,  плотность  и  пористость  почвы  —  явление  слож¬
ное,  в  основном  зависящее  от  взаимного  расположения  твердых
частиц  в  почвенно-грунтовой  массе.  Для  глинистых  микрострук-
турных  масс  происхождение  пористости  и  плотности  можно
объяснить  многостепенной  гексагональной  укладкой  частиц.  Для
почв  с  более  разнообразными  по  величине  частицами  происхо¬
ждение  пористости  и  плотности  нельзя  объяснить  укладкой
частиц  одинакового  размера.  Пористость  и  плотность  песчаных
почв,  состоящих  из  близких  по  размеру  частиц,  возможно  объяс¬
нить  простой  укладкой  частиц  (гексагональной,  кубической
и  др.).  В  общем  виде  с  полным  основанием  можно  сказать,
что  все  разнообразие  пор  и  плотностей,  встречающихся
в  природных  почвах,  можно  объяснить  той  или  иной  укладкой

362 	ПОРИСТОСТЬ  КОМКОВ  И  КЛАССИФИКАЦИЯ  СТРУКТУРЫ  [гл.  VII
 почвенных  частиц.  Зная  плотность  почвы  и  удельный  вес  сла¬
гающих  ее  частиц,  можно  легко  вычислить  общую  пори¬
стость  системы.
 §  2.  Определение  плотности  и  пористости  почв
 Объемный  вес  почвы  в  природном  сложении  определяется
обычно  просто.  В  почву  врезается  стакан  —  цилиндр  с  заострен¬
ным  нижним  краем.  Для  углубления  цилиндра  в  почву  на  него
надевают  массивную  крышку,  ударом  по  которой  цилиндр  вго¬
няют  в  почву.  Затем  лопатой  выбирают  вокруг  него  землю  и
снизу  берут  на  лопату,  переворачивают  на  крышку  и  потом
подравнивают.  Параллельно  берут  пробу  на  влажность.
 В  этом  же  стакане-цилиндре  или  в  стакане  почвенного  бура
П.  А.  Некрасова  можно  приблизительно  определить  капилляр¬
ную  пористость  почв.  Для  этого  стакан  с  почвой  ставят  на
влажную  фильтровальную  бумагу.  После  потемнения  поверхно¬
сти  почв  в  стакане,  что  свидетельствует  о  поднятии  воды  по
капиллярам  к  поверхности,  стакан  с  почвой  вновь  взвешивают
и  по  разности  с  первоначальным  весом  определяют  весовое  коли¬
чество  воды,  поместившееся  в  капиллярах  почвы.  Считая  плот¬
ность  капиллярной  воды  равной  единице  и  отнеся  вес  ее  к  об¬
щему  объему,  можно  определить  объемную  капиллярную  влаж¬
ность  почвы,  которая  будет  характеризовать  ее  капиллярную
пористость.
 Метод  —  условный  и  дает  приблизительное  распределение
капиллярных  пор.
 Значительно  труднее  определить  пористость  отдельных  агре¬
гатов  или  комков  почвы,  что  необходимо  делать  для  полной  ха¬
рактеристики  физических  условий  в  почве.  Определить  объем
комков  ввиду  сложности  геометрии  их  в  достаточной  мере
затруднительно.  Определение  объема  комков  при  помощи  ртути
(Д.  Г.  Виленский,  1945)  простое,  но  не  всегда  достоверное:
в  некоторых  случаях  ртуть  проникает  внутрь  комков,  что  увели¬
чивает  их  плотность.  Некоторые  исследователи  пропитывали
комки  горячим  парафином  (С.  Н.  Рыжов,  1938;  Н.  А.  Качинский,
1947)  с  последующим  пикнометрическим  определением  объема
комка  в  этиловом  спирте.  Неточности  при  этом  заключаются
в  том,  что  парафин  не  только  пропитывает  поры  агрегата,  но
активно  изменяет  плотность  комков  и  образует  пленку  на  их
поверхности.  Толщину  этой  пленки  учесть  трудно.  Введение
поправок  мало  улучшает  дело.
 П.  В.  Вершинин  и  Н.  В.  Кириленко  разработали  метод,  в  ко¬
тором  в  качестве  пропиточной  жидкости  брали  воду,  образую¬
щую  более  тонкую  пленку,  чем  парафин.  Почвенные  агрегаты
(предварительно  взвешенные)  капиллярно  пропитывали  водой,

ОПРЕДЕЛЕНИЕ  ПЛОТНОСТИ  И  ПОРИСТОСТИ  ПОЧВ
 363
 §  2]
 после  чего  погружали  в  керосин.  Объем  агрегатов  определяли
пикнометрически.  Проверкой  метода  служил  такой  опыт:  из
растертой  почвы  путем  смачивания  торфяным  клеем  изготовляли
слитную  массу.  Массу  после  высушивания  дробили  на  агрегаты
разной  величины.  Указанным  выше  методом  определялась
пористость  в  различных  агрегатах.  Она  должна  быть  одинакова,
так  как  комки  изготовляли  из  одного  и  того  же  материала.  Из
табл.  85  видно,  что  удовлетворительные  результаты  получаются
лишь  для  крупных  агрегатов.
 Таблица  85
 Изменение  пористости  агрегатов  в  зависимости  от  их  размеров
 Диаметр  агрегатов,  мм
 7
 5
 3
 2
 1
 0,5
 0,25
 Пористость,  %
 39,18
 39,10
 39,22
 39,46
 39,38
 40,50
 45,50
 Связь  между  пористостью,  плотностью  и  удельным  весом  при¬
ведена  выше  в  формуле  (2).  Зная  плотность  и  удельный  вес
почвы  или  отдельных  комков,  можно  определить  общую  и  агре¬
гатную  пористость  в  сухом  состоянии.
 Определив  (пользуясь  изложенной  выше  методикой)  общую
пористость  почвы  и  агрегатов,  можно  найти  межагрегатную
пористость.  Величина  ее  тесно  связана  со  структурным  строе¬
нием  и  плотностью  сложения  почвы.  В  табл.  86  приводятся  при¬
меры  общей,  агрегатной  и  межагрегатной  пористости  ряда  почв.
 Из  табл.  88  ясно,  что  общая  пористость  макроагрегатов
почвы  различна.  Верхние  горизонты  черноземных  почв  имеют
пористость  агрегатов  более  50%,  нижние  горизонты  солонцев  и
подзолистых  почв  имеют  пористость  агрегатов  29—26%,  т.  е.  при¬
ближаются  по  пористости  к  гексагональной  упаковке  частиц.
 Поры  агрегатов  в  структурной  почве  или  всей  почвы  при  бес¬
структурном  ее  сложении  дифференцированы  по  размерам.  Из
рассмотрения  сложения  шаров  в  идеальной  системе  уже  следует,
что  промежутки  между  отдельными  шарами  зависят  от  размера
шаров.  В  общем  виде  можно  сказать,  что  размеры  пор  между
частицами  почвы  имеют  тот  же  порядок,  что  и  сами  частицы,
изменяясь  в  несколько  раз  (в  пределах  того  же  порядка)  в  за¬
висимости  от  уплотнения  частиц.  При  полидисперсном  сложении
почвы  и  поры  ее  будут  дифференцированы  соответствующим
образом.  Известно,  что  многие  почвы  содержат  значительное
количество  коллоидных  глинистых  частиц  и  гумуса,  поэтому
есть  основания  ожидать  в  почвах  наличия  того  или  иного  коли¬
чества  пор  микроскопического  и  ультрамикроскопичеокого  раз¬
меров.

364
 ПОРИСТОСТЬ  КОМКОВ  И  КЛАССИФИКАЦИЯ  СТРУКТУРЫ  [гл.  VII
 Таблица  86
 Общая,  межагрегатная  и  агрегатная  пористость  некоторых  почв  и
 грунтов
 Почвы  и  грунты
 Г  оризонт
 Глубина,  см
 го
 *
 о
 сх
 Пор
 «X
 С0
 я
 VO
 О
 S
 агрегат-  3
 ная  о
н
 3,  %
 О)
 £•«
 со  «о
 л  =
 «  S
 2  и
 Автор
 Выщелоченный  лег-
 А
 0—4
 0,9
 63,86
 52,87
 10,99
 Н.  А.  Ка-
 косуглинистый  чер-
 А„
 0—14
 0,9
 61,17
 50,3
 10,87
 чинский
 нозем  Курской  обл.,
 Bi
 55—59
 1,08
 58,93
 47,01
 11,92
 степь
 Подзолистая  сугли¬
 А
 0-12
 1,33
 49,04
 39,02
 10,02
 нистая  почва  Мо¬
 а2
 20—32
 1,39
 47,55
 38,09
 9,46
 То  же
 сковской  обл.
 В3
 85—110
 1,78
 34,10
 26,52
 7,58
 Солонец  легкосугли¬
 А
 0—4
 1,07
 56,50
 38,31
 18,19
 нистый  ореховато¬
 Ai
 10-14
 1,32
 50,0
 37,15
 12,85
 То  же
 глыбистый  Сверд¬
 Bi
 15—19
 1,36
 50,18
 28,92
 21,26
 ловской  обл.,  це¬
 лина
 Чернозем  средний
 Ai
 0—20
 1,09
 55,0
 47,7
 7,3
 тяжелосуглинистый
 Ах
 20—30
 1,25
 50,4
 43,9
 6,5
 П.  В.  Вер¬
 Казахской  ССР
 В
 50—60
 1,36
 48,5
 42,0
 6,5
 шинин
 •  1
 1,61
 51,0
 39,3
 11,7
 Лёсс
 2
 1,76
 41,3
 33,1
 8,2
 А.  А.  Роде
 Лёссовидный  сугли¬
 2
 1,68
 46,5
 34,9
 11,6
 нок
 То  же
 Если  образец  той  или  иной  почвы  насыпать  в  высокую  трубку
и  нижний  конец  трубки  привести  в  соприкосновение  через  филь¬
тровальную  бумагу  с  водой,  то  последняя  будет  подниматься  по
порам  вверх.  Постепенно  более  крупные  капилляры  будут  вы¬
падать  из  поднимающегося  вверх  фронта  воды.  Определив  влаж¬
ность  почвы  в  такой  трубке  на  разных  высотах,  мы  можем
составить  картину  дифференциации  усредненных  пор  в  данной
почве,  пользуясь  зависимостью  высоты  поднятия  столба  h  от
радиусов  капилляров  гк:
 .  	2  q  cos  У
 Гл

ОПРЕДЕЛЕНИЕ  ПЛОТНОСТИ  И  ПОРИСТОСТИ  ПОЧВ
 365
 §  2]
 Чем  выше  будет  подниматься  вода,  тем  более  тонкие  поры
мы  сможем  отметить.
 Значительно  быстрее  можно  определить  дифференциальную
пористость  почв,  применяя  всасывающее  напряжение.  Если  отса¬
сывать  воду  из  образца  почвы  через  тонкопористую  мембрану
при  последовательном  увеличении  разрежения  (вакуума)  и
определить  количество  отсосанной  воды,  то  достаточно  быстро
можно  получить  распределение  пор  по  размерам.
 Для  разделения  пор  в  почвенном  образце  по  величине  могут
применяться  различные  капилляриметры  (Фишера,  Секера
и  др.).  Методика  пользования  ими  общеизвестна.
 Капилляриметры  и  вакуумкапилляриметры  дают  распределе¬
ние  пор  примерно  до  величины  1  мк  (10_3  мм).  Поры  меньших
размеров,  или  ультрапоры,  лежат  вне  пределов  применимости
этих  приборов.
 Мы  определяли  ультрапоры  в  почвенных  агрегатах,  поль¬
зуясь  кривой  десорбции  водяных  паров  почвой.  Сняв  кривую
десорбции  образцов  над  серной  кислотой  и  определив  последнюю
точку  высушиванием  в  термостате  при  105°  С,  строим  кривую
десорбции.  Устанавливаем  начало  конденсации  водяных  паров,
как  это  приводится  на  рис.  198  (см.  часть  IV),  и  по  ветви  кон¬
денсации  определяем  ультрапористость  образцов,  применяя  фор¬
мулу  Томсона  —  Андерсена:
 г
 2  стрн
 Рв^н
 (3)
 где  г  —  средний  радиус  пор,  о  —  коэффициент  поверхностного
натяжения  воды,  рн  —  плотность  водяного  пара,  насыщающего
при  данной  температуре,  рв  —  плотность  воды,  —  давление
водяных  паров,  насыщающих  пространство  при  данной  темпера¬
туре,  S*  —  давление  водяных  паров  при  данной  температуре.
 На  рис.  118  и  119  приводятся  кривые  распределения  ультра¬
пористости  в  агрегатах  от  2  до  3  мм  в  различных  суглинистых
почвах.
 Весовое  содержание  влаги  в  ультрапорах,  сконденсированной
из  водяных  паров,  в  различных  почвах  различно.  Например,
в  мощном  тяжелосуглинистом  черноземе  с  содержанием  гумуса
более  10%  оно  составляет  14,7%  весовых,  или  27,6%  капилляр¬
ной  влагоемкости.  В  подзолистой  суглинистой  почве  оно  колеб¬
лется  от  6,4  до  8,3%,  или  около  12,5%  капиллярной  влагоемко¬
сти.  которая  близка  к  общей  пористости  агрегатов,  или  агрегат¬
ной  пористости.  Знание  ультрапористости  почвы  и  почвенных
агрегатов  имеет  важное  значение  в  оценке  потенциального  пло¬
дородия  почв.  Ультракапиллярные  поры  являются  теми

Ультрапористость,  см
 ■ю~г
 Логарифмы  диаметров  пор  (см)
 Рис.  118.  Ультрапористость  дерново-
подзолистой  суглинистой  почвы  (У),
проклеенной  различными  веществами:
гуматом  калия  (2),  гуматом  кальция  (5),
вискозой  (4).
 Ультрапористость,  см
 ■ю'г
 Рис.  119.  Ультрапористость  мощного  тя¬
желосуглинистого  чернозема  (У),  обрабо¬
танного  Н202  (2),  распыленного  (<3).
 366 	ПОРИСТОСТЬ  КОМКОВ  И  КЛАССИФИКАЦИЯ  СТРУКТУРЫ  [гл.  VII

§  3] 	КЛАССИФИКАЦИЯ  ПОЧВЕННОЙ  СТРУКТУРЫ 	367
 «продовольственными  базами»,  из  которых  могут  поступать
в  почву  растворимые  питательные  вещества.
 В  настоящее  время  разрабатываются  более  совершенные
поромеры,  основанные  на  принципе  насыщения  пор  ртутью  под
большим  давлением.  В  этом  случае  представляется  возможным
ввести  ртуть  в  самые  тонкие  ультрапоры  и  измерять  их  объем.
Применимость  поромеров  к  почвам  пока  не  доказана.
 §  3.  Классификация  почвенной  структуры  по  физическим
 показателям
 В. 	В.  Докучаев  и,  в  особенности,  П.  А.  Костычев  связывали
зернистую  структуру  чернозема  с  густой  сеткой  корневой  травя¬
нистой  растительности,  а  ореховатую  структуру  —  с  более  круп¬
ной  корневой  системой  древесной  растительности,  приписывая
последней  механическое  воздействие  на  почвенную  массу.  Роль
объемных  изменений  почвы  при  формировании  структуры  отме¬
чал  А.  И.  Набоких  (1914),  который  склонен  был  рассматривать
структурные  элементы  как  «отдельности  высыхания».  Почвовед
Никифоров  (1916)  предложил  процесс  образования  структуры
именовать  «дроблением  почвы»,  а  сами  структурные  агрегаты  —
«отдельностями  дробления».  Гемерлинг  (1946)  значительную
роль  в  формировании  структуры  отводил  процессам  высыхания
почвы.  Г.  М.  Тумин  (1912)  обращал  главное  внимание  при  фор¬
мировании  структуры  на  количество  органического  вещества
в  почве,  связывая  с  этим  величину  агрегатов.
 Одновременно  с  развитием  представлений  о  факторах  струк-
турообразования  утверждалась  классификация  почвенной  струк¬
туры.  П.  А.  Бараков  (1903)  еще  в  1894  г.  предложил  класси¬
фикацию  почвенной  структуры  по  величине  агрегатов.  Его  тер¬
минология:  ореховатая  структура  (более  7  мм),  крупнозернистая
(5—7  мм),  зернистая  (3—5  мм)у  мелкозернистая  (1—3  мм)у
пороховидная  (0,25—1  мм)  и  пылеватая  (меньше  0,25  мм)  —
в  основном  сохранилась  и  по  настоящее  время.  А.  Н.  Сабанин
(1909)  различает  пять  типов  почвенной  структуры:  1)  ком¬
коватый,  2)  ореховатый,  3)  зернистый,  4)  пылеватый,
 5) 	ячеистый.
 Дальнейшее  развитие  классификации  структуры  по  величине
и  форме  сделал  С.  А.  Захаров  (1927).
 Рэссел  (1929)  и  другие  классификацию  С.  А.  Захарова  до¬
полнили  введением  деления  структуры  на  первичную,  или  про¬
стую,  и  вторичную,  или  сложную.  Сходную  классификацию
структуры  с  увязкой  по  почвенным  типам  дает  Бейвер  (1934).
Некоторые  соображения  по  вопросам  классификации  структуры
даны  М.  X.  Пигулевским  (1938).  В.  Р.  Вильямс  неоднократно
высказывался  по  вопросу  о  размерах  почвенных  агрегатов  и

368 	ПОРИСТОСТЬ  КОМКОВ  И  КЛАССИФИКАЦИЯ  структуры  [гл.  VII
 водопрочности  почвенной  структуры.  Эти  высказывания  им  и
положены  в  основание  агрономической  оценки  структуры.
 Тридцать  лет,  прошедшие  с  тех  пор,  как  С.  А.  Захаровым
была  предложена  классификация  структуры  почв,  внесли  суще¬
ственные  изменения  в  наши  представления  о  почвенной  струк¬
туре.  Теперь  уже  ясно,  что  форма  агрегатов  сама  по  себе
не  представляет  решающего  значения  в  установлении  физиче-
сокого  режима  в  почвах.  Есть  такие  важные  в  агрономическом
смысле  показатели,  как  водопрочность,  пористость  агрегатов
и  др.,  которые  должны  быть  отражены  в  оценке  структуры.
 Всякая  структура  формируется  в  определенных  климатиче¬
ских  условиях,  но  действие  тех  или  иных  отдельных  факторов
структурообразования  может  преобладать  над  другими.  Клима¬
тические  факторы  действуют  непрерывно  на  больших  площадях
и  на  значительную  глубину.  Под  их  воздействием  оформляется
определенный  структурный  ряд,  который  можно  назвать  климато¬
генным.
 В  тесной  связи  с  климатом  на  почву  воздействует  и  расти¬
тельность.  Из  громадного  разнообразия  растительных  ассоциа¬
ций  травянистую  растительность  необходимо  выделить  в  само¬
стоятельный  ряд  ввиду  ее  резкого  и  специфического  действия
на  структуру.
 Совершенно  отличную  структуру  создают  дождевые  черви.
Производственная  сельскохозяйственная  деятельность  человека,
в  особенности  действие  обрабатывающих  почву  орудий  при
влажности  структурообразования,  изменяет  характер  почвенной
структуры  и  потому  должна  быть  выделена  также  в  особый  ряд,
сюда  же  относится  и  деятельность  землероев.
 Наконец,  реальная  почвенная  структура  может  в  определен¬
ный  момент  нести  на  себе  следы  действия  всех  условий  без  пре¬
обладания  какого-либо  одного  из  них,  т.  е.  быть  смешанной.
 Таким  образом,  нами  намечаются  следующие  названия
почвенной  структуры  по  происхождению.
 I. 	Климатогенная  структура  (компрессионно-гидротермиче¬
ская).  Характеризуется  ясно  выраженной  геометричностью
формы  комков  и  хорошо  выраженными  гранями  и  ребрами.
Формирование  этой  структуры  происходит  под  влиянием  объем¬
ных  изменений  почвы  (сжатия  и  уплотнения)  при  высыхании  и
замерзании  воды.  Механизм  этого  явления  мы  рассмотрели
выше.
 Указанная  структура  широко  распространена;  можно  сказать,
что  она  имеется  в  каждой  почве,  если  не  в  верхних,  то  в  нижних
ее  горизонтах.  Водопрочность  этой  структуры  всецело  зависит
от  наличия  органических  веществ  в  тех  горизонтах,  где  она  фор¬
мируется.

§  3] 	КЛАССИФИКАЦИЯ  ПОЧВЕННОЙ  СТРУКТУРЫ 	369
 II. 	Травянистокорневая  структура.  Климатогенная  почвенная
структура  под  влиянием  корней  травянистой  растительности
видоизменяется.  Это  резко  выражается  в  верхних  горизонтах,
где  распространяется  основная  масса  растительных  корней.  Под
их  влиянием  исчезает  ясная  геометрическая  очерченность  агре¬
гатов  и  выраженность  ребер  и  граней.  Агрегаты  пронизываются
ходами  корней  и  корешков,  приобретают  причудливую  геометри¬
ческую  форму.  Такая  структура  встречается  на  целинных  участ¬
ках  черноземных  и  подзолистых  почв  с  травянистой  раститель¬
ностью,  а  также  на  каштановых  почвах,  в  зоне  сероземов  —  на
поливных  участках  с  многолетними  травами.  В  большинстве  слу¬
чаев  эта  структура  развивается  в  условиях  обогащения  почвы
гумусом  и  гуминовьгми  веществами,  обладает  мелкой  комкова¬
тостью  и  зернистостью  и  хорошей  водопрочностью.
 III. 	Копролитовая  структура.  Эта  структура  связана  с  дея¬
тельностью  дождевых  червей,  она  носит  округло-цилиндрическую
форму.  Поверхность  агрегатов  ясно  «оплавлена»  под  действием
кишечных  выделений.  Физические  показатели,  в  особенности
водопрочность,  тесно  связаны  с  видовыми  признаками  червей  и
условиями  их  питания.
 IV. 	Агротехническая  структура  (полевая).  Включает  также
структуру,  создаваемую  роющими  и  копающими  животными,  на¬
селяющими  почву.  Эта  структура  образуется  на  пахотных  поч¬
вах  под  влиянием  почвообрабатывающих  орудий.  Характерной
особенностью  ее  является  округлость  агрегатов  и  неясность  гра¬
ней  и  ребер.  Агротехническая  структура  может  наблюдаться
в  пахотных  горизонтах  всех  почвенных  зон.  Водопрочность  ее
зависит  от  уровня  применяемой  агротехники.
 V. 	Смешанная  структура.  В  этом  случае  среди  почвенных
агрегатов  наблюдаются  все  названные  выше  структуры,  причем
установить,  какая  из  них  преобладает,  часто  не  представляется
возможным.
 Каково  бы  ни  было  происхождение  почвенной  структуры,  она
должна  удовлетворять  определенным  агрофизическим  требова¬
ниям,  которые  ясны  из  табл.  87.  Лишь  обладая  ими,  почвенная
структура  будет  выполнять  свое  агрономическое  значение,  созда¬
вая  благоприятный  водно-воздушный  режим,  обеспечивающий
нормальное  развитие  сельскохозяйственных  растений.
 Необходимо  отметить,  что  как  перечисление  самих  агрофизи¬
ческих  показателей,  так  и  их  классификация  не  претендуют  на
универсальность,  детализацию,  законченность  и  глубину.  Они
лишь  иллюстрируют  принцип  оценки.  Агрофизическая  ценность
почвенной  структуры  является  сложной  функцией  величин:  2424  Зак.  196.

370
 ПОРИСТОСТЬ  КОМКОВ  И  КЛАССИФИКАЦИЯ  структуры  [гл.  VII
 Классификация  почвенной  структуры  и
 №
 III
 IV
 Наименование
структуры
по  происхождению
 Климатогенная
или  компрес¬
сионно-гидро¬
термическая)
 Травянисто¬
 корневая
 Копролитовая
 Агротехническая
 Смешанная
 Агрофизические
 Водопрочных  агрегатов  от  100  до  85%
 Водопрочных  агрегатов  от  85  до  70%
 Водопрочных  агрегатов  70—50%  или  условно¬
водопрочных  более  85%
 Водопрочных  агрегатов  70—50%  или  условно¬
водопрочных  около  85—75%
 Водопрочных  агрегатов  50—30%  или  условно¬
водопрочных  более  75—65%
 Водопрочных  агрегатов  50—30%  или  условно¬
водопрочных  до  65%,  а  также  водопрочных
от  30—10%  при  наличии  условно-водопроч¬
ных  65—75%
 Водопрочных  агрегатов  30—10%  или  условно¬
водопрочных  до  65%.  а  также  водопрочных
менее  10%  при  наличии  условно  водопроч¬
ных  65—75%
 Водопрочных 	агрегатов 	менее 	10% 	или
 условно-водопрочных  50—65%
 Водопрочных 	агрегатов 	менее 	10% 	или
 условно-водопрочных  50—30%
 Водопрочных 	агрегатов 	менее 	10% 	или
 условно-водопрочных  до  30%
 10
 9
 8
 1)  Агрегаты  в  течение  20  дней  находятся  при  благоприятной  температуре
 и  влажности.

КЛАССИФИКАЦИЯ  ПОЧВЕННОЙ  СТРУКТУРЫ
 371
 §  3)
 показатели  агрофизической  оценки  ее
 Таблица  87
 показатели  и  классы  их
 \
 '  Биологическая
 Клас-
 Диаметр
 Клас¬
 Плотность,
 Клас¬
 '  устойчивость
 сы
 агрегатов,
 сы
 пористость
 сы
 агрегатов  ♦)
 мм
 агрегатов
 !
 ?  Весьма  устойчи-
 5
 Глыбистая  струк-
 1
 Весьма  пористая
 4
 5  вая.  Не  разру-
 тура  более  50
 более  55%
 |  шается
 i
 Мелко-глыбистая
 2
 Пористая
 5
 [  Устойчивая.  На
 4
 10—50
 55-45%
 |  */4  не  разру-
 1  шается
 Комковатая  7—10
 3
 Плотно-пористая
 4
 45—35%
 Неустойчивая.
 2
 Мелкокомковатая
 4
 Плотная  35—30%
 !  Разрушается  бо¬
 5—7
 3
 лее,  чем  на  по-
!'  ловину
 Зернистая  3—5  и
 5
 Весьма  плотная
 1
 мелкозернистая
 менее  30%
 |  Весьма  |  неустой-
1  чивая,  полно-
 1
 Пороховидная
 1-0,25
 3
 f  стью  разру-
 j  шается
 Пылевидная  менее
 1
 0,25

372 	ПОРИСТОСТЬ  КОМКОВ  И  КЛАССИФИКАЦИЯ  структуры  [гл.  VII
 водопрочности,  размеров  агрегатов,  их  плотности  и  биологиче¬
ской  устойчивости.  Это  минимальный  набор  аргументов,  функ¬
ционально  связанных  друг  с  другом.  Каждый  из  них  должен
быть  изучен  отдельно  при  равенстве  всех  остальных,  после  чего
они  могут  служить  для  общей  агрофизической  оценки  почвен¬
ной  структуры  и  ее  агрономической  ценности.
 Приводимая  в  табл.  87  оценка  структуры  не  является  абсо¬
лютной,  так,  например,  если  почвенная  структура  попадает
в  низшие  показатели  таксометрических  единиц,  то  это  еще  не
значит,  что  растения  не  способны  на  ней  произрастать.  Они
будут  произрастать  и  дадут  урожай,  но  более  низкий  и  менее
устойчивый,  чем  при  более  высоких  показателях  структуры.
Установление  таксометрических  единиц  и  их  показателей  сде¬
лано  ориентировочно  и  подлежит  уточнению.

ГЛАВА  VIII
 НАКОПЛЕНИЕ  ВОДОПРОЧНОЙ  СТРУКТУРЫ
ПОД  ТРАВАМИ
 §  1.  Действие  трав  на  структуру  почв  в  дерново-подзолистой
 зоне
 Ранее  мы  рассмотрели  механизм  образования  макроструктуры
почвы.  В  этой  главе  рассматривается  один  из  путей  улучшения
структуры.  Крошение  почвы  под  многолетними  травами  уже
рассмотрено  ранее,  здесь  же  мы  рассмотрим  улучшение  водо-
прочности  структуры  под  травам;:.  Пока  не  разработаны  более
эффективные  методы  улучшения  починной  структуры,  культура
трав  на  полях  остается  практически  наиболее  доступным  мето¬
дом  воздействия  на  водопрочность  агрегатов.
 В  настоящее  время  можно  сказать,  что  значение  почвенной
структуры  и  пути  ее  улучшения  культурой  как  многолетних,  так
в  отдельных  случаях  и  однолетних  трав  признано  во  всем  м*;ре.
Кратко  рассмотрим  структурообразующую  роль  многолетних
трав  (так  как  применение  однолетних  трав,  хотя  и  не  отри¬
цается,  но  данных  по  их  применению  в  целях  структурообразо-
вания  не  накоплено)  с  целью  уяснения  количественной  стороны
эффекта  структурообразования  под  многолетними  травами  на
полях.  Не  ставя  себе  задачу  дать  сводку  о  влиянии  многолетних
трав  на  почвенную  структуру,  мы  остановимся  лишь  на  некото¬
рых  примерах,  помогающих  в  той  или  иной  мере  уяснить  эффек¬
тивность  структурообразования  при  культуре  трав  и  травосме¬
сей  по  отдельным  почвенно-географическим  зонам.
 В  свое  время  Н.  И.  Савиновым  были  получены  данные  по
бессменным  культурам  на  опытном  поле  Тимирязевской  сельско¬
хозяйственной  академии  (1935).  Здесь  почва  —  среднеподзоли¬
стый  легкий  суглинок  на  красно-буром  валунном  суглинке.
Образцы  взяты  с  участка  12-го  севооборота,  представляющего
бессменные  культуры  с  1912  г.  Контрольная  делянка  не  удобря¬
лась.  На  делянку  с  навозом  последний  вносили  из  расчета  36  т
на  1  га.  Данные  представляли  значительный  интерес.  Они
подтверждали  то  положение,  что  полевые  злаки,  например

374
 НАКОПЛЕНИЕ  ВОДОПРОЧНОЙ  СТРУКТУРЫ  ПОД  ТРАВАМИ  [ГЛ.  VIII
 Структурообразующее  действие  многолетних  трав  и  урожай
 Травы  и  травосмеси
 Неудобренный  фон
 1
 2
 3
 4
 Красный  клевер  100%
 57,8
 23,8
 138,3
 17,66
 Розовый  клевер  100%
 61,7
 33,8
 113,4
 19,75
 Люцерна  100%
 57,0
 22,4
 148,4
 23,2
 Тимофеевка  100%
 58,4
 19,7
 36,4
 15,5
 Овсяница  100%
 57,1
 26.3
 62,4
 16,4
 Красный  клевер  50%  +  тимофеевка  50%
 57,8
 30,0
 110,3
 18,34
 Красный  клевер  50%-f  овсяница  50%.
 60,0
 31,8
 138,6
 18,97
 Красный  клевер  50%  -f-  тимофеевка
25%  -|-  овсяница  25%
 59,4
 21,2
 130,4
 18,62
 Розовый  клевер  50%  -|-  тимофеевка  50%
 59,2
 40,3
 117,0
 17,57
 Розовый  клевер  50%  овсяница  50%  .
 62,8
 58,6
 111,5
 19,18
 Розовый  клевер  50%-f  тимофеевка
25%  -)-  овсяница  25%
 62,2
 47,5
 126,9
 16,75
 Люцерна  50%  -|-  тимофеевка  50%  .  .  .
 59,7
 47,8
 114,5
 20,35
 Люцерна  50%  -f-  овсяница  50%  ....
 62,9
 85,5
 116,7
 18,46
 Люцерна  50%  -|-  тимофеевка  25%  +
овсяница  25%
 61,5
 58,9
 109,7
 19,86
 Красный  клевер  25%  -|-  розовый  клевер
25%  -)-  тимофеевка  50%
 60,6
 —
 134,5
 17,0
 Красный  клевер  25%  -|-  люцерна  25%  -f-
+  тимофеевка  50%
 58,2
 32,4
 163,4
 19,8
 Красный  клевер  25%-f-розовый  кле¬
вер  25%  -)-  овсяница  50%
 60,3
 46,0
 152,7
 18,25
 Красный  клевер  25%  -(-  люцерна  25%  -f-
+  овсяница  50%
 57,6
 19,8
 174,4
 19,30
 Красный  клевер  25%  розовый  клевер
25%  -|-  тимофеевка  25%  -f-  овсяница
 25%
 63,8
 67,9
 170,5
 18,0
 Красный  клевер  25%  люцерна  25%  +
-f-  тимофеевка  25%  -|-  овсяница  25%  .
 63,9
 52,1
 161,3
 17,1
 Примечание.  1  —  Количество  водопрочных  агрегатов  больше  0,25  мм  к  концу  третьего
сена  за  2  года  в  центнерах;  4  —урожай  ржи  по  пласту  многолетних  трав  в  центнерах.

§  lj  ТРАВЫ  И  СТРУКТУРА  ПОЧВ  В  ДЕРНОВО-ПОДЗОЛИСТОЙ  ЗОНЕ  375
 Таблица  88
 ржи  на  слабоподзолистой  тяжелосуглинистой  почве
 N«oP
 еоКбо
 Навозный  фон  (навоза  30  т/га)
 1
 2
 3
 4
 1
 2
 3
 4
 54,1
 25,8
 142,9
 18,91
 62,9
 17,4
 180,7
 21,1
 62,6
 73,9
 78,4
 22,2
 68,8
 33,8
 114,8
 24,0
 50,2
 20,8
 147,0
 20,8
 61,6
 16,5
 166,9
 24,2
 49,0
 24,6
 50,9
 17,06
 63,0
 24,4
 74,8
 18,86
 57,4
 16,4
 76,6
 16,77
 60,8
 13,0
 94,6
 17,12
 51,4
 17,1
 149,6
 18,7
 60,0
 26,7
 221,2
 25,7
 63,3
 75,4
 139,4
 19,64
 69,5
 29,7
 211,2
 22,5
 51,4
 13,2
 142,2
 18,76
 60,2
 36,7
 201,3
 21,8
 63,3
 59,8
 127,5
 18,07
 68,3
 25,3
 144,1
 19,5
 60,1
 67,9
 93,3
 17,5
 66,7
 31,8
 132,2
 20,2
 59,1
 35,6
 115,0
 17,75
 67,5
 41,5
 148,8
 19,17
 63,0
 53,5
 132,6
 21,5
 66,0
 31,0
 161,1
 18,33
 61,2
 29,6
 129,1
 17,07
 63,7
 16,2
 150,1
 21,5
 61,7
 28,0
 134,5
 17,40
 70,1
 33,5
 178,2
 20,0
 63,2
 —
 159,8
 18,46
 67,5
 28,3
 195,7
 21,85
 50,3
 24,8
 181,8
 20,5
 60,6
 29,3
 234,4
 27,0
 63,0
 78,3
 160,1
 18,43
 66,6
 16,4
 202,3
 21,15
 50,1
 10,8
 184,8
 18,25
 58,4
 17,3
 213,4
 24,2
 61,6
 62,1
 166,6
 17,67
 71,0
 37,0
 218,9
 20,65
 62,6
 69,9
 167,9
 17,82
 67,6
 24,4
 220,0
 22,65
 года  жизни;  2  —  прибавка  водопрочных  агрегатов  (в  процентах  к  началу  посева  трав);  3  —урожай

376
 НАКОПЛЕНИЕ  ВОДОПРОЧНОЙ  СТРУКТУРЫ  ПОД  ТРАВАМИ  [ГЛ.  VIII
 рожь,  тоже  повышают  водопрочность  структуры  по  сравнению
с  бессменным  паром,  кЛевер  же,  по  сравнению  с  рожью,  повы¬
сил  количество  водопрочных  агрегатов  до  39%.
 Н.  И.  Савиновым  были  обработаны  данные  по  бессменным
культурам  Ротамстедокой  опытной  станции  (Англия).  Резуль¬
таты  сходны  с  упомянутыми  выше.  Оказывается,  пшеница  тоже
улучшает  структуру  почв,  по  сравнению  с  бессменным  паром,  но
хуже,  чем  травы.  Продолжительное  парование  приводит  к  пол¬
ному  разрушению  структуры.
 Структурообразующая  роль  не  только  трав,  но  и  полевых
хлебных  злаков,  по  сравнению  с  паром,  указанная  Н.  И.  Сави¬
новым,  подтверждена  в  дальнейшем  рядом  исследователей.
В  качестве  примера  можно  привести  данные,  полученные
А.  А.  Плотниковым  и  В.  В.  Макаровой  (1956)  на  опытном  поле
Ивановского  сельскохозяйственного  института,  расположенного
на  дерново-подзолистой  пылевато-суглинистой  почве.
 Образцы  почв,  которые  брали  ежегодно  в  одни  и  те  же
сроки,  показали,  что  при  общем  невысоком  уровне  водопрочной
структуры  озимая  рожь  увеличивает  ее  по  сравнению  с  паром
на  52%,  травы  первого  года  пользования—  на  157%,  а  второго
года  пользования  —  на  172%.  Наибольшую  прибавку  водопроч¬
ной  структуры  дают  травы  первого  года  пользования,  на  что
в  свое  время  указывал  и  В.  Р.  Вильямс.
 Культурой  многолетних  трав  в  полевых  севооборотах  в  под¬
золистой  зоне  можно  получить,  при  наличии  удобрений,  высокие
урожаи  сена,  покровных  и  последующих  культур  и  улучшить
структуру  почв.  В  подтверждение  этого  приводятся  данные,
полученные  П.  В.  Вершининым  совместно  с  лабораторией  кор¬
мовых  культур  Всесоюзного  института  растениеводства  на  слабо¬
подзолистых  тяжелосуглинистых  почвах  Ленинградской  обл.
(табл.  88).  Как  следует  из  этой  таблицы,  представляется  воз¬
можным  получать  высокие  урожаи  покровных  культур,  трав  и
травосмесей  и  последующих  культур,  если  хорошо  заправить
почву  под  травы.  Но  для  получения  высоких  урожаев  сельскохо¬
зяйственных  культур  и  структурообразующего  эффекта  трав
необходимо  подобрать  травосмеси,  исходя  из  местных  условий.
По  данным  табл.  88,  травосмеси  тройные  (2  бобовых  и  1  злако¬
вый  компонент)  и  четвертные  (2  бобовых  и  2  злаковых  компо¬
нента)  показывают  наиболее  высокую  эффективность.
 §  2.  Действие  трав  на  структуру  почв  на  серых  лесных  землях,
деградированных  и  обыкновенных  черноземах
 Из  данных  И.  Коданева  (1946)  для  серых  лесных  земель  и
О.  С.  Ростовцевой  и  М.  И.  Аваевой  (1935)  для  деградированных
черноземов  следует,  что  действие  трав  на  структуру  этих  почв

§  3] 	ТРАВЫ  И  СТРУКТУРА  ПОЧВ  В  КАШТАНОВОЙ  ЗОНЕ 	377
 мало  чем  отличается  от  действия  их  на  подзолистые  почвы.
Травы  второю  года  пользования  повысили  количество  агрегатов
по  сравнению  со  старопахотной  почвой,  т.  е.  культурой  зерно¬
вых,  на  17%.
 В  табл.  89  показано  влияние  естественного  дернового  про¬
цесса  и  роль  трав  на  обыкновенном  глинистом  черноземе  из
Каменной  Степи  (П.  В.  Вершинин  и  И.  Б.  Ревут,  1952).
 Таблица  89'
 Сравнительная  водопрочность  структуры  с  разных  полей  и  угодий
обыкновенного  глинистого  чернозема
 (Количество  водопрочных  агрегатов  в  процентах  к  весу  сухой  почвы)
 Диаметр  агрегатов,  мм
 Сумма
 Угодие
 5
 3
 2
 1
 0,5
 0,25
 >0,25
 (Г)
 <0,25
 ОД)
 V
 и
 Некосимая  степь
среди  лесных  полос
 14,4
 15,9
 21,4
 18,7
 8,0
 12,2
 90,6
 9,4
 9,6
 Лесная  полоса  №  34
 3,8
 32,4
 11,6
 23,6
 9,5
 1,9
 82,8
 17,2
 4,8
 Косимая  открытая
степь
 2,5
 9,8
 12,5
 32,4
 13,3
 5,0
 75,5
 24,5
 3,1
 Паровое  поле  поле¬
вого  севооборота  .
 1,3
 1,4
 10,0
 34,9
 2,3
 50,4
 40,6
 1,0
 Травы  кормового
севооборота,  1-го
года  пользования  .
 0,70
 3,0
 3,6
 16,5
 38,7
 4,0
 66,5
 33,5
 1,9
 То  же,  2-го  года
пользования  .  .  .
 0,40
 2,7
 2,4
 21,1
 36,9
 2,7
 66,2
 33,8
 1,9
 Из  табл.  89  следует,  что  целинные  почвы  обыкновенного
чернозема  показывают  высокую  степень  острукту  ревности.
Вспашка  в  значительной  степени  разрушает  природную  струк¬
туру.  Многолетние  травы  восстанавливают  структуру,  но  не
коренным  образом.  Эффект  от  трав  в  полевом  севообороте  зна¬
чительно  ниже,  чем  на  подзолистых  почвах.
 §  3.  Действие  трав  на  структуру  почв  в  каштановой  зоне  и  зоне
сероземов  Средней  Азии
 Чем  ближе  к  юго-востоку,  т.  е.  к  аридным  условиям,  с  ма¬
лыми  количествами  осадков,  тем  больше  снижается  эффект
структурообразующего  действия  трав.
 Увеличение  прочности  (водопрочности)  структуры  на  кашта¬
новых  почвах  наблюдается  больше  всего  под  целинной  степью,
далее  идет  смесь  многолетних  злаковых  и  бобовых  трав,  на

378
 НАКОПЛЕНИЕ  ВОДОПРОЧНОЙ  СТРУКТУРЫ  ПОД  ТРАВАМИ  [ГЛ.  VIII
 Таблица  90
 Структурообразующий  эффект  трав  на  сероземах
 Почва
 Опытные
 Содержание  в  почве  проч¬
ных  структурных  комков
>0,25  мм  (%)
 Травосмеси  по
отношению  к
 станции
 в  старо-
вспашке
 после
 люцерны
 после
 траво¬
 смесей
 лю¬
 церне
 старо-
 вспаш-
 ке
 Сероземы  луго¬
вые
 Таджикская
 13,0
 25,2
 33,0
 131
 254
 Почвы  из  Курган-
Тюбе
 Хорезмская
 4,3
 10,6
 13,7
 129
 312
 Луговые  пустын¬
ные  почвы  .  .
 Казахская
 16,2
 19,8
 29,2
 147
 180
 Серозем  типич¬
ный
 Ак-Кавак-
 23,5
 51,8
 60,7
 117
 258
 Серозем  светлый
 ская
 Пахта-Арал
 13,7
 21,6
 23,4
 108
 171
 Таблица  91
 Изменение  водопрочности  структуры  под  влиянием  трав  и
продолжительность  этого  эффекта
 (Количество  водопрочных  агрегатов  в  процентах  к  сухой  почве)
 Диаметр  агрега-
 Варианты  опытов
 Глубина,
 см
 тов,
 мм
 1
 1—0,25
 Бессменный  хлопчатник  неудобренный  .  .  .
 0—25
 1,9
 20,0
 25—40
 3,1
 26,0
 После  распашки  травосмеси,  1-й  год  ....
 0—25
 18,4
 40,8
 25—40
 15,7
 46,6
 После  распашки  трехлетней  люцерны,  1-й  год
 0—25
 22,5
 31,6
 25-40
 22,6
 35,8
 То  же,  3-й  год
 0—25
 9,0
 29,3
 25—40
 11,0
 31,6
 То  же,  4-й  год
 0—25
 7,8
 26,5
 25—40
 14,7
 30,9
 То  же,  6-й  год
 0—25
 4,4
 21,9
 25-40
 3,4
 21,0
 Садовая  почва  (целина)
 0—20
 41,5
 25,4

ТРАВЫ  И  СТРУКТУРА  ПОЧВ  В  КАШТАНОВОЙ  ЗОНЕ
 379
 §  3]
 последнем  месте  стоит  пар.  Но  количественное  значение  -влияния
многолетних  трав  на  прочность  структуры  в  данной  зоне  так
мало  (прибавка  водопрочных  агрегатов  8—9%),  что  посев  мно¬
голетних  трав  с  целью  улучшения  структуры  почв  при  существую¬
щей  агротехнике  и  отсутствии  орошения  вряд  ли  себя  оправдает.
 На  .неорошаемых  сероземах  эффект  от  действия  многолетних
трав  аналогичен  эффекту  на  каштановых  почвах,  т.  е.  ничто¬
жен.  Причина  одна:  недостаток  влаги.  Травы  для  своего
развития  требуют  значительных  запасов  влаги.  В  против¬
ном  случае  они  слабо  развиваются  и  оструктуривающая  роль
их  мала.
 Структурообразующая  роль  трав  на  сероземах  при  орошении
повышается.  Это  можно  видеть  из  табл.  90,  составленной  по
И.  А.  Дорман  (1949)  и  П.  Н.  Беседину  (1951).
 В  табл.  91  приводятся  данные,  полученные  Н.  И.  Зиминой
(1955)  на  Ак-Кавакской  опытной  станции  на  типичных  серозе¬
мах  о  продолжительности  действия  структуры  созданной  много¬
летними  травами.
 Из  табл.  91  следует,  что  при  орошении  действие  трав  на
структуру  почв  приближается  к  эффекту  на  подзолистых  почвах
и  сохраняется  даже  на  4-й  год  после  распашки  трехлетней  лю¬
церны,  лишь  на  6-й  год  после  раопашки  трехлетней  люцерны
водопрочность  структуры  приближается  к  водопрочное™  струк¬
туры  бессменного  хлопчатника.

ГЛАВА  IX
 ПРОБЛЕМА  ИСКУССТВЕННОГО  ОСТРУКТУРИВАНИЯ
 ПОЧВ
 §  1.  Физические  основания  искусственного  структурообразования
и  техника  внесения  клеящих  веществ
 Воздействие  на  почвенную  структуру  культурой  многолет¬
них  трав,  выращиваемых  на  полях,  встречает  во  многих  слу¬
чаях  ряд  трудностей.  А  именно,  как  уже  указывалось,  струк¬
турообразующий  эффект  трав  не  всегда  велик  и  наблюдается
лишь  там,  где  в  почве  достаточно  влаги.  Не  всегда  представ¬
ляется  возможным  в  полевом  севообороте  занимать  под  травы
два  поля.  Структурообразующий  эффект  трав  держится
 3—4  года  и  т.  д.  Поэтому  агротехническая  мысль  все  время
искала  и  ищет  других,  более  эффектных  приемов  улучшения
структуры  почв.  К  числу  таких  приемов,  имеющих  будущность,
относится  искусственное  оструктуривание  к  изложению  кото¬
рого  мы  и  переходим.
 Изучение  явлений  водопрочности  почвенного  комка  позво¬
лило  сделать  следующие  выводы.
 1. 	Водопрочность  почвенных  агрегатов  определяется  нали¬
чием  в  почве  органических  веществ,  которые  могут  переходить
из  растворимого  в  нерастворимое  состояние.
 2. 	Переходя  в  нерастворимое  состояние,  органические  ве¬
щества  почвы  (разные  по  химической  структуре)  образуют  при
высыхании  пленку,  покрывающую  в  агрегате  поверхность  ми¬
неральных  частиц,  которая  защищает  ее  от  разрушающего
действия  воды.
 3. 	Частицы  органического  вещества  в  пленке  связаны  хими¬
ческими  силами  типа  водородных  связей.
 4. 	Пленки  органических  веществ  связываются  с  минераль¬
ными  поверхностями  адсорбционными  силами,  т.  е.  силами  меж¬
молекулярного  взаимодействия  (ван-дер-вальсовы  силы).
 5. 	Проявлению  этих  сил  взаимодействия  между  органиче¬
скими  пленками  и  минеральными  поверхностями  препятствуют
поглощенные  ионы  (главным  образом  катионы).

§  1] 	ИСКУССТВЕННОЕ  СТРУКТУРООБРАЗОВАНИЕ 	381
 \
 6. 	Органические  вещества  почвы  в  зависимости  от  коли¬
чества  могут  располагаться  и  между  минеральными  частицами
и  склеивать  их  в  агрегаты,  образуя  микро-  и  макроструктуру
почвы.
 7. 	Не  исключается  возможность  в  определенных  условиях
возникновения  между  минеральной  «подкладкой»  и  органиче¬
скими  пленками  химических  сил,  т.  е.  образование  органо-ми¬
неральных  соединений.
 Для  того  чтобы  в  почве  возникли  явления  водопрочности,
необходимо  пропитать  почву  органическим  веществом,  способ¬
ным  переходить  из  растворимого  в  нерастворимое  состояние,
адсорбироваться  почвой,  при  высыхании  образовывать  пленку,
проницаемую  для  воды  и  ионов,  укрепляющую  водопрочность
почвенных  комков.  Так  возникла  идея  об  искусственных  струк¬
турообразующих  веществах  и  структурообразующих  удобре¬
ниях.
 При  воспроизведении  явления  водопрочности  структуры
в  лабораторных  условиях  были  высказаны  соображения,  ока¬
завшиеся  важными  во  всей  последующей  деятельности  в  об¬
ласти  искусственного  структурообразования.  Д.  Л.  Талмуд
(1932)  сделал  предположение  о  том,  что  структурообразую¬
щими  будут  любые  поверхностно  активные  вещества,  а  не
только  перегнойные  кислоты.
 Практика  внесения  структурообразующих  веществ  в  даль¬
нейшем  полностью  подтвердила  эти  соображения.
 Для  почвенных  условий  важное  значение  имеет  переход  из
растворимого  в  нерастворимое  пленкообразное  состояние  под
влиянием  потери  растворителя  при  высыхании.
 По  способу  перехода  в  нерастворимое  состояние  все  клея¬
щие  вещества  можно  разбить  на  две  группы:  1)  вещества,
переходящие  в  нерастворимое  состояние  лишь  после  обменных
реакцией  с  почвой,  или  так  называемые  ионообменные  клеящие
вещества;  2)  от  них  отличается  группа  веществ,  переходящих  в
нерастворимое  состояние  независимо  от  реакций  обмена  с  почвен¬
ным  поглощающим  комплексом  лишь  с  потерей  растворителя.
 В  настоящее  время  в  иностранной  литературе  искусствен¬
ные  структурообразующие  вещества  иногда  называются  «агре¬
гаторами».  Термин  этот  неправильный:  во  всех  случаях  агрега¬
ция  почвы,  в  которую  внесены  клеящие  вещества,  производится
почвообрабатывающими  орудиями.
 Почва  обрабатывается  раствором  клеящих  веществ,  подсу¬
шивается  до  влажности  структурообразования,  при  которой
рыхлится  безотвальными  орудиями  (боронами,  культивато¬
рами)  до  преобладания  агрономически  ценных  (по  размерам)
агрегатов  на  глубине  проклеивания.  Водопрочность  агрегатов
появляется  после  некоторого  их  подсыхания;  при  этом  чем

ИСКУССТВЕННОЕ  ОСТРУКТУРИВАНИЕ  ПОЧВ
 382
 [гл.  IX
 лучше  просыхают  агрегаты,  тем  лучше  в  дальнейшем  они  про¬
тивостоят  размывающему  действию  воды.
 Возможно  внесение  клеящих  водопрочных  веществ  и  в  сухом
виде.  В  этом  случае  почва  перемешивается  с  порошком  из
соответствующего  вещества.  Если  почва  сухая,  то  она  увлаж¬
няется  до  полевой  влагоемкости.  Клеящие  вещества  раство¬
ряются  в  почвенной  влаге  и  пропитывают  почву,  которая  далее
рыхлится  орудиями  как  указано  выше.
 Количество  вносимых  клеящих  веществ  зависит  от  почвы,
ее  удельной  поверхности,  характера  строения  клеящих  веществ,
их  способности  отлично  или  хорошо  диспергироваться  в  раство¬
рителе.
 Водопрочность  клеящих  веществ  определяется  обычными
методами.  Проклеенный,  агрегированный  и  высушенный  до  воз¬
душносухого  состояния  образец  почвы  рассеивается  на  ситах
на  фракции,  после  чего  определяется  степень  его  крошения  и
водопрочность  по  принятой  методике.
 §  2.  Ионообменные  клеящие  вещества
 Влияние  гуматов  на  водопрочность  почвенной  структуры.
 Поведение  гуматов  определяется  свойствами  гуминовой  ки¬
слоты.  П.  В.  Вершинин  изучал  гуминовую  кислоту,  выделен¬
ную  по  С.  Одену  (1919)  из  шуваловского  верхового  торфа
(Ленинград).  Хорошо  отмытая  от  аниона  хлора  гуминовая  ки¬
слота  имеет  pH  3,6.
 Чем  лучше  отдиализирована  гуминовая  кислота,  тем  лучше
она  растворяется  в  воде.  Дисперсность  золя  увеличивается  по
мере  разведения  гуминовой  кислоты  водой.  При  концентрации
в  воде,  равной  37%,  гуминовая  кислота  представляет  уже  твер
дое  тело,  нерастворимое  в  воде.  Это  обстоятельство  имеет  чрез¬
вычайно  важное  значение  в  формировании  водопрочного  комка
под  влиянием  гуминовой  кислоты.
 Такое  простое  явление,  как  подсушивание  золя  гуминовой
кислоты,  может  обеспечить  водопрочность  агрегатов  в  почве.
Концентрируясь  до  35—40%,  гуминовая  кислота  уже  может
необратимо  склеивать  почвенные  частицы,  как  это  указыва¬
лось  ранее  (см.  рис.  80).  В  этом  и  заключается  особо  важная
и  специфическая  особенность  гуминовой  кислоты  и  близких
к  ней  веществ  в  явлении  формирования  водопрочности  почвен¬
ного  комка.
 По  исследованиям  Оствальда  и  Редигера  (1929),  при  дей¬
ствии  раствора  щелочей  на  свободную  гуминовую  кислоту  идет
в  основном  солеобразование,  осложненное  явлениями  пептиза¬
ции.  Средние  концентрации  щелочи  вызывают  пептизации);  бо¬
лее  высокие  и  более  низкие  концентрации  вызывают  солеобра¬

ИОНООБМЕННЫЕ  КЛЕЯЩИЕ  ВЕЩЕСТВА
 383-
 §  2]
 зование.  По  С.  Одену,  степень  дисперсности  гуматов  зависит
от  количества  связанного  щелочного  основания.  Четверти  ко¬
личества,  необходимого  для  полного  замещения  всех  четырех
карбоксильных  групп,  уже  достаточно  для  перевода  гуминовой:
кислоты  в  раствор.  При  составе  гумата,  соответствующем  одно-
замещенной  соли,  раствор  имеет  слабокислую  реакцию  «pH  5,0;.
раствор  двухзамещенного  гумата  имеете  pH  7,0,  трехзамещен-
ного  —  около  9,0  и  четырехзамещенного  —  около  11,0.  При  из¬
бытке  щелочи,  по  С.  Одену,  образуется  истинный  раствор.
Наблюдения  П.  В.  Вершинина  над  растворением  в  воде  высу¬
шенного  комка  из  гуминовой  кислоты  показали,  что  заметная
пептизация  ее  начинается  лишь  при  pH  >  7,0.  При  pH  <  7  гуми-
новая  кислота  после  высыхания  нерастворима  в  воде.  Гуматы
двухвалентных  катионов  нерастворимы  в  воде,  обладают  клея¬
щими  свойствами  только  при  высыхании.  Явлений  коагуляции,,
с  резким  изменением  дзета—потенциала,  как  это  уже  указыва¬
лось*  еще  недостаточно,  чтобы  вызвать  образование  водопроч¬
ное™  у  почвенного  комка.  В  этом  можно  убедиться,  производя
опыты  с  гуминовой  кислотой,  свернутой  кальцием.
 Для  целей  искусственного  структурообразования  даже  в  ла¬
бораторных  условиях  чистую  гуминовую  кислоту  применять  за¬
труднительно,  так  как  при  высыхании  она  переходит  в  не¬
растворимое  состояние.  Опыты  приходится  вести  с  гуматами.
Растворимыми  солями  гуминовой  кислоты  являются  гуматы  ам¬
мония,  калия  и  натрия.
 Катионы  гуматов  вступают  в  обменные  реакции  с  почвенным,
поглощающим  комплексом,  в  результате  чего  в  ненасыщенных
основаниями  почвах  образуется  гуминовая  кислота.  Гуминовая
 П.  К
 н-+кв
 п.к
 К'  +  Н*  г
 Поглощающий
 комплекс
 Гумат
 калия
 Поглощающий
 комплекс
 Гуминовая
 кислота
 кислота  при  высыхании  почвы  переходит  в  нераство¬
римое  в  воде  состояние,  образуя  на  почвенных  частицах  или
микроагрегатах  пленки.  Если  почвы  имеют  суглинистый  состав,
то  клеящего  вещества  в  них  достаточно  для  того,  чтобы  поч¬
венные  частицы  слипались  в  комок,  но  клеящие  вещества  алю¬
мосиликатного  строения  в  большинстве  случаев  неводопрочны
и  легко  расплываются  в  воде.  Пленка  гуминовой  кислоты  по¬
крывает  поверхность  почвенных  частиц  и  защищает  контакты
слипшихся  частиц  от  размывающего  действия  воды.  Опыты
с  гуматами  аммония  проводил  Н.  И.  Савинов  (1936),  обширные
опыты  с  гуматами  калия  проводили  Н.  Я.  Солечник  (1937)  и
П.  В.  Вершинин  (1935,  1938,  1953).  В  лабораторных  условиях
в  образце  из  дерново-подзолистой  суглинистой  почвы,  растер¬
том  в  пыль  и  проклеенном  гуматом  калия  (в  количестве  0,5%

384
 ИСКУССТВЕННОЕ  ОСТРУКТУРИВАНИЕ  ПОЧВ
 [гл.  IX
 от  веса  почвы),  обнаружено  89,7%  водопрочных  комков  разме¬
ром  от  3  до  0,25  мм.  Иначе  говоря,  0,5%  гумата  калия  придали
вновь  образовавшимся  комкам  из  подзолистой  почвы  такую  же
водопрочность,  какую  имеют  целинные  почвы  обыкновенных
глинистых  черноземов.
 Применение  гуматов  в  значительных  количествах  представ¬
ляет  трудности,  так  как  методика  их  промышленного  производ¬
ства  у  нас  не  налажена.  В  целях  внедрения  гуматных  клеящих
веществ  в  сельскохозяйственное  производство  была  предло¬
жена  упрощенная  методика  выделения  гуминовых  веществ  из
торфа.  Торф  в  воздушносухом  состоянии  измельчают  и  обраба¬
тывают  1%  раствором  КОН  при  отношении  сухого  вещества
торфа  к  раствору  1  :  10.  'Полученную  массу  кипятят  в  течение
часа.  После  охлаждения  раствор  сливают  и  применяют  под
названием  торфяного  клея.  Получается  продукт  следующего
примерно  состава:  фракция,  растворимая  в  воде  17,2%,  раство¬
римая  в  спиртобензоле  19,3%,  гуматная  53,5%.  Выход  органи¬
ческого  вещества  в  опыте  варьировал  от  5%  до  7%.  Гумат  ка¬
лия  под  названием  торфяного  клея  вводился  в  почву  в  виде
золя.  pH  его  равнялся  около  8,0,  содержание  калия  по  Пейве  —
около  8,5%  на  сухое  органическое  вещество  клея.  В  зависимо¬
сти  от  состава  торфа  и  степени  его  разложения  содержание
указанных  фракций  варьирует.
 Зависимость  водопрочности  почвенных  агрегатов  от  коли¬
чества  вводимых  гумифицированных  органических  веществ,
подмечались  исследователями  и  ранее.  Еще  Шлезинг  (1847),
составляя  смеси  из  песка,  извести,  глины  и  органических  ве¬
ществ,  установил,  что  при  наличии  1%  гуматов  наблюдается
устойчивость  комков  от  размывания  их  водой.  В.  Р.  Вильямс
в  1919  г.  пришел  к  выводу,  что  средняя  по  механическому  со¬
ставу  почва  приобретает  максимальную  прочность  при  содер¬
жании  от  3  до  4%  гуминовой  кислоты,  перешедшей  в  нераство¬
римое  состояние  и  равномерно  распределенной  по  всей  массе
почвы.
 А. 	И.  Набоких  (1914)  наблюдал,  что  чернозем  на  песчаных
грунтах  обыкновенно  лишен  зернистости,  однако  и  такие  почвы
приобретают  характерную  структуру,  если  только  накопление
перегноя  достигает  количеств  свыше  5—6%  от  веса  почвы.
 П.  Е.  Турнер  (1932)  установил,  что  в  тропических  почвах
при  весовом  отношении  между  глиной  и  гумусом,  превышаю¬
щим  20,  гумусовые  частицы  покрывают  глинистые  частицы
в  виде  поверхностных  пленок.
 Близкие  количества  органического  вещества,  при  которых
в  почве  наблюдается  водопрочная  структура,  полученные  раз¬
ными  авторами,  заставляют  искать  общие  причины  для  объяс¬
нения  наблюдаемых  закономерностей.

§  2] 	ИОНООБМЕННЫЕ  КЛЕЯЩИЕ  ВЕЩЕСТВА 	385
 Определяя  по  кривой  изотермы  адсорбции  водяных  паров
удельную  поверхность  почвы,  на  которой  производились
опыты,  П.  В.  Вершинин  нашел  ее  равной  примерно  105  см2/г.
Иначе  говоря,  1  г  почвы  имел  удельную  поверхность  105  см2.
Катц  (1929),  пользуясь  методом  растекания  на  поверхности
воды,  нашел  для  лигнина  (по  Вильштеттеру)  толщину  пленки
 о
 мономолекулярного  слоя  равной  порядка  10А  (10-7  см).  Вво¬
димое  органическое  вещество  состояло  наполовину  из  гумино-
вой  кислоты  и,  если  допустить,  что  размеры  первичных  частиц
гуминовой  кислоты  близки  к  таковым  же  для  лигнина,  то  для
мономолекулярного  покрытия  поверхности  1  г  почвы  с  указан¬
ной  выше  удельной  поверхностью  потребуется  гуминовой  ки¬
слоты  10'7-105  см2=  10-2  см3.  Считая  удельный  вес  гуминовой
кислоты  равным  1,35  г/см3,  будем  иметь  1,35  г/сл*3-10~2  см3  =
=  1,35-10'2  г,  или  1,35%  от  веса  почвы.  Полагая,  что  диспер¬
сность  вводимого  нами  органического  вещества  была  коллоид¬
ная,  можно  с  уверенностью  утверждать,  что  количество  органиче¬
ских  веществ  от  3  до  5%,  необходимое  для  придания  агрегатам
полной  водопрочности,  соответствует  полному  однослойному  по¬
крытию  поверхности  почвенных  частиц  частицами  органиче¬
ского  вещества.
 Влияние  лигнина  на  водопрочность  почвенной  структуры.
 Для  испытания  применялся  лигнин,  полученный  по  «мягкому»
методу  Бекмана  и  Лише  (Н.  Я.  Солечник,  1937),  так  как  пред¬
полагалось,  что  лигнин,  выделенный  сильными  кислотами,  су¬
щественно  изменяется  и  мало  походит  на  природный.  По  этому
методу  лигнин  получался  экстрагированием  1,5%  водным  едким
натром  с  последующим  удалением  углеводов  кипячением
с  2,0—2,5%  соляной  кислотой.
 Лигнин  примерно  так  же  повышает  водопрочность  почвен¬
ной  структуры,  как  и  гуминовая  кислота.  Введенный  в  ту  же
самую  дерново-подзолистую  суглинистую  почву,  он  дает  общее
количество  водопрочных  агрегатов,  больших  0,25  мм,  около  80%,
тем  самым  лишь  немного  уступая  действию  гуминовых  кислот.
 Влияние  смоляного  клея  на  водопрочность  почвенной  струк¬
туры.  Смоляной  клей  получается  из  технических  сортов  кани¬
фоли  омылением  ее  щелочью.  Канифоль,  как  известно,  состоит
из  смеси  смоляных  кислот  со  значительным  преобладанием
среди  них  абиетиновой  кислоты  (С20Н30О2).  Канифоль  в  воде
не  растворяется.  Но  если  к  ней,  по  числу  омыления,  прибавить
щелочи  (калиевой  или  натриевой),  то  она,  переходя  в  кани¬
фольное  мыло,  приобретает  свойство  растворяться  в  воде.  Это
свойство  сохраняется  и  при  высушивании.  Если  почву
обработать  раствором  омыленной  канифоли  (или  внести  ее  в  виде  2525  Зак.  196.

386
 ИСКУССТВЕННОЕ  ОСТРУКТУРИВАНИЕ  ПОЧВ
 [гл.  IX
 Таблица  92
 Влияние  смоляного  клея  на  водопрочность  почвенной  структуры
 (Количество  водопрочных  агрегатов  в  процентах  от  веса  почвы)
 Смоляного  клея  в  °/0  от
веса  тела
 0
 0,001
 0,005
 0,01
 0,05
 0,1
 0,2
 0,3
 0,5
 1,0
 Водопрочных  агрегатов
>  0,25  мм
 3,8
 3,4
 9,7
 7,9
 49,7
 88,0
 95,0
 98,2
 98,3
 99,0
 порошка)  и  тщательно  перемешать  до  влажности  структуро-
образования  и  при  этой  влажности  агрегировать  до  мелких  ко¬
мочков,  то  последние  после  высушивания  приобретают  свой¬
ства  нерастворимости  в  воде.  В  этом  случае  происходят  явле¬
ния  обменных  реакций  клеящего  вещества  и  почвы,  аналогич¬
ные  указанным  выше  (стр.  383).
 Образующаяся  абиетиновая  кислота  адсорбируется  почвен¬
ными  частицами  и  при  подсыхании  образует  пленку,  нераство¬
римую  в  воде.  Эта  пленка  придает  водопрочность  почвенным
комочкам.  Следует  отметить,  что  физические  свойства  почвы,
обработанной  абиетиновокислым  калием,  несколько  отли¬
чаются  от  физических  свойств  той  же  почвы,  обработанной  гу-
матом  калия.  Абиетиновая  кислота  гидрофильными  группами
ориентируется  к  почвенным  частицам,  гидрофобными  —  в  про¬
свет  капилляров,  поэтому  при  высыхании  почвенные  частицы
приобретают  гидрофобные  свойства.  В  силу  этого  водопроч¬
ность,  вызываемая  этими  веществами,  называется  гидрофобной,
в  отличие  от  гуматной  или  гидрофильной.
 Влагоемкость  почвы,  в  силу  некоторой  гидрофобизации
абиетиновым  клеем,  несколько  уменьшается  (до  15%).  Но
в  условиях  достаточного  увлажнения  это  существенной  роли  не
играет  в  водоснабжении  сельскохозяйственных  культур,  наобо¬
рот,  появляется  ряд  положительных  свойств:  у  поверхности
почвенных  частиц  скопляется  воздух,  создается  дополнитель¬
ная  зона  внутрипочвенной  аэрации,  которая  стимулирует  аэроб¬
ную  деятельность  микроорганизмов,  и  урожайность  повышается
как  это  будет  видно  из  дальнейшего  изложения.
 Смоляного  клея  для  придания  почве  гидрофобности  тре¬
буется  значительно  меньше,  чем  торфяного  клея,  как  это  видно
из  табл.  92.
 §  3.  Неионообменные  клеящие  ^вещества
 Существует  другая  группа  веществ,  у  которой  свойства  не¬
растворимости  в  воде  могут  возникать  вне  зависимости  от  об¬
менных  реакций  с  почвой  и  которыми  они  могут  даже  не  обла¬
дать.  Эти  вещества,  растворяясь  в  воде,  пропитывают  почву,

ДРУГИЕ  КЛЕЯЩИЕ  ВЕЩЕСТВА
 387
 §  4]
 Таблица  93
 Влияние  битума  на  водопрочность  почвенной  структуры
 (Количество  водопрочных  агрегатов  в  процентах  от  веса  почвы)
 Диаметр  агрегатов,  мм
 3—2
 2—1
 1-0,5
 0,5—0,25
 <0,25
 Исходная  подзолистая
почва
 —
 —
 2,3
 49,0
 48,7
 Та  же  почва,  обработанная
0,5%  (от  веса  почвы)
водной  битумной  эмуль¬
сией
 63,6
 16,4
 2,6
 3,2
 14,2
 адсорбируются  почвенными  частицами  и  при  потере  раствори¬
теля  переходят  в  нерастворимое  состояние  (спонтанно)  в  силу
присущих  им  химических  превращений.  Они  также  образуют
пленки,  защищающие  комочки  почвы  от  разрушения  водой.
 В  качестве  примера  можно  привести  следующие  вещества.
 1.  Вискоза
 0(С6Н904)
 C  =  S
 I
 SNa
 Вискоза,  оставленная  на  воздухе,  под  влиянием  углекислоты
воздуха  регенерирует  в  целлюлозу  (СбНю05),  переходя  из  золя
в  гель  и  образуя  роговоподобное  тело,  нерастворимое  в  воде.
В  почве  из  целлюлозы  образуется  нерастворимая  в  воде
пленка.  Реакция  обмена  с  почвенно-поглощающим  комплексом
в  данном  случае  является  необязательной  для  возникновения
у  почвенных  комочков  свойств  водопрочности.
 2.  Битумы.  Как  показал  Н.  Я.  Солечник  (1937),  битумы
могут  влиять  на  водопрочность  почвенных  комков,  усиливая
ее.  В  табл.  93  приводятся  данные  по  действию  нефтяных  биту¬
мов  на  водопрочность  почвенных  агрегатов  дерново-подзолистой
суглинистой  почвы.
 §  4.  Клеящие  вещества  с  неустановленным  механизмом
 склеивания
 Влияние  белковых  соединений  на  водопрочность  почвенной
структуры.  Эти  соединения  могут  вступить  в  обменные  реакции
с  почвой,  если  они  вводятся  в  щелочную  среду.  В  ту  же  дер¬
ново-подзолистую  почву  вводились  соединения  типа  желатины.
Полученные  результаты  приводятся  в  табл.  94.
 25*

388
 ИСКУССТВЕННОЕ  ОСТРУКТУРИВАНИЕ  ПОЧВ
 [гл.  IX
 Таблица  94
 Влияние  желатина  на  водопрочность  почвенной  структуры
 (Количество  водопрочных  агрегатов  в  процентах  к  весу  почвы)
 Желатина  в  %  от  веса
почвы
 0,05
 0,1
 0,5
 1,0
 3,0
 5,0
 Агрегаты  >  0,25  мм
 14,5
 17,1
 58,4
 85,8
 85,0
 95,0
 Как  видно  из  табл.  94,  вещества  белкового  типа  также  мо¬
гут  придавать  водопрочность  почвенным  агрегатам.  По  острук-
туривающему  действию  они  близко  подходят  к  гуматам,  гидро-
фильность  почвы  не  понижают.  Все  белковые  выделения  слизи
при  микробиологической  деятельности  в  почве  могут  играть
роль  веществ,  повышающих  водопрочность  почвенных  агрега¬
тов,  как  на  это  указывалось  и  ранее  (стр.  352—354).
 Крилиумы  и  их  влияние  на  водопрочность  почвенной  струк¬
туры.  Слово  «крилиумы»  является  собирательным  названием
многих  клеящих  полимеризующих  соединений  акриловой  и  ме-
такриловой  кислот.  Акриловая  кислота  А.  А.  Шмуком  (1951)
найдена  в  составе  почвенного  гумуса,  так  же  как  некоторые
исследователи  находили  в  почвенном  гумусе  и  абиетиновую
 -о-СИз  —
 I  I
-с—с  —
 “  с=о
о
 	Na  —
 -Н
 ИМ 	|
 О  =  С  СН3Н  Н 	Н-С-
 I  I  31  I 	н  I
 OHN  —  С  —  С—0—С—  С—СНз
III 	II
 сн3  н  н 	о
 о
 Рис.  120.  Структурные  формулы  крилиумов.
 а  —  типичного  полианиона;  б  —  типичного  поликатиона.
 кислоту.  Американская  фирма  Монсанто  выпустила  две  марки
крилиумов  (CRD-186  и  CRD-189),  описанных  Хедриком  и  Моури
(1952),  Аллисоном  (1952),  Мартином,  Тейлором,  Енжибаусом
и  Барнетом  (1952):
 CRD-186  назван  натриевой  солью  полиакрилонитрила,
а  CRD-189  —  карбоксилированным  полимером.
 В  качестве  примера  таких  соединений  приводятся  структур¬
ные  формулы  крилиумов:  типичного  полианиона  (рис.  120а)  и
типичного  поликатиона  (рис.  1206).

ДРУГИЕ  КЛЕЯЩИЕ  ВЕЩЕСТВА
 389,
 §  4]
 Помимо  фирмы  Монсанто,  другие  фирмы  также  выпускают
крилиумы,  как  это  видно  из  табл.  95  (Фидлер  и  Бергман,
1955).
 Наиболее  изучен  крилиум  фирмы  «Монсанто».  В  сухом  со¬
стоянии  он  представляет  собою  желтый  и  беловато-серый  поро¬
шок,  при  увлажнении  превращается  в  желатинообразную  массу.
В  табл.  96  приводятся  физико-химические  свойства  крилиумов.
 Таблица  95
 Синтетические  органические  структурообразователи
 Обозначение
 Состав
 Изготовитель
 NaPAN
 Полиакрилат  натрия
(СзВз02Ха)л
 Rohma  Haas  С°  и  В.  Р.  Cood-
rich  С°,  США
 HPAN
 Гидролизированный  поли¬
акрилонитрил
 Monsanto  Chemical  С°  и
American  Cyanamid,  С°
США
 VAMA
 Винилацетат  малеиновой
кислоты
 Monsanto  Chemical  С°,  США
 1ВМА
 Сополимер  изобутилена  и
амида  малеиновой  ки¬
слоты
 То  же
 GAF  S-17
 Сополимеры  с  ангидридами
малеиновой  кислоты
 General  Aniline  and  Film
Согр,  США
 cAcrotib
 _
 American  Cyanamid  C°
США
 «Aglusob
 —
 Union  Chemique,  Бельгия
 СМС-120Н  и  70Н
 Карбоксил-метил-целлюлоза
различных  составов
 Hercules  Powder  C°,  США
 Методика  внесения  в  почву  структурообразующих  веществ
состоит  в  рассыпании  сухого  порошка  на  поверхность  почвы
с  последующей  заделкой  бороной,  культиватором  или  другим
рыхлящим  орудием.  Структурообразующие  вещества  можно
вносить  и  в  жидком  виде.
 В  табл.  97  приводится  количество  водопрочных  агрегатов
крупнее  0,25  мм  в  процентах  в  зависимости  от  количества  вве¬
денных  крилиумов  (Хедрик  и  Моури,  1952).

390 	ИСКУССТВЕННОЕ  ОСТРУКТУРИВАНИЕ  почв 	[гл.  IX
 Таблица  96
 Физико-химические  свойства  крилиумов
 Свойства
 Марка
 CRD-186
 CRD-189
 Скорость  растворения  в  воде
 Быстро  желатини¬
 Быстро  осаждается
 Устойчивость  к  кислотам  ионов
 руется
 Осаждается
 i
 :  Осаждается
 Са  ++,  А1  +  +  н*
 Действие  формальдегида
 Нет
 Желатинируется
 Вязкость  1  %  водного  раствора  по
 1,2
 1,7
 Брутфильду,  в  пуазах
 pH  при  концентрации  0,196
 5,4
 10,4  '
 pH  »  »  1,096
 4,9
 11,4
 Средняя  степень  полимеризации
 15000
 —
 Как  видно  из  табл.  97,  структурообразующее  действие  кри¬
лиумов  высокое.
 В  табл.  98  приводятся  сравнительные  данные  лабораторных
испытаний  крилиумов  американской  фирмы  «Монсанто»  и  кри¬
лиумов,  полученных  в  СССР.
 Таблица  97
 Влияние  крилиумов  на  водопрочиость  почвенной  структуры
 (Количество  водопрочных  агрегатов  в  процентах  к  весу  почвы)
 Почва
 Крилиумы
 Количество  внесенных
веществ  в  процентах
к  весу  почвы
 ОД
 0,05
 0,02
 0,01
 Пылеватая  глинистая  почва
 CRD-186
 96,0
 84,0
 70,0
 50,0
 Май  ми
 CRD-189
 92,0
 72,0
 42,0
 16,0
 Абиетат  натрия
 96,0
 —
 —
 12,0
 Из  табл.  98  следует,  что  крилиумы,  изготовленные  по  техно¬
логии,  разработанной  у  нас,  близки  по  эффекту  водопрочности
к  американскому  крилиуму.  Следует  отметить,  что  примене¬
нием  и  изготовлением  крилиумов  занимаются  и  в  других  стра¬
нах.  М.  Эрке  (1953)  указывает,  что  аглюсол,  выпускаемый
Бельгийским  химическим  объединением,  представляет  собою
синтетический  коллоидный  полиакрилат,  отличающийся  высо¬
кой  структурообразующей  способностью.  Применяется  в  жидком

ДРУГИЕ  КЛЕЯЩИЕ  ВЕЩЕСТВА
 391
 §  4]
 виде  (аглюсол  L)  ив  порошке  (аглюсол  S),  Фидлер,  Бергман
(1954)  сообщают  о  лабораторных  исследованиях  в  Иенском  уни¬
верситете  (Германская  Демократическая  Республика)  с  полиак¬
рилатами  натрия  и  аммония.  Получен  положительный  эффектна
повышение  водопрочности  почвенной  структуры.  Демортье  и
Друвье  (1954,  Франция)  показали,  что  синтетические  смолы:
крилиум,  аглюсол,  полиак,  цементируют  почвенные  частицы  и
вызывают  водоустойчивость  почвенных  агрегатов.  Крилиум  и
аглюсол  оказывают  одинаковое  действие,  полиак  —  более  слабое.
 Таблица  98
 Сравнение  эффектов  водопрочности  различных  крилиумов
 (Количество  водопрочных  агрегатов  >0,25  мм  в  процентах)
 Крилиумы
 Количество  клеящих  веществ  в  про¬
центах  к  весу  сухой  почвы
 0,25
 0,1
 0,05
 Крилиум  американский  VAMA,  вне¬
сен  в  сухом  виде
 70,2
 62,4
 38,8
 То  же,  внесен  в  растворе
 74,2
 66,0
 48,7
 Гидролизированный  полиакрилони¬
трил  (СССР),  внесен  в  сухом
виде
 68,4
 45,6
 33,8
 То  же,  внесен  в  растворе
 82,6
 53,2
 33,0
 Клеящие  водопрочные  вещества,  вводимые  в  почву,  должны
обладать  определенной  биологической  устойчивостью.  Если  их
существование  мимолетно,  то  и  эффект  улучшения  физических
свойств  почвы  также  мимолетен,  а  следовательно,  и  влияние
их  на  урожай  сельскохозяйственных  растений  будет  мало.
Вопрос  экономической  целесообразности  затрат  на  внесение
клеящих  веществ  возникает  в  этом  случае  сам  собой.  Поэтому
необходима  разработка  методики  лабораторной  и  полевой
оценки  биологической  стойкости  клеящих  веществ.  В  лабора¬
тории  структуры  почв  АФИ  применяли  следующую  методику.
Образцы  подзолистой  суглинистой  почвы  пропитывали  раз¬
личными  клеящими  веществами  и  ставили  при  постоянной
влажности  (60—70%  от  полной  влагоемкости)  в  термостат,  где
их  держали  несколько  недель  при  температуре  25—28°  С.  Водо-
прочность  агрегатов  почвы,  определенная  до  опыта  и  в  течение
опыта,  служила  показателем  изменения  биологической  стой¬
кости  вносимых  в  почву  органических  клеящих  веществ.  Для
испытания  были  взяты  следующие  вещества:  торфяной  клей,

392 	ИСКУССТВЕННОЕ  ОСТРУКТУРИВАНИЕ  почв 	[гл.  IX
 битум,  вискоза.  Полученные  результаты  иллюстрируются  на
диаграмме  рис.  121.
 Из  диаграммы  видно,  что  наиболее  биологически  устойчи¬
выми  являются  торфяной  клей  и  битум,  вискоза  малоустойчива.
Уже  через  12  дней  от  начала  опыта  образованная  вискозой  водо¬
прочная  структура  подзолистой  почвы  почти  нацело  разруши¬
лась.  Внесение  различных  антисептиков  в  вискозу  не  улучшило
 Рис.  121.  Содержание  агрегатов  <  0,25  мм  в  образцах  подзолистой
суглинистой  почвы,  проклеенной  различными  веществами.
 а  —  торфяный  клей  1%;  б—нефтяной  битум  0,5°,'о;  в  —  вискоза  0,1*6.
 /  —  исходный  образец;  2—  через  15  дней;  3—  через  30  дней;  4  —  через  45  дней.
 ее  стойкости.  В  полевых  условиях  при  меняющейся  влажности
и  температуре  процесс  распада  протекает  несколько  медленнее»
как  это  будет  видно  из  дальнейшего  (см.  табл.  99).
 По  американским  данным,  биологически  устойчивыми  яв¬
ляются  и  крилиумы.
 §  5.  Полевые  опыты  с  вискозой,  коллоидом  А,  торфяным  клеем
 В  качестве  клеящих  веществ  в  поле  испытывались  следую¬
щие  вещества.
 Вискоза  (заводской  технический  продукт).  Она  вноси¬
лась  в  почву  в  жидком  виде  с  разбавлением  водой  в  10  и
20  раз.  Опытные  делянки  смачивались  вискозой  до  полной

§  5]  ОПЫТЫ  С  ВИСКОЗОЙ,  КОЛЛОИДОМ  А,  ТОРФЯНЫМ  КЛЕЕМ  393-
 влагоемкости.  По  испарении  избыточной  влаги  делянку  обра¬
батывали  граблями  при  влажности  структурообразования.  При
внесении  повышенных  доз  вискозы  почва  пропитывалась  не¬
сколько  раз.  После  боронования  производился  посев  той  или
иной  сельскохозяйственной  культуры.  На  следующий  год  опре¬
деляли  последействие  этого  вещества.
 Коллоид  А.  Лабораторный  синтетический  продукт  (изго¬
товленный  в  лаборатории  структуры  почв  Агрофизического  ин¬
ститута).  Представлял  смесь  белковых  (коллагеновых)  веществ
(отходов  клеевой  промышленности)  и  сульфитных  щелоков  (от¬
ходов  бумаго-целлюлозной  промышленности).  После  пропиты¬
вания  почвы  это  клеящее  лигнобелковое  соединение  переходило
в  нерастворимое  состояние  и  придавало  водопрочность  почвен¬
ным  агрегатам.  Агрегатирование  почвенных  делянок  с  коллои¬
дом  А  производилось  при  влажности  структурообразования.
 Торфяной  клей.  Торфяной  клей  приготовляли  из  торфа»
Шуваловского  болота.
 Полученные  данные  по  улучшению  водопрочности  почвенной'
структуры  приводятся  в  табл.  99.  Как  видно  из  этой  таблицы,
к  концу  вегетационного  периода  водопрочность  структуры,  где
были  внесены  клеящие  вещества,  уменьшилась  (так  же  как  и
на  контрольной  делянке),  но  не  сильно,  и  эффект  от  внесения
клеящих  веществ  по-прежнему  был  ясно  выражен.
 Таблица  99*
 Структурообразующий  эффект  различных  клеящих  веществ  в  поле
 (Количество  фракций  агрегатного  анализа  в  процентах  к  весу  почвы)
 Дата
 j  Варианты  опыта
 Количество  струк¬
турообразующих
веществ,  кг/м2
 Диаметр  агрегатов,  мм
 Сумма  <0,25
 Степень  острукту-
ренности
 со
 А
 (N
 1
 СО
 7
 <м
 ю
 o'
 J,
 0,5—0,25
 Сумма
 >0,25
 Контроль  ....

 11,6
 5,8
 13,5
 12,7
 3,8
 47,4
 52,6
 0,9
 3/VI
 Коллоид  А  .  .  .
 0,6
 31,4
 6,2
 20,5
 10,8
 2,9
 61,8
 38,2
 1,6
 1934
 Вискоза
 0,4
 45,7
 4,6
 8,5
 6,3
 2,6
 67,7
 32,3
 2,1
 Торфяной  клей  .
 0,4
 33,1
 4,7
 8,9
 2,6
 2,7
 52,0
 48,0
 1,3
 Контроль  ....

 6,6
 4,9
 11,6
 10,8
 2,8
 36,7
 63,3
 0,6
 10/1X
 Коллоид  А  .  .  .
 0,6
 39,7
 5,7
 8,2
 5,2
 2,2
 61,0
 39,0
 1,6
 1934
 Вискоза
 0,4
 39,6
 4,4
 6,8
 8,6
 1,3
 60,7
 39,3
 1,6
 Торфяной  клей  .
 0,4
 26,9
 4,1
 9,3
 6,3
 3,1
 49,7
 50,3
 1,0

394
 ИСКУССТВЕННОЕ  ОСТРУКТУРИВАНИЕ  ПОЧВ
 [гл.  IX
 Таблица  100
 Содержание  микроорганизмов  на  делянках  опыта  в  миллионах  на
 1  г  сухой  почвы
 (Внесено  клеящих  веществ  0,4  кг/м2)
 Делянки  опыта
 Порядок
 проб
 Виды  бактерий
 Контроль
 (пар)
 Коллоид  А
 ео
 м
 О
 X
 о
 S
 со
 Торфяной
 клей
 Контроль
 (овес)
 Коллоид  А
 Вискоза
 Торфяной
клей  ,
 I
 Общее  количество  .  .  .
 4225
 5850
 4975

 3900
 4200
 3950

 Кокковые  формы  .  .  .
 1700
 2350
 2700
 —
 2120
 1875
 1590
 —
 Палочки
 1725
 3100
 207
 —
 1430
 200
 1590
 —
 Прочие
 800
 400
 205
 —
 350
 325
 770
 —
 II
 Общее  количество  .  .  .
 1800
 1225
 1775
 —
 1550
 1275
 1325
 —
 Кокковые  формы  .  .  .
 575
 475
 700
 —
 450
 425
 550
 —
 Палочки
 950
 600
 500
 —
 875
 625
 590
 —
 Прочие
 275
 150
 575
 —
 225
 225
 275
 —
 III
 Общее  количество  .  .  .
 1175
 575
 1400
 1900
 1275
 950
 1425
 100  0
 Кокковые  формы  .  .  .
 575
 250
 725
 1175
 700
 375
 375
 425
 Палочки
 475
 225
 525
 600
 475
 500
 350
 425
 Прочие
 125
 100
 150
 125
 100
 75
 700
 150
 Таблица  101
 Урожай  овса  (зерна)
 Вариант  опыта
 Действие,  1934  г.
 Последействие,
 1935  г.
 Уро¬
 жай,
 ц/га
 Абсолют¬
ная  при¬
бавка,
ц/га
 Относи¬
 тельная
 прибавка,
 %
 Уро¬
 жай,
 ц/га
 Абсолют¬
ная  при¬
бавка,
ц/га
 Относи
 тельная
 прибавк;
 %
 Контроль,  неудобрен¬
 ный
 14,42
 0
 0
 9,03
 0
 0
 Контроль,  известко¬
 ванный  и  удобрен¬
 ный  NPK
 20,06
 5,64
 39,1
 16,80
 7,77
 86,0
 Коллоид  А
 25,50
 11,08
 86,8
 19,62
 10,59
 117,2
 Торфяной  клей  .  .  .
 23,79
 9,37
 64,9
 20,16
 11,13
 123,2
 Вискоза,  0,4  кг/м*  .
 19,74
 5,32
 36,9
 20,60
 11,57
 128,1
 Вискоза,  0,2  кг/м2
 19,62
 5,20
 36,1
 21,51
 12,48
 138,1

§  6] 	ПОЛЕВЫЕ  ОПЫТЫ  СО  СМОЛЯНЫМ  КЛЕЕМ 	395
 В  табл.  100  приводится  общее  содержание  микроорганизмов
на  опытных  делянках.  Оно  определялось  микробиологом
И.  П.  Лянге-Поздеевой  прямым  подсчетом  по  методу  С.  Н.  Ви¬
ноградского.
 Урожаи  на  опытных  делянках  приведены  в  табл.  101.  Вели¬
чина  делянок  40  л*2,  повторность  —  двойная  (Ф.  Е.  Колясев,
1937).
 Из  приведенных  результатов  видно,  что  структурообразую¬
щие  вещества  значительно  увеличивают  урожайность  сельско¬
хозяйственных  культур.  Такие  вещества,  как  вискоза,  не  содер¬
жат  совсем  минеральных  питательных  веществ,  тем  не  менее,  их
действие  на  урожай  велико,  в  особенности  велико  последей¬
ствие.
 Опыты  с  торфяным  клеем  и  другими  клеящими  веществами
в  последующие  годы  производились  в  Советском  Союзе  на
разных  почвах,  но  за  недостатком  места  мы  на  них  останавли¬
ваться  не  имеем  возможности.
 §  6.  Полевые  опыты  со  смоляным  клеем
 Обширные  опыты  в  Агрофизическом  институте  были  прове¬
дены  со  смоляным  клеем.
 В  силу  своей  гидрофобности  смоляной  клей  влияет  не
только  на  водопрочность  агрегатов,  но  и  на  другие  физические
свойства  почвы.  Он  уменьшает  влагоемкость  почвы,  как  видно
из  табл.  102.
 Таблица  102
 Влияние  смоляного  клея  на  влагоемкость  дерново-подзолистой
суглинистой  почвы
 I
 Количество  внесенного
клея  в  процентах
от  веса  почвы
 Влажность,  %
 полная
 уменьшение
 0
 76,5
 0
 0,01
 71,9
 5,6
 0,1
 69,6
 6,9
 0,5
 60,7
 15,8
 Скорость  капиллярного  поднятия  воды  в  почве  в  проклеен¬
ном  слое  также  изменяется.  Смоляной  клей,  наряду  с  изменением
физических  свойств  почвы,  улучшает  ее  микробиологическую

396
 ИСКУССТВЕННОЕ  ОСТРУКТУРИВАНИЕ  ПОЧВ
 [гл.  IX
 деятельность.  Это  видно  из  приводимых  в  табл.  103  дан¬
ных  И.  П.  Ланге-Поздеевой  о  содержании  микроорганизмов
на  проклеенных  почвах  (прямой  счет  микроорганизмов  по
С.  Н.  Виноградскому).  Данные  получены  по  полевым  опытам
1938  г.  в  г.  Пушкине  на  дерново-подзолистых  суглинистых  поч¬
вах.
 Изучение  этих  данных  показывает,  что  смоляной  клей  уве¬
личивает  в  почве  общее  количество  микроорганизмов.
 Таблица  10Э
 Содержание  микроорганизмов  в  миллионах  на  1  г  почвы
 Варианты  опыта
 Дата
 взятия  проб
 Общее
 количество
 Кокковые
 формы
 Палочки
 Прочие
 1/VII
 1570
 1170
 356
 44
 Фон  —  NPK
 20/VII
 1738
 1260
 412
 66
 9/V1II
 1068
 882
 166
 20
 1/VII
 2736
 2130
 534
 72
 Фон  +  0,005%  смоля¬
 20/VII
 2292
 1572
 672
 .  48
 ного  клея
 9/VIII
 1548
 1336
 186
 24
 1/VII
 4002
 3006
 876
 120
 Фон  +  0,25  смоляного
 20/VII
 1698
 1290
 336
 72
 клея
 9/VIII
 1152
 900
 228
 24
 Фон  +  компенсация  ще¬
 1/VII
 1266
 880
 336
 50
 лочью  за  0,25%  смо¬
 20/VII
 2502
 1938
 492
 72
 ляного  клея
 9/VIII
 1272
 1092
 126
 54
 Обширные  полевые  опыты  со  смоляным  клеем,  поставленные
на  разных  почвах  и  на  разных  сельскохозяйственных  культу¬
рах,  дали  положительный  результат.
 Так,  на  дерново-подзолистой  суглинистой  почве  в  опытах,
проведенных  Я.  А.  Ковалевым  в  1937  г.  ячмень  дал  при  внесе¬
нии  смоляного  клея  прибавку  к  удобренному  контролю  11,4  ц/га
или  61%.  В  следующем,  1938  г.,  на  этой  же  делянке  наблюда
лось  последействие,  т.  е.  без  внесения  каких-либо  удобрений
была  получена  прибавка  в  урожае  овса  7  ц/га,  или  44%  по
сравнению  с  контрольной  делянкой.
 На  этой  же  почве  и  в  тех  же  условиях  при  внесении  смо¬
ляного  клея  получены  прибавки  урожая  на  картофеле  (сорт

§  6] 	ПОЛЕВЫЕ  ОПЫТЫ  СО  СМОЛЯНЫМ  КЛЕЕМ 	397
 «Эпикур»)  44,0  ц/га,  или  22%  к  контролю;  на  помидорах  (сорт
«Чудо  рынка»)  96  ц/га,  или  40%  к  контролю.
 На  рис.  122  приводятся  результаты  исследования  на  ука¬
занных  дерново-подзолистых  почвах  влияния  на  урожай  доз
смоляного  клея,  вносимого  под  ячмень.  Из  этого  рисунка  сле¬
дует,  что  оптимальной  дозой  смоляного  сухого  клея  являются
200  ц/га,  вносимые  по  фону  полного  минерального  удобрения.
Большие  дозы  или  дают  ту  же  прибавку  или  даже  снижают
урожай.
 Рис.  122.  Действие  различных  доз  смоляного  клея
на  урожай  ячменя.
 На  других  почвах  действие  смоляного  клея  на  урожай
сельскохозяйственных  растений  тоже  было  положительным.
Так,  на  Цюрупинской  опытной  станции  (УССР)  на  супесчаных
южных  черноземах  агрохимиком  А.  И.  Чуженко  получены  сле¬
дующие  прибавки  урожая  арахиса  (сорт  «Валенсия»)
 Внесено  смоляного  клея,  кг/га  ....  50 	100
 Прибавка  урожая,  ц/га 	 1,28  (28,6%) 	2,5  (38,5%)
 Опыты,  проведенные  в  производственных  условиях,  на  де¬
лянках  размером  0,5  г  в  колхозе  «Новое  Косково»  Лужского
района  Ленинградской  обл.  с  овсом  (сорт  «Золотой  дождь»),
показали,  что  внесение  100  кг/га  смоляного  клея  дали  прибавку
в  урожае  к  сильно  удобренному  контролю  3,0  ц/га  зерна  овса,
или  повысили  урожай  на  фоне  полного  минерального  удобре¬
ния  на  14%.

398
 ИСКУССТВЕННОЕ  ОСТРУКТУРИВАНИЕ  ПОЧВ
 [гл.  IX
 §  7.  Полевые  опыты  с  крилиумами
 В  нескольких  словах  необходимо  сказать  о  влиянии  крилиу-
мов  на  урожай  сельскохозяйственных  растений.
 Ряд  исследователей,  как  то:  Волленс  (1954,  США),  Свои-
сон  (1954),  Болтон,  Фултон,  Эйлсворт  (1955,  Канада),  Алдер-
фер  (1954),  Вестер  (1955,  США),  сообщают  как  положительные
данные  о  прибавке  урожая  при  внесении  крилиумов,  так  и
данные  об  отсутствии  прибавки  в  урожае  по  многим  сельско¬
хозяйственным  культурам.  Анализ  литературных  данных  позво¬
ляет  сделать  такой  общий  вывод:  там,  где  почвы  имею  неудо¬
влетворительный  физический  режим  и  где  плохая  урожайность
сельскохозяйственных  культур  именно  этим  и  определяется,
внесение  крилиумов,  резко  улучшающих  физические  условия
в  почве,  вызывает  резкое  повышение  урожайности  сельско¬
хозяйственных  культур.  Там  же,  где  физические  условия
(водно-воздушно-тепловой  режим)  в  почве  и  без  крилиумов
хороши  и  низкие  урожаи  культур  вызываются  иными  причи¬
нами,  там  крилиумы,  как  правило,  прибавку  в  урожае  не  дают
и  не  могут  давать.
 Это  в  достаточной  мере  хорошо  видно  из  опытов  Аллисона
(1956,  США),  проводившего  длительное  испытание  структуро¬
образующих  веществ  VAMA  и  HPAN  на  солончаковатых  су¬
глинистых  почвах.
 Его  опыты  со  сладкой  кукурузой  показали,  что  эффектив¬
ность  внесения  VAMA  прямо  пропорциональна  содержанию  по¬
глощенного  натрия  в  почве.  При  содержании  обменного  натрия
в  почве  29,  40  и  47%  от  емкости  поглощения  урожаи  на  фоне
структурообразующих  удобрений  повысились  на  75, 	200
 и  260%.
 В  других  опытах  на  тех  же  почвах  и  на  той  же  сельскохо¬
зяйственной  культуре  показано,  что  VAMA  и  HPAN  дают  сход¬
ные  эффекты.  Средние  данные  за  два  года  показали,  что  дали
урожай  контроль:  1,8  т/акр\  контроль  +  удобрение  гипсом  —
 4,6 	т/акр\  VAMA  и  HPAN  —  в  среднем  6,9  т/акр\  агрегирующие
вещества  по  гипсованной  делянке  7,6  т/акр.  Из  этих  данных
следует,  что  на  солонцеватых  почвах,  обладающих  плохим  фи¬
зическим  режимом,  структурообразующие  вещества  резко  уве¬
личивают  урожай  пшеницы,  с  успехом  заменяя  гипсовые  почвы.
 Из  рассмотренных  структурообразующих  веществ  по  про¬
стоте  изготовления  и  обширности  сырьевой  базы  первое  место
занимает  в  наших  условиях  торфяной  клей.  Производство  его
можно  организовать  на  базе  местных  запасов  торфа  и  на  не¬
используемых  остатках  промышленных  торфоразработок.  При
промышленных  методах  производства  торфяного  клея  его  воз¬
можно  изготовлять  и  в  виде  порошка  или  мелких  гранул  в  смеси

ЛИТЕРАТУРА
 39»
 с  суперфосфатом.  Опыты  показывают,  что  внесенный  в  таком
виде  в  почву  в  количестве  3—4  т/га  он  может  значительно  по*
высить  урожайность  большинства  сельскохозяйственных  куль¬
тур  и  резко  повысить  водопрочность  почвенной  структуры.
 Там,  где  это  экономически  целесообразно,  внесение  торфя¬
ного  клея  можно  соединить  с  травопольными  севооборотами,
что  позволит  на  подзолистых  почвах  в  короткое  время  резко-
улучшить  их  структурное  состояние.
 Абиетиновый  структурообразующий  клей,  при  изготовление
из  отходов  соответствующих  производств,  может  с  успехом
быть  применен  в  различных  условиях  и  под  разные  сельскохо¬
зяйственные  культуры.  Он  в  состоянии  значительно  повышать
урожайность  культур  даже  при  высоком  удобрительном  фоне,
в  особенности  на  подзолистых  почвах.
 Могли  бы  найти  себе  применение  и  крилиумы,  надо  доби¬
ваться,  чтобы  производство  их  у  нас  было  налажено  и  не  только*
для  исследовательских  целей,  но  и  для  применения  там,  где  это
экономически  выгодно.
 ЛИТЕРАТУРА
 Адерихин  П.  Г.  Влияние  высушивания  почвы  на  ее  состав  и  свой¬
ства.  Труды  юбилейной  сессии,  посвященной  столетию  со  дня  рождения
Докучаева.  Изд.  АН  СССР,  1949.
 Александрова  Л.  Н.  Гумус  как  система  полимерных  соединений.
Труды  юбилейной  сессии  АН  СССР,  1949.
 Андрианов  П.  И.  О  прочности  почвенного  комка  и  методах  ее  опре¬
деления.  Почвоведение,  №  2,  1937.
 Антипов-Каратаев  И.  Н.  Опыты  применения  фильтрационного
метода  к  изучению  факторов  дисперсности  почв.  Ин-т  агропочвоведения,
Ленингр.  лабор.,  Труды,  новая  серия,  вып.  11,  1930.
 Антипов-Каратаев  И.  Н.,  Келлерман  В.  В.  и  Хан  Я.  В.
О  почвенном  агрегате  и  методах  его  исследования.  Изд.  АН  СССР,  1948.
 Апмлевская  С.  В.  Удельное  сопротивление  почвы  и  методы  его
определения.  Труды  Союзнихи.  Ташкент,  1955.
 Астапов  С.  В.  Практикум  по  мелиоративному  почвоведению.  Сель-
хозгиз,  1947.
 Бараков  П.  Курс,  общего  земледелия,  ч.  1.  1903.
 Бахтин  П.  У.  Динамика  физико-механических  свойств  почв.  Изд.  АН
СССР,  1954.
 Боровик-Романова  Т.  Ф.  Труды  Ленингр.  ин-та  эксперим.  метео¬
рологии,  вып.  1,  48—50,  1937.
 Бреслер  С.  Е.  Желатинирование  и  тиксотропия.  Дополнительная  глава
к  книге  Г.  Фрейндлиха  «Тиксотропия».  ГОНТИ,  1939.
 Вершинин  П.  В.  и  Константинова  В.  П.  Пористость  и  удель¬
ная  поверхность  почвенных  агрегатов.  Труды  лаборатории  физики  почв  АФИ,
вып.  2,  1937а.
 Вершинин  П.  В.  и  Константинова  В.  П.  Явления  водоустой¬
чивости  и  сопротивления  сжатию  почвенных  образцов  в  зависимости  от
влажности  затворения.  Почвоведение,  №  2,  19376.
 Вершинин  П.  В.  Методы  определения  размываемости  почв  при  по¬
мощи  объективного  нефелеметра.  Докл.  ВАСХНИЛ,  №  8,  1939.

400
 ИСКУССТВЕННОЕ  ОСТРУКТУРИВАНИЕ  ПОЧВ
 [гл.  IX
 Вершинин  П.  В.,  Константинова  В.  П.,  Кириленко  Н.  В.
Изучение  явлений  склеивания  в  процессах  структурообразования  в  почве.
Вестник  с.-х.  науки,  удобрения,  агротехники  и  агропочвоведения,  вып.  1,  1941.
 Вершинин  П.  В.,  Дерягин  Б.  В.  и  Кириленко  Н.  В.  О  неза¬
мерзающей  воде  в  почве.  ДАН  СССР,  сер.  геол.-геогр.,  1949.
 Вершинин  П.  В.,  Ревут  И.  Б.  Новый  метод  определения  размывае-
мости  почв.  Труды  по  агроном,  физике,  вып.  5.  Сельхозгиз,  1951.
 Вершинин  П.  В.  Сб.  трудов  по  агрономической  физике,  №  6,  Сель¬
хозгиз,  1952.
 Виленский  Д.  Г.  Агрегация  почв,  ее  теория  и  практическое  прило¬
жение,  изд.  АН  СССР,  1945.
 Вильямс  В.  Р.  Травопольная  система  земледелия.  Труды,  т.  VII.  Сель¬
хозгиз,  1952.
 Вильямс  В.  Р.  Общее  земледелие.  Изд.  студентов  Петровской  с/х.
.академии,  1919,  стр.  219.
 Вильямс  В.  Р.  Прочность  и  связность  структуры  почв.  Почвоведение,
№  5—6,  1935;  Собр.  соч.,  т.  VII,  стр.  .160,  161.
 Вильямс  В.  Р.  Почвоведение.  Сельхозгиз,  1945.
 В  о  л  к  а  н  о  в  с  к  и  й  В.  С.  Тяговая  характеристика  почвообрабатывающих
орудий.  Механизация  социалистического  с.-х.,  №  1,  1937.
 Высоцкий  Г.  Н.  Структура  почвы  и  грунтов.  Почвоведение,  №  2,1899.
 Г  а  п  о  н  Е.  Н.  Электрохимический  метод  определения  поверхности  адсор¬
бентов  и  коллоидов.  Коллоидный  журнал,  т.  9,  1947,  стр.  329.
 ГедройцК.  К.  К  вопросу  о  почвенной  структуре  и  ее  сельскохозяй¬
ственном  значении.  Изв.  Ин-та  опытной  агрономии,  т.  IV,  №  3-,  1926.
 Гедройц  К.  К.  Избранные  сочинения,  т.  1,  1955,  стр.  119.
 Гельцер  Ф.  Ю.  Образование  прочной  структуры  почвы.  Доклады
ВАСХНИЛ,  вып.  3,  1943.
 Гельцер  Ф.  Ю.  Влияние  бактеризации  семян  трав  на  урожай  трав  и
накопление  почвенной  структуры  почвы.  Почвоведение,  №  8,  1945.
 Гельцер  Ф.  Ю.  Значение  деятельного  перегноя  и  пути  его  образова¬
ния  в  почве.  Труды  Всес.  ин-та  удобрений,  агротехники  и  агропочвоведения
им.  Гедройца,  вып.  29,  1949.
 Горбунов  Н.  И.  Поглотительная  способность  почв  и  ее  природа.  Сель¬
хозгиз,  1948.
 Горбунов  Н.  И.  Закономерности  распространения  глинистых  мине¬
ралов  в  почвах  СССР.  Почвоведение,  №  2,  1956.
 Гребенщиков  И.  В.  акад.  Изв.  АН  СССР,  отд.  хим.  наук,  Jsfe  1,
1937,  стр.  5—20.
 Дерягин  Б.  В.  Определение  удельной  поверхности  пористых  тел  по
скорости  капиллярной  пропитки.  Коллоидный  журнал,  т.  VIII,  вып.  1—2,
1946.
 Дерягин  Б.  и  Ландау  Л.  Теория  устойчивости  сильно  заряженных
лиофобных  золей  и  слияния  сильно  заряженных  частиц  в  растворах  элек¬
тролитов.  ЖЭТФ,  т.  15,  вып.  11,  1945,  стр.  663—682.
 Дерягин  Б.  В.  Что  такое  трение.  Изд.  АН  СССР,  1950.
 Дерягин  Б.  В.  Коллоидный  журнал,  т.  15,  1953,  стр.  416;  т.  17,  1955,
стр.  207.
 Долгов  С.  И.  Травопольная  система  земледелия  и  водный  режим
почв  и  ландшафта.  Изд.  АН  СССР,  1949.
 Дорман  И.  А.  Структура  почвы  после  люцерны  и  травосмесей.  Гос.
изд.  УзССР,  Ташкент,  1949.
 Драгунов  С.  С.  Сравнительное  исследование  почвенных  и  торфяных
гуминовых  кислот.  Почвоведение,  №  7,  1948.
 Ж  у  к  Я.  М.  и  Рубин  В.  Ф.  Почвообрабатывающие  машины.  Сб.
ВИСХОМ,  вып.  3,  1940.
 Жуков  И.  И.  Коллоидная  химия.  Изд.  ЛГУ,  1949.

'литература
 401
 Захаров  С.  А.  Успехи  русской  науки  в  области  морфологии  почв.
Сельхозгиз,  1927.
 Зимина  Н.  И.  Труды  Союзнихи,  1955.
 Зражевский  А.  И.  Дождевые  черви  как  фактор  плодородия  лесных
почв.  Автореферат  диссерт.,  1956.
 Канивец  И.  И.,  Корнеева  Н.  П.г  Морочковский  С.  Ф.  Био¬
химические  способы  структурообразования  почвы.  Основные  выводы  научно-
исследовательских  работ  Всесоюзного  научно-исследовательского  ин-та  са¬
харной  промышленности  за  1936—1937  гг.  Пищепромиздат.
 Канивец  И.  И.,  Омельчук  А.  В.,  Харитон  Е.  Г.  Почвенный
гриб  Триходерма  лигнорум.  Киев,  Облиздат,  1940.
 Качинский  Н.  А.  Определение  удельного  сопротивления  почвы  при
пахоте  по  сопротивлению  расклиниванию.  Почвоведение,  №  9,  1939.
 Квасников  В.  В.  Влияние  структуры  на  ее  физические  и  биологиче¬
ские  свойства.  Труды  Самарского  с.-х.  ин-та,  т.  IV,  1927.
 Киквадзе  В.  В.  О  факторах,  изменяющих  удельное  сопротивление
почвы.  Механизация  социалистического  с.  х.,  №  10,  1937.
 Кин  Б.  П.  Физические  свойства  почв.  Гостехиздат,  1933.
 Колясев  Ф.  Е.  Структурообразующие  вещества  и  растения.  Труды
ФАИ,  вып.  2,  1937.
 Кононова  М.  М.  Проблема  почвенного  гумуса  и  современные  задачи
его  изучения.  Изд.  АН  СССР,  1951;  Почвоведение,  №  3,  1956.
 Коробочкин  И.  В.  Бюллетень  научно-техн.  информации  АФИ,  №  2,
1956.
 Костычев  П.  А.  Образование  чернозема.  Почвы  черноземной  обла¬
сти  России,  их  происхождение,  состав  и  свойства.  Сп.  изд.  А.  Ф.  Девриена,
1886.
 Костычев  П.  А.  Почвоведение.  Курс  лекций,  читанный  в  1886—
1887  гг.  Классики  естествознания.  Сельхозгиз,  1940.
 Костычев  С.  П.  и  В.  В.  Шульгина.  Весовое  содержание  микро¬
организмов  в  почве.  Труды  отдела  с.-х.  микробиологии  ГИОА,  в.  2,  1927,
стр.  109—113.
 КуртенерА.  В.  К  вопросу  о  влиянии  искусственного  структурообра¬
зования  на  скорость  испарения  почвой  влаги.  Труды  сектора  физики  почв
ФАИ,  вып.  1,  1936.
 Лазарев  Н.  М.  Типы  биоорганоминеральных  систем  различных  почв.
Труды  Всес.  научно-иссл.  ин-та  с.-х.  микробиологии  за  1944—1945  гг.,  вып.  1,
1949.
 Мичурин  Б.  Н.  Доступность  влаги  для  растений  в  зависимости  от
структуры  и  плотности  сложения  почв  и  грунтов.  Вопросы  агроном,  физики,
Сельхозгиз,  1957.
 Мишустин  Е.  Н.  и  Пушкинская  О.  И.  Роль  микробиологического
фактора  в  образовании  почвенной  структуры.  Микробиология,  т.  1,  вып.  3,
1942.
 Мишустин  Е.  Н.  Лабильная  часть  почвенной  макроструктуры.  Почво¬
ведение,  №  2,  1945.
 НабокихА.  И.  К  методике  полевого  и  лабораторного  исследования
почвогрунтов.  Одесса,  1914.
 Некрасов  П.  А.  Влияние  механического  состава  и  влажности  почвы
на  сопротивление  плуга.  Почвоведение,  N°  9,  1939.
 Некрасов  П.  А.  Влияние  физико-механических  свойств  почвы  и  глу¬
бины  пахоты  на  удельное  сопротивление  плуга.  Научный  отчет  ВИМЭ  за
1942  г.  Сельхозгиз,  1945.
 О  в  е  р  б  е  к  Дж.  Взаимодействие  между  коллоидными  частицами.  Наука
о  коллоидах,  под  ред.  Г.  Р.  Кройта.  ИИЛ,  1955.
 Оганесян  А.  И.  Прибор  (плотномер)  для  определения  сопротивления
почвы.  Почвоведение,  №  7,  1947.

402 	ИСКУССТВЕННОЕ  ОСТРУКТУРИВАНИЕ  почв 	[гл.  IX
 Павлов  Г.  И.  Метод  агрегатного  анализа  и  агрегатный  состав  почвы.
Труды  Ак-Кавакской  опытно-оросительной  станции,  вып.  6,  1930.
 Пигулевский  М.  X.  Основы  и  методы  изучения  физико-механиче¬
ских  свойств  почвы.  Изд.  ЛОВИУАА  ВАСХНИЛ,  1936.
 Плотников  А.  А.,  Макарова  В.  В.  Почвоведение,  Mb  4,  1956.
 Пономарева  С.  И.  Влияние  жизнедеятельности  дождевых  червей
на  создание  устойчивой  структуры  дерново-подзолистой  почвы.  Труды  поч¬
венного  ин-та  АН  СССР,  т.  XXI,  1953,  стр.  304.
 Ревут  И.  Б.,  Поясов  Н.  П.  О  некоторых  физических  условиях
в  структурных  почвах  в  связи  с  содержанием  пылеватых  фракций.  Сб.  тру¬
дов  по  агроном,  физике,  вып.  6,  1953.
 Ремезов  Н.  П.  и  Щерба  С.  В.  Теория  и  практика  известкования
почв.  Сельхозгиз,  1938.
 Роде  А.  А.  Почвоведение.  Гослесбумиздат,  1955.
 Ростовцева  О.  С.  и  Аваева  М.  И.  Роль  многолетних  трав  в  созда¬
нии  прочной  структуры  почв.  Почвоведение,  М°  5—6,  1935.
 Рудаков  К.  И.  Микроорганизмы  и  структура  почвы.  Сельхозгиз,  1951.
 Рыжов  С.  Н.  К  определению  порозности  почвенных  агрегатов.  Труды
ВИУАА,  вып.  18,  1937.
 Рэссэл  Э.  Д.  Почвенные  условия  и  рост  растений.  ИИЛ,  1955.
 Савинов  Н.  И.  Влияние  многолетних  трав  и  некоторых  агрономиче¬
ских  приемов  на  прочность  структуры  в  разных  зонах.  Физика  почв  в  СССР.
Сельхозгиз,  1936.
 Савинов  Н.  И.  О  физических  («структурообразующих»)  удобрениях
для  почв.  Физика  почв  в  СССР.  Сельхозгиз,  1936.
 С  и  д  е  р  и  Д.  И.  Агрегация  структуры  глин.  Изв.  АН  СССР,  №  6,  сер.
гео  л.,  1939.
 Соболев  Ф.  С.  и  Чапек  М.  В.  Роль  поглощенного  воздуха  в  явле¬
ниях  почвенной  структуры.  Научно-агроном.  журнал,  М°  1,  1930.
 Соколов  Н.  А.  Дюны,  их  образование,  развитие  и  внутреннее  строе¬
ние.  1884.
 Солечник  Н.  Я.  Труды  лаборатории  физики  почв  ФАИ,  вып.  1,  1935;
вып.  2,  1937.
 Терцаги  К.  Основная  механика  грунтов.  1932,  стр.  14.
 Тюлин  А.  Ф.  Результаты  работ  агрохимического  отделения  Пермской
с.-х.  опытной  станции,  вып.  1—2,  1927,  1928.
 Тюлин  А.  Ф.  и  Скляр  А.  И.  Влияние  давления  на  образование  и
изменение  агрегатов  в  почве.  Труды  ВИУАА,  вып.  2,  1933.
 Тюлин  А.  Ф.  Вопросы  почвенной  структуры  в  лесу.  Почвоведение,
Ко  1,  1954;  Ко  1,  1955.
 Т  у  м  и  н  Г.  Обзор  общего  характера  морфологии  почв  и  ее  изменений
по  зонам.  Журнал  «Опытная  агрономия»,  Ко  3,  1912.
 Фигуровский  Н.  А.  Седиметометрический  анализ.  Изд.  АН  СССР,
1948.
 Филатов  М.  М.  О  микроструктуре  грунтов  в  связи  с  деформациями
их  под  влиянием  нагрузки.  Физика  почв  в  СССР.  Сельхозгиз,  1936.
 Филиппович  3.  С.  Поглощение  коллоидов  почвами  и  образование
структуры.  Почвоведение,  М°  2,  1956.
 Чижевский  М.  Г.  и  Бакшеев  И.  М.  Макроагрегатный  анализ
методом  качания  сит.  Советская  агрономия,  Кг  2,  1947.
 Чижевский  М.  Г.  Земледелие.  Сельхозгиз,  1956.
 Шмук  А.  А.  Гуминовая  кислота  почв.  Пищепромиздат,  1951.
 Щ  у  ч  к  и  н  Н.  В.  Физико-механические  свойства  почвы  и  тяговое  сопро¬
тивление  плугов.  Механизация  и  электрификация  с.  х.,  №  7,  1940.
 Alderfer  R.  В.  Better  Crops,  V.  38,  Ml2  10,  1954.
 Allison  L.  E.  Soil  Sci.,  V.  73,  Mb  6,  1952.
 Allison  L.  E.  Soil.  Sci.  Sos.  Amer.  Proc.,  V.  20,  M°  2,  1956.

ЛИТЕРАТУРА
 403
 В  aver  L.  D.  Soil,  physics,  New-York,  1948.
 Bolton  E.  F.,  Fulton  J.  U.,  Aylesworth  J.  W.,  J.  Agric.  Sci.,
V.  35,  №  1,  1955.
 Bouyoucos  G.  J.  Agr.  Res.,  V.  XV,  pp.  331—336,  1918.
 Bouyoucos  G.  Soil.  Sci.,  V.  XVIII,  N2  2,  1924.
 Demortier  G.,  Droeven  G.  Rev.  Agric.,  7,  №  10,  1954.
 Demolon  A.,  Hen  in  S.  Soil.  Research.,  V.  Ill,  N2  1,  1932.
Ehrenberg  P.  Die  Bodenkolloule,  1925.
 Emerson  W.  W.  J.  Agric.  Sci.,  V.  47,  N2  1,  1956.
 Faraday  M.  Phil.  Trans.  Roy.  Sos.,  London,  1830.
 Fiedler  H.  J.,  Bergmann  W.  Dtsch.  Landwirtsch.  5,  N2  6,  1954.
Fiedler  H.  J.,  Bergmann  W.  Angewandte  Chemie,  N2  21,  1955.
Fuller  W.  H.  Soil.  Sci.  Sos.  Amer.  Ргос.,  V.  18,  N2  1,  1954.
 Gelrigel  G.  Arb.  d.  D.  Landw.  Ges.,  XXXIV,  N2  12,  1898.
 Hauser  E.  A.  Soil,  and  Soil,  aggregate  Stabilization  a  Simposium,
Washington,  1955.
 Hedrick  R.  M.  a.  Mowry  D.  T.,  Soil.  Sci.,  V.  73,  N2  6,  1952.
Hedrick  R.  M.  J.  Agric.  a.  Food.  Chem.,  V.  2,  N2  4,  1954.
 Herquet  M.  In.  Chimiste,  V.  35,  №  194,  1953.
 Hof  man  U.  u.  Bilke.  Roll.  Zeitschr.,  77,  238,  1936.
 I  0  d  e  г  R.  E.  J.  Amer.  Sos.  of  Agroh.,  V.  28,  №  5,  1936.
lung  E.  Zeit.  f.  Pflanz.  Diing.  u.  Bodenkunde,  A,  B.  19,  326,  1931;  A,
B.  24,  H.  1—6,  1932.
 Jacke  G.  V.  Sci.  Progr.,  42,  N2  166,  1954.
 Jamison  Vernon  C.  Crops  a.  Soils,  V.  6,  N2  1,  1953.
 Kolthoff  I.  U.  Proc.  Koninkl  Nederl.  Akad.  Wet.,  40,  82,  1937.
Kubiena  W.  L.  Micropedology.,  Yowa,  1938.
 Kuron  H.  L.  Zeit.  f.  Pflanz.  Diing.  u.  Bodenkunde,  A,  B,  21,  271,  1931.
Laird  J.  S.  u  Geiler  R.  F.  J.  Aler.  Cer.  Sos,  11,  828,  1919.
 Lou  A.  J.  J.  Soil.  Sci.,  V.  5,  N2  1,  1954.
 Lynn  J.  E.  a.  Hauser  E.  A.  Industr.  and  Engineer  Chem.  Industri.
E,  V.  32,  №  5,  659—662.  May  1940.
 Mac  Col  la.  Soil.  Sci.,  V.  59,  N2  4,  1945.
 Mac  Henry  u.  Russel.  Soil.  Sci.,  V.  57,  N2  5,  351—357,  1944.
Meyers  H.  E.  Soil.  Sci.,  V.  44,  N2  5,  1937;  V.  52,  N2  6,  1941.
 Martin  J.  Soil.  Sci.,  V.  61,  N2  2,  156,  1946.
 Martin  J.  a.  Anderson.  Soil.  Sci.  Sos.  Amer.  Ргос.,  V.  7,  N2  3,  215,
1942.
 Martin  W.  P.,  Taylor  G.  S.,  Engibous  J.  C.  a.  Burnett  E.
Soil.  Sci.,  V.  73,  N2  6,  1952.
 Maer  u.  Renenkamf  U.  Zeit.  f.  Pflanz.  Diing.  u.  Bodenkunde,  43,
H.  5—6,  1936.
 Montgomery  R.  C.  a  Hibbard  В.  B.  Soil.  Sci.,  V.  79,  N2  4,  1955.
Muller  H.  Koll.  Zeit.,  38,  I,  1926;  Roll.  Beich.,  26,  257,  1928.
 Muller  H.  Roll.  Beich.,  27,  223,  1928.
 Oden  S.  Roll.  Beich.,  11,  148,  1919.
 P  e  e  1  e  T.  C.  J.  Amer.  Sos.  of  Agron.,  V.  32,  N2  3,  1940.
 Page  G.  I.  Trans.  Faraday  Sos.,  V.  17,  242—287,  1922.
 Raineri  Carlo.  Chimica,  29,  N2  9,  1953.
 Russell  J.  C.,  Olmstead  L.  B.  a.  Hendrickson  В.  H.  Amer.
Soil.  Survey  Assn.  Bui.  IX,  120—133,  1929.
 Russel  a.  Rideal.  Proc.  Roy.  Sos.,  V.  154,  540,  1936.
 Russel  E.  J.  J.  Agric.  Sci.,  V.  33,  147,  1943.
 Schofield  R.  J.  Soil.  Sci.,  1,  N2  1,  1949.
 Smith  F.  W.,  Cook  R.  L.  Soil.  Sci.  Sos.  Amer.  Proc.,  11,  402—406,  1046.
Smoluxhovski  M.  Phys.  Zeit.  Bd.  17,  557—582,  1916.
Stephenson  a.  Marquart.  J.  Amer.  Sos  of  Agron.,  V.  24,  N2  3,  1932-
 26*

404
 ИСКУССТВЕННОЕ  ОСТРУКТУРИВАНИЕ  ПОЧВ
 [гл.  IX
 Szeguari  u.  Schalek.  Koll.  Zeit.  Bd.  33,  326,  1936.
 Swaby  R.  J.  Organic  Carden,  V.  21,  №  12,  1953.
 Swanson  G.  L.  Word  Crops,  V.  6,  №  1,  1954.
 Tamman  G.  u.  Bucher  A.  Zeit  anorg.  Chem.  Bd.  222,  371—381,  1935.
T  a  и  b  e  n  h  a  и  s  J.  J.,  E  z  e  k  i  a  1  W.  N.,  Rea  H.  E.  Plant.  Physiol.,  6,
361—166,  1931.
 Temp  any  H.  A.  J.  Agric.  Sci.,  V.  8,  312—330,  1917.
 Той  ns  end  C.  O.  U.  S.  Dept.  Agric.  Agr.  Bull.,  721,  1918.
 Trolstra  S.  A.,  Kruyt  H.  R.  Koll.  Beich.  Bd.,  54,  225,  1943.
Tuoryla  P.  Koll.  Beich.  Bd.  22,  192—314,  1926.
 Turner  P.  E.  J.  Agric.  Sci.,  V.  22,  72—91,  1932.
 V  a  11  a  n  c  e  L.  G.  Cane  Growers  Quart.  Bull.  17,  №  3,  1954.
Veimeyer  F.  J.,  Hendickson  A.  H.  Soil.  Sci.,  V.  65,  487—493,  1948.
Wedekind  E.  u.  J.  R.  Katz.  Bericht.  d.  Deutsch.  Chem.  Gesell.,  Bd.  I,
J.  62,  1172—1177,  1929.
 Wester  P.  E.  Agric.  Chemica.,  V.  10,  №  8,  1955.
 Wiedemann  G.  Pogg.  Ann.  Physik.,  Bd.  87,  321,  1852.
 WiegnerG,  TuorillaP.  Koll.  Zeit.  Bd.  38,  N2  3,  1926.
 W  i  1  s  d  о  n  В.  H.  Mem.  Dept.  Agric.  India,  Chem.  ser.  6,  154—186,  1921.
Wood  R.  W.,  Loomis  A.  L.  Phil.  Mag.,  V.  7,  417,  1927.

ЧАСТЬ  ТРЕТЬЯ
 ТРАНСФОРМАЦИЯ  ЛУЧИСТОЙ  ЭНЕРГИИ
НА  ДЕЯТЕЛЬНОЙ  ПОВЕРХНОСТИ.
ТЕПЛОВОЙ  баланс  ее
 ВВЕДЕНИЕ
 Тепло,  наряду  со  светом,  водой  и  воздухом,  является  основ¬
ным  фактором  формирования  условий  внешней  среды  для  сель¬
скохозяйственных  растений.  Внешней  средой  для  растения
являются,  с  одной  стороны,  почва,  в  которой  развивается  корне¬
вая  система,  и,  с  другой  стороны,  —  приземной  воздух,  в  кото¬
ром  живут  стебли  и  листья  растения.  Ввиду  этого,  изучению
тепловых  условий  в  почве  и  в  приземном  воздухе  должно  при¬
даваться  большое  значение.
 Главным  дефектом  большинства  работ,  посвященных  этим
вопросам,  является  отрыв  тепловых  процессов  в  почве  от  по¬
добных  процессов  в  приземном  воздухе.  Так,  почвоведы  и  агро¬
номы  ограничивались  лишь  исследованием  явлений  в  почве,
тогда  как  геофизики  и  метеорологи  обращали  внимание  преи¬
мущественно  на  то,  что  происходит  в  приземном  воздухе.
Между  тем  правильное  представление  о  тепловых  условиях
внешней  среды  для  сельскохозяйственного  растения  можно  по¬
лучить,  лишь  изучая  энергетические  процессы  в  почве  и  в  при¬
земном  воздухе  в  органическом  единстве.  Этим  агрофизический
подход,  в  первую  очередь,  отличается  от  чисто  метеороло¬
гического,  с  одной  стороны,  и  от  чисто  агрономического,
с  другой.
 Второй  особенностью  агрофизического  метода  исследования
энергетических  процессов,  важных  для  растений,  вытекающей
из  анализа  недостатков  существующих  приемов  и  способов  изу¬
чения  этих  процессов,  является  комплексный  анализ  явлений,
протекающих  как  во  внешней  среде,  так  и  в  самом  растении.
 Обычно  исследователи,  характеризуя  тепловой  режим  только
почвы  или  только  приземного  воздуха,  не  связывали  его  с  со¬
стоянием  самого  растения,  его  особенностями  и  соответствую¬
щими  потребностями  в  тепле  на  каждой  стадии  развития  куль¬
туры.  Между  тем  развитие  растений,  в  процессе  которого
меняются  оптические  свойства,  способность  к  транспирации  и
другие  их  функции  зависят  от  условий  внешней  среды;  с  другой
стороны,  сами  растения  активно  воздействуют  на  эти  условия.

406
 ТРАНСФОРМАЦИЯ  ЛУЧИСТОЙ  ЭНЕРГИИ
 Таким  образом,  наиболее  полным  и  плодотворным  методом
исследования  является  тот,  который  предполагает  совместное
рассмотрение  процессов  во  внешней  среде  и  в  самом  растении.
В  дальнейшем,  имея  в  виду  это  обстоятельство,  мы  будем  го¬
ворить  о  тепловом  режиме  сельскохозяйственного  поля,  учиты¬
вая,  что  в  это  понятие  включена  совокупность  тепловых  явле¬
ний  в  почве  и  в  приземном  воздухе  и  растении.
 Распространенным  недостатком  многих  исследований  в  об¬
ласти  тепловых  процессов  в  почве  и  приземном  воздухе  яв¬
ляется  то,  что  тепловой  режим  внешней  среды  и  самого  расте¬
ния  характеризуется  лишь  одной  их  температурой.  Ограничи¬
вая  себя  знанием  одной  температуры,  ее  ходом  и  тенденцией  во
многих  случаях,  получаем  не  только  недостаточное,  но  иногда
просто  превратное  представление  о  процессах,  протекающих
в  почве  и  в  приземном  воздухе,  а  также  в  самом  растении.
 Расширенное  понятие  о  тепловом  режиме  сельскохозяйствен¬
ного  поля,  включающее,  помимо  температурной  характеристики
внешней  среды  и  растений,  комплекс  других  физико-термиче¬
ских  характеристик,  является  третьей  характерной  чертой  агро¬
физического  подхода  к  исследованию  агрономических  задач.
В  этот  комплекс  входят:  тепловые  и  радиационные  характери¬
стики  почвы  и  растения,  тепловой  поток  в  почву,  лучистый,
транспирационный  и  конвективный  теплообмен  поверхности
почвы  и  растения  с  приземным  воздухом  и  т.  д.  Такой  комп¬
лексный  и  расширенный  подход  в  изучении  агрономических  за-
зач  удается  успешно  реализовать  благодаря  ряду  обстоя¬
тельств.
 Во-первых,  помогает  введение  понятия  о  деятельной  поверх¬
ности.  Под  последней  имеют  в  виду  в  общем  случае  ту  динами¬
ческую  поверхность,  которую  представляет  собой  активная  в  ра¬
диационном,  транспирационном  и  теплообменном  отношениях
поверхность  почвы  (если  на  ней  нет  растений  или  если  они  по¬
крывают  почву)  или,  чаще  всего,  комбинированную  поверх¬
ность  почвы  и  растений.  На  этой  поверхности  происходит  транс¬
формация  солнечной  энергии  и  перераспределение  ее  по  состав¬
ным  элементам.
 Во-вторых  полезным  оказывается  введение  энергетического
условия  теплового  баланса  на  деятельной  поверхности.  Условие
теплового  баланса  означает,  что  в  каждый  данный  момент
суммы  тепловой  энергии,  притекающие  к  этой  поверхности  и
покидающие  ее,  равны  между  собой.  Как  выяснится,  анализ
этого  условия  оказывается  весьма  плодотворным  в  смысле  воз¬
можности  комплексного  рассмотрения  тепловых  процессов
в  почве  и  в  приземном  воздухе.  Это  же  условие  теплового  ба¬
ланса,  сформулированное  для  деятельной  поверхности,  пред¬
ставляющей  собой  листовую  поверхность,  и  рассмотренное

ВВЕДЕНИЕ
 407
 в  связи  с  теплообменом  этой  поверхности  с  окружающим  ее  воз¬
духом,  с  одной  стороны,  и  поверхностью  почвы,  с  другой,  ока¬
зывается  исключительно  важным  при  комплексном  рассмотре¬
нии  энергетических  процессов,  протекающих  в  поле.
 Три  особенности  агрофизического  подхода  при  изучении
энергетики  сельскохозяйственного  поля,  заключающиеся  в  ком¬
плексном  рассмотрении  тепловых  процессов  во  внешней  среде
(почва  и  приземный  воздух),  в  едином  исследовании  внешней
среды  и  растения  (т.  е.  всего  сельскохозяйственного  поля)  и
в  расширенном  толковании  теплового,  а  не  только  температур¬
ного,  режима  сельскохозяйственного  поля,  проявляются  при  ре¬
шении  самых  разнообразных  теоретических  и  практических  во¬
просов  земледелия  и  агрономии  (А.  Ф.  Чудновский,  1957).
 Изучение  теплового  режима  сельскохозяйственного  поля  мы
начнем  с  изучения  теплового  баланса  деятельной  поверхности
как  первопричины  энергетической,  в  частности  температурной,
обстановки,  складывающейся  как  в  среде,  так  и  в  растении.
При  этом  будут  изучены  все  элементы  теплового  баланса  и  осо¬
бенно  подробно  тот  элемент,  который  связан  с  теплоаккуму-
ляцией  и  теплообменом  в  почве.
 Теоретический  и  экспериментальный  анализ  тепловых  ба¬
лансов  позволит  подойти  к  оценке  результативного  теплового
эффекта,  температуры  почвы,  приземного  воздуха  и  растения.
При  этом  будет  сделан  упор  на  выяснение  и  оценку  факторов,
определяющих  температуру,  на  способы  уточнения  при  опреде¬
лении  температурного  распределения  в  почве,  воздухе  и  расте¬
нии.  Наконец,  будут  поставлены  два  важных  вопроса:  о  спосо¬
бах  предвидения  температурного  режима  в  этих  объектах  и
о  мерах  целесообразного  и  направленного  регулирования  этого
режима.

ГЛАВА  I
 тепловой  баланс  деятельной  поверхности
 §  1.  Тепловой  баланс  и  его  составляющие
 После  того  как  мы  изучили  в  первой  части  как  распростра¬
няется  солнечный  луч  в  атмосфере,  как  он  достигает  деятель¬
ной  поверхности,  какая  часть  солнечной  энергии  отражается
и  какая  поглощается,  обратимся  к  дальнейшей  судьбе  сол¬
нечной  энергии,  трансформирующейся  на  деятельной  поверх¬
ности.  Необходимо  установить,  на  что  расходуется  так  назы¬
ваемый  радиационный  баланс,  т.  е.  лучистая  энергия,  оставшаяся
после  всех  потерь,  в  какие  виды  энергии  она  превращается,
на  какие  процессы  растрачивается.  Ответить  на  эти  вопросы  —
это  значит  раскрыть  существо  теплового  баланса  деятельной
поверхности.
 Анализ  проблемы  показывает,  что  лучистый  баланс  яв¬
ляется  источником  нижеследующих  процессов.
 Турбулентный  теплообмен  деятельной  поверхности  с  окру¬
жающим  приземным  воздухом  QK.  Вследствие  того,  что  в  ка¬
ждый  данный  момент  деятельная  поверхность  имеет  темпера¬
туру,  отличную  от  температуры  омывающего  ее  воздуха,  возни¬
кает  процесс  теплообмена  между  ними.  Так,  в  теплое  время
года  деятельная  поверхность  днем  теплее  приземного  воздуха,
а  ночью  —  холоднее.  Эта  разница  уменьшается  к  вечеру  и
к  утру.  Зимой  же  различия  между  температурами  обоих  объ¬
ектов  очень  малы.
 Интенсивность  теплообмена,  т.  е.  численная  величина  по¬
тока  QK,  связанная  с  этим  процессом,  зависит  от  разности  тем¬
ператур  между  деятельной  поверхностью  и  приземным  возду¬
хом,  от  шероховатости,  поверхности,  от  скорости,  направления
и  структуры  ветра  в  приземном  слое  воздуха.  Механизм  этого
теплообменного  процесса  носит  турбулентный  характер.  Иными
словами,  характеристики,  определяющие  поток  тепла  от  поверх¬
ности  в  воздух  и,  наоборот,  от  воздуха  к  деятельной  поверхно¬
сти,  оказываются  беспорядочно  пульсирующими,  нерегулярно

§  1] 	ТЕПЛОВОЙ  БАЛАНС  И  ЕГО  СОСТАВЛЯЮЩИЕ 	409
 колеблющимися  с  течением  времени  около  некоторого  сред¬
него  значения.  Такой  поток  носит  название  турбулентного
потока.
 Транспирационный  теплообмен  деятельной  поверхности  с  ок¬
ружающим  приземным  воздухом  QT.  Вследствие  того  что  почва
или  почва  с  произрастающей  на  ее  поверхности  растительно¬
стью  всегда  содержит  достаточное  количество  влаги,  имеет  ме¬
сто  процесс  испарения.  Этот  процесс  называется  физическим
испарением,  когда  его  источником  является  оголенная  почва,
транспирацией  —  когда  вопрос  идет  лишь  об  испарении  с  одной
растительной  массы,  и  суммарным  испарением  —  когда  учиты¬
вается  общее  испарение  сельскохозяйственного  поля,  т.  е.
почвы  вместе  с  растениями.
 На  эти  процессы  расходуется  довольно  много  тепла.  Из¬
вестно,  что  при  температурах  испаряющей  поверхности,  близ¬
ких  к  0°  С,  испарение  каждого  грамма  воды  связано  с  потерей
тепла  в  600  кал.  Как  и  в  случае  турбулентного  обмена,  вели¬
чина  теплового  потока  QT,  обусловленного  испарением,  имеет
суточный  и  годовой  ход,  может  иметь  положительный  и  отрица¬
тельный  знак,  т.  е.  представлять  собой  испарение  (летом  и
днем)  или  конденсацию  (зимой  и  ночью).  Ясно,  что  величина
QT  имеет  максимум  в  дневное  и  минимум  в  ночное  время;  зи¬
мой  суточный  ход  испарения  становится  слабо  выраженным.
 Механизм  этого  процесса  полностью  совпадает  с  механиз¬
мом  турбулентной  теплоотдачи,  а  интенсивность  его  опреде¬
ляется  теми  же  факторами:  шероховатостью  поверхности,  раз¬
личием  во  влажности,  а  следовательно,  и  в  температуре  воз¬
духа  у  самой  поверхности  и  в  приземном  воздухе,  структурой,
направлением  и  величиной  скорости  ветра.  Помимо  того,  в  рас¬
сматриваемом  процессе  имеет  значение  влажность  испаряющих
объектов  (почва  и  растение),  а  также  их  структурные  свой¬
ства  и  состояние,  приводящие  к  способности  лучше  или  хуже
транспирировать.
 Теплообмен  в  почве  Qn.  Вследствие  наличия  в  каждый  дан¬
ный  момент  градиента  температуры  в  почве  по  глубине,  имеет
место  процесс  распространения  тепла  путем  теплопроводности
по  вертикали.  Величина  теплового  потока  в  почву  зависит  от
ряда  факторов:  температуры  поверхности,  теплоемкости  и  теп¬
лопроводности  почв,  которые,  в  свою  очередь,  зависят  от  типа
почвы,  ее  структуры,  влажности,  плотности  и  механического  со¬
става.
 Величина  Qn  может  быть  направлена  от  поверхности  в  глубь
почвы  (летом,  днем)  или,  наоборот,  из  глубины  к  поверхности
(зимой,  ночью).  Она  имеет  суточный  максимум  (днем)  и  мини¬

410 	ТЕПЛОВОЙ  БАЛАНС  ДЕЯТЕЛЬНОЙ  ПОВЕРХНОСТИ 	[ГЛ.  I
 мум  (ночью).  Зимой  суточный  ход  ее  выражен  крайне  слабо.
В  годовом  ходе  величина  Qn  также  имеет  максимум  (летом)  и
минимум  (зимой).
 По  закону  сохранения  энергии  в  каждый  данный  момент  на
деятельной  поверхности  имеет  место  равенство  между  приход¬
ными  и  расходными  статьями  теплового  баланса.  Это  обстоя¬
тельство  может  быть  выражено  тем,  что  алгебраическая  сумма
всех  притоков  и  оттоков  на  деятельной  поверхности  равна  нулю:
 <Эб  +  QK  +  QT+Qn  =  0. 	(1)
 Поскольку  ранее  (часть  первая,  гл.  I,  §  И)  выяснилось,  что
сама  величина  радиационного  баланса  является  сложной  и  со¬
стоящей  в  приходной  своей  части  из  притока  прямой,  рассеян¬
ной  и  длинноволновой  (?д  радиации,  а  в  расходной  части  —
из  оттоков  отраженной  QotP  и  излученной  радиации,  то
(1)  перепишется  в  форме  (QP—суммарная  радиация):
 Qn  4“  QP 	QotP  4“  Оизл  +  Qk  +  Qt  +  Qn  =  0. 	(2)
 Приписывая  всем  притокам  к  деятельной  поверхности  положи¬
тельный  знак,  а  всем  оттокам  от  той  же  поверхности  —  отрица¬
тельный  знак,  мы  можем  уравнение  (2)  применять  к  частным
•случаям.  Например,  уравнение  теплового  баланса  для  дневного
периода  суток  приобретает  вид:
 Qn  ”К  QP  QotP 	Qnзл 	Qk  Qt  Qn=  0» 	(3)
 Для  ночного  времени  уравнение  теплового  баланса,  ввиду  от¬
сутствия  притока  и  расхода  коротковолновой  радиации,  запи¬
сывается  еще  проще:
 Q& 	Qh3.tQkQt  Н”  Qn  =  0. 	(4)
 Удельный  вес  каждого  компонента  в  общем  тепловом  балансе
зависит  от  метеорологических  условий,  периода  суток,  месяца,
года,  географической  широты,  условий  микроклимата,  степени
открытости  или  затененности  места,  степени  изрезанности
рельефа,  типа  почвы,  характера  произрастающей  культуры,
фазы  ее  развития  и  т.  д.  и  т.  п.  В  дальнейшем  при  изложении
ряда  конкретных  задач  будут  приведены  примеры  своеобраз¬
ного  распределения  элементов  теплового  баланса  в  связи
с  многочисленными  факторами,  действующими  на  это  распре¬
деление.
 §  2.  Тепловой  поток  в  почву  и  теплоаккумуляция  почв
 Величина  теплового  потока  в  почву  Qu  направленного
в  глубинные  слои,  вычисляется,  как  для  твердого  однородного
и  полубесконечного  тела  по  формуле:
 4n  —  kdZ
 Z=о
 (5)

ТЕПЛОВОЙ  ПОТОК  В  ПОЧВУ
 411
 §  2]
 —  градиент  температуры  в  почве  у  самой  ее  поверх-
 z=о
 пости;  X  —  коэффициент  теплопроводности  почвы,  отнесенный,
по  возможности,  к  наиболее  близкому  слою  от  поверхности.
При  этом  считается,  что  температура  изменяется  только  по
глубине  Z  и  не  изменяется  по  горизонтальным  направлениям  и
что  коэффициент  теплопроводности  почвы  одинаков  по  всей
глубине  почвы.
 В  силу  несправедливости  последнего  условия  удобнее  всего
рассматривать  почву  состоящей,  по  крайней  мере,  из  двух
слоев,  особенно  резко  отличающихся  по  своим  свойствам:  па¬
хотного  и  остального  нижележащего  слоя,  в  который  вклю¬
чаются  подпахотный  горизонт  и  материнская  порода.  Иногда
удобнее  разделить  почву  на  два  слоя,  из  которых  первый  вклю¬
чает  пахотный  слой  и  подпахотный  горизонт,  а  второй  —  мате¬
ринскую  породу.  Вообще  разделение  на  два  слоя  следует
производить  так,  чтобы  в  верхний  из  них  попал  наиболее  пере¬
менный  по  составу,  структуре,  влажности  и  плотности,  а  в  ниж¬
ний  —  более  однородная  во  всех  отношениях  почва.
 Даже  такое  недостаточно  детализированное  расчленение
почвы  на  два  слоя  весьма  целесообразно,  если  к  тому  же  учесть
трудности,  возникающие  при  измерении  градиентов  темпера¬
туры  и,  особенно,  коэффициентов  теплопроводности  вблизи  са¬
мой  поверхности.
 Обозначим  теплоемкость  верхнего  переменного  слоя  высо¬
той  h  через  С  (основание  слоя  1  см2),  а  изменение  его  темпера¬
туры  за  единицу  времени  —  через  АТ;  через  Хг  обозначим  коэф¬
фициент  теплопроводности  всего  слоя  почвы  от  h  и  ниже;  по¬
следний  мы  с  большим  основанием  можем  считать  постоянным,
поскольку  почва  по  своим  структурно-механическим  свойствам
и  физическому  состоянию  гораздо  однороднее,  чем  в  верхних
горизонтах.  Кроме  того,  на  глубине  ниже  h  определение  коэф¬
фициента  теплопроводности  осуществляется  гораздо  проще.  По-
 dT  I
 следнее  замечание  полностью  относится  к  величине 	,
 dZ\z
 представляющей  среднее  значение  градиента  температуры
в  этом  втором  слое.
 В  силу  сказанного,  вместо  (5)  можно  написать,  если  р  —
плотность  почвы,  а  с  —  удельная  теплоемкость:
 Qn  =  cph  Д7^  —|— 	•
 Представляется  необходимым  расшифровать  первое  слагаемое
данного  уравнения.  Это  вызывается  тем,  что  первый  верхний
слой  может  оказаться  столь  переменным,  что  трудно  будет
учесть  всю  изменчивость  его  свойств  одним  значением  тепло¬
 dT
 dZ

412 	ТЕПЛОВОЙ  БАЛАНС  ДЕЯТЕЛЬНОЙ  ПОВЕРХНОСТИ 	[ГЛ.  I
 емкости.  Если  влажность  и  плотность,  а  также  структура  почвы
изменяются  в  первом  слое  резким  и  непрерывным  образом
вдоль  глубины,  то  теплоемкость  будет  также  следовать  за
этим  изменением,  и  тогда  имеет  смысл  верхний  слой  разграни¬
чить  на  более  мелкие  подслои,  приписывая  каждому  такому
подслою  в  связи  с  его  составом  свое  значение  теплоемкости.
 Точное  выражение  для  этого  количества  тепла  мы  найдем
на  основании  равенства
 h
 hpcAT  =  j  ATcpdh.
 о
 Практически  ниже  50  см  изменчивость  свойств  почвы  уже  не
так  заметна,  как  в  верхнем  слое.  Кроме  того,  достаточно  в  верх¬
нем  слое  рассматривать  изменчивость  свойств  скачкообразна
при  переходе  от  одного  подслоя  к  следующему,  приписывая  ка¬
ждому  такому  подслою  постоянные  свойства.  При  этом  по¬
нятно,  что  изменчивость  особенно  резко  должна  сказаться
вблизи  поверхности  и  она  должна  сглаживаться  по  мере  углуб¬
ления  в  нижние  подслои.
 Оказалось  удобным  весь  верхний  слой  разделить  на  4  под¬
слоя  с  толщинами  равными  соответственно  0—5  см,  5—10  см>
10—20  см,  20—50  см.  Второй  же  слой  охватывает  глубины  50—
100  см.  На  основании  изложенного  поток  тепла  в  почву,  выра¬
женный  в  кал/см2  мин.  равен:
 50
 Qn  =  2  л7>р^л  И-=Q«  -К  Q«- 	(6)
 z=o
 Если  нужно  выразить  поток  тепла  в  час,  то  второе  слагаемое
следует  умножить  на  3600,  а  под  АТ  следует  понимать  разность
температуры  слоя  в  начале  и  в  конце  данного  часа.  Для  нахо¬
ждения  АТ  удобнее  всего  построить  график  зависимости  тем¬
пературы  почвы  от  глубины  (от  0  до  50  см)  для  начала  и  конца
данного  часа.  Площадь,  ограниченная  двумя  кривыми  (первая
для  начала,  а  вторая  для  конца  часа  наблюдения),  разделяется
на  отдельные  части  соответственно  четырем  слоям:  0—5,  5—10,
10—20  и  20—50  см.  Среднее  значение  АТ  в  каждом  слое  най¬
дется  по  графику  как  среднее  значение  из  трех  отсчетов,  зафик¬
сированных  в  начале,  в  середине  и  в  конце  слоя.  Так,  например,
для  слоя  10—20  см  имеем:
 Л  т 	(Т'ю-  Т"о)  +  (Т1Ь-  т"ь)  +  (  Т'2  о  -  т"0)
 aI  10-20 	 3 	•
 Цифра  у  Т  внизу  означает  глубину  почвы,  один  и  два  штриха
означают  начало  и  конец  часа.  Таким  образом,  рабочая  фор-

ТЕПЛОВОЙ  ПОТОК  В  ПОЧВУ
 413
 §  2]
 мула  для  вычисления  потока  тепла  в  почву  такова:
 Qn  =  5  (А  7  ср)  о_б  +  5  (А7,ср)б_ю  +  Ю  (A  71  ^)10_20  +  30  (А  Г  ср)20.б0  +
 —(—  72Х^  (7"50  —  Т10  0). 	(7)
 Следует  остановиться  на  вопросе  о  том,  почему  мы  не  вклю¬
чаем  в  рассмотрение  глубины  больше  одного  метра.
 В  сельскохозяйственной  практике  нас  интересует  по  преиму¬
ществу  тепловое  состояние  пахотного  слоя.  Однако  тепловые
процессы,  происходящие  в  нем,  зависят  не  только  от  явлений,
протекающих  в  прилегающем  к  почве  воздухе,  но  и  от  тепло¬
вых  процессов  в  нижележащих  слоях  почвы.  То,  что  совер¬
шается  в  последних,  отражается  на  состоянии  пахотного  слоя.
Поэтому  следует  учитывать  весь  слой,  в  котором  происходят
температурные  колебания,  т.  е.  так  называемый  активный  слой
почвы.  В  зависимости  от  длительности  процессов  температур¬
ных  колебаний,  суточных  или  годовых,  активный  слой  может
быть  малым  или  большим.  Верхней  границей  активного  слоя
является  деятельная  поверхность  почвы.  Нижней  его  границей
является  поверхность  постоянных  температур.  Толщина  этого
слоя  Я,  как  показывают  вычисления,  прямо  пропорциональна
корню  квадратному  из  периода  температурной  волны  т0,
а  также  прямо  пропорциональна  величине  коэффициента  тем¬
пературопроводности  почвы  k,  представляющему  отношение
коэффициента  теплопроводности  почвы  к  ее  объемной  теплоем¬
кости.  Из  сказанного  вытекает,  что  толщина  активного  слоя  для
годовой  волны  в  19  раз  больше,  чем  для  суточной  волны
 [Нг:  Яс  =  /365  :  /Г=  19],
 если  при  этом  принимать  коэффициент  температуропроводности
почвы  величиной  постоянной.  Если  же  учесть,  как  это  выяс¬
нится  ниже,  что  значение  этого  коэффициента,  в  связи  с  более
рыхлым  и  сухим  состоянием  верхнего  слоя  почвы  по  сравнению
с  нижним,  должно  быть  в  несколько  раз  меньше,  то  окажется,
что  Яг  больше  чем  Я0  не  в  19,  а  в  большее  число  раз.  Практи¬
чески  это  означает,  что  Я0  тоньше,  а  Яг  толще,  чем  обычно  при¬
водимые  для  этих  величин  значения  в  1  м  и  19  м  (А.  Ф.  Чуд-
новский,  1948).
 По  существу,  суточные  колебания  температур  затухают  ча¬
сто  на  глубине  значительно  меньшей  1  м,  чаще  всего  —  до  50  см.
Поэтому  только  для  длительных  процессов  порядка  сезона  го¬
довые  температурные  колебания  могут  захватить  глубины,  пре¬
вышающие  1  м,  и  при  этом  лишь  в  таких  широтах,  где  тем¬
пературные  амплитуды  велики,  а  также  на  плотных  почвах.
В  тех  же  районах,  где  наблюдаются  менее  значительные  темпе¬
ратурные  амплитуды,  а  также  в  почвах  песчаных  и  супесчаных,

414
 ТЕПЛОВОЙ  БАЛАНС  ДЕЯТЕЛЬНОЙ  ПОВЕРХНОСТИ
 [ГЛ.  I
 на  торфах,  для  районов  пустынь  и  полупустынь  толщина  актив¬
ного  слоя  оценивается  в  5—8  м,  а  поэтому  в  течение  сезона,
т.  е.  наиболее  длительного  из  возможных  премежутков  времени,
могущих  интересовать  сельскохозяйственное  производство,
температурные  колебания  захватывают  слой  не  намного  боль¬
ший  1  м.
 Наконец,  следует  отметить,  что  формула  (7)  оказывается
пригодной  и  в  случае  глубин,  значительно  больших.  С  этой
целью  последнее  слагаемое  уравнения  (7)  должно  быть  изме¬
нено.  Скажем,  если  имеется  в  виду  глубина  в  200  см,  оно  запи¬
сывается  в  форме
 3600,
 150  WbO-
 Т’гоо)»
 3600
 при  глубине  в  300  см  оно  определяется  как  250^(^60—Т’зоо)-
 При  этом  Az  —  среднее  значение  коэффициента  теплопровод¬
ности  в  слое  50—200  см,  50—300  см  и  т.  д.
 Таким  образом,  согласно  формуле  (7),  для  вычисления  теп¬
лового  потока  в  почву  необходимо  иметь  некоторые  приборы
для  определения  тепловых  характеристик  почвы,  а  именно:
коэффициента  теплопроводности  нижнего  постоянного  слоя  почвы
и  теплоемкости  всех  подслоев  верхнего  слоя  почвы  с  переменными
характеристиками.  Кроме  того,  следует  фиксировать  с  помощью
приборов  температуру  на  поверхности  почвы  и  весь  профиль
температуры  вплоть  до  1  м,  если  нас  интересуют  сезонные  про¬
цессы.  О  методах  и  приборах,  применяемых  для  регистрации
указанных  величин,  речь  будет  ниже.  Имеется  возможность  за
счет  некоторого  огрубления  результата  найти  тепловой  поток
в  почву  без  относительно  сложных  измерений  профиля  темпера¬
тур  в  почве.  Такая  приближенная  схема  требует,  помимо  зна¬
ния  тепловых  характеристик  почвы,  в  частности  ее  теплопро¬
водности  и  теплоемкости,  фиксации  одной  лишь  температуры
поверхности.  Обоснование  подобной  схемы  вытекает  из  сле¬
дующих  соображений.  Примем  близкое  к  действительности
предположение  о  наличии  в  течение  суток  правильного  перио¬
дического  хода  температур  на  поверхности
 ft  =  ft0  sin  —  ?)•
 (8>
 Здесь  0  —  отклонение  от  среднесуточного  значения  темпера-
 2  71
 туры,  (о  —  угловая  скорость  земли,  равная  —,  где  то  —  период
 волны,  т.  е.  сутки,  ф—  начальная  фаза  волны,  0О  —  суточная
температурная  амплитуда  на  поверхности  почвы.
 Как  такой  волновой  процесс  передается  в  почве?  Для  от¬
вета  на  этот  вопрос  необходимо  решить  дифференциальное

§  21
 ТЕПЛОВОЙ  поток  В  ПОЧВУ
 415
 уравнение
 теплопроводности
 .  дЮ  дв  ,  дЮ  дв
k  dZ2  —  dt  ИЛИ  ^  dZ*  ~  с?  dt
 (9>
 при  условии  (8)  и  при  учете  того,  что  на  большой  глубине
в  почве  температурные  суточные  колебания  затухают.
 Известно,  что  решение  уравнения  (9)  при  указанных  усло¬
виях  выражается  следующим  образом:
 0(Z,  O  =  0o£_^^sin(W—zyf 	<р). 	(10>
 Последнее  уравнение  показывает,  что  на  любой  глубине  Z
в  любой  момент  времени  t  ход  температуры  также  является
 волной,  но  волной  со  значительно  уменьшенной  (ве  г  2Х  раз)
амплитудой  по  сравнению  с  поверхностной  и  с  запозданием  по-
 фазе  на  величину  Z|/~Чтобы  найти  тепловой  поток  в  почву,
 нужно  воспользоваться  формулой  (5).  Для  этого  требуется
производную  вычислить  при  Z  =  0,  т.  е.  составить  значение
производную  вычислить  при  Z  =  0,  т.  е.  составить  значение
 и  умножить  последнее  на  X.  После  ряда  Преобра-
 ^0
 зований  найдем:
 (№  (Z,  0
dZ
 Qn  =  —  ®oV“tep  sin
 (11)
 Если  мы  хотим  найти  тепловой  поток  в  единицу  времени,
скажем  за  1  час  (который  в  угловых  мерах  равен  ^),  необхо¬
димо  (11)  проинтегрировать  в  пределах  от  tot  до  со/+^.  Тогда
выражение
 Qn.4  =  —©о  V  Ш^Р  J  sin(u>*—<р  —(12)
 (tit
 после  некоторых  операций  удается  привести  к  виду:
 Q„.ч  =  —2  0О|/~-^-sin  й  sin 	—¥  —Й'7')-" 	О3)'
 Любопытно  отметить,  что  последнее  выражение  содержит
в  качестве  множителя  значение  температуры  поверхности

416
 ТЕПЛОВОЙ  БАЛАНС  ДЕЯТЕЛЬНОЙ  ПОВЕРХНОСТИ
 [гл.  I
 в  t\=t  —  8,5  часа.  Тогда
 Qa.  ч  =  ©  (0,  tj  A  sin  JU  =  в  (0,  tx)  В 	(14)
 где  А  —  постоянное  число,  равное  2
 Таким  образом,  последнее  выражение  позволяет  находить  не
само  значение  теплового  потока,  а  его  отклонение  (в  данный
час)  от  среднесуточного  значения,  которое  необходимо  как-то
определить  самостоятельно.  Однако  имеется  возможность  изба¬
виться  от  этой  необходимости,  если  учесть  чисто  синусоидаль¬
ный  ход  температуры  и  если  применить  уравнение  (14)  к  двум
моментам  времени  в  течение  суток.  При  этом  легко  получить
следующее  выражение:
 Q„.,  =  0,5ВДГз,5_8,Б(1/Х^). 	(15)
 Здесь  АГз,5_8,5  означает  разность  температур  поверхности  почвы,
составленную  в  два  момента  времени  в  течение  суток:  за
3,5  часа  до  интересующего  нас  часа  наблюдения  и  за  8,5  часа
после  него.
 Приведем  пример.  Допустим,  что  нам  необходимо  вычи¬
слить  тепловой  поток  за  1  час  в  пределах  15—16  часов.  Для
этой  цели  нужно  иметь  всю  суточную  кривую  температуры
поверхности  почвы.  На  этой  кривой  нужно  отметить  темпера¬
туру,  имевшую  место  за  3,5  часа  до  15  часов,  т.  е.  в  11*30™
отметить  температуру,  наблюдавшуюся  через  8,5  часа  после
начала  нашего  часового  срока,  т.  е.  в  23*30™,  и  вычесть  из
одного  значения  другое  —  это  и  составит  АГз,5_8,5.  Полученный
результат  необходимо  помножить  на_  число  0,5  В  и  на  коэффи¬
циент  теплоусвоения  почвы  Ъ  =  YХер.  Вместо  одной  чистой  сину¬
соидальной  волны,  предполагаемой  на  поверхности,  можно  при¬
нять  в  расчет  действительный  периодический  ход  температуры,
который  всегда  может  быть  по  законам  гармонического  анализа
представлен  как  сумма  нескольких  слагаемых,  каждое  из  кото¬
рых  является  синусоидальной  волной.  Иными  словами,  данную
задачу  можно  уточнить,  если  учесть  не  одну  гармонику,  а  все
наличные  гармоники  в  суточном  ходе  температуры.  Сумму  всех
гармоник,  на  которые  можно  разложить  ход  температуры,  за¬
пишем  в  форме:
 в  (Z,  t)  =  Д  eni  sin  (я{<1>/  -f-  9,), 	(16)
 или
 г—п
 0  (Z,  t)  —  2  (вП1  COS  tlv>t-\-  0Я2  sin  ruot).
 (17)

ТЕПЛОВОЙ  ПОТОК  В  ПОЧВУ
 417
 §  21
 Здесь  п  —  номер  гармоники  в  опытной  температурной  кривой,
в  —  отклонение  температуры  от  среднесуточного  значения  в  лю¬
бой  момент  суток;  6ni,  0„,  и  9m—  амплитудные  значения  соот¬
ветствующих  гармоник.
 Если  т  —  среднесуточное  значение  температуры,  то
 /-»  		\  &  (т  +  в)
 Уи  ——  Л
 Z-о
 —хЩ
 ~  dZ\Zm
 (18)
 Переход  от  отклонений  температур  к  самим  температурам
в  каждый  данный  момент  осуществляется  путем  прибавления
к  среднесуточному  значению  температуры  величины  отклонения
ее  в  этот  момент.  Роль  среднесуточного  значения  может  играть
начальное  распределение  температур  по  глубине  т(0,  Z),  так
что  температура  в  момент  t  на  глубине  Z  будет  равна
 T(z,  t)  =  e(z,  о+т(о,  Z).
 В  качестве  равновесной  температуры  можно  избрать  постоян¬
ную  температуру  активного  слоя,  которой  он  обладает  в  момент
изотермии.  Если  вместо  одной  учитывать  все  наличные  гармо¬
ники,  то  амплитуда  каждой  будет  затухать,  а  начальная  фаза
смещаться  по  мере  продвижения  фронта  волны  по  закону  (10).
Это  позволяет  после  некоторых  преобразований  представить
величину  теплового  потока  в  почву  в  форме:
 Qn  =  |/~0о  [cos  о)t—sin  u>t]  +
 +  V-^Go[cos2u>*—sin2u>*]+..., 	(19)
 где  0q,  0q,  заданные  на  основании  опытного  хода  суточной
кривой  амплитудные  значения  температуры  на  поверхности.
 Следует  отметить,  что  все  приведенные  выше  расчеты  могут
быть  полностью  перенесены  на  процессы  годового  температур¬
ного  хода.  При  этом  то  будет  означать  промежуток  времени,
равный  не  суткам,  а  году.  Когда  речь  идет  о  суточных  или
годовых  процессах,  имеет  смысл  введение  понятия  теплоакку-
муляции.  Под  суточной,  дневной,  ночной,  полугодовой,  годовой,
сезонной  и  т.  п.  теплоаккумуляцией  мы  понимаем  количество
тепла,  проникающее  в  почву  за  соответствующий  промежуток
времени.  Для  нахождения  теплоаккумуляции  за  данный  про¬
межуток  времени  необходимо  интегрировать  в  пределах  данного
промежутка  выражение  (19).
 Вполне  приемлемым  в  отношении  точности  является  интеграл
в  указанных  пределах  лишь  первого  члена  уравнения  (19),
выражающего  первую  гармонику.  Приводим  окончательные  2727  Зак.  196.

418 	ТЕПЛОВОЙ  БАЛАНС  ДЕЯТЕЛЬНОЙ  ПОВЕРХНОСТИ 	[ГЛ.  1
 формулы  для  теплоаккумуляции  за  день  (половина  периода)
или  за  лето:
 QaB=во  Vv 	(20)
 Выражение  для  дневной  теплоаккумуляции:
 QaK=  1200f^VTcp. 	(21)
 Мы  видим,  что  суточная  и  годовая  теплоаккумуляции  опреде¬
ляются  произведением  двух  величин  —  температурной  ампли¬
туды  (суточной  или  годовой)  и  среднего  за  данный  период
значения  определенной  комбинации  термических  характеристик,
называемого  коэффициентом  теплоусвояемости  почвы  6=  У  Хер.
 Другой  вариант  нахождения  теплового  потока  в  почву  без
регистрации  температурного  профиля  по  глубине,  а  лишь  на
основе  фиксации  одной  температуры  поверхности  состоит
в  следующем.
 Решая  уравнение  теплопроводности  и  принимая  на  поверх¬
ности  условие  (8),  найдем  решение  в  форме  (10).  Для  простоты
начальную  фазу  положим  равной  нулю.  Это  предположение  при
периодическом  решении  естественно  и  возражений  не  вызывает.
 Составив  при  этом  производную  от  Т  по  Z  при  Z  =  0,  легко
получить
 dB
 dZ
 z=o
 V 	<°-0.
 Для  потока  будет  следующее  выражение:
 г-?-»)—/If  •
 Введем  обозначения:
 Тогда
 Qn  =  «[7’(0)-7*oo]-P^.
 Здесь  мы  перешли  от  отклонений  к  самим  температурам  и  при¬
няли  среднесуточную  температуру  равной  постоянной  по  всей
глубине  в  момент  изотермии,  равной  Too  .
 После  того  как  мы  научились  вычислять  тепловой  поток
в  почву  и  теплоаккумуляцию  за  определенный  промежуток  вре¬
мени,  разберемся  в  том,  когда  эти  величины  велики  и  когда
малы,  от  каких  факторов  зависит  их  значение  и  что  нужно
сделать  для  возможного  изменения  их  в  ту  или  другую  сторону.
Впоследствии  мы  увидим,  как  величины  теплового  потока  и

ТЕПЛОВОЙ  ПОТОК  В  ПОЧВУ
 419
 §  2]
 теплоаккумуляции  в  почве  связаны  с  интенсивностью  про¬
гревания  или  выхолаживания  почвы.  Вот  почему  практически
важно  оценивать  <2пи  QaK  в  различных  практических  ситуа¬
циях.
 Из  вида  Qп  и  Qek  следует,  что  первая  величина  растет  с  ро¬
стом  температурного  градиента  в  почве  и  с  ростом  коэффи¬
циента  теплопроводности  почв,  который  сам  по  себе  прямо  про¬
порционален  коэффициенту  температуропроводности,  плотности
и  удельной  теплоемкости.
 Величина  QaK  прямо  пропорциональна  суточной  или  годовой
амплитуде  и  коэффициенту  теплоусвояемости,  который  в  свою
очередь,  растет  с  ростом  плотности,  удельной  теплоемкости  и
коэффициента  теплопроводности.  Итак,  все  факторы,  ведущие
к  росту  термических  характеристик  почв,  как  то:  тепло-  и  тем¬
пературопроводность,  объемная  теплоемкость,  теплоусвояемость,
ведут  к  увеличению  Qn  и  Qaк.  Как  выяснится,  все  термические
характеристики  растут  с  ростом  плотности,  влажности  почв  и
размеров  почвенных  частиц.  Что  касается  коэффициента  тем¬
пературопроводности,  то  лишь  в  условиях  значительной  влаж¬
ности  может  произойти  затухание  его  роста  и  даже  некоторый
небольшой  спад  его  с  увеличением  влагосодержания.  Отсюда
все  мероприятия  по  уплотнению,  увлажнению,  напластованию,
пескованию  приводят  к  увеличению  коэффициента  теплопровод¬
ности  и  усиленному  потоку  тепла  в  глубину  почвы  в  дневное
время  и  подтоку  тепла  к  охлаждающейся  поверхности  из  глу¬
бинных  слоев  в  течение  ночи.  Наоборот,  рыхление,  осушение,
глинование,  прибавление  торфа  приведут  к  уменьшению  тепло¬
проводности  и  уменьшению  теплового  потока  в  почву.  Регули¬
рование  потока  тепла  в  почву  можно  осуществить  не  только
изменением  тепловых  характеристик,  а  также  путем  изменения
остальных  статей  теплового  баланса.  Действительно,  радиа¬
ционный  баланс  составляет  100%  энергии,  остающейся  на
подстилающей  поверхности  после  всех  видов  радиационных
потерь.  В  эти  100%  входят  три  составные  доли:  Q„,  QT  и  QK.
 Если  какие-либо  из  этих  трех  величин  изменяются,  то
должны  измениться  и  остальные  так,  чтобы  всегда  в  сумме
получалось  100%.  Таким  образом,  рост  Qn  может  произойти
в  тех  случаях,  когда  падает  значение  турбулентного  обмена  QK,
и  теплообмена  испарением  QT  и,  наоборот,  рост  QK  и  QT  или
одного  из  них  поведет  к  уменьшению  интересующего  нас  сла¬
гаемого  баланса  Qn.  Так,  например,  в  южных  районах  величина
теплового  потока  в  почву  должна  играть  в  общем  тепловом
балансе  большую  роль,  чем  на  севере,  ибо  расход  тепла
на  испарение  QT  будет,  в  связи  с  меньшим  влагосодержа-
нием  на  юге,  уменьшенным  по  сравнению  с  северными  усло¬
виями.
 27*

420
 ТЕПЛОВОЙ  БАЛАНС  ДЕЯТЕЛЬНОЙ  ПОВЕРХНОСТИ
 [ГЛ.  I
 Иллюстрацией  этого  положения  служит  табл.  104,  в  которой
дается  сравнение  суточных  максимумов  и  суточных  сумм  вели¬
чины  теплового  потока  в  разных  районах  СССР.
 Таблица  104
 Величины  теплового  потока  и  теплоаккумуляции  в  почве  в  разных
районах  СССР  (в'среднем  за  дни  наблюдения  в  июне)
 По  данным  ГГО  и  АФИ
 Район
 Суточная  сумма
 Суточный  максимум,
 кал/см2  сутки
 QJQi%
 кал/см?  •  мин
 Ленинград
 13,2

 0,10
 Воронеж
 15,6
 6,5
 0,16
 Саратов
 26,0
 8,0
 —
 Ростов
 51,0
 11,5
 0,17
 Поскольку  величины  радиационных  балансов  несколько,
хотя  и  незначительно,  отличны  в  разных  районах  СССР,  то
показательной  цифрой  удельного  веса  в  общем  тепловом  ба¬
лансе  величины  Qn  может  служить  отношение  Qn  к  величине
радиационного  баланса  Qe.  В  процентах  это  отношение  растет
от  севера  к  югу  в  соответствии  с  наблюдающимся  уменьшением
испарения.  Любопытно  также  сравнить  значение  суточной  суммы
теплового  потока,  т.  е.  суточной  теплоаккумуляции  на  почвах
разного  состава  и  строения.  Так,  например,  болотистая  почва
должна  иметь  большую  теплоаккумуляцию,  чем  почва  мелиори¬
рованная  по  причине  ее  большей  теплопроводности  и  в  связи
со  значительным  влагосодержанием.  При  этом  имеется  в  виду,
что  обе  почвы  находятся  в  одинаковых  климатических,  рельеф¬
ных  и  других  внешних  условиях.  Тяжелая  почва,  в  связи  с  уве¬
личенной  по  сравнению  с  легкой  почвой  плотностью,  обладает
также  повышенной  теплопроводностью,  что  ведет  к  усиленной
теплоаккумуляции,  причем  и  здесь  речь  идет  о  почвах,  нахо¬
дящихся  в  идентичных  внешних  условиях.
 «Черная»  почва  по  сравнению  с  «белой»  обладает,  при  всех
прочих  равных  условиях  (климата,  рельефа,  ориентации  и  т.  п.),
уменьшенной  отражательной  способностью,  что  приводит
к  меньшей  теплоотдаче  в  воздух  радиационным  путем,  т.  е.
к  меньшему  радиационному  балансу.  Последнее  означает,  что
 <?п
 в  общем  балансе  отношение  q-  возрастает.  Закрытость  мест¬
ности,  низины  приводят  к  условиям  затрудненного  турбулент¬
ного  теплообмена.  Таким  образом,  при  примерно  одинаковом
радиационном  балансе  в  низине  и  на  открытом  месте  величины

ТЕПЛОВОЙ  ПОТОК  В  ПОЧВУ
 421
 §  2]
 Q*  и  QT  будут  в  последнем  выше,  а  следовательно,  значение  Qa
должно  стать  ниже,  чем  в  укрытых  и  низких  местах.
 Но  особенное  значение  величина  теплового  потока  Qn  при¬
обретает  в  ночное  время.  Естественно,  что  из-за  резкого  сни¬
жения  турбулентного  перемешивания  и  почти  полного  исчезно¬
вения  испарения  в  этот  период  суток  роль  теплового  потока
в  почву  должна  соответственно  возрастать.  Правда,  и  весь
радиационный  баланс  будет  по  абсолютному  значению  в  ноч¬
ные  часы  значительно  меньше,  чем  днем,  а  потому  и  абсолют¬
ное  значение  Qn  в  течение  ночи  будет  малым,  но  относительное
 Qn
 его  значение,  в  частности  величина  щ  сильно  возрастет,  при¬
 ближаясь  к  возможной  максимальной  цифре  q-
 Qn
 77-  =  1.  Как  выяс¬
 нится  в  задачах,  для  которых  ночное  выхолаживание  почвы
играет  кардинальную  роль,  например  при  формировании  замо¬
розков,  весь  процесс  в  основном  определяется  величиной  тепло¬
обмена  в  почве.  В  табл.  105  приведены  данные  суточных  сумм
Qn,  т.  е.  величины  Qa*,  а  также  среднесуточных  максимальных
дневных  и  минимальных  ночных  значений  теплового  потока  Qn>
как  в  абсолютных,  так  и  в  относительных  единицах  (по  отно¬
шению  к  Qe).
 Таблица  105
 Величины  <?п  и  <?ак  для  разных  часов  суток
 Пункт  наблюдения
 §
 5
 «у
 л
 Время  наблюдения
 Qn.
 макс
 Qn.
 ми  и
 £
 *
 &
 Ч
 «у
 Ю
 O'
 X
 0
 0^
 СО
 X
 а
 ?
 с
 о
 \©
 о
 00
 Ленинград
 11,2
 Июль
 0,10
 28
 0,04
 71%
 Воронеж
 9,2
 Июнь
 0.16
 16
 0,06
 96%
 Саратов  *
 25,0
 Ростов
 45,0
 Ташкент
 7,2
 Август  —  сентябрь
 0,17
 26
 0,05
 93%
 На  рис.  123  представлен  суточный  ход  величины  теплового
потока  для  различных  районов  и  для  разных  почв.  Из  этих  кри¬
вых  видна  периодичность  в  течение  суток  величины  Qn,  малый
ее  удельный  вес  в  общем  балансе  в  дневное  время  (порядка  20%)
и  значительная  роль  ее  в  общем  балансе  ночью  (до90%).  Дать
объяснение  суточному  ходу  величины  теплового  потока  в  почву
в  каждом  отдельном  случае  весьма  затруднительно.

422
 ТЕПЛОВОЙ  БАЛАНС  ДЕЯТЕЛЬНОЙ  ПОВЕРХНОСТИ
 [ГЛ.  I
 В  полевых  условиях  мы  встречаемся  с  необходимостью  учи¬
тывать  всевозможные  накладываемые  друг  на  друга  факторы
в  самых  разнообразных  комбинациях,  и  полный  разбор  результа¬
тивного  эффекта  может  быть  получен  лишь  на  основе  анализа
полного  теплового  баланса  сельскохозяйственного  поля  в  данных
конкретных  условиях.  Так,  для  выяснения  вопроса,  на  каком
из  двух  расположенных  в  одинаковых  условиях  участков  (по  ра¬
диации,  рельефу,  ориентации,  почвенному  покрову  и  с  одной
сельскохозяйственной  культурой)  тепловой  поток  в  почву
 Рис.  123.  Суточный  ход  теплового  потока  в  почву  для
различных  районов  СССР.
 7  —Саратов;  2  —Ташкент;  3—  Воронеж;  4  —  Ленинград.
 больше  —  на  влажном  или  сухом,  потребуется  основательный
анализ  энергетических  условий  в  почве,  приземном  воздухе  и
растении.
 В  самом  деле,  как  уже  отмечалось,  с  ростом  влажности
растут  тепловые  характеристики  почвы,  в  частности  ее  коэффи¬
циент  теплопроводности,  а  значит  и  величина,  ей  пропорциональ¬
ная,—  интересующий  нас  поток  в  почву  Qn.  Последняя  вели¬
чина  также  растет  из-за  охлаждения  при  смачивании  верхнего
слоя  и  увеличения  по  этой  причине  градиента  температуры
в  почве.  Таким  образом,  Qn  растет  на  увлажненном  участке  по
 причине  возрастания  как  Я,  так  и  величины  ^._0  [см.  уравне¬
ние  (5)].  Но  росту  этих  величин  в  реальных  условиях  противо¬
стоит  одновременно  действующий  в  противоположном  направле¬
нии  фактор  —  испарение.  Испарение  на  влажном  участке  будет
выше,  при  прочих  равных  условиях,  чем  на  сухом,  и  это  приве¬

ТЕПЛОВОЙ  ПОТОК  В  ПОЧВУ
 423
 §  2]
 дет  к  тому,  что  слагаемое  теплового  баланса  QT  будет  на  влаж¬
ном  участке  повышено,  а  за  этот  счет  удельный  вес  Qn  в  общем
балансе  будет  понижен.
 Теперь  уже  неизвестно,  какой  из  двух  одновременно  влияю¬
щих  факторов  окажется  решающим.  Если  оба  они  равноценны,
то  произойдет  взаимная  компенсация  и  оба  участка  будут  иметь
одинаковую  величину  теплового  потока  Q„.  Однако  опыт  пока¬
зывает,  что  на  сухом  участке  величина  Qu  в  дневные  часы  зна¬
чительно  выше,  чем  на  влаж¬
ном  (рис.  124)  и  объяснить
этот  факт  можно  лишь  учиты¬
вая  поведение  самого  расте¬
ния.  Поскольку  на  орошаемых
участках  состояние  раститель¬
ной  массы  в  вегетационный
период  характеризуется  боль¬
шей  высотой  и  густотой,  зате¬
нение  здесь  сильнее,  в  резуль¬
тате  чего  создаются  условия,
менее  благоприятные  для  на¬
гревания  поверхности,  а  это
ведет  к  уменьшению  теплово¬
го  потока  в  почву  Qn  В  конце
концов  этот  фактор  в  совокуп¬
ности  с  увеличенными  затра¬
тами  тепла  на  испарение  ре¬
шает  все  дело  и  приводит  к
картине,  которая  представле-
.  на  на  рис.  124  и  наблюдается
всегда  при  подобной  ситуа¬
ции.  Повидимому,  без  расте¬
ний  мы  могли  бы  получать
ту  же  качественную  картину,  что  и  на  рис.  124,  но  со  значи¬
тельно  менее  выраженной  разницей  обеих  кривых.  Любопытно,
что  ночью,  когда  фактор  затенения  солнца  растениями  сводится
к  нулю,  а  самый  процесс  испарения  резко  ослабляется,  остается
одна  лишь  причина  изменения  теплового  потока  в  почву:  измене¬
ние  ее  тепловых  характеристик,  которые  растут  с  ростом  влаж¬
ности  и  ведут  к  росту  величины  Qa.  В  полном  соответствии  с  этим
ночью  мы  наблюдаем  прямо  противоположный  эффект:  кривая
Qn  становится  большей  на  влажном  и  меньшей  на  сухом  участке.
 Из  изложенного  вытекает,  что  для  полного  понимания  хода
теплового  потока  в  почву  Qn  и  зависимости  Qn  от  всех  дей¬
ствующих  :на  него  факторов  следует  разобраться:
 во-первых,  в  вопросах,  трактующих  соотношение  между  ком¬
понентами  теплового  баланса;
 Рис.  124.  Дневной  ход  теплового  по¬
тока  в  почву  в  связи  с  орошением.
 7  —сухой  участок;  2—влажный  участок.

424 	ТЕПЛОВОЙ  БАЛАНС  ДЕЯТЕЛЬНОЙ  ПОВЕРХНОСТИ 	(ГЛ.  I
 во-вторых,  необходимо  получить  представление  о  зависимо¬
сти  тепловых  характеристик  почвы  от  свойств  и  состава  почвы,
в  частности  от  ее  влажности,  плотности  и  других  параметров;
 в-третьих,  чтобы  понять  как  величина  теплового  потока
влияет  на  установление  температурного  режима  в  почве,  на  ее
прогревание  и  охлаждение,  следует  разобраться  в  том,  как  под
влиянием  того  или  иного  теплового  баланса  на  деятельной  по¬
верхности  формируется  температура  на  любой  глубине  в  почве
в  любой  момент  времени.
 Все  эти  вопросы  излагаются  ниже.
 §  3.  Турбулентный  теплообмен  между  деятельной  поверхностью
и  припочвенным  слоем  воздуха
 Атмосферу  выше  слоя  1  —1,5  км  называют  свободной  атмо¬
сферой.  Нижний  слой  1—1,5  км  называется  пограничным  слоем.
Приземным  слоем  мы  называем  нижнюю  часть  пограничного
слоя,  равную  примерно  30—50  м.  Наконец,  введем  еще  один
термин,  а  именно  «припочвенный  слой  воздуха»,  под  которым
будем  иметь  ввиду  самый  нижний,  прилегающий  к  почве  слой
Еоздуха  толщиной  в  0—3  ж.  Именно  припочвенный  слой  пред¬
ставляет  для  нас  наибольший  интерес,  ибо  является  средой  для
наземной  части  сельскохозяйственной  растительности.  С  физи¬
ческой  точки  зрения  этот  слой  характеризуется  тем,  что  деятель¬
ная  поверхность  оказывает  непосредственное  влияние  на  проте¬
кающие  в  нем  процессы.
 Вследствие  этого  припочвенный  слой  обладает  целым  рядом
характерных  особенностей,  отличающих  его  от  вышележащих
слоев  атмосферы:  значительно  большими  градиентами  темпера-  •
тур,  плотности,  влажности  и  скорости  ветра,  а  также  в  сотни  раз
меньшими  абсолютными  значениями  скорости  ветра.  В  припоч-
венном  слое  горизонтальные  градиенты  температуры,  влажности
и  скорости  ветра  намного  меньше  вертикальных,  но  они  все  же
намного  больше,  чем  соответствующие  горизонтальные  гра¬
диенты  в  более  высоких  слоях  атмосферы,  что,  по-видимому,
вызвано  горизонтальной  неоднородностью  деятельной  поверхно¬
сти.  Следует  также  отметить,  что  в  припочвенном  слое  суточ¬
ный  ход  температуры,  влажности  и  скорости  ветра  выражен
значительно  ярче  и  интенсивнее.  Важной  особенностью  этого
слоя  является  также  и  то,  что  за  исключением  самого  ничтож¬
ного  слоя  порядка  1  мм  в  нем  сильно  выражен  турбулентный
характер  атмосферных  движений.
 Движение  воздуха  вблизи  почвы  носит  неупорядоченный,
случайный,  вихревой  характер,  именуемый  турбулентным.  Нали¬
чие  турбулентности  обусловливает  движение  вихрей  из  одного
горизонта  в  другой,  в  результате  чего  происходит  перенос  коли¬

ТУРБУЛЕНТНЫЙ  ТЕПЛООБМЕН
 425
 §  3]
 чества  тепла  или  влаги  от  почвы  в  воздух,  и  наоборот.  Если
во  всех  горизонтах  скорости  одни  и  те  же,  то  никакого  вихре¬
вого  потока  не  возникает  и,  наоборот,  при  прочих  равных  усло¬
виях  увеличение  разности  скоростей  между  слоями  должно  вы¬
зывать  увеличение  потока.  При  этом  считается,  что  каждый
вихрь  проходит  некоторый  путь  /,  не  смешиваясь  с  другими  и
полностью  сохраняя  свойства  своего  материнского  слоя,  т.  е.,  как
говорят,  находится  в  адиабатических  условиях.  После  этого
элементарный  вихрь  внезапно  смешивается  нацело  с  окружаю¬
щей  средой,  которая  при  этом  получает  некоторое  приращение
тепла.
 Согласно  теоретическим  представлениям,  пульсации  темпера¬
туры,  наблюдающиеся  в  определенной  почве,  объясняются  тем,
что  через  точку  проходят  различные  вихри,  каждый  из  которых
обладает  своей  индивидуальной  температурой.  В  действитель¬
ности  реальные  вихри  ведут  себя  несколько  иначе:  каждый  слой
получает  тепло  не  только  от  ассимилированных  им  вихрей,  но  и
от  пересекающих  его  вихрей,  имеющих  иную,  чем  окружающая
среда,  температуру.  Согласно  теории  «путь  смешения»  с  опы¬
том  объясняется  тем,  что  реально  мы  никогда  не  имеем  дело
с  отдельным  вихрем,  а  регистрируем  результативный  эффект
действия  многих  вихрей.
 В  самом  деле,  вследствие  смешения  на  пути  более  теплые
вихри  всегда  приносят  в  любой  исследуемый  слой  меньше  тепла,
а  более  холодные  несколько  меньше  холода,  чем  это  следует  по
теории  «путь  смешения».  При  этом  полный  приток  тепла  в  дан¬
ный  слой  может  остаться  неизменным.
 Успешное  изучение  вопросов  турбулентности  основано  на
анализе  поведения  не  отдельных  вихрей,  а  связано  с  удачными
способами  осреднения,  сглаживания  характеристик  турбулент¬
ного  потока,  поскольку  мгновенные  характеристики  его  оказы¬
ваются  необычайно  сложными  по  своей  структуре.
 Обычно  мгновенные  значения  характеристик  турбулентности
представляют  как  сумму  двух  слагаемых,  из  которых  одно
является  средним  значением  пульсирующей  величины,  а  вто¬
рое  —  отклонением  или  пульсацией,  обусловленной  турбулент¬
ностью.
 Наиболее  часто  применяемой  характеристикой  интенсивности
турбулентного  перемешивания  является  величина  которая  но¬
сит  название  коэффициента  турбулентности.  Он  выражается  через
путь  смешения  и  вертикальный  градиент  скорости  ветра  в  виде:
 Размерность  коэффициента  k  —  см2!сек.  При  некоторых  допу¬
щениях,  вполне  справедливых  вблизи  почвы,  можно  выразить
 (22)

426
 ТЕПЛОВОЙ  БАЛАНС  ДЕЯТЕЛЬНОЙ  ПОВЕРХНОСТИ
 [ГЛ.  I
 турбулентные  потоки  для  напряжения  трения  тт,  тепла  Q*  и
влаги  Е  в  вертикальном  направлении  через  коэффициент  турбу¬
лентности  следующим  образом:
 *  =  ?Ь%2> 	(23)
 QK  =  —  pCpk-g, 	(24)
 Е  =  -  ?k%L. 	(25)
 Здесь  р  —  плотность,  ср—удельная  теплоемкость  воздуха,
дТ 	dq
 и  ^  —  соответственно,  градиенты  скорости  ветра,  темпе¬
ратуры  и  удельной  влажности  приземного  воздуха.
 Из  формул  (23)  —  (25)  вытекает  физический  смысл  коэффи¬
циента  турбулентности,  который  численно  равен  'напряжению
трения,  количеству  тепла  и  влаги,  переносимому  турбулентным
путем  в  вертикальном  направлении  в  единицу  времени  через
единицу  площади  при  градиенте  температуры,  скорости  или
влажности  воздуха  равном  единице.
 В  действительности  потоки  QK>  /ст  и  Е  состоят  из  двух  ча¬
стей,  одна  из  которых  обусловлена  механизмом  турбулентного
обмена,  а  другая  обязана  процессу  молекулярного  обмена.
В  соответствии  со  оказанным
 	 Лшш
 ^ 	=  —  pu'v"  +  РЧ  -0Z  .
 q.=q;+<3i=-iV^+pV-.JI'
 Е  =  Е,+Е. 	wV  +  р  о  Ц-.
 Здесь  г],  А,ми  D  —  соответственно  коэффициенты  вязкости,  моле¬
кулярной  теплопроводности  и  молекулярной  диффузии,  a  v'  и
v"  —вертикальная  и  горизонтальная  скорости  ветра;  V  и  q'  —
вертикальные  температура  и  влажность  воздуха.
 В  непосредственной  близости  к  деятельной  поверхности  вер¬
тикальные  пульсации  скорости  ничтожны,  а  значит  t>'  =  0;  но
уже  на  расстоянии  1  мм,  а  тем  более  выше,  турбулентное  трение,
турбулентный  поток  тепла  и  турбулентный  поток  влаги  значи¬
тельно  превосходят  соответствующие  величины  молекулярного
трения  и  потоки  тепла  и  влаги,  обусловленные  молекулярными
процессами.  Ввиду  этого  в  величинах  суммарных  потоков  тт,
QK  и  Е  можно  пренебречь  величинами  *1,  Q“  и  Ем.  Тогда  фор¬
мулы  (23)  —  (25)  могут  быть  записаны  в  форме:

ТУРБУЛЕНТНЫЙ  ТЕПЛООБМЕН
 427
 §  31
 Qk  =  Р  CpT'v',
 Тт  = 	pv'v",
 E  =  pq'v'.
 (26)
 (27)
 (28)
 Черта  над  произведениями  v'v'\  T'v'  и  q'v'  означает  знак  осред¬
нения.  Обе  системы  уравнений  (23—25)  и  (26—28)  могут  слу¬
жить  основой  для  определения  величины  коэффициента  турбу¬
лентности.  Первый  из  двух  возможных  путей  состоит  в  исполь¬
зовании  структурных  наблюдений.  Согласно  этому  принципу
производится  синхронная  автоматическая  запись  —  регистрация
(весьма  мало  инерционными  датчиками)  мгновенных  турбулент¬
ных  пульсаций  величин  v"  и  v'  или  v'  и  V  или  v'  и  q'.
 Составляя  соответственно  произведения  v'v'\  v'T'  и  q'v'  и
осредняя  последние  за  определенный  интервал  времени,  можно
перейти  к  вычислению  потоков  тт,  Q,*  и  £  по  формулам
 (26) 	—  (28),  а  зная  потоки,  найдем  согласно  (23)  —  (25),  искомые
значения  коэффициента  турбулентности.  Этот  плодотворный
прием,  развиваемый  в  трудах  А.  М.  Обухова  (1951)  и  др.,  для
сельскохозяйственной  практики  пока  еще  не  осуществлен  из-за
кажущейся  сложности.  Ввиду  этого  обратимся  к  другому,
более  доступному  методу  нахождения  потоков  (а  следовательно,
и  величины  k),  основанному  на  непосредственном  использовании
наблюдений  над  распределением  средних  величин  метеорологиче¬
ских  элементов  стандартными  метеорологическими  приборами,
вместо  использования  сложных  измерений  пульсаций  специаль¬
ными  приборами.
 Так  как  само  распределение  метеорологических  элементов,
в  зависимости  от  степени  устойчивости  приземного  слоя  носит
различный  характер,  необходимо  остановиться  на  понятии  устой¬
чивости.  Основным  показателем  устойчивости  приземного  слоя
принимается  вертикальный  температурный  градиент  в  нем.  Со¬
стояние  атмосферы  считается  устойчивым  при  вертикальных
градиентах  температуры,  не  способствующих  вертикальным  дви¬
жениям,  и  неустойчивым—(при  температурных  градиентах,  бла¬
гоприятствующих  интенсификации  вертикальных  движений.  Если
в  результате  наличия  температурного  градиента  поднимающаяся
частица  холоднее  окружающей  среды,  а  опускающаяся  теплее,
то  состояние  атмосферы  устойчиво.  Наоборот,  оно  неустойчиво,
если  поднимающаяся  частица  теплее,  а  опускающаяся  холоднее
окружающей  среды.
 Неустойчивая  стратификация,  особенно  способствующая  раз¬
витию  вертикальных  турбулентных  пульсаций,  связана  со  сверх-
адиабатичеоким  температурным  режимом,  имеющим  место
обычно  в  дневное  время,  когда  деятельная  поверхность  теплее
окружающего  воздуха.  Профиль  температуры,  характерный  для

428
 ТЕПЛОВОЙ  БАЛАНС  ДЕЯТЕЛЬНОЙ  ПОВЕРХНОСТИ
 [ГЛ.  I
 К,.-
 0,5
 3,
 -1
 г
 \
 V/
 ь
 такого  состояния,  представлен  на  рис.  125.  Устойчивая  страти¬
фикация  (кривая  /),  при  которой  вертикальные  пульсации  сла¬
бее  выражены  и  турбулентность  развита  менее  значительно,  свя¬
зана  с  инверсионным  температурным  режимом,  имеющим  место
обычно  в  ночное  время,  когда  деятельная  поверхность  холоднее
 окружающего  воздуха.  Про¬
филь  температуры,  характер¬
ный  для  такого  состояния,
представлен  на  кривой  2.
 Оба  упомянутых  выше  ти¬
па  стратификации  приземного
слоя  объединяются  термином1
неравновесного  режима.  В  от¬
личие  от  этого  равновесный
режим  характеризуется  без¬
различной  стратификацией,  при
которой  отсутствуют  верти¬
кальные  температурные  гра¬
диенты.  Турбулентность  в  этом
случае  возникает  не  из-за  тер-
чо  мических  причин,  а  лишь
вследствие  динамических  фак¬
торов,  к  которым  следует  от¬
нести  скорость  ветра,  степень
неровности  деятельной  поверх¬
ности.  Температурный  режим
при  равновесных  условиях,  или  безразличной  стратификации,
называется  изотермическим  и  характерен  для  вечерних  и  ут¬
ренних  периодов  суток.  Типичная  картина  температурного  про¬
филя  в  припочвенном  слое  воздуха  для  такого  режима  предста¬
влена  кривой  3.
 Два  интересующих  нас  и  связанных  между  собой  вопросов  об
определении:  а)  коэффициента  турбулентности  и  на  этой  основе
 б) 	турбулентного  потока,  решаются  по-разному  при  различной
стратификации  приземного  подслоя.  Для  равновесного  состояния,
когда  имеет  место  безразличная  стратификация  или  изотермиче¬
ский  профиль  температуры,  к  приземному  слою  с  известным  при-
приближением  применима  теория  турбулентности  Прандтля,
выведенная  для  течения  воздуха  в  аэродинамической  трубе.
В  этой  теории  делается  предположение  о  прямой  пропорциональ¬
ности  между  путем  смешения  /  и  высотой  Z:
 /  =  *Z 	(29)
 10  го  зо
 Рис.  125.  Изменение  температуры
воздуха  с  высотой  в  различные  часы
суток.
 Воронеж.  Пар  10/VII  1948.
 к  —  безразмерная  величина,  равная  для  труб  0,38,  а  для  при¬
земного  слоя  —  в  среднем  тому  же  числу  вследствие  возможных
колебаний  в  пределах  0,36—0,43.

ТУРБУЛЕНТНЫЙ  ТЕПЛООБМЕН
 429
 $  3)
 Подставляя  в  (29)  значение  (22)  и  (23),  перепишем  хт  в  виде:
 (30)
 Вводя  обозначение
 V
 II
 «
 (31)
 (t>  —  динамическая  скорость),  найдем:
 ~  dv
 v*  —  %Z'~dZ'
 (32)
 После  интегрирования  (32)  получим
 (33)
 где  v—скорость  ветра  на  высоте  Z,  a  V\  —  на  высоте  Z\.  Фор¬
мула  (33)  показывает,  что  при  равновесных  условиях  ветер  по
высоте  распределен  по  логарифмическому  профилю.  По  аналогии
исходных  формул  распределение  температуры  и  влаги  будет  под¬
чиняться  подобному  же  логарифмическому  закону.
 Если  принять  во  внимание,  что  реальные  поверхности
всегда  шероховаты,  то  можно,  считая  скорость  v  равной
нулю  не  на  самой  поверхности,  а  на  некотором  уровне  Zo
(т.  е.  при  Z\  =  Z0  будет  v\  —  0)
вместо  (33)  найти:
 "=->!;•  <34>
 Величина  меры  шероховато¬
сти  Z0  не  совпадает  с  высотой
бугорков,  выступов  и  неровно¬
стей  А0  на  поверхности  почвы.
 Величина  Z0  значительно
меньше  h0:  она  меняется  в  за¬
висимости  от  рельефа  и  про¬
филя  ветра  над  почвой,  а  так¬
же  в  зависимости  от  высоты
растительной  массы.  Для  ряда
объектов  мера  шероховато¬
сти  установлена  на  основа¬
нии  изучения  профиля  ветра
(табл.  106).
 Из  приведенных  выше  рассуждений  вытекает,  что  коэффи¬
циент  турбулентности  не  является  величиной  постоянной.  В  са¬
мом  деле,  из  (22),  (29),  (32)  видно,  что
 k  =  %vtZ.
 Таблица  106
 Шероховатость  различных
подстилающих  поверхностей
 Объект
 Мера
 шероховатости,
Z0,  см
 Оголенная  почва
 1,0
 Трава
 Мощный  снежный
 3,0
 покров  ....
Средний  неровный
 0,5
 снег
 U
 Поле  —  пар  .  .  .
 2,0
 Пшеница,  рожь  .
 5,0
 (35)

430
 ТЕПЛОВОЙ  БАЛАНС  ДЕЯТЕЛЬНОЙ  ПОВЕРХНОСТИ
 [ГЛ.  I
 Выражение  (35)  позволяет  утверждать,  что:  а)  при  равновесных
условиях  коэффициент  турбулентности  прямо  пропорционален
высоте  и  б)  для  заданной  высоты  коэффициент  турбулентности
прямо  пропорционален  величине  динамической  скорости.
 Обозначая  величину  коэффициента  турбулентности  k  на  еди¬
ничной  высоте  (Z  =  1  м)  через  k\t  перепишем  (35)  в  форме:
 h  =  w.
 (36)
 k  =  k^Z.
 (37)
 Итак,  схема  вычисления  величины  коэффициента  турбулент¬
ности  и  турбулентного  потока  тепла  в  условиях  равновесного
состояния  приводится  к  следующему:  а)  измеряем  скорость  ветра
на  двух  высотах  Z  и  Z|,  б)  по  формуле  (33)  находим  v*,  в)  по
формуле  (34)  находим  Z0,  г)  по  уравнению  (36)  вычисляем  k\  и,
наконец,  д)  согласно  соотношению  (37)  находится  искомое  k.
Только  теперь,  имея  величину  &,  можно  на  основании  (23)  —  (25)
вычислить  любой  из  интересующих  нас  трех  турбулентных  пото¬
ков  Тт,  QK  и  Е.  Мы  отвлекаемся  от  уточнения  указанной  схемы,
которое  может  быть  достигнуто  за  счет  добавочных  наблюдений
на  3-м,  4-м,  5-м  и  т.  д.  уровнях.  Однако  для  практических  целей
при  решении  большинства  задач,  встречающихся  в  агрофизике,
в  таком  уточнении  нет  острой  необходимости,  так  же  как  и  нет
надобности  в  нахождении  величины  Z0  по  формуле  (34);  послед¬
няя  с  достаточным  приближением  может  быть  взята  просто  по
таблице.
 Под  неравновесными  условиями  имеется  в  виду  отход  от  изо¬
термического  режима  (вечерний  и  утренний)  и  переход  к  анализу
инверсионных  (ночной)  и  сверхадиабатических  (дневной)  режи¬
мов.  Метод  подобного  анализа,  как  правило,  сводится  к  заданию
в  виде  формул  профиля  метеорологических  элементов,  например
скорости  ветра.  Эти  формулы  содержат  некоторые  неопределен¬
ные  эмпирические  коэффициенты.  Значения  последних  находят
при  сравнении  опытных  результатов,  учитывающих  реальную
степень  устойчивости  атмосферы,  с  предполагаемыми  теоретиче¬
скими  формулами.  Д.  Л.  Лайхтман  (1945)  предложил  для  нерав¬
новесных  условий  нелинейную  (в  отличие  от  равновесных  усло¬
вий)  зависимость  /  от  Z,  а  именно  степенную:
 I  =  AZl~* 	(38)
 А  и  е  —  коэффициенты,  величины  которых  зависят  от  страти¬
фикации  приземного  слоя.
 Вставляя  в  формулу  (23)  значение  k,  согласно  (22),  и  значе¬
ние  /,  согласно  (38),  сначала  найдем  т  ,  а  затем,  учтя  (31),  уже
после  интегрирования,  иокомое  значение  для  скорости  v,  наши-

ТУРБУЛЕНТНЫЙ  ТЕПЛООБМЕН
 431
 §  3]
 сав  которое  дважды  для  высот  Z  и  Zb  получим  закон  для  рас¬
пределения  скорости  ветра  с  высотой:
 v-vl  =  -fc(Z'  —  X). 	(39)
 Если  теперь  учесть,  что  на  высоте  Z  =  Z0  скорость  обращается
в  нуль  (t>i  =  0),  то  получим  возможность  переписать  (39)
в  форме:
 v  =  ^{Z'-Z$). 	(40)
 Два  раза  переписанная  формула  (40)  для  высот  Z  и  Z|  позво¬
ляет  освободиться  от  величин  0#  и  А  и  выразить  распределение
скорости  ветра  с  высотой  в  виде  закона  Лайхтмана
 Z8  —  Zq
 v  =  v,—-±. 	(41)
 е  —  число  положительное  и  равное  0  <  г  <  0,5  для  инверсион¬
ных  условий,  отрицательное  и  равное  —0,5  <  е  <  0  для  сверх¬
адиабатических  условий.  е  =  0  соответствует  равновесному  ре¬
жиму.  Из  (38)  и  (39)  получается  степенной  закон  изменения  k
с  высотой
 *<42>
 Последнее  выражение,  подставленное  в  уравнение  (24)  для  тур¬
булентного  потока  QK  после  интегрирования  позволяет  написать
выражение  для  разности  температуры  воздуха  на  уровнях  Z  и  Zj:
 Т-Т'  =  ^(43)
 Вводя  новую  высоту  Z2,  можно,  используя  выражение  (43)  два¬
жды,  получить  формулу,  выражающую  профиль  температуры,
который  аналогичен  профилю  ветра  в  приземном  слое  [см.  для
сравнения  (41)]:
 Т  —  Тх  ?  —
Т2-Тх  =  z8-^*
 (44)
 Другая,  более  упрощенная,  но  достаточно  точная  для  решения
многих  практических  задач  схема  Будыко  (1948)  предполагает
для  пути  смешения  вместо  (38)  следующее  выражение:
 I  =  *mZ, 	(45)
 С  помощью  выражения  (45)  можно  получить  следующую  си¬
стему  уравнений  для  коэффициента  турбулентности  6,  динамиче¬

432
 ТЕПЛОВОЙ  БАЛАНС  ДЕЯТЕЛЬНОЙ  ПОВЕРХНОСТИ
 [ГЛ.  I
 ской  скорости  о*,  профиля  ветра  v  и  температуры:
 k  =  ■wiV'Z,
v,  =  x/nZ  ^2  >
 (46)
 (47)
 (48)
 (49)
 По  этой  схеме  коэффициент  турбулентности  линейно  растет  с  вы¬
сотой,  а  профиль  скорости  ветра  и  температуры  воздуха  описы¬
ваются  логарифмическим  законом  при  любой  стратификации.
Коэффициент  т,  характеризующий  степень  устойчивости,  равен:
для  инверсий  0,2  <  т  <  1,  а  для  сверхдиабатических  режимов
1  </п<4.
 Теперь  мы  можем  перейти  к  окончательному  написанию  инте¬
ресующей  нас  величины  турбулентного  потока  тепла  Q*.
 Для  равновесных  условий:  а)  используем  формулу  (24),  в  ко¬
торой  k  заменяется  по  формуле  (35),
 б) 	полученное  выражение  интегрируем  и  находим  Т,
 в) 	из  формулы  для  Т,  написанной  дважды,  находим  искомый
поток  и,  наконец,
 г) 	в  последнем  выражении  заменяем  о*  через  скорость  ветра,
согласно  (33).
 Все  эти  этапы  изложены  ниже.
 Таким  образом,  для  нахождения  потока  необходимо  на  двух  вы¬
сотах  в  припочвенном  воздухе  найти  скорости  ветра  и  темпера¬
туры,  т.  е.  v,  vu  Т,  Т|.
 Для  неравновесных  условий  схема  нахождения  турбулентного
потока  тепла  такова:
 а) 	используем  формулу  (24),  в  которую  вместо  k  подста¬
вляем  (42),
 б) 	полученное  выражение  интегрируем  и  находим  Т.
 «>  г=—l^mz+c,
 (50)

ТУРБУЛЕНТНЫЙ  ТЕПЛООБМЕН
 433
 §  3]
 в) 	из  формулы  для  Т,  написавной  дважды,  находим  искомый
поток  QK,
 г) 	для  k\,  фигурирующего  в  этой  формуле,  справедливо  соот¬
ношение:
 Итак,
 Ai  =
 0-25)0—У*
 а) 	QK  =  -pCl,k^  =  -pcPkl(^j  '-g,
 о  71-'
 б) 	T  =  —y—h-Z'  +  C9
 в)  QK
 г)  QK
 ePcp^i
 (7*  T'i)
 z\—(r—Z\)  9
 (T  —  Tx)  tpcp
 (51)
 (52)
 Таким  образом,  для  определения  искомого  потока  в  неравно¬
весных  условиях  надо  измерить  температуры  Т  и  ТХу  на  двух  высо¬
тах  Z  и  Zx  (из  которых  Zi  =  l  м),  а  также  скорость  ветра  на
высоте  1  м;  Z0  и  е  известны  (первая  —  по  таблице,  численное
значение  е  приведено  выше  для  реальных  условий).
 Важной  особенностью  турбулентного  потока  является  его  по¬
стоянство  на  разных  высотах  в  пределах  приземного  слоя.
 Величина  этого  потока  на  разных  уровнях  равна  теплоотдаче
деятельной  поверхности.  За  счет  некоторого  огрубления  резуль¬
тата,  не  очень  существенного  для  ряда  задач,  можно  при  нахо¬
ждении  величины  теплового  потока  обойтись  без  знания  профиля
температуры  в  припочвенном  слое,  ограничиваясь  лишь  (помимо
характеристик  турбулентности  этого  слоя)  заданием  хода  тем¬
пературы  на  самой  поверхности  почвы.  Здесь  имеется  в  виду
обобщение  изложенного  выше  подхода,  принятого  для  подсчета
теплового  потока  в  почву,  также  без  знания  профиля  температур,
на  основании  известного  лишь  хода  температуры  на  поверхности.
 Как  и  в  предыдущем  случае,  решение  ищется  в  виде  периоди¬
ческого  в  течение  суток  ряда  и  ответ  получается  не  для  самих
величин  теплового  потока,  а  для  отклонения  от  среднесуточного
значения  его.  С  этой  целью  решается  дифференциальное  уравне¬
ние  турбулентной  теплопроводности  для  воздуха:
 Величина  k  является  переменной,  зависящей  по  преимуществу
от  высоты  Z,  причем,  согласно  установившемуся  воззрению,
 28  Зак.  196.

434 	ТЕПЛОВОЙ  БАЛАНС  ДЕЯТЕЛЬНОЙ  ПОВЕРХНОСТИ 	[ГЛ.  I
 величина  k  растет  по  линейному  закону  с  ростом  Z  от  значения
k0  (молекулярный  коэффициент  обмена),  которую  она  имеет  на
уровне  деятельной  поверхности,  до  некоторой  высоты  излома
(50—100  м)у  выше  которой  она  становится  неизменной.  По¬
скольку  нас  интересует  самый  припочвенный  слой,  мы  имеем
право  считать,  что  принятие  линейного  закона  для  роста  k  с  вы¬
сотой  во  всем  слое  протяженностью  1,5—2  км  внесет  малую
ошибку  в  расчеты  температуры  и  теплового  потока  в  непосред¬
ственной  близости  к  деятельной  поверхности.  Таким  образом,
для  k  принимается  следующий  закон:
 k  =  k0(\-\-mZ). 	(54)
 Здесь  т  —  скорость  изменения  величины  k  с  изменением  высоты.
 На  поверхности  задается  на  основе  наблюдений  суточный  тем¬
пературный  ход  в  виде  периодического  ряда:
 0(0,  f)  =  2  [(0n,)ocostuot-(—  (0n,)osin(55)
 ©  —  отклонение  от  среднесуточных  значений.
 На  большой  высоте  суточные  колебания  температуры  зату¬
хают,  т.  е.
 e(z>  *Wco  =  0- 	(56)
 Решение  ищется  также  в  форме  периодического  ряда  в  суточном
интервале
 0  (Z,  *)  =  2  (0»icos  »“*+8*  sin  nu>*). 	(57)
 ©n,  и  0Па  —  амплитудные  значения  суточных  колебаний  тем¬
ператур  в  воздухе,  которые  неизвестны,  а  (©„,)„  и  (©«Л  —  зна¬
чения  тех  же  величин  на  деятельной  поверхности,  которые  из¬
вестны  из  опыта.
 Приводим  окончательное  решение  для  величин  теплового  по¬
тока  (его  отклонения  от  среднесуточного  значения),  получаю¬
щееся  в  виде  ряда  с  количеством  членов  или  гармоник,  равным
п,  соответствующим  числу  их,  которое  получается  при  разложе¬
нии  на  гармоники  заданной  опытной  кривой  температурных  коле¬
баний  за  сутки.  Эта  величина  такова:
 П
 Qb  :=  2  ifi  К«){\Сп,  {йпУ 	Сщ  (Ьп)']  cos 	-(—
 -b  [Cn,  (bn)'  -\-Сщ  (a„)"]  sin  runt),
 (58)

ТУРБУЛЕНТНЫЙ  ТЕПЛООБМЕН
 435
 §  3]
 a»=her(!  V  ij-)=her(w.
 ^=hei(^-/"^)  =  hei  ^o),
 r*  	 gn  (вя,)р  H~  (^w2)o
 *«  +  **
 “n  I  П
 	 аП  (eM2)o  (^Nj)o
 -W2 	О  , 	/,2
 лп  +  *п
 her  и  hei  —  обозначение  действительной  и  мнимой  частей  функ¬
ции  Ганкеля.  Эти  величины  известны,  если  известны  значения  т;
остальные  определяющие  эти  функции  величины  п,  со,  k0  —
постоянные  и  известные  числа.  Известна  также  и  величина  В  —
это  постоянное  число,  равное  ^  рКбо  (^о  =  0,16  см2/сек;  ср  =
=  0,24  кал/градг,  р=  1,291  •  10'3  г/см3).  (ап)'  и  (6W)'  означают
первые  производные  от  функции  ап  и  6П.
 Для  ряда  расчетов,  как  показывает  анализ  опытных  материа¬
лов,  вполне  можно  удовлетвориться  наличием  двух  первых  чле¬
нов  в  разложении  ряда,  представляющего  колебания  темпера¬
туры,  а  следовательно,  и  потока.  Кроме  того,  можно
воспользоваться  имеющимися  в  нашем  случае  малыми  значе¬
ниями  аргумента  функции  Ганкеля  g0.  Тогда
 her  (£0)  =  0,5;
 hei(*o)  =  ——  ln-|-
 v  07 	*  Yo^o
 D_
 ?0
 7o  —  известная  постоянная  Эйлера.
 [her(«o)]'  =  0;  [hei  (lo  =
 Эти  упрощения  позволяют  весьма  просто  выразить  величину  теп¬
лового  потока  (58).
 Таким  образом,  для  нахождения  величины  суточных  колеба¬
ний  теплового  потока  требуется,  помимо  известных  из  опыта  двух
гармоник  температурных  колебаний  на  деятельной  поверхности,
знание  лишь  одной  величины  go  или  связанного  с  ней  значе¬
ния  т,  которое  представляет  собой  наклон  прямой  возрастания
величины  коэффициента  обмена  с  высотой  k(Z).  Как  находится  k
мы  уже  ранее  отмечали.  В  частности,  вполне  мыслимо  из  выра¬
жения  (54)  определить  /п,  если  найдено  k  на  какой-либо  высоте,
например  единичной.  Тогда
 —  0,01  =  т.
 28*

436
 ТЕПЛОВОЙ  БАЛАНС  ДЕЯТЕЛЬНОЙ  ПОВЕРХНОСТИ
 [ГЛ.  I
 Методы  нахождения  коэффициента  k  на  высоте  100  см  (т.  е.
величины  k\)  уже  ранее  обсуждались.  Чтобы  перейти  от  от¬
клонения  температуры  0  к  самим  температурам  Г,  следует
учесть  среднесуточное  значение  температуры  т  и  прибавить
его  к  0.
 Среднесуточное  распределение  температур  по  высоте  выпол¬
няет  в  этой  задаче  равновесное  распределение  или,  в  силу  перио¬
дического  характера  задачи,  начальное  распределение.  Это  рас¬
пределение,  ввиду  того,  что  коэффициент  k  с  высотой  меняется
линейно,  может  быть  только  логарифмическим  или  постоянным.
Практически  в  качестве  начального  распределения  удобно  поль¬
зоваться  постоянной  температурой  в  момент  изотермии,  который
для  воздуха  несколько,  смещен  по  отношению  к  моменту  наступ¬
ления  изотермии  в  почве.  Искомый  тепловой  поток  в  этом  случае
будет  выражаться  формулой  (58)  и  явится  истинным  значе¬
нием  QK.
 После  того  как  мы  научились  находить  тепловой  поток  в  воз¬
дух,  обратимся  к  вопросу  о  том,  какова  удельная  роль  в  общем
балансе  этого  компонента,  каков  его  ход  и  каковы  численные
значения  в  различных  задачах,  интересующих  науку  и  практику
сельского  хозяйства.  Здесь  также  можно  отметить  два  рода
влияний  на  величину  QK.  Один  из  них  обусловлен  изменениями,
претерпеваемыми  другими  слагаемыми  уравнения  теплового  ба¬
ланса,  а  второй  связан  непосредственно  с  изменениями  парамет¬
ров,  определяющих  величину  QK,  т.  е.  с  изменением  градиента
температуры  в  приземном  слое  и  коэффициента  турбулентного
обмена,  который  в  свою  очередь  зависит  от  скорости  ветра  и  ха¬
рактера  его  распределения  в  атмосфере,  шероховатости  деятель¬
ной  поверхности,  температурной  стратификации  и  т.  д.  Очень
трудно  бывает  на  практике  при  решении  агрофизических  задач
разделить  эти  влияния,  разграничить  и  оценить  каждый  из  дей¬
ствующих  факторов.
 В  качестве  иллюстрации  ниже  приводятся  несколько  приме¬
ров  анализа  и  оценки  величины  QB,  имеющих  практическое  зна¬
чение.
 Прежде  всего  следует  подчеркнуть  резко  выраженный  суточ¬
ный  ход  турбулентного  потока  тепла.  Вместо  оттока  от  деятель¬
ной  поверхности  (положительные  значения  QK)  в  дневное  время
мы  наблюдаем  ночью  приток  тепла  к  ней  (отрицательные  значе¬
ния  Qк).  Такова  типичная  картина  в  летний  сезон,  причем  сами
абсолютные  значения  QK  днем  во  много  раз  больше  ночных.  Это
соотношение  может  быть  равным  и  3  (Ленинград)  и  10  (Воро¬
неж),  а  в  некоторых  случаях,  когда  степень  турбулентности
ночью  выражена  крайне  слабо  и  имеет  место  полный  штиль,  это
соотношение  может  приближаться  к  оо  в  связи  со  стремлением
величины  QB  в  некоторые  ночные  моменты  к  нулю.  На  рис.  126

ТУРБУЛЕНТНЫЙ  ТЕПЛООБМЕН
 437
 §  3]
 представлен  суточный  ход  величины  QK  для  двух  районов  СССР:
северного  (Ленинград)  и  южного  (Воронеж).
 Работы  Главной  геофизической  обсерватории,  проводимые
в  последние  годы,  дают  нам  в  руки  ценный  материал  для  су¬
ждения  о  распределении  элементов  теплового  баланса,  в  частно¬
сти  величины  турбулентного  (потока  тепла,  в  зональном  разрезе
(М.  И.  Будыко,  1955,  1956).
 Для  оценки  величины  QK  в  зональном  разрезе  могут  служить
карты,  построенные  по  материалам  наблюдений,  обработанных
по  методам  статистического  осреднения.  Эти  средние  статиетиче-
 Рис.  126.  Суточный  ход  турбулентного  потока  тепла  для
разных  районов  СССР.
 1  —  Воронеж;  2  —  Ленинград.
 ские  цифры  пригодны  для  суждения  о  процессах  макроскопиче¬
ского  характера  и  чаще  всего  могут  быть  полезны  при  решении
различных  конкретных  вопросов,  связанных  с  тем  или  иным
агротехническим  приемом,  примененным  в  данном  районе.  Инте¬
ресующий  нас  микроклиматический  подход  показывает,  что
в  местах,  укрытых  и  защищенных  от  ветра,  в  связи  с  уменьше¬
нием  величины  коэффициента  обмена  и  ослаблением  скорости
ветра  по  сравнению  с  открытой  местностью,  величина  QK  дол¬
жна  заметно  снизиться.
 Характерным  в  этом  отношении  является  рис.  127,  демонстри¬
рующий  суточный  ход  величины  QB  в  открытой  степи  и  на
участке,  окаймленном  лесными  полосами.  В  дневное  время  поток
Qk  в  степи  почти  вдвое  больше,  чем  в  межполосном  простран¬
стве.  Ночью,  когда  вообще  факторы  турбулентности  перестают
играть  какую-либо  значительную  роль,  обе  кривые  почти  сли¬
ваются.  Любопытно  также  отметить,  что  по  сравнению  с  гладкой
шероховатая  поверхность,  способствующая  в  динамическом

438 	ТЕПЛОВОЙ  БАЛАНС  ДЕЯТЕЛЬНОЙ  ПОВЕРХНОСТИ 	[ГЛ.  I
 отношении  развитию  турбулентности,  должна  при  всех  про¬
чих  равных  условиях  демонстрировать  большую  теплоотдачу
в  воздух.
 При  сравнении  хода  суточных  кривых  QK  на  гладкой  и  греб¬
нистой  поверхностях,  ib  соответствии  со  сказанным,  на  первой  из
них  Q  к  больше  чем  на  второй.  При  всех  прочих  равных  условиях
более  нагретая  поверхность  должна  создавать  условия  для  ин¬
тенсивной  неустойчивости  в  припочвенном  слое  воздуха,  для  уве¬
личенного  градиента  температур  в  этом  слое  и,  следовательно,
для  большей  турбулентной  теплоотдачи.  В  полном  соответствии
со  сказанным  мы  наблюдаем  больший  отток  тепла  на  участке
почвы,  искусственно  подогреваемом  с  помощью  водяных  труб,
по  сравнению  с  расположенным  рядом  и  идентичным  во  всех  от¬
ношениях  с  первым,  но  не  обогреваемым  участком.  Правда,
 Рис.  127.  Суточный  ход  турбулентного  пото¬
ка  QK  в  открытой  степи  (/)  и  в  межполосье  (2).
 в  этом  случае  увеличивается  также  поток  тепла  на  искусственно
обогреваемом  поле,  связанный  с  усиленным  испарением,  но  раз¬
дельный  учет  теплоотдачи  величины  QK  и  QT  показывает  их
одновременный  рост  по  сравнению  с  естественным  полем  за  счет
действия  внутреннего  источника  (горячей  воды).  Черные  почвы,
которые  сильнее  нагреваются,  должны  при  прочих  равных  усло¬
виях,  отдавать  больше  тепла  в  воздух  путем  турбулент¬
ного  обмена.  Вообще,  это  положение  относится  ко  всем  случаям,
предполагающим  лучшее  нагревание  почвы.  Интересно  отметить,
как  влияет  растительный  покров  на  величину  турбулентного  по¬
тока  тепла.  Если  взять  два  участка  поля,  совершенно  одинако¬
вых,  но  один  из  них  находится  под  паром,  а  другой  под  озимой
пшеницей,  то  при  равных  влияниях  внешней  среды  и  одинаковой
почвенной  и  .метеорологической  обстановке  окажется,  что  тепло¬
отдача  на  пару  больше.  Это  объясняется  лучшими  условиями  об-

§  4]  ТЕПЛООБМЕН  ВСЛЕДСТВИЕ  ИСПАРЕНИЯ  И  КОНДЕНСАЦИИ 	439
 •
 текания  подстилающей  поверхности  на  пару,  большими  значе¬
ниями  скорости  ветра  у  этой  поверхности,  а  также  повышенным
значением  градиента  температуры  в  припочвенном  воздухе.
 §  4.  Теплообмен  между  деятельной  поверхностью  и
 припочвенным  воздухом  вследствие  процессов  испарения
и  конденсации
 На  основании  современных  представлений  перенос  шара  от
деятельной  поверхности  в  припочвенный  воздух  вследствие  про¬
цесса  испарения  и  обратный  ток  этого  пара  из  воздуха  к  поверх¬
ности  (следствие—процесс  конденсации  на  ней)  осуществляются
турбулентным  механизмом  обмена.  Здесь  мы  примем  теорию  о
полной  аналогии  между  процессом  переноса  тепла  и  влаги  и  бу¬
дем  считать  природу  этих  процессов  тождественной.  Несмотря  на
некоторые  принципиальные  различия,  отмеченные  в  литературе,
будем  исходить  из  того,  что  оба  процесса  определяются  одними
и  теми  же  характеристиками  турбулентности  и  что  практически
основная  характеристика  этих  процессов  —  коэффициент  турбу¬
лентности  —  численно  одинакова.  Так  как  структура  исходных
уравнений  для  потоков  тепла  и  влаги  совершенно  аналогична,
а  коэффициент  обмена  в  формулах  (24)  и  (25)  одинаков  и  оди¬
наковым  образом  зависит  от  высоты,  меры  шероховатости  и
стратификации  атмосферы,  то  вся  схема,  развитая  выше  для  вы¬
числения  турбулентного  потока  тепла,  сохраняет  свою  силу  и
в  данном  случае.  Итак,  выражение  для  потока  влаги  задано
уравнением  (25).  Поскольку  нас  в  дальнейшем  будет  интересо¬
вать  количество  тепла,  обусловленное  процессом  испарения,  то
будем  вместо  (25)  пользоваться  уравнением:
 QT  =  LE  =  pkj2  L, 	(59)
 где  L  —  скрытая  теплота  парообразования,  равная  при  темпера¬
турах,  близких  к  0°  С,  600  кал/г  и  мало  уменьшающаяся  с  ростом
температуры  в  интересующих  нас  интервалах  летних  температур
(на  5%),  а  также  мало  возрастающая  с  понижением  температуры
в  интервале  отрицательных  температур  (на  5%).  Будем  считать
величину  QT  отрицательной  в  процессах  испарения  и  положи¬
тельной  при  конденсационных  процессах.  Как  установлено,  рас¬
чет  QT  производится  по-разному  в  случае  равновесных  и  неравно¬
весных  условий.  При  равновесных  условиях  используем  (25),
в  котором  k  находится  по  формуле  (Э5).  Далее  полученное  вы¬
ражение  интегрируем,  что  позволяет  найти  влажность  q.  Нако¬
нец,  из  найденного  выражения  для  q  вычисляем  искомый  поток
QT,  заменяя  в  нем  динамическую  скорость  по  формуле  (33).  Все

440
 ТЕПЛОВОЙ  БАЛАНС  ДЕЯТЕЛЬНОЙ  ПОВЕРХНОСТИ
 (ГЛ.  I
 эти  операции  изложены  ниже:
 QT  =  LE  =  —  Lpk  =  —  L^vtZ~,
 (q  —  qx)  Ц-S-  (v  —  t/t)
 (60)
 Таким  образом,  для  нахождения  потока  тепла  вследствие  испа¬
рения  или  конденсации  необходимо  на  двух  высотах  Z  и  Z\  (из
которых  Z\  =  1  м)  найти  величины  скоростей  ветра  v  и  и
влажности  воздуха  q  и  qx.  При  неравновесных  условиях  вычис¬
ление  потока  QT  ведется  по  аналогии  со  схемой  вычисления  по¬
тока  QK.  В  исходное  уравнение  (25)  подставляем  вместо  k  вы¬
ражение  (42).  Само  выражение  (42)  содержит  ku  которое
рассчитываем  согласно  (51).  Далее  полученное  выражение  ин¬
тегрируем  и  из  него  находим  искомый  поток.  Эти  операции  также
излагаются  здесь  в  указанном  порядке:
 Таким  образом,  для  определения  искомого  потока  тепла,  обус¬
ловленного  испарением,  требуется  измерение  на  единичной  вы¬
соте  Z\  и  на  какой-то  другой  высоте  Z  влажности  воздуха;  г  за¬
дается  на  основании  известного  режима  стратификации,  a  Z0
берется  из  таблицы.  Поскольку  испарение  желательно  находить
с  большой  точностью,  целесообразно  ввести  некоторые  усложне¬
ния,  в  частности  для  более  надежного  нахождения  величин  Z0  и
е.  Для  этого  требуется  ввести  дополнительные  градиенты  измере¬
ния,  в  основном  скорости  ветра  на  ряде  уровней.  Измерив  ско¬
рость  ветра,  например  на  пяти  высотах,  отложим  на  оси  абсцисс
величину  v,  а  на  оси  ординат  In  Z.  При  равновесном  режиме  гра¬
фик  должен  изобразиться  прямой,  наклон  которой  обозначим
через  а.  Строя  подобную  прямую  по  данным  измерений  влажно¬
 QT  =  -LE  =  -  LPk^,
 (61)

ТЕПЛООБМЕН  ВСЛЕДСТВИЕ  ИСПАРЕНИЯ  И  КОНДЕНСАЦИИ
 441
 §  41
 сти  на  тех  же  высотах,  находим  угол  наклона  прямой  (q,  InZ),
обозначенный  через  7.  Искомый  поток  равен:
 Q*  =  —  P*2tg<*-  tg  т- 	(62)
 При  неравновесных  условиях  задаем  произвольно,  но  в  соот¬
ветствии  с  визуальной  характеристикой  приземного  слоя,  вели¬
чину  е  для  каждой  из  избранных  высот  Z  (например  пяти)  и  вы¬
числим  для  каждого  Z  величину  X:
 Затем  строятся  графики  зависимости  v  от  Z.  Если  профиль  v  от
Z  оказывается  криволинейным,  то  построение  повторяется  для
другого  е  до  тех  пор  пока  профиль  не  станет  прямолинейным.
То  значение  е,  при  котором  получается  прямолинейный  профиль
ветра,  и  избирают  в  качестве  расчетного.  Из  того  же  трафика
находим  tg  a.
 Зная  tga  и  е,  находим  Z0  из  формулы:
 tea  = 	^ 	,
 Щ  О  —  Zq/Zi)*
 где  скорость  ветра  на  единичной  высоте.  Значение  Z0,  г  и  tga
определяет  нам  величину  k\  согласно  формуле:
 *i  =  (T^^i'2etg«. 	(63)
 Наконец,  для  вычисления  потока  QT  находим  тем  же  путем
(схема  ГГО)  на  основании  измерения  профиля  влажности  на
тех  же  высотах,  угол  7.  Окончательная  формула  для  расчета
искомого  значения  потока  тепла  вследствие  испарения  такова
(под  редакцией  П.  Н.  Тверского,  1956):
 2  72е  71-2е
 ^ 	р  L 	x*Z»Z\
 Q*=~  zT^gT  (1-е)*
 (64)
 За  счет  некоторого  огрубления  результата  можно  найти  вы¬
ражение  для  суточных  колебаний  теплового  потока,  обусловлен¬
ного  процессом  испарения.  С  этой  целью,  по  аналогии  с  уравне¬
нием  турбулентной  теплопроводности  (53),  решается  подобное
же  уравнение  турбулентной  диффузии  для  q  и  для  /:
 где  q  —  удельная  влажность,  равная  сумме  /  +  F\  F  —  среднее
суточное  значение  влажности,  которое  может  быть  и  начальным
и  имеет  по  высоте  логарифмическое  распределение;  /  —  отклоне¬
ние  от  этого  значения  в  каждый  данный  момент.

442
 ТЕПЛОВОЙ  БАЛАНС  ДЕЯТЕЛЬНОЙ  ПОВЕРХНОСТИ
 [ГЛ.  I
 Поскольку,  как  уже  говорилось,  механизм  переноса  тепла  и
влаги  одинаков,  величина  k  считается  в  уравнениях  (53)  и  (65)
одинаковой,  и  зависимость  от  высоты  в  обоих  случаях  также
одинаковая  —  линейная.  Два  граничных  условия  задачи  форму¬
лируются  в  виде:
 а) 	затухания  суточного  хода  влажности  на  большой  высоте  и
 б) 	заданного  на  основании  опытных  данных  суточного  хода
влажности  у  самой  испаряющей  поверхности:
 /(О,  t)  =  2  [(A)oCOS  tuot-(-  (fn2)o  sin  mot\.
 (fn)о  и  (fWa)o  —  амплитудные  значения  суточного  хода  колеба¬
ний  влажности  у  поверхности.
 Решение  задачи,  как  и  в  случае  турбулентного  потока  тепла,
получается  в  виде  ряда  с  членами  разложения  по  действитель¬
ным  и  мнимым  значениям  функции  Ганкеля.  Учитывая  все  упро¬
щения,  о  которых  говорилось  в  аналогичной  задаче  при  вычис¬
лении  потока  QK,  удается  получить  достаточно  оперативную
формулу  для  нахождения  потока  тепла,  обусловленного  испаре¬
нием,  которая  имеет  следующий  вид  (А.  Ф.  Чудновский,  1948):
 QT=  1,48  •  1(Г3/и
 cos  то  t
 (fn,)o 	Мп  (/и,)О
 ]-
 Здесь
 0,25  -|-  М"
 —  Г  sin  mot  °’5(^o-MfnX  1  j
 [ 	0,25  -)- 	J/
 Mn  =  0,73  (2,8  +  In  m  —  In  n  —  In  Z).
 Как  показывает  опыт  последних  лет,  весьма  надежную  схему
вычисления  теплового  потока  вследствие  испарения  можно  по¬
строить,  минуя  сложные  расчеты  по  определению  коэффициента
обмена  при  помощи  метода  теплового  баланса  (например
А.  Ф.  Чудновский  и  О.  Д.  Рожанская,  1956).
 Ввиду  важности  этого  вопроса  выделяем  его  изложение  в  от¬
дельный  параграф.  Здесь  же  отметим,  что  на  величину  теплового
потока,  обусловленного  испарением,  влияют,  как  и  в  предыдущих
случаях,  факторы  непосредственные  и  факторы  косвенные,  дей¬
ствующие  на  другие  элементы  теплового  баланса.  Прежде  всего
отметим  такие  факторы,  как  интенсивность  турбулентности,  ско¬
рость  ветра.  Так,  например,  на  двух  рядом  расположенных  и
одинаковых  во  всех  отношениях  участках,  из  которых  один  на¬
ходится  в  открытой  степи,  а  другой  окружен  лесными  полосами,
имеет  место  сильное  различие  в  режиме  испарения.  В  таком  же
направлении  действуют  укрытия,  низины  и  т.  п.
 Величина  QT  имеет  ярко  выраженный  суточный  ход  и  в  раз¬
ных  районах  и  в  разных  условиях  изменяется  от  дня  к  ночи
крайне  резко  от  0,5  кал/см2  мин  до  нуля.  Часто  ночью  наблю¬

ОПРЕДЕЛЕНИЕ  ИСПАРЕНИЯ  С  ПОЛЯ
 443
 §  5]
 дается  конденсация  вместо  испарения.  Для  ориентировки  чита¬
теля  приведем  несколько  характерных  цифр,  полученных  для
летнего  периода  (рис.  128).
 В  Ленинграде  суточный  максимум  величины  QT  равен
0,49  кал/см2  мин  (что  составляет  65%  от  радиационного
баланса  Qe).  Ночной  минимум  приближается  к  нулю,  достигая
отрицательных  значений  (сотые  доли).  Имеем  для  суточного
хода  максимум  и  минимум  для  Воронежа  соответственно  0,18
(27%  от  Qe)  и  0,02  кал!см2  мин,  для  Ташкента  0,27  и  0,01
кал]см2мин.
 Рис.  128.  Суточный  ход  теплообмена,  связанного  с  испаре¬
нием  и  конденсацией.
 1  —  Ленинград;  2  —  Воронеж.
 Из  почвенных  факторов  на  процесс  испарения  влияют:  темпе¬
ратура  почвы,  влажность,  плотность,  структурно-механический
состав.  Все  эти  вопросы  излагаются  в  четвертой  части  книги.
 §  5.  Определение  испарения  с  поля  по  методу  теплового  баланса
 Сущность  метода  теплового  баланса  состоит  в  выделении  из
уравнения  теплового  баланса  элемента,  обусловленного  испаре¬
нием,  и  расчета  его  по  данным  других  известных  составляющих
баланса.  В  самом  деле,  из  уравнения  теплового  баланса  следует:
 с. 	Q  6  Qk  Qn
 Е—  £ 	.
 Но  так  как  известно,  что
 E  =  -?kTz'  QK  =  -?Cpk£  =  LE,
 то  после  подстановки  двух  последних  выражений  в  (66)  можно
исключить  величину  k.  При  этом
 Qe~Qn  dq
 dz  1
 dT
C*  dZ
 dZ  ’
 E  =

444
 ТЕПЛОВОЙ  БАЛАНС  ДЕЯТЕЛЬНОЙ  ПОВЕРХНОСТИ
 [ГЛ.  I
 Деля  числитель  и  знаменатель  последнего  выражения  на  ,  за¬
меняя  бесконечно  малые  значения  величин  на  конечные  разности
и  выражая  потоки  тепла  в  кал/см2  час,  а  величину  испарения  —
в  мм/час  и  подставляя  вместо  L,  ср  их  численные  значения,
найдем:
 Здесь  АТ  —  средняя  разность  температур  воздуха  на  двух  высо¬
тах  в  припочвенном  слое  за  час,  Aq  —  средняя  разность  влажно¬
сти  воздуха  на  тех  же  высотах  в  миллибарах.
 Выражение  (67)  и  есть  окончательная  рабочая  формула,
с  помощью  которой  ведется  расчет  суммарного  испарения  сель¬
скохозяйственного  поля.  Из  ее  структуры  следует,  что  для  ука¬
занной  цели  требуется  измерить  четыре  величины:  Qe>  Qn>
AT,  Aq.
 1. 	Величина  Qe  измеряется  либо  балансомером,  либо  двумя
приборами:  а)  пиранометром,  регистрирующим  баланс  коротко¬
волновой  радиации  Qe.  к  и  б)  пиргеометром,  фиксирующим  пока¬
зания  баланса  длинноволновой  радиации
 Для  учета  баланса  длинноволновой  радиации  можно  вместо
пиргеометра  воспользоваться  эмпиричеокими  формулами  и  гра¬
фиками,  дающими  возможность  находить  Q3$  по  измерениям
температур  и  влажности  воздуха  на  высоте  200  м  и  по  визуаль¬
ной  облачности  за  интересующий  нас  час  суток  (см.  §  10,  гл.  I
первой  части).  В  частности,  для  этой  цели  служит  график
рис.  129,  позволяющий  по  осредненной  за  час  температуре  воз¬
духа  на  высоте  метеорологической  будки  (отложенной  на  оси
абсцисс)  и  по  осредненной  за  тот  же  час  влажности  е  воздуха
(отложенной  с  частотой  0,5  мб  на  кривых)  находить  на  оси  орди¬
нат  значение  баланса  длинноволновой  радиации  при  безоблачном
небе.  Найденная  точка  есть  пересечение  оси  ординат  с  перпен¬
дикуляром,  опущенным  в  эту  точку  кривой,  соответствующей  за¬
данной  влажности  воздуха.  Последняя  же  находится  путем  вос¬
становления  перпендикуляра  из  точки  на  абсциссе  с  заданной
температурой  до  пересечения  с  кривой  заданной  влажности.
Влажность  с  точностью  до  0,1  мб  отсчитывается  на  графике  ме¬
тодом  интерполяции  между  соседними  кривыми,  отличающимися
друг  от  друга  на  0,5  мб.  Для  учета  облачности  полученное  на
графике  число  следует  помножить  на  величину  С0п.
 2. 	Величина  теплового  потока  в  почву  находится  по  методам,
изложенным  выше  на  основании  послойного  измерения  тепло¬
емкости  до  глубины  50  см  и  параллельного  измерения  темпера¬
туры  за  рабочий  час  соответственно  в  слоях  0—5,  5—10,  10—20,
 Q6-Qn
 (67)

ОПРЕДЕЛЕНИЕ  ИСПАРЕНИЯ  С  ПОЛЯ 	445

446
 ТЕПЛОВОЙ  БАЛАНС  ДЕЯТЕЛЬНОЙ  ПОВЕРХНОСТИ
 (ГЛ.  I
 20—50  см,  а  также  из  учета  теплопроводности  ниже  слоя  50  см
и  фиксации  разности  температур  на  глубинах  50—100  см  [см.
формулу  (7)].
 Для  этого  необходимо  измерить  коэффициент  теплопровод¬
ности  с  помощью  шарового  зонда  (его  описание  дано  в  следую¬
щей  главе),  располагаемого  на  глубине  50  см,  а  профиль  темпе¬
ратуры  —  другим  прибором  —  штанговым  термозондом  (также
описанным  в  следующей  главе).  Что  касается  верхнего  50-санти¬
метрового  слоя,  то  идеальной  была  бы  такая  постановка  задачи,
в  силу  которой  измерение  теплоемкости  велось  бы  по  слоям  че¬
рез  каждые  10  см  специальным  прибором,  предназначенным  для
этой  цели.  Однако  особой  необходимости  в  этом  не  имеется.
Проще,  и  достаточно  точно  для  наших  целей,  величина  тепло¬
емкости  вычисляется  на  основании  измерений  объемного  веса  d
и  объемной  влажности  почвы  w  в  каждом  слое  согласно  фор¬
муле:
 ср  —  0,2d-|--jQQ  .
 О  нахождении  изменения  температуры  в  каждом  слое  0—5,
5—10,  10—20,  20—50  см  речь  шла  в  §  2  данной  главы.  Здесь
отметим  лишь,  что  прибор,  служащий  для  этой  цели,  это  тот  же
штанговый  термозонд,  позволяющий  находить  весь  профиль  тем¬
пературы  почвы  до  глубины  100  см,  и  специальный  прибор  —
«термопаук»  (см.  след,  главу),  необходимый  для  измерения  тем¬
пературы  самой  поверхности.  При  использовании  почвенных
термометров  Савинова  часть  теплового  потока  Qn  в  верхнем  го¬
ризонте  Q'  [см.  формулу  (6)]  рассчитывают  до  глубины  25—
30  см.  Часть  теплового  потока  в  глубокие  слои  Q"  не  вычисляют,
а  принимают  ее  равной  за  каждый  час  наблюдения  постоянной
величине  0,4  кал/см2  час.  Последнее  упрощение  вытекает  из  того
обстоятельства,  что  тепловой  поток  в  почву  вообще  представляет
в  дневные  часы  интенсивного  испарения  малую  долю  от  всего
баланса,  а  следовательно,  оценка  части  ее  с  некоторой  ошибкой
допустима.  Цифра  же  0,4  получена  как  среднее  из  обработки
многих  наблюдений  в  самых  различных  районах  и  условиях.
 Упрощение  метода  определения  величины  Qn  возможно  на
основании  приведенных  в  §  2  данной  главы  расчетов  по  формуле
(15)  и  регистрации  суточного  температурного  хода  на  испаряю¬
щей  поверхности.  Этот  метод  позволяет  обойтись  без  штангового
термозонда  и  пользоваться  простыми  срочными  термометрами,
расположенными  на  поверхности,  а  не  прибегать  к  использова¬
нию  «термопаука».  Упрощение  может  идти  еще  дальше:  вместо
послойного  измерения  теплопроводности  в  нижнем  слое  доста¬
точно  ограничиться  лишь  определением  величины  теплоусвояе-
мости  1/Хср  для  всего  слоя  почвы  0—100  см.  Однако  и  эту

§  5] 	ОПРЕДЕЛЕНИЕ  ИСПАРЕНИЯ  с  поля 	447
 операцию  можно  упростить,  связав  величину  ]Аср  в  данном  слое
его  с  влажностью,  поскольку,  как  это  выяснится,  влажность
почвы  —  это  основной  фактор,  воздействующий  на  тепловые  ха¬
рактеристики.  Все  эти  упрощения  основаны  на  том,  что  величина
теплового  потока  Qn  составляет  малую  долю  в  общем  тепловом
балансе.  Вследствие  этого  появляется  возможность  без  ущерба
для  точности  всей  задачи  упрощенно  учитывать  величину  Qn.
По  этой  же  причине  вместо  измерения  влажности  в  слое
0—100  см  мы  -при  грубых  определениях  испарения  ограничимся
визуальными  наблюдениями  влажности  на  испаряющей  поверх¬
ности  и  сопоставим  эту  визу¬
альную  влажность  с  величиной
коэффициента  теплоусвояемо-
сти  (табл.  107).
 По  указанным  выше  при¬
чинам  мы  можем  себе  позво¬
лить  распространить  эту  таб¬
лицу  на  все  виды  почв.
 3. 	Величины  Aq  и  АТ  опре¬
деляются  в  формуле  (67).  Для
этой  цели  применяют  аспира¬
ционные  психрометры,  которые
устанавливают  на  двух  высо¬
тах  так,  что  приемная  часть
одного  из  них  находится  на
высоте  200  см  от  поверхности  почвы.  В  течение  вегетационного
периода  нижний  психрометр  перемещают  по  вертикали  с  таким
расчетом,  чтобы  расстояние  от  верхушек  растений  всегда  оста¬
валось  20  *см.
 Поскольку  нас  интересуют  осредненные  показания  АТ  и  Aq
за  1  час,  то  необходимо  иметь  в  течение  этого  часа  несколько
(3—5)  показаний  сухого  и  смоченного  термометров,  которые
осредняются  для  каждой  высоты.  Разность  осредненных  значе¬
ний  за  1  час  дает  нам  АТ,  а  после  обработки  по  психрометриче¬
ским  таблицам  находится  Aq  в  миллибарах.
 Как  и  для  разности  температур,  следует  учитывать  знак,  при¬
писывая  плюс  величине  АТ,  Aq,  если  температура  по  нижнему
психрометру  выше  чем  по  верхнему.  В  точном  варианте  прибо¬
ром  для  измерения  влажности  воздуха  служит  психрометр  с  по¬
лупроводниковыми  датчиками,  в  упрощенном  варианте  —пси¬
хрометр  Асомана.
 Итак,  для  точного  определения  испарения  требуется  комплект
из  следующих  приборов:  2  психрометра,  термопаук,  штанговый
термозонд,  пиранометр  и  пиргеометр  (последний  не  обязателен).
При  этом  осуществляется  дистанционная  и  централизованная
регистрация  всех  необходимых  элементов  для  расчета  испарения.
 Таблица  107
 Значения  YХер  при  различных
влажностях  почвы
 Состояние  поверхности
 Ущ
 Сухая
 0,03
 Слабо  увлажненная  ....
 0,04
 Влажная
 0,05
 Хорошо  увлажненная  .  .  .
 0,06
 Переувлажненная  ....
 0,07

448 	ТЕПЛОВОЙ  БАЛАНС  ДЕЯТЕЛЬНОЙ  ПОВЕРХНОСТИ 	[ГЛ.  I
 С  этой  целью  в  5  м  <уг  места  установки  указанных  приборов  на
небольшом  столе  устанавливается  измерительная  аппаратура:
а)  гальванометр  для  измерения  показаний  пиранометра  и  термо¬
паука,  б)  неравновесный  мост,  к  которому  подключаются  дат¬
чики  электропсихрометров,  штангового  термозонда  и  датчик,
измеряющий  температуру  холодного  спая,  т.  е.  корпуса  термо-
паука.  Все  датчики  приборов  являются  полупроводниковыми.
Тут  же  около  стола  расположены  аккумуляторы,  питающие  мо¬
торы  электропсихрометров.  Наблюдения  ведутся  круглосуточно,
ежечасно,  сериями  в  2—3  суток.  Серии  повторяются  чаще  при
облачной  погоде.  Каждая  серия  наблюдений  связывается  либо
с  переменой  в  погоде,  либо  с  соответствующими  фазами  разви¬
тия  растений.  При  этом  в  каждый  такой  период  может  входить
одна  2—3-суточная  серия  при  ясной  погоде  и  2—3  серии  —  при
переменной  погоде.  Порядок  измерения  лучше  всего  установить
следующий.  В  начале  рабочего  часа  фиксировать  температуру
почвы  и  ее  поверхности.  Затем  3—5  раз,  а  йри  .возможности  и
до  10,  произвести  отсчеты  по  пиранометру  и  психрометру.
В  конце  часа  повторить  измерения  температуры  в  почве  и  на  ее
поверхности.  Один  раз  в  день  производить  измерение  теплопро¬
водности  почвы  и  ее  влажности  до  глубины  50  см.  Ежечасно
производить  визуальные  наблюдения  за  облачностью:  количество
облаков  всех  трех  ярусов  в  баллах.
 При  наличии  автоматической  записи  радиации,  температуры
и  влажности  воздуха,  температуры  почвы  и  ее  поверхности  во¬
прос  о  повторности  эпизодической  регистрации  этих  величин  от¬
падает.  При  отсутствии  возможности  дистанционной  регистра¬
ции  можно  идти  по  пути  упрощения  всей  схемы  определения
испарения.  В  частности,  вместо  ежечасных  наблюдений  до¬
пускается  измерение  всех  вышеперечисленных  величин  за  2  или
за  3  часа.  При  этом  можно  ограничиться  лишь  трехкратной  по¬
вторностью  за  данный  срок  показаний  психрометра  и  пирано¬
метра.  Измерение  влажности  почвы  и  теплопроводности  можно
производить  один  раз  за  каждую  серию  наблюдений.  В  этом  слу¬
чае  все  электроприборы  заменяются  обычными  метеорологиче¬
скими,  весь  комплекс  которых  сводится  к  пиранометру,  двум
психрометрам  Ассмана,  одному  термометру  для  поверхности  и
четырем  термометрам  Савинова  на  глубинах  5,  10,  20,25  см.  Как
мы  видели,  можно  даже  обойтись  и  без  термометров  Савинова.
 Ниже  излагается  другой  вариант  упрощенной  схемы  метода
теплового  баланса.  Этот  метод:
 1)  не  требует  знания  градиентов  метеорологических  элемен¬
тов,  а  основан  на  учете  абсолютных  значений  этих  элементов  на
одной  высоте,  и  притом  в  воздухе.
 Это  —  главное  преимущество  перед  всеми  методами,  ибо
определение  градиентов  температур,  а  особенно  влажности  воз¬

§  5] 	ОПРЕДЕЛЕНИЕ  ИСПАРЕНИЯ  с  ПОЛЯ 	449
 духа  на  двух  близко  расположенных  уровнях  при  наличии  ветра,
когда  воздух  перемешивается,  представляет  собой  иногда  не¬
выполнимую  задачу;
 2) 	метод  весьма  прост,  ибо  измерения  могут  быть  осуще¬
ствлены  обычными  метеорологическими  приборами,  какими  рас¬
полагает  любая  метеорологическая  станция;
 3) 	метод  не  требует  для  своей  реализации  никаких  предпо¬
ложений  о  связи  температуры  поверхности  почвы  с  упругостью
пара  или  сведений  о  характере  испаряющей  поверхности,  как
это  предвидится  у  Пенмана;  никаких  данных  о  влажности  -почвы
не  нужно  знать.
 Все  эти  преимущества  данной  схемы  вытекают  из  того  об¬
стоятельства,  что  она  использует  выведенную  нами  ранее  связь
между  температурой  воздуха  и  поверхностью  почвы  (А.  Ф.  Чуд-
новский,  1958).
 На  основании  уравнения  теплового  баланса  находим,  что
тепло,  связанное  с  испарением  поля  QT  равно  остатку  между
радиационным  балансом  Qe  и  суммой  тепла,  потраченного  на
турбулентный  обмен  QK  и  на  аккумуляцию  почвы  Q°.  Иными
словами,  QT  =  Qe  —  QK—  Qn.  Величина  Qe  будет  найдена  либо
балансомером,  либо  пиранометром  плюс  номограмма  на  основе
известной  влажности  и  температуры  воздуха.
 Величина  Qn  находится  решением  уравнения  теплопроводно¬
сти  (9)  при  условии  (8)  и  приводится  к  виду  [на  основании  (10)]:
 ^  =  —  aT0e~aZsin  (ut—  aZ)  —  aT0e~aZcos  (wt—aZ)  =
 =  V%  T0ae~aZs\n{u>t—aZ  — 	(68)
 Значит  поток
 Qn  =  lA»Xcp  rosinf  otf  — 	(69)
 Ho  To  sin  со/  =  T(0)—температура  поверхности.  Поэтому,  под¬
ставляя  последнее  выражение  в  (69),  найдем:
 Qn  =  yx^T(  0),_з. 	(70)
 Таким  образом,  тепловой  поток  в  почву  выражается  через
температуру  поверхности,  взятую  на  суточной  температурной
кривой  за  3  часа  до  момента  вычисления  теплового  потока  [эта
температура  обозначена  нами  как  Т  (0)^_3].
 Следует  иметь  в  виду,  что  пока  мы  имеем  дело  с  отклоне¬
ниями  от  среднесуточных  температур.  Чтобы  избавиться  от
знания  этой  температуры,  возьмем  два  момента  времени

ТЕПЛОВОЙ  БАЛАНС  ДЕЯТЕЛЬНОЙ  ПОВЕРХНОСТИ
 450
 [гл.  I
 симметрично  расположенных  на  температурной  волне.  Тогда
искомый  поток  будет  равен:
 Qn  = 	[Г  (0)t_3-  Т  (0)t+>]. 	(71)
 Таким  образом,  тепловой  поток  в  почву  выразился  через  раз¬
ность  температур  на  поверхности  в  два  момента  времени  на  су¬
точной  кривой,  а  именно:  за  3  часа  до  и  через  9  часов  после  того
момента,  когда  вычисляется  тепловой  поток.  Кроме  того,  нужно
знать 	которое  находится  по  визуальной  шкале  состояния
 влажности  поверхности.  Следует  помнить,  что  среднесуточный
поток  принят  равным  нулю.
 Если  мы  теперь  привлечем  разработанную  нами  ранее  тео¬
рию  связи  температуры  воздуха  и  почвы,  то  сумеем  заменить
измерение  температуры  поверхности  воздуха  через  температуру
воздуха  (Г.  X.  Цейтин  и  А.  Ф.  Чудновский,  1952).
 Действительно,  согласно  упомянутой  теории
 Тп  (t)  — 	?в  (t)  +N[?в  (t)  -  ?в  (Щ. 	(72)
 Tn(t)  —температура  поверхности  почвы  через  /  часов  после
 6 	часов  утра  (момент  изотермии);
 Т  B{t)—температура  воздуха  на  высоте  метеорологической
будки  в  тот  же  момент;
 фв  (/)  =Тв  (/)  —  Гв(0)  —  отклонение  температуры  воздуха  от
ее  начального  значения;
 9b(^i)—отклонения  температуры  в  метеорологической  будке
от  ее  начального  значения  в  некоторый  момент  t\  предшествую¬
щий  выбранному  моменту  t  (время  t  отсчитывается  в  часах  от
момента  изотермии  или,  грубо,  для  средних  широт  в  летнее
время  —  от  6  часов  утра,  местный  полдень  соответствует
t  =  6  часов).
 М  и  N  —  некоторые  функции,  зависящие  в  момент  времени  U
от  режима  турбулентного  перемешивания  и  свойств  подстилаю¬
щей  поверхности.
 В  табл.  108—ПО  приведены  значения  величин  М,  N  и  t\
(/i  также  выражено  в  часах,  протекших  от  момента  утренней
изотермии).  Таблицы  позволяют  вычислять  температуры  в  раз¬
личные  моменты  времени  от  t  =  1  час  до  /  =  24  часа  (т.  е.  от
 7 	часов  утра  до  6  часов  утра  следующих  суток)  и  для  различных
подстилающих  поверхностей  с  разнообразной  шероховатостью.
Таблицы  учитывают  также  три  градации  скоростей  ветра:  сла¬
бый  ветер,  средний  и  сильный.  Скорость  ветра  должна  быть  из¬
вестна  на  высоте  1—2  м  над  поверхностью  почвы.  Если  скорость
ветра  известна  по  флюгеру,  то  при  пользовании  табл.  108—110
необходимо  эту  скорость  ветра  уменьшить  соответственно  на  30,
40,  50%.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ  ИСПАРЕНИЯ  С  ПОЛЯ
 451
 §  5]
 Таблица  108
 Значения  коэффициентов  М  и  N  и  момента  времени  t\  для  поверх¬
ностей  со  слабой  шероховатостью  (оголенная  почва,  средний
неровный  снег;  0,5<Z<><1,5  см)
 Ветер
 t,
 час.
 слабый,
 0,5—2,5  м/сек
 средний,
2,5—6  м/сек
 1
 6
 сильный,
—12  м/сек
 М
 N
 h
 М
 N
 h
 М
 N
 1  <1
 1
 2,64
 0,56
 0,5
 2,36
 0,88
 0,6
 2,14
 1,13
 0,7
 2
 2,19
 0,79
 1,2
 1,93
 1,10
 1,3
 1,73
 1,33
 1,5
 3
 1,98
 0,90
 1,9
 1,71
 1,21
 2,2
 1,53
 1,43
 2,5
 4
 1,82
 0,98
 2,7
 1,58
 1,28
 3,1
 1,43
 1,48
 3,3
 6
 1,63
 1,07
 4,4
 1,43
 1,35
 5,1
 1,32
 1,54
 5,5
 8
 1,50
 1,13
 6,2
 1,36
 1,38
 7,0
 1,27
 1,56
 7,4
 10
 1,48
 1,15
 8,1
 1,34
 1,40
 9,0
 1,24
 1,58
 9,4
 12
 1,46
 1,16
 9,8
 1,33
 1,40
 11,0
 1,23
 1,58
 11,94
 18
 1,44
 1,16
 14,8
 1,31
 1,41
 16,5
 1,22
 1,59
 17,0
 24
 1,4
 1,1
 20,0
 1,30
 1,42
 22,3
 1,21
 1,60
 22,8
 Таблица  109
 Значения  коэффициентов  М9  N  и  момента  времени  ti  для
поверхностей  со  средней  шероховатостью  (трава,  поле  —пар
и  т.  д.;  l,5<Zo<4  см)
 Ветер
 t,
 час.
 слабый,
0,5—2,5  м/сек
 средний,
2,5—6  м/сек
 6
 сильный,
—12  м/сек
 М
 •  N
 1  'г
 М
 N
 1  h
 М
 N
 1  *1
 1
 2,56
 0,65
 0,5
 2,27
 0,98
 0,6
 2,03
 1,23
 0,7
 2
 2,12
 0,87
 1,2
 1,80
 1,21
 1,4
 1,65
 1,42
 1,5
 3
 1,89
 1,00
 2,0
 1,63
 1,30
 2,4
 1,48
 1,50
 2,5
 4
 1,78
 1,05
 2,8
 1,52
 1,36
 3,2
 1,38
 1,55
 3,5
 6
 1,56
 1,15
 4,6
 1,39
 1,42
 5,3
 1,28
 1,61
 5,5
 8
 1,46
 1,20
 6,4
 1,32
 1,45
 7,2
 1,24
 1,63
 7,5
 10
 1,43
 1,21
 8,3
 1,30
 1,47
 9,2
 1,21
 1,64
 9,5
 12
 1,41
 1,22
 10,1
 1,28
 1,48
 11,2
 1,20
 1,65
 11,5
 18
 1,40
 1,22
 15,3
 1,27
 1,48
 16,7
 1,20
 1,66
 17,2
 24
 1,39
 1,22
 20,4
 1,26
 1,49
 22,4
 1,19
 1,66
 23,0  ,

452
 ТЕПЛОВОЙ  БАЛАНС  ДЕЯТЕЛЬНОЙ  ПОВЕРХНОСТИ
 [гл.  I
 Порядок  расчета  и  пример.  Для  расчета  температуры  поверх¬
ности  почвы  по  температуре  воздуха  (в  метеорологической  будке
по  формуле  (72)  необходимы  следующие  данные:
 а) 	достаточно  подробные  данные  о  температуре  воздуха  в  ме¬
теорологической  будке  от  6  часов  утра  до  интересующего  нас
момента  времени;
 б) 	скорость  ветра  (средняя  за  указанный  промежуток  вре¬
мени)  на  высоте  1—2  м  над  поверхностью  почвы  или  по  флю¬
геру.  (О  перерасчете  скорости  ветра  по  флюгеру  к  высоте  1—2  м
указано  выше.)
 в) 	температуру  поверхности  почвы  в  начальный  момент;
 г) 	характер  покрытий  (шероховатости)  подстилающей  по¬
верхности.
 Имея  эти  данные,  можно  по  формуле  (72)  и  при  помощи
табл.  108—110  быстро  рассчитать  температуру  поверхности
почвы.
 Таблица  НО
 Значения  коэффициентов  Af,  N  и  момента  времени  tx  для  поверх¬
ностей  с  большой  шероховатостью  (пшеница,  рожь  и  т.  д.;  Z0>  4  см)
 Ветер
 t,
 час.
 0,5
 слабый,
—2,5  м/сек
 средний,
2,5—6  м/сек
 6-
 сильный,
 —12  м/сек
 М
 N
 1  *1
 М
 N
 h
 М
 N  |
 1
 2,49
 0,74
 0,6
 2,18
 1,08
 0,6
 1,93
 1,34
 0,7
 2
 2,06
 0,96
 1,3
 1,65
 1,34
 1,5
 1,57
 1,52
 1,6
 3
 1,81
 1,09
 2,1
 1,55'
 1,39
 2,5
 1,42
 1,60
 2,5
 4
 1,73
 1,12
 3,0
 1,45
 1,45
 3,3
 1,34
 1,63
 3,7
 6
 1,50
 1,24
 4,9
 1,36
 1,49
 5,4
 1,25
 1,68
 5,6
 8
 1,42
 1,28
 6,6
 1,28
 1,53
 7,4
 1,20
 1,70
 7,7
 10
 1,38
 1,30
 8,6
 1,25
 1,54
 9,4
 1,18
 1,72
 9,6
 12
 1,36
 1,31
 10,4
 1,24
 1,55
 п,з
 1,18
 1,72
 11,6
 18
 1,36
 1,31
 15,8
 1,23
 1,56
 16,9
 U7
 1,72
 17,4
 24
 1,34
 1,32
 21,1
 1,22
 1,56
 12,6
 1,17
 1,72
 23,2
 Для  иллюстрации  приводим  примеры  расчета.  Исходные  дан¬
ные  следующие:  по  наблюдениям  на  ст.  Арысь,  Ташкентской
ж.-д.  30  августа  1945  г.  наблюдался  следующий  ход  темпера¬
туры  на  высоте  метеорологической  будки  (табл.  111).
 Температура  поверхности  почвы  в  начальный  момент  (в  6  ча¬
сов),  т.  е.  величина  Тп(0),  равнялась  16,0°.  Подстилающая  по¬
верхность  почти  лишена  растительности,  ветер  умеренный.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ  ИСПАРЕНИЯ  С  ПОЛЯ
 453
 §  5]
 По  этим  данным  рассчитаем  температуру  поверхности  почвы
в  14  часов  30/VIII  и  в  6  часов  31/VIII,  т.  е.  для  (  =  8  и
t  -  24  часа.
 1) 	t  =  8.
 Таблица  111
 Значения  величин  Tb(t)  и  vB(t)
 Время
 6
 8
 |  10
 12
 14
 16
 18
 20
 22
 24
 2
 4
 t,  час.
 0
 2
 4
 6
 8
 10
 12
 14
 16
 18
 20
 22
 W
 16,2
 25,6
 35,4
 37,5
 39,0
 38,1
 35,9
 30,1
 27,7
 24,6
 23,5
 21,8
 fB(0
 0
 9,4
 19,2
 21,3
 22,8
 21,9
 19,7
 13,9
 11,5
 8,4
 7,3
 5,6
 Из  табл.  108  (слабая  шероховатость,  графа  —  слабый  ветер),
находим:  М  =  1,36;  N  =  1,38;  tt  =  7,0  час.  и,  следовательно,
 (0  =  22,8;  ?.(*,)  =  22,0.
 По  формуле  (72)  получим:
 Тп  (0  =  16,0  +13,6  •  22,8  +13,8  (22,8  —  22,0)  =  48,1°.
 (Наблюденная  температура  поверхности  почвы  равна  50,3°.)
 2) 	t  =  24  часа.
 Из  той  же  таблицы  и  в  той  же  графе  находим:  М  =  1,26;
=  1,49;  li=  22,4  часа;
 ?,(*)  =  4»1;  ?„(*!)  =  5>3-
 Аналогично:
 Тп  (t)  =  16,0+1,26  •  4,1  +  1,49  (4,1  —5,3)  =  19,4°.
 (Наблюденная  температура  поверхности  почвы  равна  20,1°.)
 Таким  образом,  легко  выразить  Qn  через  значение  темпера¬
туры  воздуха  по  готовым  таблицам.
 Величина  QK.  Остается  вычислить  теплоту  турбулентной
теплоотдачи,  которая  может  быть  написана  в  форме:
 QK  =  ?cpD[T(0)  —  TB(t)].
 Выражение,  стоящее  в  скобках,  может  быть  заменено  на  основа¬
нии  той  же  теории  связи  между  температурами  почвы  и  воздуха
по  формуле  (72)  так,  чтобы  вычисление  турбулентного  потока
QK  осуществлялось  тоже  без  данных  по  температуре  поверхно¬
сти  лишь  на  основе  температуры  воздуха.  При  этом  D  —  приве¬
денный  коэффициент  обмена,  который  по  опытным  данным
легко  связать  со  скоростью  ветра.

454
 ТЕПЛОВОЙ  БАЛАНС  ДЕЯТЕЛЬНОЙ  ПОВЕРХНОСТИ
 [ГЛ.  I
 Таким  образом,  вся  схема  нахождения  суммарного  испарения
построена  так,  что  требует  фиксации:  а)  коротковолнового  ба¬
ланса  радиации  по  пиранометру;  б)  длинноволнового  баланса
радиации  по  влажности  и  температуре  воздуха;  в)  визуальной
влажности  почвы,  однозначно  определяющей  тепловые  характе¬
ристики  почвы;  г)  скорости  ветра,  определяющей  коэффициенты
М,  N  и  t\\  д)  суточного  хода  температуры  воздуха.
 Легко  видеть,  что  эта  схема  может  быть  еще  более  упрощена,
если  заменить  измерения  по  пиранометру  вычислениями  радиа¬
ционного  приходо-расхода  коротковолновой  энергии.  Однако
представляется  более  целесообразным  не  заменять  важнейший
источник  энергии  грубыми  расчетами,  а  по  мере  возможности
точнее  измерить  его.  Если  по  отношению  к  другим  элементам
баланса  такая  замена  вполне  возможна  и  не  приводит  к  боль¬
шим  погрешностям,  то  главную  часть  баланса  имеет  смысл
определить  точно.
 Итак,  приборы,  необходимые  для  подсчетов  испарения,  та¬
ковы:  а)  пиранометр,  б)  анемометр  и  в)  психрометр.

ГЛАВА  II
 ТЕПЛООБМЕН  В  ПОЧВЕ
§  1.  Общие  сведения
 Процесс  обмена  тепла  между  поверхностью  почвы  и  ниже¬
лежащими  слоями  называется  теплообменом  в  почве.  С  количе¬
ственной  стороны  этот  процесс  характеризуется  величинами
теплового  потока  в  почву  и  теплоаккумуляцией  в  почве.  По¬
скольку  величина  теплоаккумуляции  за  определенный  период
(год,  сутки,  сезон,  месяц)  представляет  сумму  (интеграл)
мгновенных  значений  теплового  потока  в  почву  за  этот  период,
то  наиболее  полной  и,  пожалуй,  единственной  величиной,  слу¬
жащей  для  описания  процесса  теплообмена  в  почве,  будет  вели¬
чина  теплового  потока  в  почву.
 Обратимся  к  исследованию  этого  элемента  теплового
баланса,  поскольку  нас  будет  преимущественно  интересовать
термический  режим  в  почве.  Остальные  компоненты  теплового
баланса  мы  рассмотрели  в  гл.  I  этой  части  лишь  с  такой
степенью  подробности,  которая  необходима  для  лучшего  пони¬
мания  и  анализа  и  для  более  точной  оценки  теплового  режима
в  почве.  В  той  же  главе  дано  также  общее  понятие  о  тепловом
потоке  в  почву,  приведены  способы  определения  его  и  дан  ряд
конкретных  примеров,  иллюстрирующих  изменение  этого  потока
при  изменении  ряда  влияющих  на  него  факторов.  Однако  все
эти  вопросы,  касающиеся  теплового  потока  в  почву,  решены
в  соответствии  с  задачами  гл.  I  с  точки  зрения  удельного  веса
этого  компонента  в  общем  балансе  тепла.
 Теперь  мы  попытаемся  эту  величину  теплового  потока  рас¬
смотреть  подробнее,  выяснить  соотношение  ее  составных  эле¬
ментов,  методы  их  измерения  и  оценки,  установить  те  факторы,
которые  приводят  к  их  изменению,  и  те  интервалы,  в  которых
происходят  эти  изменения.  Такой  детализированный  подход
к  освещению  вопроса  о  теплообмене  в  почве  позволит  подойти
к  постановке,  анализу  и  решению  большого  комплекса  задач,
представляющих  интерес  с  точки  зрения  энергетики  почвы.
 Как  уже  отмечалось,  величина  теплового  потока  в  почву,
согласно  формулам  гл.  I:  (5)  —  (7),  (11)  —  (15),  (19)  —  (21),

456
 ТЕПЛООБМЕН  В  ПОЧВЕ
 [ГЛ.  II
 может  быть  найдена,  если  известны:  а)  тепловые  характери¬
стики  в  почве  и  б)  температурный  профиль  в  почве.  К  рас¬
смотрению  этих  составных  элементов  теплового  потока  в  почву
мы  и  переходим.
 §  2.  Комплекс  термических  характеристик  почвы
 Тепловой  поток  в  почву,  суточная  и  годовая  теплоаккумуля-
ция  полностью  определяются,  помимо  температурных  данных
почвы,  комплексом  величин,  характеризующих  термическое  со¬
стояние  почвы.  Знание  этого  комплекса,  получившего  название
термических  характеристик  почвы,  как  увидим,  необходимо  во
всех  случаях,  когда  ведется  расчет  тепломелиоративных
эффектов,  агротехнических  или  агромелиоративных  мероприя¬
тий,  когда  дается  оценка  этим  мероприятиям  с  точки  зрения  их
влияния  на  тепловой  режим  почвы,  когда  строится  схема
прогноза  важных  явлений  и  проектируются  методы  борьбы
с  вредными  эффектами  в  почве,  а  также  меры  использования
полезных  тепловых  эффектов.
 Тепловыми  характеристиками,  входящими  в  указанный  ком¬
плекс,  являются:
 1)  коэффициент  теплопроводности  почвы  к;
 2)  коэффициент  температуропроводности  ее  k\
 3) 	объемная  теплоемкость  почвы  С  =  ср  (т.  е.  произведение
удельной  теплоемкости  с  на  плотность  р);
 4) 	коэффициент  теплоусвояемости  почвы  b  =  Y^c?  •
 Величины  к  и  С  следует  назвать  основными  характеристи¬
ками,  a  k  и  Ь  —  производными.
 Между  четырьмя  величинами:  kt  k,  Си  6,  существуют  сле¬
дующие  связи:
 ь=у\с  =Vkc  =yy- 	О)
 Употребительные  размерности  термических  характеристик
таковы:
 [к]  —  кал/см  сек  град,
 [С]  —  кал/  см3,
 [с]  —  кал/г  град,
 [р]  —  г/см3,
 [k]  —  см2/сек,
 1
 Щ  —  кал!см2  сек  2  град.
 Коэффициент  теплопроводности  означает  величину,  численно
равную  количеству  тепла,  которое  переходит  в  стационарном
состоянии  в  1  сек.  через  две  противоположные  грани  1  см3

§  2] 	ТЕРМИЧЕСКИЕ  ХАРАКТЕРИСТИКИ  почвы 	457
 почвы,  на  которых  поддерживается  разность  температур  в  1°.
Таким  образом,  эта  величина  характеризует  степень  проводи¬
мости  тепла  той  или  иной  почвой.
 Объемная  теплоемкость  численно  равна  количеству  тепла,
необходимому  на  нагревание  или  охлаждение  каждого  1  см5
почвы  на  1°.  Следовательно,  эта  величина  характеризует  интен¬
сивность  изменения  температуры  почвы  при  ее  нагревании  или
охлаждении.
 Должны  существовать  еще  такие  характеристики  почвы,  ко¬
торые  оценивали  бы  ее  с  точки  зрения  быстроты  выравнивания
температуры  и  степени  теплоаккумуляции.  Такими  величинами
являются,  соответственно,  коэффициенты  температуропровод¬
ности  и  теплоусвояемости  почвы.
 Можно  себе  представить  такое  мероприятие,  которое  ведет
к  одновременному  уменьшению  коэффициента  теплопроводности
и  объемной  теплоемкости  почвы,  с  одной  стороны,  и.  к  воз¬
растанию  ее  коэффициента  температуропроводности,  с  другой.
Возрастание  двух  первых  характеристик,  либо  возрастание  од¬
ной  и  уменьшение  другой  ведет  к  постоянству,  росту  или  паде¬
нию  k.  На  практике  можно  столкнуться  и  с  рядом  других  ситуа¬
ций.  В  качестве  примера  укажем  на  то,  что  создание  гребней  на
пашне  летом  ведет  к  уменьшению  влажности  и  плотности
в  верхнем  слое  почвы  и  одновременно  к  уменьшению  коэффици¬
ентов  теплопроводности  и  Объемной  теплоемкости  по  сравнению
с  ровной  почвой.  Но  одновременно  гребневание  увеличивает  ко¬
эффициент  температуропроводности  и  уменьшает  коэффициент
теплоаккумуляции.  Это  значит,  что,  хотя  по  сравнению  с  глад¬
ким  полем  на  гребень  направляется  тепла  меньше  (меньше  К)т
но,  так  как  на  прогревание  более  рыхлого  и  сухого  гребня  тре¬
буется  меньше  тепла  (меньше  С),  тепло  скорее  перераспреде¬
ляется,  температура  интенсивнее  выравнивается  (больше  k)  и
меньшая  часть  застревает  на  гребне  (меньшее  Ь).  Это  соотно¬
шение  полностью  соответствует  уравнениям  (1),  в  силу  кото¬
рых  уменьшение  X  и  С  дает  уменьшение  Ь  и  увеличение  k.
 Таким  образом,  обычно  распространенное  мнение  о  необхо¬
димости  знания  из  указанных  четырех  характеристик  лишь
одной  —  теплоемкости  или  коэффициента  теплопроводности  —
неосновательно.
 Действительно,  в  ряде  задач  важнейшей  и  определяющей
характеристикой  является  коэффициент  температуропровод¬
ности  (например,  когда  речь  идет  о  прогревании  однородной
почвы),  в  других  задачах  важно  знание  коэффициента  тепло-
усвояемости.  Например  при  оценке  теплового  режима  только
что  обработанных  слоев  почвы  необходимо  знание  отношения
коэффициентов  теплоусвоения  верхнего  —  рыхлого  и  нижнего

458
 ТЕПЛООБМЕН  В  ПОЧВЕ
 [ГЛ.  II
 плотного  слоев  или  верхнего  —  прикатанного  и  нижнего  —  менее
плотного  слоя.  В  других  задачах  значение  могут  иметь  тепло¬
емкость  или  теплопроводность,  либо  всевозможные  комбинации
термических  характеристик.
 В  теплотехнике  разработаны  стандартные  таблицы,  содер¬
жащие  полученные  на  основе  измерения  термические  характе¬
ристики  ряда  строительных  материалов:  угля,  торфа,  каолина,
мела,  металлов  и  сплавов,  пластмасс  и  многих  других  неорга¬
нических  и  органических  веществ.  Для  задач  агрономии  и  зем¬
леделия  подобные  таблицы  отсутствуют,  и  часто  создание  их
встречается  с  огромными  затруднениями.  Как  указано  выше,
почва  представляет  собой  сложную  трехфазную  систему,  в  ко¬
торой  соотношение  фаз  резко  и  непрерывно  изменяется  под
влиянием  естественных  осадков,  прогревания,  охлаждения,  за¬
мерзания,  оттаивания,  а  также  под  влиянием  искусственных
воздействий  (обработка,  орошение,  осушение  и  т.  д.).
 Составление  таблиц  для  численных  значений  термических
характеристик  имеет  смысл  при  одновременном  и  параллельном
указании  тех  свойств  и  условий,  при  которых  пребывает  данная
почва.  Таким  образом,  тепловые  характеристики  почв  следует
относить  к  определенным  значениям  влажности,  плотности,  тем¬
пературы,  к  определенному  минералогическому  и  механиче¬
скому  составу  их.  Изменение  какого-либо  из  этих  факторов  ве¬
дет  к  изменению  численных  значений  термических  характе¬
ристик.  Понятно,  что  задача  составления  указанных  таблиц
с  учетом  комбинации  всех  факторов,  влияющих  на  тепловые  ха¬
рактеристики,  в  сложном  взаимодействии  становится  чрезвы¬
чайно  трудной.  Все  же  в  этих  сложных  условиях  удается  уста¬
новить  определенные  закономерности.
 §  3.  Методы  определения  термических
характеристик
 В  силу  указанных  обстоятельств  весьма  важен  вопрос
о  создании  надежных  методов  определения  термических  харак¬
теристик  почвы  с  учетом  ее  свойств  и  состояния.
 Так  как  готовых  таблиц  нет  и  их  трудно  составить  для  та¬
ких  сложных  объектов,  то  появляется  необходимость  измерить
эти  характеристики  в  самых  различных  ситуациях:  а)  в  их  дина¬
мике,  в  связи  с  изменением  того  или  иного  фактора  или  соче¬
тания  ряда  факторов;  б)  в  полевых  условиях;  в)  в  лаборатор¬
ных  условиях;  г)  при  точных  исследованиях;  д)  при  необходи¬
мости  грубой  приближенной  оценки  теплового  режима;  е)  для
почв  с  ненарушенным  строением;  ж)  для  различных  горизон¬
тов  почвенного  профиля;  з)  для  талых  и  мерзлых  почв  и  т.  д.
и  т.  п.

МЕТОДЫ  ОПРЕДЕЛЕНИЯ  ТЕРМИЧЕСКИХ  ХАРАКТЕРИСТИК
 459
 §  3J
 В  связи  с  такими  разнообразными  требованиями  практики
создано  много  методов.  Здесь  мы  останавливаем  свое  внима¬
ние  лишь  на  тех  из  них,  которые  могут  оказаться  полезными
при  решении  большинства  агрофизических  задач.
 Зондовые  методы  для  определения  термических  характери¬
стик  почвы  в  полевых  условиях.  Для  полевых  исследований,
когда  недопустимо  нарушение  почвенной  структуры  и  сложе¬
ния  почв,  в  частности  взятие  образца  в  лабораторию,  наиболее
надежными  и  пригодными  оказываются  зондовые  методы.  Их
преимущество  состоит  в  том,  что  они  позволяют  находить  с  по¬
мощью  одного  прибора  одновременно  все  четыре  нужные
в  агрофизических  целях  термические  характеристики  и  позво¬
ляют  оценить  динамику  последних  во  времени.
 Зондовые  методы  основаны  на  следующем  принципе.  В  почву
помещается  зонд  в  качестве  нагревателя.  Измерение  пода¬
ваемой  в  зонд  мощности,  либо  темпа  охлаждения  зонда,  либо,
наконец,  повышения  температуры  среды  вокруг  зонда  позволяет
по  определенным  формулам,  представляющим  варианты  реше¬
ния  уравнения  нестационарной  теплопроводности,  находить
одновременно  А,,  С,  k  и  Ь.  Изложенная  схема  применения  зонда
не  исчерпывает  всего  многообразия  возможностей  зондового
принципа.  Они  иллюстрируют  лишь  одну  сторону  метода
с  точки  зрения  внешней  задачи  теплопроводности.  Можно  себе
представить  другой  вариант  применения  зонда,  когда  послед¬
ний  заполняется  испытуемой  почвой.  Регистрация  количества
тепла,  расходуемого  на  подогрев  зонда,  либо  фиксация  тепла
охлаждения  зонда,  или  регистрация  повышения  температуры
почвы  внутри  зонда  позволяют  в  этом  случае,  на  основании
частных  решений  уравнения  нестационарной  теплопроводно¬
сти,  найти  те  же  четыре  величины  А,,  С,  k  и  Ь.
 Помимо  этого  главного  признака,  разделяющего  зондовые
методы  на  две  категории,  можно  избрать  и  другой  критерий
для  их  классификации.  Речь  идет  о  граничных  условиях.  Иными
словами,  в  зависимости  от  того,  при  каких  термических  усло¬
виях  поддерживается  поверхность  зонда,  можно  различать
зонды:  1)  с  мгновенным  импульсом,  2)  охлаждающиеся  посте¬
пенно,  3)  изотермические,  4)  постоянной  мощности.
 По  форме  зонды  могут  также  различаться.  Простейшими
являются:  плоские,  сферические,  цилиндрические.
 Большое  разнообразие  условий  и  почв,  разнохарактерность
и  изменчивость  их  состояния  указывают  на  целесообразность
разработки  всех  упомянутых  вариантов  зондового  метода,  по¬
скольку  каждый  вариант  можно  применить  в  наиболее  выгод¬
ных  и  отвечающих  режиму  его  работы  условиях.  Однако,  мы
здесь  можем  рекомендовать  лишь  два  зондовых  прибора:

460
 ТЕПЛООБМЕН  В  ПОЧВЕ
 [гл.  II
 а) 	упрощенный  вариант  плоского  зонда,  основанный  на
принципе  мгновенного  импульса  тепла;
 б) 	уточненный  вариант  сферического  зонда,  основанный  на
принципе  постоянной  мощности.
 Переходим  к  описанию  каждого  из  них.
 а.  Упрощенный  вариант  плоского  зонда.  Во
всех  случаях,  когда  знание  термических  характеристик  доста¬
точно  с  заниженной  точностью  (до  10%),  можно  построить
прибор  без  использования  электропитания  для  зонда  и  без
электроизмерительных  приборов  для  регистрации  изменения
температуры  зонда  и  почвы.
 Согласно  теории  метода,  в  безграничную  во  всех  направле¬
ниях  почву,  имеющую  вначале  одинаковую  температуру,  по¬
гружается  плоская  тонкая  пластина  (теоретически  бесконечно
тонкая),  которой  сообщается  некоторый  мгновенный  импульс
тепла.  Толщина  пластаны  должна  быть  настолько  меньше,  чем
ее  размеры,  чтобы  направление  теплового  потока  можно  было
считать  нормальным  к  ее  поверхности.  В  центральной  части
пластины  это  условие  будет  соблюдаться  всегда.  Кроме  того,
замена  тонкого  слоя  почвы  материалом  пластины  должна  мало
сказаться  на  тепловом  режиме  почвы.  Ясно,  что  чем  тоньше
пластина,  тем  это  предположение  ближе  соответствует  действи¬
тельности.  При  упомянутых  условиях  температура  почвы  в  лю¬
бой  момент  на  любом  расстоянии  описывается  следующей  фор¬
мулой:
 где  Q  —  количество  тепла,  которое  приходится  на  единицу  пло¬
щади  источника,  находящегося  в  центре  пластины;
 k  и  с  —  соответственно,  коэффициент  температуропровод¬
ности  почвы  и  удельная  теплоемкость  ее;  Т0  —  температура
почвы  до  опыта;  Т'—Т0  =  Т—превышение  температуры  почвы
по  сравнению  с  ее  первоначальным  состоянием  в  результате
действия  мгновенного  источника.
 Уравнение  (2)  показывает,  что  вначале  во  всех  точках
почвы,  находящихся  под  воздействием  однородного  теплового
потока  от  мгновенного  источника,  температура  повышается,
проходит  через  максимум,  а  затем  постепенно  падает  до  своего
начального  значения.  Дифференцируя  (2)  по  t,  можно  вычис¬
лить,  в  какое  время  tm  после  начала  включения  источника  бу¬
дет  достигнута  максимальная  температура  в  точке  х,  т.  е.  на
расстоянии  х  от  пластины.  При  этом  получается:
 (2)
 (3)

МЕТОДЫ  ОПРЕДЕЛЕНИЯ  ТЕРМИЧЕСКИХ  ХАРАКТЕРИСТИК
 461
 §  3]
 Зная  начальную  температуру  пластины  Т\  (в  момент  включе¬
ния  источника),  температуру  ее  через  некоторое  время  после
включения  источника  Г2,  а  также  удельную  теплоемкость  с\
и  массу  М  пластины,  определяем  количество  тепла  Q,  отданное
пластиной  почве:
 Q  =  clM(Tl  —  Tt).
 С  другой  стороны,  то  же  количество  тепла  может  быть  вычис¬
лено,  исходя  из  повышения  температуры  почвы  Т  за  то  же
время  и  теплоемкости  слоя  почвы,  простирающегося  до  беско¬
нечности  (теоретически)  по  обе  стороны  пластины  площадью  S:
 +оо
 Q  =  cpS  J  Tdx. 	(4)
 —  оо
 Подставляя  формулу  (4)  в  выражение  (2),  найдем:
 In  ср  =  In  Q  —  yln£  —  lnT  —  \\nt-^ 	А0, 	(5)
 где
 А0  =  In  2  +  In  5+4“  In  *. 	(6)
 Момент  времени  t  следует  выбрать  вблизи  tm,  однако  не¬
сколько  раньше  наступления  максимума,  т.  е.  t<^tm.  Иными
словами,  t  таково,  что  уже  далеко  позади  оставлен  начальный
момент  включения  ис¬
точника,  но  еще  незаметно
ослабление  темпа  нагре¬
вания  почвы,  характер¬
ное  для  стадии  наступле¬
ния  максимума.  Принци¬
пиальная  схема  установ¬
ки  дана  на  |рис.  130.  Для
учета  по  формуле  (5)  ко¬
личества  тепла,  отдавае¬
мого  почве  пластиной,  не¬
обходимо  строгое  фикси¬
рование  величины  пло¬
щади  S,  что  осущест¬
вляется  путем  введения
охранного  кольца.  Обыч¬
но  охранные  приспосо¬
бления  устроены  сложно
и  требуют  самостоятельного  электрического  подогрева.  Кроме
того,  методы  учета  равенства  температур  между  охранными
кольцами  и  центральным  «действующим»  подогревом  являются
весьма  сложными.
 Рис.  130.  Схема  установки  для  одновремен¬
ного  определения  всех  термических  харак¬
теристик  по  методу  мгновенного  источника.
 /  —  гальванометр;  2  —переключатель;  3  —  термопары;
-/  —  термометр  для  измерения  температуры  холодного
спая;  5  —  пластина.

462
 ТЕПЛООБМЕН  В  ПОЧВЕ
 [ГЛ.  I!
 В  силу  мгновенного  характера  источника  удается  крайне
упростить  устройство  таких  охранных  колец.  В  испытуемую
среду  вводится  коробка  размером  15X18X0,5  см.  Коробка
сделана  из  тонкой  (0,5—0,3  мм)  красной  меди  и  оканчивается
сверху  эбонитовым  наконечником-трубочкой.  В  нужный  момент
через  эту  трубочку  наливается  вода,  нагретая  примерно  до
60°  С.  Далее  отверстие  трубочки  закрывается  пробкой.  На  не¬
котором  расстоянии  (3—5  см)  от  центра  пластины  в  среду  по¬
мещен  ртутный  термометр  или  спай  термопары,  фиксирующий
повышение  температуры  в  почве,  получающееся  от  мгновенного
источника,  каковым  является  горячая  пластина,  т.  е.  стенка  ко¬
робки.  Применение  коробки  с  водой  возможно  лишь  в  том
случае,  когда  интересующая  нас  точность  может  быть  зани¬
жена,  как,  например,  в  полевых  условиях  и  всюду,  где  нет  воз¬
можности  использовать  электропитание.  По  сути  дела,  опыт
с  описанной  выше  коробкой  мало  отличается  от  приведенной
схемы  прибора  с  электропитанием.  Вместо  тока  вводится  теп¬
лая  вода.  Принцип  мгновенности  здесь  осуществляется  не  в  та¬
кой  мере,  как  при  нагревании  пластины  током,  хотя  большой
тепловой  импульс  как  в  том,  так  и  в  другом  случае  сообщается
пластине  в  первое  мгновение.  В  дальнейшем  происходит  осты¬
вание,  которое  в  обоих  случаях  определяется  свойствами  среды
и  тепловой  инерцией  пластины.  В  точке  х  получается  кривая
нагревания  (во  времени),  проходящая  через  максимум.  Момент
времени,  соответствующий  этому  максимуму,  равен  tm,  а  иско-
 д;2
 мое  k  =  «г-.  По  окончании  опыта  воду  из  коробки  удаляют
 с  помощью  резиновой  трубочки  или  груши.  При  выбранных
размерах  коробки  около  нее  (в  местах,  соответствующих  ее
центральной  части)  имеет  место  однородный  поток,  и  растека¬
ние  тепла  в  бока  не  оказывает  влияния  на  результаты.
 Для  измерения  данным  прибором  других  характеристик
(А,  и  С)  следует  его  видоизменить  таким  образом:  коробку  де¬
лают  составной  (рис.  131);  центральная  коробка  имеет  площадь
5X5  см.  Эта  коробка  отделена  воздушным  зазором  от  дру¬
гой,  «защитной»,  коробки,  окружающей  центральную.  Соеди¬
няются  обе  коробки  в  двух  местах  эбонитовыми  перетяжками.
В  верхней  части  эбонитовая  коробка  имеет  эбонитовую  тру¬
бочку.  Последняя  проходит  через  внешнюю  защитную  коробку
и  выходит  наружу.
 Опыт  ведут  так:  всю  систему  погружают  в  испытуемую
среду,  через  отверстие  в  эбонитовую  трубочку  наливают  воду,
ровно  в  таком  количестве,  которое  входит  в  ее  центральную  ко¬
робку  (5X5X0,5  =  12,5  г).  Затем  через  эту  трубочку  быстро
вставляют  термометр  так,  что  его  чувствительная  часть  прихо¬
дится  на  центр  всей  системы.  На  термометр  надета  резиновая

МЕТОДЫ  ОПРЕДЕЛЕНИЯ  ТЕРМИЧЕСКИХ  ХАРАКТЕРИСТИК
 463
 §  3]
 пробка,  которая  при  погружении  термометра  в  центральную  ко¬
робку  закрывает  собой  отверстие  этой  коробки,  входя  в  эбони¬
товую  трубочку  между  коробками.  Затем  в  другое  отверстие,
находящееся  также  сверху,  но  ближе  к  краю,  наливают  воду
той  же  температуры,  и  попадает  она  теперь  во  внешнюю  ко¬
робку.  Учет  количества  этой  воды  не  обязателен  —  надо
следить  лишь  за  тем,  чтобы
вода  наполняла  защитную  ко¬
робку  более  или  менее  пол¬
ностью.
 Через  некоторое  время  после
начала  работы  прибора,  напри¬
мер  в  момент  t\9  фиксируют  по¬
казания  термометра  в  центре
системы  Ti  и  далее  через  некото¬
рый  промежуток  времени  в  мо¬
мент  U  снова  отмечают  показа¬
ния  термометра  Т2.  По  величине
охлаждения  воды  в  центральной
коробке,  зная  массу  и  теплоем¬
кость  ее,  находят  Q.
 Таким  образом,  имеем  все
данные  для  нахождения  по
формулам  (5)  и  (6)  К  k  и  С
(А.  Ф.  Чудновский,  1947).
 б.  Вариант  сфериче¬
ского  зонда.  Для  получе¬
ния  термических  характеристик
с  точностью  до  3—5%  служит
погружаемый  в  почву  сфериче¬
ский  зонд,  поддерживаемый  при  постоянной  мощности.  Для
этого  внутрь  полого  металлического  зонда  монтируется  нагре¬
ватель  в  'виде  обмотки  с  независящим  от  температуры  сопроти¬
влением  (манганин—константаи)  так,  чтобы  она  равномерно
распределялась  по  внутренним  стенкам  зонда  и  чтобы  ее  темпе¬
ратура  в  каждый  данный  момент  равнялась  температуре  стенок
зонда.  Это  значит,  что  собственная  теплоемкость  зонда  мала  по
сравнению  с  теплоемкостью  почвы.  Считая  почву  безгранично
протяженной  и  имеющей  вначале  постоянную  температуру,  мы
включаем  постоянный  во  времени  ток,  что  обеспечивает  постоян¬
ную  мощность  зонда  Pq.  Решая  уравнение  теплопроводности.
 д*Т  ,  2  дТ  \  дТ
 Рис.  131.  Внешний  вид  прибора,
работающего  по  принципу  мгно¬
венного  источника.
 *(:
 +
 \_  дТ
dt
 при
 дг*  '  г  дг
граничных  условиях
 4*а*Х  (-g-) 	=  Р0;  Т  (t,  со)  =  Т0;
 (П
 Т  (0,  г)  =  Т0, 	(8>

464
 ТЕПЛООБМЕН  В  ПОЧВЕ
 [ГЛ.  II
 получаем  решение  для  температуры  поверхности  шара  в  виде
г.=  ет[  1-Д(1-®/§)]. 	(9)
 Здесь  а  —  радиус  шара,  Ф  —  функция  Крампа.
 Из  формулы  (9),  написанной  дважды  для  двух  моментов
времени  t\  и  t%  получаем  уравнение  для  нахождения  величины
коэффициента  температуропроводности  к:
 Т'а  _  Р'0  1-е  “ 	(1-ф]/Г-|1)
 (10)
 Для  нахождения  К  рассматриваем  решение  (9)  при  значи¬
тельных  величинах  времени  /,  т.  е.  при  >  а2,  когда  процесс
приближается  к  стационарному.  При  этом:
 Т
 1  а
 Рр  .
 4ка\  ’
 (П)
 X
 Ро
 4каТа  *
 (12)
 Таким  образом,  регистрируя  ход  во  времени  температуры
зонда,  помещенного  в  почву  при  постоянной  его  мощности,  на¬
ходим  прямую  зависимость  между  Та  и  .Продолжение  этой
 V  ^
 прямой  до  пересечения  с  осью  Та  даст  отрезок  на  этой  оси,
 р
 равный  величине  ,  соответствующий  условию  t->  оо.  Пересе-
 1
 чение  той  же  прямой  с  осью  yj-  даст  величину
 71  k
 —  и  таким
а
 образом  найдем  оба  коэффициента  k  и  X.
 Прибор,  предложенный  и  осуществленный  по  этому  прин¬
ципу  в  тепловой  лаборатории  АФИ  М.  А.  Кагановым  (1952),
построен  следующим  образом.  Оболочка  зонда  изготовляется
из  двух  полусфер  радиусом  в  1  см,  выдавленных  из  медного
листа  толщиной  0,2  мм.  Внутри  зонда  монтируется  нагрева¬
тель  из  манганиновой  проволоки  с  общим  сопротивлением
около  20  ом.  Измерение  температуры  зонда  производится  с  по¬
мощью  термопары  медь—константан,  один  из  спаев  которой
помещается  на  внутренней  стороне  оболочки.  Второй  спай  вы¬
водится  наружу  и  помещается  в  среде  на  достаточном  расстоя¬
нии  в  таком  месте,  где  температура  за  время  опыта  не  ме¬
няется  под  действием  нагревателя.  В  качестве  источника  тока
употребляется  батарея  аккумуляторов  на  4—5  в.  В  цепь  на¬
гревателя  включаются  миллиамперметр  и  реостат  для  регу¬
лирования  подаваемой  в  зонд  мощности.  В  цепь  термопары

МЕТОДЫ  ОПРЕДЕЛЕНИЯ  ТЕРМИЧЕСКИХ  ХАРАКТЕРИСТИК
 465
 §  3]
 Рис.  133.  Внешний  вид  шарового  зонда.

466
 ТЕПЛООБМЕН  В  ПОЧВЕ
 [ГЛ.  II
 включается  чувствительный  стрелочный  гальванометр.  Опыт
продолжается  40—50  минут.  Схема  и  внешний  вид  прибора  пред¬
ставлены  на  рис.  132  и  133.4Результаты  измерений  наносят  на
график,  где  на  оси  ординат  откладывают  деления  гальвано¬
метра  п,  пропорциональные  изменению  температуры  зонда,
 а  по  оси  абсцисс  у=  •  Начиная  с  15—20  минут,  эксперимен¬
тальные  точки  хорошо  ложатся  на  прямую  (рис.  134).
 я
 Рис.  134.  Вспомогательный  график  для  расчета
тепловых  характеристик  по  методу  зонда
с  постоянной  мощностью.
 Расчетные  методы  определения  термических  характеристик
почвы  по  данным  температуры  и  влажности  ее.  Имеется  воз¬
можность  определить  термические  характеристики  почвы,  ис¬
пользуя  лишь  элементарные  измерения  по  температуре  и  влаж¬
ности  почвы,  т.  е.  те  элементы,  которые  фиксируются  на  всех
агрометеорологических  станциях  по  обязательной  программе.
Никаких  приборов,  создающих  тепловые  импульсы  или  реги¬
стрирующих  эффекты,  вызванные  ими  в  почве,  при  этом  не
требуется.  Хотя  эти  методы  не  могут  давать  таких  точных  ре¬
зультатов,  как  те,  которые  основаны  на  использовании  спе¬
циальных  приборов,  для  решения  многих  задач  они  вполне
приемлемы.  В  основе  таких  методов  для  определения  коэффи¬
циента  температуропроводности  лежит  принцип  анализа  суточ¬
ной  температурной  волны,  дающий  среднесуточное  значение
коэффициента  температуропроводности  в  предположении  по¬
стоянства  термических  характеристик  по  глубине  почвы  и  при
периодическом  ходе  температуры  на  ее  поверхности.

МЕТОДЫ  ОПРЕДЕЛЕНИЯ  ТЕРМИЧЕСКИХ  ХАРАКТЕРИСТИК
 467'
 §  3]
 Давно  известный  в  литературе  метод,  основанный  на  ис¬
пользовании  одной  гармоники  в  суточной  волне  и  требующий
фиксации  суточных  максимумов  на  двух  глубинах  или  смеще¬
ния  максимума  по  фазе,  в  последнее  время  заменен  более  со¬
вершенными  формулами  Каганова  —  Чудновского  (1949,  1953)
 	п  (Zi  —  Z2)
 (7-1  -  Т3)  (т'2  -  7-;)  -1т2-т4)(т[-т'3)
(Т1  -  Tt)  (7-;  -  т'3)  +  (Т2  -  Т4)  (т'2  -  Т'4)
 (13)
 или  Колмогорова  (1950):
 k  =
 4*(Z2-Z,)2
 (7’1-Г3р  +  (7-,-Г1)г
 (т[-т'зу  +  (т’2-т[у
 (14)
 Здесь  то  —  период  суточной  волны.  В  этих  формулах  учиты¬
вается  не  одна,  а  две  гармоники  в  суточной  температурной  кри¬
вой,  а  кроме  того,  используются  вместо  суточных  максимумов  и
минимумов  стандартные  четырехсуточные  измерения  темпе¬
ратур:  в  7  часов  (7j),  в  13  часов  (Т'2),  в  19  часов  (73)  и  в  1  час
(74)  на  одной  глубине  (Z{)  и  второй  глубине  (Z2)  соответ¬
ственно  7',  7',  7',  7'.  Выбор  начала  счета  безразличен:  можно
начать  не  с  утреннего,  а  с  ночного  (1  час),  дневного  (13  часов)
или  вечернего  (19  часов)  сроков  —  важно  лишь,  чтобы  измере¬
ния  отстояли  друг  от  друга  на  6  часов.  Расстояние  Z2  —  Z\
лучше  всего  выбрать,  как  теоретически  показывает  расчет,  рав¬
ным  10  см,  например:  5  и  15  см,  20  и  10  см  и  т.  п.  Уточнение
метода  определения  искомого  k  можно  осуществить  на  основе
учета  12  вместо  двух  гармоник.  Это  возможно  в  том  случае,
когда  имеется  частая  регистрация  температур  в  течение  суток
(каждые  2  часа)  на  двух  глубинах  Z\  и  Z2:
 T\,  Тъ
 т».  Т4,  тъ,
 Т$,  Tl9  78,
 Tq,  Тю,  Тп,  Т12
 7ь  П,
 rnf  rpf  rpf
 *  *  А»  1  5>
 rp?  rpt  rpf
 1  6>  *  7>  1  8>
 Т'9,  Т'го,  Тп,  Т[г
 (Zr),
(Z2)•
 Тогда  составляются  две  величины  соответственно  для  каждой
глубины:
 а—Тг-\-Т3—  Ts—  Т12-\-2(Т4—  7\о)4~
 +  /3(7’з+Г5-Г9-7\1),  (15)
Ь  =  Т3-\-Ти  —  Тъ—  Т9-\-2(Т1—  Т2)  —
 —  3  (Т6-f-  T’g—Т2  Т12). 	(16)
 При  этом
 у 	д  (£g  —  Ztf
 To['?(l)(Z2)  —  <P(l)(Zl)J2  *
 (17)

468
 ТЕПЛООБМЕН  В  ПОЧВЕ
 [ГЛ.  II
 Выражения  для  а'  и  Ь'  аналогичны  по  виду  выражениям  для
а  и  Ь,  но  все  величины  Т  снабжены  штрихом.  <р(1)  =  arctg  .
 Можно  также  вычислить  величину  k  по  другой  формуле:
 k  =
 (Z<j  —  Z1)  71
 ^(1)  (^l)
 «2  Ш
 Г
 где  0(i)
 V  а?  +  Ь*
12
 (18)
 Для  того  чтобы  учесть  неоднородность  почв  по  глубине,
представляется  возможность  определить  коэффициент  темпера¬
туропроводности  ограниченного  по  толщине  слоя  /,  фиксируя
температурный  ход  во  времени  на  нижней  и  верхней  границах
слоя  T\(t)  и  ЗГ2(0»  а  также  в  средине  слоя  Т  |_.  Приводим
 2
 окончательное  выражение,  из  которого  определяется  искомое  k
 0,/2  2  m  А™  C0S  (mu>t  —  Vw  —  y)
 k=i&  ; 	t(1)  «)-  rm  m
 fi 	2
 (19)
 Можно  построить  вычислительный  метод  определения  коэф¬
фициента  температуропроводности  почвы,  не  принимая  во  вни¬
мание  периодический  ход  ее  температуры.  При  этом  вычисле¬
ние  k  будет  не  среднесуточным,  а  будет  отнесено  к  любому
промежутку  времени  0—/,  в  течение  которого  ведутся  измере¬
ния  на  двух  глубинах  Z  и  Н:
 Н 	о)
 f  IT  (Z,t)  —Г  (Z,  0)]  dZ  +  H  [7-  (Z,  t)  —  T  (Z,  0)]  dZ
 k='- 	-t 	2 	. 	(20)
 J  [T  (0,  t)-T(H,  t))dt
 0
 Здесь  T(Zt  0)  и  T(Z,  t)—распределение  температуры
почвы  с  глубиной  в  начальный  (0)  и  конечный  (/)  моменты  вре¬
мени  наблюдения  Т  (0,  t)  и  (Т  (Я,  t)  —ход  температуры  во  вре¬
мени  на  поверхности  и  на  глубине  Н  (Д.  Л.  Лайхтман,  1950).
Теоретическое  улучшение,  вводимое  в  этом  случае,  по  сравне¬
нию  с  формулами,  основанными  на  периодическом  ходе  темпе¬
ратур  в  почве,  может  оказаться  невыявленным  ввиду  того,  что
не  всегда  возможно  осуществить  фиксацию  временного  и
глубинного  хода  температур  за  короткое  время;  кроме  того,
недостаточно  точно  определяется  температура  поверхности
почвы.  Вместе  с  тем  приходится  отказаться  от  использования
стандартных  наблюдений.  Между  тем  коэффициент  k  мало  ме¬
няется  в  течение  суток  и  среднесуточное  значение  его  примерно

МЕТОДЫ  ОПРЕДЕЛЕНИЯ  ТЕРМИЧЕСКИХ  ХАРАКТЕРИСТИК
 469
 §  3]
 равно  значению  его,  определенному  за  любой  промежуток  вре¬
мени  в  течение  суток.  Следует  также  иметь  в  виду,  что  при
графическом  нахождении  интегралов  возникают  некоторые  по¬
грешности  вычислительного  порядка,  когда  оба  интеграла
близки  по  величине  и  различны  по  знаку.  Можно  также  ука¬
зать  на  формулу,  подобную  (20),  которая  выведена  из  наблю¬
дений  над  ходом  температуры  по  глубине  почвы  в  начальный
и  конечный  момент  некоторого  промежутка  времени  (0  —  /),
Т  (0,2)  и  Т  (/,  Z),  а  также  над  температурным  ходом  во  вре¬
мени  Т(0,  t)  на  поверхности  и  T\H(i)  \  t\  на  некоторой  глубине  Я.
Глубина  H(t)  выбирается  такой,  на  которой  наступает  макси¬
мум  (вечером)  или  минимум  (утром)  температуры  в  момент  tm\
T(ZJm)—  величина  этой  максимальной  температуры  (Г.  X.  Цей-
тин,  1953).  Формула  имеет  вид:
 В  (0) 	Н  (t)
 f  [T(Z,t)-T(Z,0)\ZdZ  +  J  \T(Z,t)-T(Z,tm)\ZdZ
 ь  —  A 		 (2\\
 {T(0,t)—T[H(T);t)}dt 	*
 При  использовании  формулы  (21)  могут  возникнуть  ошибки
из-за  неточного  определения  экстремальных  температур,  осо¬
бенно  слабо  выраженных  в  пасмурную  погоду,  когда  имеют
место  изменения  направления  потоков  тепла  (утром  и  вечером).
Как  показывает  сравнение  опытных  данных  с  расчетными
формулами  (13),  (14),  (20),  (21),  результаты  для  k  весьма
близки  и  использование  той  или  иной  формулы  определяется
интересами  удобства  и  простоты  употребления.
 Определение  термических  характеристик  в  лабораторных
условиях.  Для  лабораторных  исследований  могут  быть  пред¬
ложены  варианты,  предназначенные  для  уточненных  и  прибли¬
женных,  быстрых  или  медленных  исследований  с  влажными  и
сухими,  плотными  или  рыхлыми  почвами.  Не  имея  возмож¬
ности  подробно  рассмотреть  многочисленные  варианты,  остано¬
вимся  лишь  на  одном  способе,  предназначенном  для  определе¬
ния  термических  характеристик  талых  почв,  и  на  одном  спо¬
собе,  предназначенном  для  тех  же  целей,  но  для  мерзлых
почв.  В  первом  случае  измерения  температуропроводности
почв  производятся  по  принципу  регулярного  режима
(Г.  М.  Кондратьев,  1954)  следующим  образом:  цилиндр,  изго¬
товленный,  как  показано  на  рис.  136,  наполняют  исследуемой
почвой.  Крышку  и  дно  цилиндра  обмазывают  вазелином  и
обклеивают  липкой  тесьмой-пластырем,  предохраняющим  об¬
разец  от  попадания  внутрь  цилиндра  влаги.  В  трубку  крышки
вводят  «горячий»  спай  термопары  с  таким  расчетом,  чтобы  спай
оказался  на  середине  высоты  цилиндра.  Термопара  должна

470
 ТЕПЛООБМЕН  В  ПОЧВЕ
 [ГЛ.  II
 плотно  входить  в  трубку  во  избежание  перемещения  спая  во
время  измерений,  что  может  служить  источником  ошибок  при
определении  величины  k.  Цилиндр  помещают  в  сосуд  емкостью
6—10  л  с  тающим  льдом  или  в  другую  среду  постоянной  тем¬
пературы  Гс,  обеспечивающей  коэффициент  теплоотдачи  а  =  со.
«Холодный»  спай  термопары  помещают  в  тающий  лед,  а  концы
термопар  присоединяют  к  гальванометру  чувствительностью
0,3—1,10'6  a/дел.  (по  току),  с  внутренним  сопротивлением
гальванометра  10—20  ом.  Включают  секундомер  и  в  течение
50—60  минут  производят  измерения  скорости  изменения  темпе¬
ратуры  почвы  (через  15—10секунд).
 Строится  график  In  5  =  ДО,
где  5  —  показания  гальванометра  в
делениях,  t  —  время  в  секундах.
Тангенс  угла  наклона  прямой  с
осью  абсцисс  дает  величину  тт,  свя¬
занную  с  температуропроводностью
почвы  соотношением: 	k  =  тг  В,
 где  В  —  константа,  характеризую¬
щая  форму  и  размеры  охлаждаемо¬
го  тела.  Для  цилиндра,  применяе¬
мого  в  данной  методике,  В  равно:
 В-
 1
 Рис.  135.  Схема  установки  для
определения  температуропро¬
водности  К  методом  калори¬
метра.
 1  —  мешалка;  2  —  электронагреватель;
3  —  термометр;  4  —  образец.
 (2,4048)2
 +(*Г
 где  R  —  радиус  цилиндра,  Н  —  его
высота.
 Прибор  Для  определения  коэф¬
фициента  теплопроводности  мерз¬
лых  почв  с  ненарушенной  структурой.  Если  при  определении
термических  характеристик  при  положительных  температурах
большое  преимущество  имеют  методы,  основанные  на  не  ста¬
ционарном  тепловом  режиме,  то  при  отрицательных  темпера¬
турах  дело  обстоит  как  раз  наоборот.  Методы  стационарного
режима  здесь  более  пригодны  потому,  что  в  меньшей  степени  до¬
пускают  при  своем  применении  перераспределение  температуры
■и  влаги,  а  также  подтаивание  замерзшей  воды  в  почве.  Описы¬
ваемый  в  литературе  метод  плоской  пластины  в  условиях
стационарного  режима  следует  признать  мало  приемлемым  по
ряду  причин.  В  частности,  ввиду  того,  что  он  предполагает
длительный  процесс  формирования  установившегося  режима
в  образце,  большие  разности  температур  на  гранях  образца,
значительные  утечки  тепла  в  бока  и  т.  п.  Задача  созда¬
ния  метода,  основанного  на  стационарном  тепловом  режиме,

§  3| 	МЕТОДЫ  ОПРЕДЕЛЕНИЯ  ТЕРМИЧЕСКИХ  ХАРАКТЕРИСТИК 	471
 дающем  возможность  при  небольших  перепадах  в  испытуемом
образце  и  без  оттаивания  его  в  процессе  опыта  за  короткий
срок  находить  коэффициент  теплопроводности,  достаточно
сложна.
 Описанный  выше  сферический  зонд  постоянной  мощности
удовлетворяет  необходимым  условиям  при  температурах  почвы,
заметно  удаленных  от  нуля  градусов,  когда  опасность  подтаи¬
вания  почвы  вблизи  зонда  невели¬
ка.  Для  широкого  интервала  отри¬
цательных  температур  пригоден
нижеследующий  вариант  зондового
метода,  основанный  на  идее  элек-
тротепловой  аналогии.  Между  элек¬
тростатическим  и  установившимся
температурным  полем  в  любом
теле  существует  полная  аналогия.
 Роль  эквипотенциальных  поверхно¬
стей  в  нем  играют  изотермические
поверхности,  роль  потенциала  U  вы¬
полняет  температура  Г,  а  роль  по¬
тока  электричества  Ре  выполняет
поток  тепла  Ро,  электроемкости
Се  —теплоемкость  С.  Если  в  теле
любой  формы  создать  перепад
температуры  (потенциала)  так,  что
его  внешняя  поверхность,  доста¬
точно  удаленная  от  центра  (прак¬
тически  это  несколько  сантимет¬
ров),  обладает  нулевой  температурой  (потенциалом),  а  его
центр  поддерживается,  благодаря  подаваемой  туда  мощности
(с  помощью  нагревателя),  при  постоянной  температуре,  то
можно  написать:
 Т1 	 Ро
 - 	—  4т:ХСе  *
 Отсюда  возникает  простая  схема  прибора,  осуществленная
в  лаборатории  АФИ  Т.  И.  Кагановой.
 Металлический  цилиндр  высотой  4,5  см  и  диаметром  8  см,
стенки  которого  изготовлены  из  красной  меди  толщиной  0,5  мм,
имеет  съемные  дно  и  крышку.  Полная  поверхность  такого  ци¬
линдра  условно  является  нулевой  изотермической  поверхностью.
Постоянство  температуры  достигается  тем,  что  цилиндр,  за¬
полненный  образцом,  помещается  в  камеру,  где  поддерживается
необходимая  постоянная  температура.  В  верхней  крышке
прибора  имеется  выступ  —  трубка,  через  которую  пропущена
резиновая  трубка,  оканчивающаяся  полым  стерженьком
 Рис.  136.  Схема  установки  для
определения  коэффициента  те¬
плопроводности  X  при  отрица¬
тельных  температурах.
 /  —  испытуемая  среда;  2  —печь;
 3  —  термопара.

472
 ТЕПЛООБМЕН  В  ПОЧВЕ
 [ГЛ.  И
 диаметром  0,5  и  высотой  1  см.  Конец  стерженька  расположен
в  центре  образца,  заполняющего  цилиндр.  Внутрь  этого  (стер¬
женька  вмонтирована  печь  (намотка  в  несколько  десятков  ом),
в  которую  подается  постоянный  ток.  Термопара  прикреплена
(рис.  136)  к  внутренней  стенке  стерженька.  Намотка  печи  вы¬
полнена  из  манганина,  и  сопротивление  ее  остается  неизменным
с  изменением  температуры.  Таким  образом,  постоянство  мощ¬
ности  достигается  подачей  в  печь  тока  постоянной  силы.
 Для  осуществления  опыта  по  определению  величины  X  мерз¬
лого  образца  цилиндр  заполняют  испытуемым  веществом,  затем
вносят  в  холодильную  камеру  постоянной  температуры.  После
того  как  образец  длительное  время  находился  в  этих  условиях
и  имеется  гарантия  того,  что  он  принял  эту  температуру,  в  об¬
мотку  печи  подают  ток  силой  в  несколько  миллиампер.  При
принятых  размерах  прибора  через  3  часа  наступает  стационар¬
ный  режим,  при  котором  температура  в  центре  образца  уже
не  меняется.  Измерив  эту  установленную  температуру  Т  и  зная
электроемкость  нашего  тела  Св,  находим  по  формуле  искомое
значение  X.
 §  4.  Зависимость  термических  характеристик  почвы  от
химико-минералогического  состава  ее
 На  величину  термических  характеристик  влияет  тип  почвы,
ее  минералогический  и  механический  состав,  состояние  почвы:
температура,  влажность  и  плотность.  В  естественной  почве  мы
имеем  сочетание  всех  этих  влияний  в  самых  разнообразных
комбинациях.  В  настоящее  время  еще  недостаточно  опытных
данных  для  освещения  всех  этих  вопросов.  Все  же  некоторые
закономерности  уже  выявлены  и  о  них  и  будет  идти  речь.
 Различные  типы  почв  имеют  отличающиеся  друг  от  друга
значения  термических  характеристик.  Однако,  как  показывают
опыт  и  расчет,  это  различие  связано  не  с  тем  или  иным  химико¬
минералогическим  составом  почвенного  скелета,  а  с  тем,  что
для  каждого  типа  почв  характерна  та  или  иная  степень  гидро-
фильности  или  гидрофобности,  тот  или  иной  возможный  ин¬
тервал  пористости  и  плотности,  типичная  дисперсность  и  спе¬
цифический  механический  состав.  Именно  этими  качествами
почва  влияет  на  формирование  своих  термических  характери¬
стик.  Так,  известковый  и  кварцевый  песок,  имеющие  одинако¬
вые  данные  в  отношении  пористости  (40%),  размеров  зерен
(0,1—1,0  мм),  обладают  весьма  близкими  значениями  (разли¬
чие  ~5%)  коэффициента  теплопроводности  в  сухом  состоянии,
когда  может  проявиться  различие  в  почвенном  костяке.  Во
влажном  же  состоянии,  в  котором  они  всегда  пребывают,  эти

ТЕРМИЧЕСКИЕ  ХАРАКТЕРИСТИКИ  ПОЧВЫ  И  ЕЕ  СОСТАВ
 473
 §  4]
 различия  достигают  50%  и  больше  (рис.  137).  Таким  образом
различия  в  значениях  обусловлены  влажностью,  а  не  химико¬
минералогическим  составом  почвы.  В  другом  случае  изменение
X  следует  приписать  различию  в  дисперсности  почв.  Так,  можно
обнаружить  весьма  сильное  (четырехкратное)  изменение  X
песка  и  подзолистого  суглинка,  взятых  при  одной  и  той  же  по¬
ристости  и  влажности. 	,  мал
 Почему  же  минералоги-
ческий  состав  почвы  мало
влияет  на  значение  ее  теп¬
ловых  характеристик,  не-
смотря  на  то,  что  составные  щ
минералогические  компонен
ты  почвы  имеют  отличаю-  0.72-
щиеся  на  25%  значения  до
удельной  теплоемкости  и,
что  особенно  интересно,
шестикратные  различия  в
коэффициентах  теплопро¬
водности  (см.  табл.  112  и
113).  Ответ  на  этот  вопрос
заключается  в  том,  что  в
 процессах  теплопередачи  в  почве  роль  контактного  теплообмена
крайне  ничтожна.  Весь  процесс  теплопроводности  определяется
в  основном  теплопроводностью  промежуточной  среды  (воздуха,
воды).  Подобный  вывод  можно  получить  на  основании  теории
Богомолова  для  двухфазной  (сухой)  почвы.
 Основные  положения  этой
 40  иг.  %
 Рис.  137.  Зависимость  коэффициента
теплопроводности  X  от  влажности  для
кварцевого  (/)  и  известкового  (2)  песка.
 Таблица  112
 Удельная  теплоемкость  основных
элементов  почв
 теории  сводятся  к  следующе¬
му.  Будем  исходить,  следуя  за
Б.  3.  Богомоловым  (1941),
из  тетраэдрической  упаковки
 Материал
 С  кал/гград
 Железный  блеск  .  .
 0,16
 Красный  железняк  .
 0,17
 Шпатит
 0,18
 Роговая  обманка  .  .
 0,19
 Хлорит
 0,20
 Мусковит
 0,20
 Кальцит
 0,21
 Слюда
 0,21
 Среднее  .  .  .
 0,19
 Таблица  113
 Коэффициент  теплопроводности
основных  элементов  почв
 Материал
 X  •  103  кал)см  сек  град
 Известняк  .  .
 1,9
 Полевой  шпат
 5,8
 Кварц  I  оси  .
 4,2
 »  II  оси  .
 0,9

474
 ТЕПЛООБМЕН  В  ПОЧВЕ
 [ГЛ.  II
 почвенных  зерен  в  виде  твердых  шаров,  уложенных  так,  что
центры  трех  соседних  шаров  образуют  равносторонний  тре¬
угольник  и  каждый  шар  имеет  12  контактов  с  соседними  ша¬
рами.
 В  подобной  системе,  имеющей  сверху  более  высокую  тем¬
пературу  чем  снизу,  весь  перепад  температуры  приходится  на
воздушные  прослойки,  а  температуры  шаров  одинаковы  по
всему  объему,  что  объясняется  тем,  что  теплопроводность  по-
 Рис.  138.  Распределение  тепло¬
вых  потоков  в  монодисперсной
системе  твердое  тело  —  газ;
общее  направление  теплового
потока  сверху  вниз.
 Рис.  139.  К  расчету  теплопроводности
сухой  почвы.
 следиих  >ii,  значительно  больше  (в  несколько  сот  раз),  чем
теплопроводность  воздуха  Яг.
 Предположим,  что  градиент  температуры  в  направлении  по¬
тока  тепла  равен  1  град/см  и  что  на  протяжении  1  см  по  пря¬
мой  укладывается  п  шаров  радиуса  г  (рис.  138).  В  таком  слу¬
чае  разность  между*  температурами  поверхности  двух  шаров
 АТ  = 	,  а  расстояние  между  соседними  контактами  а,  Ь  и  с:
 ab  =  Ьс  =  УЗ  г,
 АТ  =УЗг*  ибо  п  =  -^.
 Y'*r
 Предположим,  что  в  местах,  соответствующих  контактам,
шары  отделены  воздушной  прослойкой,  половина  толщины  кото¬
рой  равна  а.  Разность  температур  между  поверхностью  верхнего
 шара  и  линией  х  (рис.  132)  равна 	г,а  с  учетом  прослойки
 Y3(r  +  a)
 она  будет  		^ 	•  Если  у  —  расстояние  от  любой  точки  по¬
 верхности  верхнего  шара  до  горизонтальной  плоскости,  прохо-

475
 §  4] 	ТЕРМИЧЕСКИЕ  ХАРАКТЕРИСТИКИ  ПОЧВЫ  И  ЕЕ  СОСТАВ
 дящей  через  ось  х,  то  температурный  градиент
 dT  _  1^3  (г  +  а)
dy  ~  2у
 (22)
 Поток  тепла  через  площадку  dS  величиной  х  dq  dx:
 а  полное  количество  тепла,  проходящее  через  площадь  круга,
образованного  вращением  радиуса-вектора  величиной  х,  выра¬
зится  формулой:
 Верхний  предел  х  в  последнем  выражении  представляет  ра¬
диус  круга,  проходящего  через  точки  а,  Ь  и  с,  с  центром  в  точке
О  (рис.  140).  С  учетом  воздушной  прослойки  а  величина  его
равна:
 Легко  сообразить,  что  через  каждый  шар  проходят  три  теп-
ловых  потока,  ибо  каждый  шар  имеет  три  контакта  с  другими
шарами  «спереди»  и  три  контакта  «сзади».  Таким  образом,
общее  количество  тепла,  проходящее  через  шар,  равно  Q  =  3Qo.
Для  получения  коэффициента  теплопроводности  необходимо
разделить  величину  Q,  рассчитанную  на  единицу  времени,  на
эффективную  площадь  шара,  под  которой  имеется  в  виду,  по¬
мимо  самого  шара,  и  часть  воздуха,  приходящаяся  в  среднем
на  каждый  шар.  Из  рис.  141  видно,  что  этой  площадью
является  прямоугольник  abed.  С  учетом  воздушной  прослойки
эта  площадь  равна
 х  =  2(?  +  а)  IVг2  -  *2  +2  (г+а)  in  (г  +  а  -1/>  -  х>)\/>  (24)
 (23)
 Из  рис.  139  видно,  что
 у  =  r-\-а  —V  г2  —  х2.
 Поэтому  (23)  приводится  к  следующему  выражению:
 Qo  =  X2V3  (г-bа)  *[]/>  —  х2  +
 +  2  (г-(-а)  In  (r  +  a)  —  V  г2  —  хгХ  ■
 Y  3(г  +  «)
3

476
 ТЕПЛООБМЕН  В  ПОЧВЕ
 ]ГЛ.  И
 Приближенное  вычисление  (24)  в  пределах  0  <  х  <^=,  т-  е*
при  пренебрежении  величиной  а,  дает:
 .  =  Х23гс  ^
 In
 0,18(г  +  а)
 г  -J-  л
 ),09).
 (25)
 Итак,  оказывается,  что  теплопроводность  почвы  зависит  не  от
рода  почвенного  материала,  а  лишь  исключительно  от  тепло¬
проводности  воздуха  и  отношения  размеров  воздушной  про¬
слойки  к  размерам  твердой  частицы.  Конечно,  такой  вывод
 Рис.  140.  Плотная  упаковка
шаров.
 Рис.  141.  К  расчету  те¬
плопроводности  двухфаз¬
ной  дисперсной  системы.
 получился  вследствие  того,  что  нами  принято  предположение  об
относительной  малости  величины  теплопроводности  воздуха,
 т.  е.  принято  условие  у=-  —►  0.  Но  если  даже  учесть  конечное
 значение  Х,2,  то  и  в  этом  случае  результат  расчета  приводит  нас
к  тому  же  практическому  выводу.  В  выражении  для  количе¬
ства  теплоты
 dQ  =  \—xd<?  dx
 (26)
 градиент  температуры  равен  теперь  уже  не  1  град/см,  а
 VI
 2
 соответственно  соотношению  (см.  рис.  141)  между
расстоянием,  соединяющим  центры  двух  шаров  (соседних),  и
вертикальным  расстоянием  от  центра  верхнего  шара  до  места
стыка  двух  нижних  шаров;  температурные  градиенты  внутри
шара  и  прослойки  можно  формально  принять  одинаковыми,
если  припишем  им  как  некоторому  однородному  телу  эффектив¬
ную  теплопроводность.  Эффективная  теплопроводность  для
двухслойных  сред  обычно  представляется  как
 X
 Д
 d\  ,
 Xi  Х2

ТЕРМИЧЕСКИЕ  ХАРАКТЕРИСТИКИ  ПОЧВЫ  И  ЕЕ  СОСТАВ
 477
 §  4]
 где  d\  и  а?2  —  толщина  первого  и  второго  слоя,  а  Д  —  общая
толщина  двух  слоев.  Вследствие  переменного  характера  тол¬
щины,  Л  меняется  от  точки  к  точке  и  ее  можно  представить  так:
 Ь
 Ь-У
 и
 Л2 	Aj
 где  Ь  =г-\-а.  Вводя  обозначение  е  =  1  —^  ,  найдем
 Ь  —  еу
 (27)
 Подставляя  (27)  и  значение  температурного  градиента  в  вы¬
ражение  для  элементарного  количества  тепла  (26),  найдем:
 dQ  =  lV23  ьЬУеу  xd<?dx. 	(28)
 Интегрируя  дважды  (28)  в  пределах  0  —  2тс  для  <р  и  в  пределах
О  —  х  для  х,  найдем  количество  тепла  Qo,  проходящее  через
площадь  круга  радиуса  х.  Утроенное  значение  Qo  дает  полное  ко¬
личество  тепла  Q,  проходящее  через  шар.  При  этом  следует  учи¬
тывать,  что  площадь,  к  которой  относится  это  количество  тепла,
представляется  величиной  2V3  Ь2.  Отсюда  получится:
 >•  =  w[24(lnT-^;^-^)  +  ^^-^2]o- 	(29)
 Уъ
 Вычисление  (29)  в  пределах  от  нуля  до  х=-^-г  приводит  окон¬
чательно  к  искомой  величине  коэффициента  теплопроводности:
 Л
 ЗтсХ2
 е
 1  —  0,82  у  е
 (30)
 Сравнивая  (30)  с  предыдущим  приближенным  выражением
(25),  убеждаемся  в  том,  что  теплопроводность  двухфазной
дисперсной  системы,  в  частности  сухой  почвы,  зависит  как  от
теплопроводности  частиц  Ль  так  и  от  теплопроводности  воздуха
Л2.  Определяющим  при  оценке  суммарной  теплопроводности
 является  соотношение  размеров  зерна  и  толщины  прослойки-^-,
ибо  входящее  в  (30)  отношение
 г   г    1
 Ь 	г-\-а 	\\а
 '  г
 сводится  к  отношению  Чтобы  избавиться  от  присутствия
в  формуле  (30)  неудобного  и  неопределенного  отношения

478
 ТЕПЛООБМЕН  В  ПОЧВЕ
 [ГЛ.  И
 можно  его  связать  с  пористостью  и,  как  выясняется,  заменить
величиной  пористости  материала.  Так  как  пористость  системы
р,  то  объем  твердой  фазы  равен  (100  —  р)%,  а  объем  воздуш¬
ной  прослойки  толщиной  а  равен  (р  —  26)%.  С  другой  стороны,
соотношение
 р  —  26
100  —  р
 =р
 (31)
 можно  выразить  так:
 q 	 4паг2  	 За
 *  ~  4/3itr3  —  Т
 (32)
 Сравнивая  (31)  и  (32),  находим:
 а   р  —  26
 7  —  3(100—р)  ‘
 Еще  удобнее  выразить  теплопроводность  как  функцию
удельного  веса  твердого  вещества  системы  dy  и  объемного
 А*  11
 и'  см-сек  град
 Рис.  142.  Зависимость  теплопроводности  почв  от  их
пористости.
 Опыты
 для  кварцевого  песка: 	•  —Б.  3.  Богомолова,
 (с>)  —  А.  Ф.  Чудновского;
для  подзола: 	О  —Б.  3.  Богомолова,
 х—А.  Ф.  Чудновского;
для  чернозема: 	(•)—  П.  И.  Андрианова,
 Д  —А.  Ф.  Чудновского.
 веса  Это  удается  осуществить  на  основании  связи  между
пористостью  материала  и  величинами  d7  и  *f,  согласно  формуле:
 Р  =  -^100%. 	(33)
 Зависимость  пористости  от  удельного  веса  для  разных  почв  по
данным  многочисленных  опытов  в  соответствии  с  уравнением

§  51
 ДИСПЕРСНОСТЬ  И  ТЕРМИЧЕСКИЕ  СВОЙСТВА  ПОЧВЫ
 479
 (33) 	выражается  прямыми  линиями.  Если  к  тому  же  учесть,
что  теплопередача  через  непосредственный  контакт  мала,  то
из  предыдущих  соотношений  легко  получить  упрощенную  рас¬
четную  формулу  в  виде
 Если,  согласно  полученным  формулам,  изобразить  зависи¬
мость  величины  коэффициента  теплопроводности  почвы  от  ее
пористости  р,  то  мы  получаем  функцию  fK  =  f(p)  гиперболиче¬
ского  вида  (рис.  142).  Важно  отметить,  что  на  эту  кривую
ложатся  экспериментальные  данные,  касающиеся  самых  разно¬
образных  почв  (в  сухом  состоянии),  полученные  разными  авто¬
рами  (П.  И.  Андрианов,  В.  3.  Богомолов,  А.  Ф.  Чудновский).
Тип  почв  не  оказывает  влияния  на  вид  этой  функции.  Это  лиш¬
нее  подтверждение  того,  что  химико-минералогическая  природа
почв  играет  малую  роль  в  тепловых  процессах.
 §  5.  Влияние  размеров  (дисперсности)  почвенных  частиц  на
термические  свойства  почвы
 К  сожалению,  теория  для  целей  учета  этого  фактора  в  про¬
цессах  теплопередачи  в  настоящее  время  недостаточно  разра¬
ботана.
 Выведенные  выше  формулы  (34)  и  (35)  иллюстрируют  не¬
зависимость  теплопроводности  почв  от  размеров  частиц.  Такой
вывод  из  теории  получается  вследствие  принятия  упрощенной
схемы  равных  по  величине  шаров,  укладывающихся  в  систему
с  той  или  иной  упаковкой.  Построение  же  более  строгой  теории,
учитывающей  спектр  частиц  в  отношении  их  размеров,  встре¬
чается  с  огромными  трудностями.  Поэтому  следует  обратиться
к  опытным  данным.  Последние  говорят  о  том,  что  степень  дис¬
персности  почв  сильно  влияет  на  величины  всех  тепловых  ха¬
рактеристик  и  на  ход  зависимости  этих  характеристик  в  связи
с  изменением  плотности,  влажности  и  температуры  почвы.
 Во-первых,  мы  должны  указать  на  следующее  выявившееся
правило:  коэффициент  теплопроводности  у  одной  и  той  же
почвы  больше  в  том  случае,  если  она  состоит  из  более  крупных
частиц.  Непосредственное  подтверждение  сказанного  вытекает
из  следующего  опыта.  При  сравнении  крупнозернистого  песка,
из  которого  отсеялась  самая  крупная  фракция  (г  ^2  мм),  и
размолотого  песка  (0,1 	0,01  мм)  оказалось,  что  при
 (34)
 ИЛИ
 (35)

480 	ТЕПЛООБМЕН  В  ПОЧВЕ 	[гл.  II
 пористости  42%  и  влажности  0,5%  теплопроводность  крупных
частиц  в  1,8—2,0  раза  больше,  чем  у  мелких.
 Во-вторых,  мы  можем  отметить,  сравнивая  различные
почвы,  что  чем  почва  мелкозернистее,  тем  ее  теплопроводность
ниже.  Это  подтверждается  опытом  по  измерению  теплопровод¬
ности  у  разных  почв  с  различным  отношением  песка  и  глины,
проведенным  при  одной  и  той  же  комнатной  температуре,  од¬
ной  и  той  же  пористости  (42%)  и  одной  и  той  же  влажности
(10%).  При  этом  коэффициенты  теплопроводности  песка,  чер¬
ноземного  суглинка  и  подзолистого  суглинка  оказались  соот¬
ветственно  равными:  31,4-10'4;  16  •  10-4;  8,3  •  10'4  кал/см  сек
град.
 Итак,  чем  больше  почвы  имеют  глинистых  частиц  и  меньше
песка,  тем  меньше  эффективная  теплопроводность  их.  В  этом
смысле  удобно  произвести  классификацию  всех  почв  на  глины
(плохо  проводящие  тепло),  пески  (хорошо  проводящие  тепло)
и  супеси  и  суглинки  (средне  проводящие  тепло).  Какими  фи¬
зическими  причинами  объясняется  указанная  нами  закономер¬
ность?  По-видимому,  измельчение  почвы  ведет  к  уменьшению
воздушных  прослоек  между  ее  частицами,  а  чем  меньше  раз¬
мер  пор,  тем  меньше  коэффициент  теплопроводности  содержа¬
щегося  в  них  воздуха,  что  влияет  на  уменьшение  эффективной
теплопроводности.  Вероятнее  всего,  в  меньших  порах  воздух
становится  менее  подвижным,  что  уменьшает  роль  конвекции,
во-вторых  уменьшается  роль  излучения  в  общей  теплопередаче,
наконец,  увеличивается  число  плохо  проводящих  контактов
в  местах  стыка  частиц.  Можно  сослаться  на  опыт,  который  про¬
веден  при  сохранении  общей  пористости  почвы  и  одновремен¬
ном  увеличении  пор  (от  0,1  до  2  мм).  Увеличение  коэффициента
теплопроводности  при  этом  достигло  25%  от  измеряемой  вели
чины.  .
 Что  же  произойдет,  если  мы  однородную  по  размерам  почву
перемешаем  с  пылью?  *)  Увеличит  или  уменьшит  пыль  вели¬
чину  теплопроводности?  На  первый  взгляд  увеличение  степени
дисперсности  связано  с  уменьшением  теплопроводности,  а  сле¬
довательно,  смесь  зерен  и  пыли  даст  эффективный  коэффициент
теплопроводности,  меньший  чем  сама  почва,  состоящая  из  од¬
них  зерен.  В  действительности  же  дело  обстоит  обратным  об¬
разом,  так  как  происходит  замена  мало  теплопроводного  воз¬
духа  хорошо  теплопроводящим  материалом  пыли.  Разберемся
в  этом  вопросе  подробнее.  Пусть  частицы  почвы  состоят  из  двух,
резко  различающихся  между  собой,  групп:  крупных,  одинако¬
вых  между  собой  по  размерам  шаровых  зерен,  сложенных  по
схеме  тетраэдрической  кладки,  и  из  мелких  частиц  также  оди¬
 *)  Под  пылью  имеется  в  виду  более  дисперсный  материал.

§  51
 ДИСПЕРСНОСТЬ  И  ТЕРМИЧЕСКИЕ  СВОЙСТВА  ПОЧВЫ
 481
 накового  радиуса.  Пусть  частиц  промежуточных  размеров
почва  не  содержит.  Пыль  состоит  из  того  же  вещества,  что  и
крупные  зерна,  и  заполняет  промежутки  между  зернами,  зани¬
мая  объем  пустот,  который  занимал  воздух  в  почве  с  однород¬
ными  по  размеру  частицами.  Обозначим  объем,  занимаемый
пылью  (в  процентах  к  общему  объему),  через  V\  и  объем,  зани¬
маемый  твердой  фазой  распыленной  массы  (также  в  процен¬
тах  к  общему  объему),  через  К2,  а  общую
пористость  —  через  р.  Под  р  мы  понимаем
отношение  объема  воздуха,  оставшегося  в
промежутках  между  мелкими  частицами,
к  общему  объему.  Очевидно,  что  р  =  V<i  —  V\.
 Объемы  V\  и  V2  связаны  с  количеством  пыли
N  (N  представляет  собой  не  абсолютную
величину,  а  отношение  количества  пыли  к  об¬
щему  количеству  вещества)  очевидными  зави¬
симостями:
 ^  =  (100-/,)^;  Vl=p-h000-p)^d.
 Выражение  для  пористости  пыли  может  быть
записано  в  виде:
 ,  100
р  =рж-
 Рис.  143.  Влияние
пыли  на  теплопро¬
водность  системы.
 1  —  для  монодисперсной
системы;  2  —для  смеси.
 Зная  пористость  пыли,  будем  применять  ко
всей  системе,  имеющиеся  в  нашем  распоря¬
жении,  формулы  для  расчета  теплопроводно¬
сти  двухкомпонентной  системы,  учитывая,  что
в  этих  формулах  роль  твердой  фазы  иг¬
рают  крупные  зерна,  а  роль  воздуха  —  пыль.  Поэтому  тепло¬
проводность  одной  лишь  пыли  мы  можем  вычислить  на  основа¬
нии  знания  только  величины  теплопроводности  воздуха  Х2  и
пористости  р\  которая  играет  роль  полной  пористости  системы;
теплопроводностью  же  пыли  как  системы  твердых  частиц  можно,
как  мы  видели,  пренебречь.  При  переходе  к  вычислениям  эф¬
фективной  теплопроводности  X  смеси  зерен  и  пыли  мы  восполь¬
зуемся  формулой,  учитывающей  теплопередачу  через  контакты
и  выражающей  X  как  функцию  теплопроводности  твердой
фазы,  теплопроводности  пыли  и  величины  общей  пористости.
Следует  иметь  в  виду,  что  теперь  теплопроводность  зерен  Х\
сохраняет  прежний  смысл,  в  то  время  как  Х2  (теплопровод¬
ность  промежуточной  среды)  имеет  уже  значение  теплопровод¬
ности  пыли.  Конечно,  приведенная  схема  расчета  не  может
полностью  отразить  сложный  характер  реального  сложения
почвы,  в  которой  имеются  зерна  различных  размеров.  Она  пред-
 31  Зак.  196.

482
 ТЕПЛООБМЕН  В  ПОЧВЕ
 [гл.  II
 полагает  наличие  в  системе  двух  размеров  частиц:  крупных
и  мелких.  Все  же  такой  подход  позволяет  осуществить  прибли¬
женную  количественную  оценку  величины  теплопроводности
для  системы,  отклоняющейся  от  монодисперсного  типа,  и
выявить  ход  зависимости  теплопроводности  от  пористости  как
для  монодисперсной  системы,  так  и  для  неоднородной  по  разме¬
рам  частиц  почвы.  На  рис.  143  показана  зависимость  теплопро¬
водности  монодисперсной  системы  от  общей  пористости  без
учета  пыли  (кривая  1)  а  кривая  2  дает  зависимость  коэффици¬
ента  теплопроводности  смеси  от  пористости.  Анализ  кривых
на  рис.  144  показывает,  что  зависимость  от  общей  пористости
для  смеси  такая  же,  как  и  для  монодисперсной  почвы.
 Рис.  144.  Влияние  формы  зерен  и  их  контактов  на  тепло¬
проводность  дисперсной  системы.
 1  —  зернистая  структура  (усеченный  октаэдр);  2  —  волокнистая  струк¬
тура;  '3  —  зернистая  структура  (шар).
 На  рис.  144  представлены  результаты  вычисления  по  фор¬
мулам  А.  У.  Франчука  (1941)  для  теплопроводности  различных
структур  в  зависимости  от  способа  контактирования  между  ча¬
стицами,  их  составляющими.
 §  6.  Зависимость  термических  характеристик  почвы  от  ее
 температуры
 Характер  зависимости  коэффициента  теплопроводности  от
температуры  полностью  определяется  соотношением  объема
твердой  и  газообразной  фаз  и  размерами  частиц.  Прежде  всего,
при  увеличении  температуры  растет  молекулярная  теплопро¬
водность  защемленного  между  зернами  воздуха,  имеет  место
увеличение  с  ростом  температуры  теплопередачи  за  счет  увели¬
чения  роли  конвекции  и  излучения.  Имеющиеся  в  теплотех¬
нике  опыты  указывают  на  то,  что  в  воздушных  слоях  толщи¬
ной  h  <  5  мм  и  при  разности  температур  на  границах  слоя
ниже  100°  конвекция  пренебрежительно  мала.  Литературные
данные  позволяют  указать  предельные  разности  температур
слоя  и  его  толщину,  выше  которых  начинается  конвекция.  Так,
например,  в  толстых  слоях  конвекция  начинается  при  малых
АТ  >  0,3°;  в  слоях  до  h  =  10  мм  —  только  при  АТ  >  5°,  а  в  слое

§  6] 	ТЕРМИЧЕСКИЕ  ХАРАКТЕРИСТИКИ  И  ТЕМПЕРАТУРА  ПОЧВЫ 	483
 толщиной  5  мм  конвекция  почти  отсутствует  вплоть  до  ДТ  =
=  100°.  Выводы,  полученные  в  опытах  с  естественной  конвек¬
цией  для  дисперсных  материалов,  состоящих  из  частиц,  разде¬
ленных  большими  плоскими  и  вытянутыми  воздушными  слоями,
по-видимому  нельзя  механически  переносить  на  такой  пористый
материал  как  почва.  Здесь  может  идти  речь  лишь  о  качествен¬
ной  аналогии.
 Подобное  же  заключение  вытекает  из  сравнения  опытов  и
расчетов  по  излучению,  произведенных  для  зернистых  мате¬
риалов  и  идеальных  дисперсных  сред,  состоящих  из  частиц,
разделенных  плоскими  бесконечно  вытянутыми  слоями.  Подоб¬
ный  грубо  приближенный  и  качественный  подход  к  оценке  роли
излучения  в  общей  теплопередаче  в  зернистых  материалах,  при
котором  теплообмен  между  зернами  заменяется  рассмотрением
процесса  лучеиспускания  между  двумя  параллельными  беско¬
нечными  пластинами,  имеющими  те  же  температуры  Т\  и  Г2,
что  и  зерна,  приводит  (при  малой  разности  температур  Т\—  То
на  границах  слоя  х)  к  следующей  величине  коэффициента
теплопроводности,  обусловленного  излучением:
 Здесь  Т  —  абсолютная  температура,  о'  —  так  называемый  при¬
веденный  коэффициент  лучеиспускания,  связанный  с  коэффи¬
циентом  лучеиспускания  абсолютно  черного  тела  о0  и  коэффици¬
ентом  лучеиспускания  обеих  поверхностей  о\  и  02  соотношением:
 Выражение  (36)  может  (с  помощью  придания  величине  о'  чис¬
ленного  значения,  которое  равно  4,  что  соответствует  реальным
условиям)  быть  переписано  в  форме:
 Хизл  =  0,184-  l<r67’3je. 	(37)
 Результаты  вычисления  по  формуле  (37)  представлены  на
рис.  145  для  интервала  температур  0—100°  С  и  для  зерен  диа¬
метром  0,1—1  мм.  Из  кривых  этого  рисунка  видно,  что  вели¬
чина  коэффициента  теплопроводности  вследствие  излучения
в  тысячу  раз  меньше  общего  коэффициента  теплопроводности
дисперсного  материала.  Несколько  более  близкий  для  почв,  но
также  весьма  грубый  подсчет  величины  конвективной  и  лу¬
чистой  составляющей  от  общей  теплопередачи  можно  осуще¬
ствить,  исходя  из  плотной  упаковки  шаровых  зерен  при  нали¬
чии  в  почве  температурного  градиента.  Пусть  последний  равен
 31*

484
 ТЕПЛООБМЕН  В  ПОЧВЕ
 .  [ГЛ.  II
 1  град/см.  Тогда,  пренебрегая  толщиной  воздушного  зазора,
выразим  разность  температур  между  поверхностями  двух  со¬
седних  шаров  в  виде  АТ  =|/Зг2,  где  г—радиус  шаровой  поч¬
венной  частицы.  Разность  температур  между  отдельной  части¬
цей  радиуса  г  и  прилегающим  к  ней  воздухом  не  может  быть
больше  величины  АТ,  поэтому  АТ  является  максимальным.
Тогда  теплопередача,  обусловленная  конвекцией,  будет  QK  =
=  а)^3г2.  Для  коэффициента  теплоотдачи  а  приняты  формулы,
 кал
 м-час-град
 Рис.  145.  Зависимость  коэффициента  Аизл  от
температуры  и  размеров  пор.
 выражающие  средние  значения  между  а,  рассчитанными  для
вертикальной  и  горизонтальной  плоскостей,  т.  е.  средние  между
 а  =  (8,3  +  0,2ДГ)  и  а  =  8*  10“°1f  АТ  кал/см2  сек  град.  (38)
 Такое  осреднение  имеет  некоторые  основания.  Поверхность
шара  имеет  участки,  постепенно  переходящие  от  вертикальной
к  горизонтальной  поверхности.  При  направлении  теплового  по¬
тока  снизу  вверх  верхней  части  шара  будет  соответствовать  а,
установленный  для  горизонтальной  поверхности,  а  боковым  ча¬
стям  шара  —  коэффициент  а,  найденный  по  формуле  для  вер¬
тикальной  поверхности.  Учитывая,  что  в  расчетах  принято
максимальное  значение  для  АТ  и  что  возможное  трение  воз¬
духа  о  частицы  не  рассматривается,  следует  признать,  что  та¬
ким  путем  рассчитывается  максимальная  величина  возможной
конвекционной  теплоотдачи  (при  данном  численном  значении
температурного  'градиента).  Результаты  этого  подсчета  при¬
ведены  в  табл.  114.  Эти  расчеты  демонстрируют:  а)  линейный
ход  Qr  с  изменением  радиуса  частиц  и  б)  практическое  отсут¬
ствие  конвекции  для  мелкозернистых  систем.  Максимально  воз¬
можный  процент  QK  в  общей  теплопередаче  составляет  5,5%.

§  6] 	ТЕРМИЧЕСКИЕ  ХАРАКТЕРИСТИКИ  И  ТЕМПЕРАТУРА  ПОЧВЫ
 485
 Применим  этот  же  прием  расчета  к  оценке  теплопередачи  из¬
лучением  в  почве.  Для  той  же  тетраэдрической  системы  с  гра¬
диентом  температур  1  град/см  находим,  что  разность  темпера¬
тур  поверхностей  двух  соседних  шаров  в  направлении  тепло¬
вого  потока  равна
 ЛГ=/3(г  +  а), 	(39)
 где  а  —  ширина  прослойки.  Принимая  излучение  шаров  равным
соответственно
 h  =  0(T+HT)\ 	(40)
 12  =  оТ\ 	(41)
 где  а—константа  излучения  поверхности  шаров  (для  большин¬
ства  почв  значение  о  весьма  близко  к  значению  оо  для  абсо¬
лютно  черного  тела),  имеем:
 QH31  =  /,—/2^4./Зз07*(/Ч-а). 	(42)
 На  основании  этой  формулы  вычислены  значения  теплового  лу¬
чистого  потока  в  зернистых  телах  с  частицами  разных  разме¬
ров  (от  0,1  до  3  мм  при  АТ  =  1  град/см  и  при  пористости
/>  =  40%).
 Таблица  114
 Удельный  вес  теплопередачи  конвекцией
в  общей  теплопередаче
 г  мм
 QK105  кал/см-  сек
 Процент  к  общей
теплопередаче
 од
 0,96
 0,13
 0,2
 2,03
 0,28
 1,0
 11,6
 1,6
 3,0
 38,7
 5,5
 Результаты  этих  вычислений  представлены  на  рис.  146  и
147,  из  которых  очевидно  следующее:
 а) 	влияние  температуры  на  величину  теплового  излучения
сказывается  заметно  лишь  при  частицах,  имеющих  размер
свыше  1  мм  (яри  очень  крупных  частицах,  например  диамет¬
ром  6  мм  <?ИЗл,  составляет  7%  от  общей  теплопроводности);
 б) 	зависимость  излучения  от  размера  зерен  показывает,
что  лишь  при  низких  температурах  (0°,  10°,  27°  С)  процент  (Зизл
в  общей  теплопередаче  остается  низким.
 Разделение  процесса  переноса  тепла  на  кондуктивную
теплопроводность  зерен  и  теплопроводность  излучением
является  искусственным.  В  действительности  эти  процессы

486
 ТЕПЛООБМЕН  В  ПОЧВЕ
 [ГЛ.  II
 L-M,
 кш
'иэл,и'  м3  •  час
 неотделимы.  Лишь  при  значительных  температурах  теплопровод¬
ность  через  контакты  мала  и  тогда  представляется  возможность
рассмотреть  наиболее  важный  процесс  излучения.  Но  при  этих
 условиях  значительную  роль  начи¬
нает  играть  конвекция.  Отделить
процессы  конвекции  от  процессов
излучения  удается  лишь  тогда,  когда
система  находится  в  состоянии  силь¬
нейшего  разрежения.  Имеется  ряд
формул  Русселя  (1935),  Лоуба
(1951)  и  др.,  которые  основаны  на
всевозможных  упрощениях,  в  част¬
ности  на  анализе  кубической,  т.  е.
рыхлой,  а  следовательно,  мало
устойчивой  и  мало  реальной  кладки
зерен.  На  всех  этих  вопросах,  по¬
скольку  они  не  вносят  ничего  но¬
вого  в  рассматриваемую  проблему,
мы  не  останавливаемся.
 В  связи  с  изложенными  теорети¬
ческими  предпосылками  находятся
и  опытные  результаты.  На  рис.  148
изображены  кривые  зависимости
коэффициента  теплопроводности  от
температуры  в  интервале  положи¬
тельных  температур  для  кварцевого
песка  в  сухом  состоянии.  При  этом  получается,  что  для  грубо*
дисперсной  фракции  указанная  зависимость  выражена  более
резко,  что  связано  с  возрастанием  доли  излучения  в  общей
 /у
 У
 -
 “
 -
 ■\t
 	'  <
 го  чо  до  во  юо  т  т°с
 Рис.  146.  Зависимость  величи¬
ны  теплопередачи  излучением
в  дисперсном  теле  от  темпе¬
ратуры  и  размеров  частиц.
 Рис.  147.  Удельный  вес  в  общей  теплопередаче
конвекции  и  излучения  между  зернами  почвы.
 /  —  конвекция;  2  —излучение;  3  —  конвекция  -f  излучение.
 теплопередаче.  Стенки  пор  можно  себе  представить  в  виде  эк¬
ранов,  воспринимающих  лучистую  энергию,  которые,  нагре¬
ваясь,  сами  начинают  лучеиспускать.  Ясно,  что  чем  больше
таких  экранов,  тем  меньшую  роль  в  общей  теплопередаче  иг-

§  6] 	ТЕРМИЧЕСКИЕ  ХАРАКТЕРИСТИКИ  И  ТЕМПЕРАТУРА  ПОЧВЫ
 487
 1.0
 0.3
 0.8
 0.7
 1  г»  НаЛ
 х'1!Г'Сы’-сек-граО
 1
 _л  3
 рает  QH,  ибо  каждый  экран  уменьшает  поток  энергии,  переда¬
ваемый  лучеиспусканием.  Из  этих  рассуждений  ясно,  что  чем
меньше  структура  пор  при  том
же  объеме,  тем  меньше  должен
быть  коэффициент  теплопровод¬
ности  ввиду  уменьшения  доли
излучения.  С  повышением  темпе¬
ратуры  доля  излучения  сильно
увеличивается,  а  потому  чем  боль¬
ше  пористость  материала  и
чем  грубее  поры,  тем  больше
должна  быть  температурная  за¬
висимость  теплопроводности  X  =
 =  f(T).
 Линейная  связь  между  тепло¬
проводностью  и  температурой  по¬
лучена  также  и  для  влажного
песка  (рис.  149)  и  для  почв
(рис.  150),  а  также  в  области  отрицательных  температур  в  ин¬
тервале  —40°  —  0°  С.  В  соответствии
с  малой  ролью  излучения  в  общей
теплопередаче  наклон  кривых  X=f(T)
невелик  и  фактор  температуры,  как
правило,  может  изменить  величину
 10  го  30  W  50  ГС
 Рис.  148.  Зависимость  коэффициен¬
та  теплопроводности  от  темпера¬
туры  для  зерен  кварцевого  песка
различного  диаметра.
 l  —  dy  1  мм;  2  —  d<£  1  мм;  3  — 	0,1  мм
 икал
 3,0
 мг  час-град
 г,5
 г,0
 15
 W
 >30
 02®
 .
 ^1
 iy
 ^30
 1  0
 1J
 —'—  Вода
 	Песок
 	Глина
 -ИНГ
 ~~зо  —
 -го—
 I
 -чо  -зо  -го  -ю  о  w  го  зо  чот°с
 Рис.  150.  Зависимость  коэффициента  те-
Рис.  149.  Зависимость  коэффи-  плопроводности  от  температуры  для
циента  теплопроводности  от  песка  и  глины  при  разной  влажности
температуры  песка  при  различ-  (процент  влажности  отмечен  у  соответ-
ных  степенях  влажности. 	ствующих  кривых).

488
 ТЕПЛООБМЕН  В  ПОЧВЕ
 [гл.  II
 коэффициента  теплопроводности  на  —20%  в  интервале  0—50°  С
и  на  30%  в  интервале  —40  —  0°С.  При  увлажнении  почв  растет
значение  самой  теплопроводности,  но  зависимость  ее  от  темпе¬
ратуры  становится  менее  резкой.  Очевидно  в  этом  случае  роль
излучения  уменьшается,  тепло  теперь  передается  через  водные
пленки,  а  этот  процесс  в  меньшей  мере  зависит  от  температуры.
Линейный  ход  коэффициента  теплопроводности,  а  также  тепло¬
емкости  от  температуры  установлен  для  ряда  почв  Америки
Керстеном.  Кришер,  применивший  тот  же  метод  стационарного
режима,  что  и  Керстен,  не  сумел  получить  достоверных  зависи¬
мостей  K  =  f(T)  для  влажных  почв.  Эффект  миграции  влаги,
столь  характерный  для  данного  метода,  им  не  был  учтен.
 §  7.  Связь  тепловых  свойств  почвы  с  ее  плотностью
и  пористостью
 Вопрос  о  влиянии  пористости  на  величину  теплопровод¬
ности  двухфазной  дисперсной  системы,  в  частности  почвы,  ре¬
шался  рядом  исследователей.  Некоторые,  как  /Кришер  (1944),
Р.  С.  Бернштейн  (1948),  исходили  из  весьма  упрощенной  схемы
кладки  твердых  частиц,  представляя  их  в  виде  бесконечно  про¬
тяженных  пластинок,  уложенных  в  шахматном  порядке  в*  тес¬
ном  контакте  или  без  контакта.  Другие  ученые  —  Лихтенекер
(1931),  Эйкен  (1932),  В.  И.  Оделевский  (1951)—основыва¬
лись  на  старой  теории  Максвелла  и  Релея,  рассматривавших,
по  аналогии  с  электрическим  сопротивлением,  тепловое  сопро¬
тивление  шаров,  цилиндриков,  вытянутых  стерженьков,  уло¬
женных  по  самым  разнообразным  правилам.  Мы  не  останав¬
ливаемся  на  всех  этих  теориях,  сыгравших  в  свое  время  поло¬
жительную  роль,  но  не  дающих  в  руки  надежных  и  оператив¬
ных  средств  для  расчета  искомой  функции  X=f(p).  Гораздо
большее  распространение  получили  работы  Рэссела,  Хэнгста
(1934)  и  др.,  строивших  свои  расчеты  на  основе  анализа  разно¬
образных  систем,  состоящих  из  шаров  одинакового  размера,
уложенных  по  типам  кубической,  квадратной,  тетраэдрической,
треугольной  кладки.  Наибольшее  количество  работ  осуществ¬
лено  при  учете  кубической  симметрии.  Эта  идеальная  схема
приводит  к  результатам,  отличающимся  от  экспериментальных,
например  для  кварцевого  песка,  на  70—80%.
 Улучшение  сходимости  теории  с  опытом  можно  ожидать,
рассматривая  вместо  кубической  тетраэдрическую  систему,  ха¬
рактеризующуюся  большей  прочностью  и  устойчивостью
(рис.  151).  Объем  пустот  в  ней  составляет  V4  от  общего  объема
вместо  0,5  для  кубической  системы.  Несмотря  на  меньшую
устойчивость  кубической  симметрии,  следует  отметить,  что  пу¬
тем  анализа  ее  особенностей  удалось  оценить  ряд  эффектов

§  7]  ТЕПЛОВЫЕ  СВОЙСТВА  ПОЧВЫ  И  ЕЕ  ПЛОТНОСТЬ  И  ПОРИСТОСТЬ  489
 в  области  теплопроводности  дисперсных  систем.  Во  всяком
случае  анализ  этой  приближенной  схемы,  как  это  выяснится
ниже,  дает  общую  качественную  картину,  выражающую  зави¬
симость  коэффициента  теплопроводности  от  пористости  р  для
 сухих  материалов  и  от  влаж¬
ности  w  —  для  влажных.  Ко¬
нечно,  абсолютное  значение  ве¬
личин  теплопроводности,  так
же  как  и  истинный  ход  функ¬
ций  к  =  f(p)  и  к  =  f(w)y  таким
упрощенным  путем  установить
 *) 	б)
 Рис.  151.  Схема  рыхлой  (а)
и  плотной  (<>)  упаковки  зер¬
нистого  материала.
 Рис.  152.  К  расчету  теплопро¬
водности  системы  с  кубической
упаковкой  зерен.
 не  удается,  зато  указанным  путем  удается  выяснить,  как  влияет
испытываемая  системой  деформация  на  величину  эффективной
теплопроводности.  Эта  деформация  обусловлена  либо  внешней
нагрузкой,  либо  весом  вышележащих  слоев.
 Если  R  —  радиус  частицы,  I  —  ее  линейная  деформация
(рис.  152),  то  радиус  круга  /?0,  являющийся  плоскостью  сопри¬
косновения  соседних  шаров,  выразится  так:
 Я0  =  УФ  —  (Я_/)2  =  //(2Я_  /),
или  приближенно,  если  пренебречь  величиной  /2:
 Rl  =  2Rl. 	(43)
 С  ростом  нагрузки  пористость  убывает,  и  центры  шаров,  имею¬
щих  каждый  деформацию  /,  сближаются:  при  этом  прибли¬
женно  (члены  с  высшими  степенями  отношения  не  прини¬
маются  в  расчет)  пористость  системы  при  действующей  на¬
грузке  выразится  как
 P  =  Po(i  —  3^)>
 где  ро  —  пористость  системы  без  нагрузки,  равная
8рг  —  4/3  и/?з  _ 	л
 8/?з 	—  1 	6  *

490
 ТЕПЛООБМЕН  В  ПОЧВЕ
 [ГЛ.  II
 Учитывая  (43),  получим  следующее  выражение  для  площади
контакта  шаров:
 S  =  itRl  =  2тгIR  =  2£±_.
 При  одинаковых  температурных  градиентах  отношение  тепло¬
проводности  систем  %  к  теплопроводности  твердого  тела
равно  отношению  площади  соприкосновения  соседних  дефор¬
мированных  шаров  S  к  соответствующей  площади  4(/?  —  /)2.
Отсюда:
 X 	*Яо  _  3  Ро—Р
 Ц—  4  (Я-/)*  “Т*(3-р0  +  р)*>
 или,  обозначив  уменьшение  пористости  под  действием  деформа¬
ции  через  Ар,  причем  Др  =  р0  —  р  согласно  расчетам  Некра¬
сова,  получим:
 Х  =
 Ар
 (3  —  Ф)2
 (44)
 Принимая  ро  =  0,9  (90%),  А.  А.  Некрасов  строит  кривые  X  —
=  f(p)  для  материалов  с  теплопроводностью  твердого  остова
A,i=2,4  и  Ai  =  10  ккал/м  нас  град.  При  сравнении  с  опытом
получаются  в  первом  случае  отклонения,  особенно  возрастаю¬
щие  для  мелкодисперсного  вещества.  Следует  отметить  не¬
удачно  выбранную  автором  величину  для  р0.  Вряд  ли  можно
считать  нормальной  такую  высокую  пористость  (90%)  для  не-
деформированного  дисперсного  материала.  В  силу  большого
количества  допущений  и  приближений  формула  (44)  может
быть  использована  лишь  при  ориентировочных  практических
расчетах.
 Как  выяснилось,  наиболее  близкой  к  реальным  условиям
схемой  является  тетраэдрическая.  На  ее  основе  В.  3.  Богомо¬
лов  вывел  свою  формулу  зависимости  коэффициента  тепло¬
проводности  от  пористости  или  плотности  в  форме  (34)  и  (35).
 Вид  кривой  «теплопроводность  —  пористость»  в  соответ¬
ствии  с  этими  формулами  представлен  на  рис.  142.  Он  иллю¬
стрирует  относительно  сильное  падение  X  по  мере  увеличения
процентного  содержания  воздуха,  особенно  в  области  незначи¬
тельных  пористостей.  Опытные  данные  для  различных  почв,  от¬
ложенные  в  виде  точек,  хорошо  совпадают  с  расчетом.  Расхож¬
дения  —  порядка  5—10%.
 На  том  же  рисунке  показаны  результаты  наших  опытов  по
изучению  зависимости  теплопроводности  от  пористости  для
кварцевого  песка,  чернозема  и  подзолистого  суглинка.  Для  всех
этих  почв  функция  X  =  f(p)  носит  один  и  тот  же  характер;  от¬
личие  для  каждой  выражается  в  количественных  особенностях,
характеризующих  темп  спадания  X  с  ростом  р.  Последнее  под¬

§  7]  ТЕПЛОВЫЕ  СВОЙСТВА  ПОЧВЫ  И  ЕЕ  ПЛОТНОСТЬ  И  ПОРИСТОСТЬ  491
 тверждается  тщательными  опытами  для  чернозема  и  для  ряда
других  объектов,  в  частности  для  вакуумных  глин.  С  физиче¬
ской  точки  зрения  такая  зависимость  h  =  f(p)  совершенно  оче¬
видна.
 Поскольку  коэффициент  теплопроводности  дисперсной  си¬
стемы  К  представляет  собой  некоторую  эффективную  величину,
промежуточную  между  коэффициентом  теплопроводности  ос¬
новного  материала  системы  и  коэффициентом  теплопровод¬
ности  воздуха,  содержащегося  в  порах  между  частицами,  то
понятно,  что  с  увеличением  пористости  к  должно  убывать.  Ин¬
терес  представляет  выяснение  самого  характера  и  темпа  этого
убывания,  поскольку  теплопроводность  твердого  скелета  в  сотни
раз  превышает  теплопроводность  воздуха.  В  самом  деле,  мине¬
ральные  составные  частицы  всевозможных  почв  имеют  тепло¬
проводность  в  пределах  1—10  ккал/м  час  град.  Влияние  основ¬
ного  твердого  костяка  сказывается  только  при  малой  пори¬
стости,  так  как  значительная  часть  тепла,  проходящего  через
материал,  будет  приходиться  на  долю  твердых  составных  его
частей.  При  больших  же  пористостях,  вследствие  того,  что
воздух  в  порах  почти  неподвижен  и  в  силу  слабого  участия
твердых  частиц  в  общем  объеме,  почвы  приближаются  по
своей  теплопроводности  к  теплопроводности  неподвижного  воз¬
духа.  При  увеличении  пористости  процентное  содержание  воз¬
духа  увеличивается.  Но  воздух,  как  сказано,  имеет  теплопро¬
водность  в  сотни  раз  меньшую,  чем  твердая  фаза,  поэтому  по¬
нятно,  что  более  рыхлая,  более  воздухосодержащая  почва  бу¬
дет  иметь  более  низкие  А,.
 Конечно  выводы,  к  которым  мы  пришли,  говоря  о  зависи¬
мости  теплопроводности  от  пористости,  полностью  переносятся
на  зависимость  теплопроводности  от  объемного  веса  почвы  или
от  ее  плотности  р  и  объемного  веса  -пористого  сухого  материала
7с.  Для  сухой  почвы  р  и  7с  совпадают.  Для  влажной  почвы  вво¬
дится  понятие  эффективной  плотности  7Эф.  Для  получения  зави¬
симости  А,  =  /(7эф)  исследованных  А.  Ф.  Чудновским  почв  (квар¬
цевый  песок,  смесь  песка  с  агрегатами  и  подзолистый  суглинок)
были  приняты  меры  к  сохранению  их  физических  особенностей,
и  в  первую  очередь  влажности  и  температуры  (рис.  153).
 Анализ  результатов  для  трех  упомянутых  выше  родов  почвы
приводит  к  однозначному  толкованию:  увеличение  плотности
или  объемного  веса,  поскольку  исследовались  почвы  в  сухом
состоянии,  связано  с  увеличением  воздушных  зазоров,  с  более
плотной  кладкой  отдельных  зерен.  Все  это  неизменно  ведет
к  увеличению  плотности.  Но  почва,  благодаря,  естественному
сжатию  или  разбуханию,  не  может  заметно  уменьшаться  в  объ¬
еме.  Наоборот,  она  сопротивляется  этому  сжатию  и  после  неко¬
торого  наступающего  предела  не  сжимается  более.  Никакой

492
 ТЕПЛООБМЕН  В  ПОЧВЕ
 [ГЛ.  И
 утрамбовкой  нельзя  было  в  наших  опытах  добиться  .плотностей
больших  1,75  для  песка,  1,37  для  смеси  агрегатов  с  песком  и
1,61  для  подзолистого  суглинка.  Все  это  объясняет  наблюдаемый
рост  А,  и  k  с  увеличением  плотности.  Практически,  ввиду  ма¬
лого  изменения  естественной  плотности  почвы,  не  подверженной
внешним  воздействиям,  и  ввиду  малого  интервала  возможного
 Л,
 ккал
 м-  час-град
 с-103.
 к  к  ал
кг  •  град
 Рис.  153.  Зависимость  коэффициента  теплопровод¬
ности  от  плотности  для  различных  почв
 1  —  песок;  2—смесь  агрегатов  с  песками;  3  —  подзолистый  су¬
глинок.
 изменения  ее  плотности,  вследствие  быстрого  наступления  пре¬
дела  сжатия,  мы  не  будем  наблюдать  такой  резкой  зависимости
А  и  k  от  величины  р.  В  самом  деле,  при  всех  возможных
изменениях  плотности  кварцевого  песка  от  1,52  до  1,75  мы  об¬
наруживаем  изменение  теплоемкости  на  12,5%,  теплопровод¬
ности  на  45%  и  температуропроводности  на  36%  от  их  макси¬
мальных  значений.  Для  подзолистого  суглинка  имеем  при  воз¬
можных  изменениях  плотности  от  0,93  до  1,61  изменение  ср  на
39%,  А  на  32%  и  k  на  45%.  Так  как  в  лаборатории  мы  доби¬
ваемся  высокой  степени  сжатия  почв,  то  можно  думать,  что

§  8]  ТЕРМИЧЕСКИЕ  ХАРАКТЕРИСТИКИ  ПОЧВЫ  И  ЕЕ  ВЛАЖНОСТЬ  493
 в  поле  фактор  естественного  колебания  р  еще  меньше  отразится
на  тепловом  режиме  почв.  Однако  это  не  совсем  так,  потому
что  естественная  почва  всегда  влажна.
 Нужно  отметить,  что  нередко  сложную  зависимость  вели¬
чины  X  от  пористости  или  плотности  представляют  в  упрощен¬
ном  виде  как  линейную.  Линейная  зависимость  не  оправды¬
вается  на  опыте  и  не  отражает  принципиального  существа  про¬
цесса.  Опыт  подтверждает,  что  лишь  для  почв,  обладающих
малой  плотностью,  или  в  пределах  одной  почвы  при  ее  малой
плотности  имеет  место  прямая  пропорциональность  между
теплопроводностью  и  плотностью.  Принятие  во  внимание  лишь
одной  пористости  системы,  без  учета  влияния  формы  пор,  раз¬
меров  зерен,  способов  их  контактирования  или  принятие  недо¬
статочно  реальной  структуры,  например  кубической  кладки  зе¬
рен,  приводит  к  линейной  функции  Х  =  /(р).  В  действительности
на  характер  зависимости  X  =  f(р)  или  X  =  f(i)  влияет  ряд  фак¬
торов,  из  которых  перечисляем  следующие:
 1. 	Размер  пор.  Чем  меньше  размер  пор,  тем  меньше  коэф¬
фициент  теплопроводности  содержащегося  в  них  воздуха,  а
следовательно,  меньше  и  коэффициент  теплопроводности  са¬
мой  почвы.  При  большом  размере  пор  и  той  же  общей  пори¬
стости  коэффициент  теплопроводности  почвы  будет  выше.  Так,
например,  при  0°  С  для  пор  воздуха  и  пористых  материалов
размером  около  0,1  мм  X  =  0,021  ккал/м  нас  град,  а  для  пор
размером  около  2  мм  А,  =  0,27  ккал/м  час  град.
 2. 	Размер  зерен  также  оказывает  влияние  на  изучае¬
мую  зависимость  X  =  f(р)  или  X  =  f(p).  Чем  меньше  частицы
сыпучего  материала,  тем  меньше  воздушные  прослойки,  разде¬
ляющие  частицы,  тем  меньше  теплопроводность  содержащегося
в  них  воздуха.
 3. 	Основная  масса  твердого  материала  системы  и  его
химико-минералогический  состав  также  оказывают  некоторое
влияние  на  зависимость  X  от  р,  хотя  качественный  характер
описанной  кривой  остается  во  всех  случаях  одинаковым.
 §  8.  Зависимость  термических  характеристик  почвы  от  ее
 влажности
 Наибольшую  трудность  представляет  учет  влияния  на  тепло¬
передачу  в  почве  самого  существенного  фактора  —  влажности
почвы.  Для  построения  схемы  теплопередачи  в  почвах  необхо¬
димо  иметь  представление  о  распределении  влаги  в  ней.  К  со¬
жалению,  до  настоящего  времени  в  науке  не  имеется  полного  и
однозначного  освещения  этой  проблемы,  несмотря  на  то,  что
она  подвергается  изучению  'многочисленными  коллективами
ученых  —  теплотехников,  строителей,  коллоидников,  агрофизиков

494
 ТЕПЛООБМЕН  В  ПОЧВЕ
 [ГЛ.  II
 и  т.  д.  Трудами  этих  ученых  к  настоящему  времени  выяс¬
нено,  что  в  зависимости  от  степени  увлажнения  дисперсного  ма¬
териала  механизм  связи  влаги  с  частицами  может  резко  изме¬
няться.  Природа  этих  сил,  картина  передвижения  влаги,  самая
форма  влаги  и  ее  свойства  совершенно  различны  при  обиль¬
ном  содержании  влаги  и  при  сухом  состоянии  вещества  и  пре¬
терпевают  существенные  изменения  при  постепенном  увлажне
нии  материала.  Отсюда  возникли  многочисленные  классифика¬
ции  форм  и  типов  влаги.  В  некоторых  известных  схемах  в  ос¬
нове  классификации  лежит  принцип  различной  формы  связи
между  частицами  и  влагой;  в  других  —  в  качестве  основного
критерия  выделяются  места  сосредоточения  влаги  в  пористом
теле;  в  третьих  —  важнейшим  признаком  разделения  влаги  на
типы  считается  различие  в  ее  физических  и  химических  свой¬
ствах,  как  то:  плотности,  вязкости,  силе  поверхностного  натя¬
жения  и  т.  д.;  в  четвертых  —  основным  является  скорость  пере¬
движения  влаги.
 Сложность  вопроса  не  позволяет  при  рассмотрении  распро¬
странения  тепла  в  трехфазной  системе  выйти  за  пределы  си¬
стем,  обладающих  кубической  симметрией.  Кроме  того,  при
расчетах  делается  целый  ряд  других  допущений  приближенного
характера.  Так,  например,  считается,  что  тепловой  поток  рас¬
пространяется  во  всех  частях  системы  прямолинейно  в  на¬
правлении,  совпадающем  с  направлением,  соединяющим
центры  смежных  шаров.  Далее  считается,  что  вода  концентри
руется  около  точек  взаимного  контакта  шаров  радиуса  г.  На¬
конец,  предполагается,  что  весь  тепловой  поток,  проходящий
через  систему,  направляется  через  твердый  остов  системы  и
водные  прослойки  между  частицами  и  никакая  доля  этого
потока  тепла  не  приходится  на  прослойки  воздуха  и  пара.
Кроме  этих  принципиальных  упрощений,  при  расчетах  и  вычис¬
лениях  делается  ряд  добавочных  погрешностей.  К  числу  послед¬
них  относятся:
 а) 	замена  сферической  поверхности  частицы  поверхностью,
охватывающей  данную  сферу  параболоида  вращения,  ось  кото¬
рого  проходит  через  центр  частиц;
 б) 	принятие  следующей  связи  между  радиусом  водяного
кольца  гв  у  точки  контакта  и  влажностью  почвы  w:
 где  рв  и  р0  —  соответственно,  плотность  воды  и  скелета  почвы;
 в) 	предположение  о  том,  что  при  малых  влажностях  отно¬
шение  -^-весьма  мало  по  сравнению  с  единицей.  Это  предпо¬
ложение  аналогично  другому,  в  силу  которого  при  малых  влаж-

§  8)  ТЕРМИЧЕСКИЕ  ХАРАКТЕРИСТИКИ  ПОЧВЫ  И  ЕЕ  ВЛАЖНОСТЬ
 495
 ностях  коэффициент  теплопроводности  воды  мало  влияет  на
теплопроводность  системы.
 Несмотря  на  указанные  приближения,  теория  Г.  И.  Покров¬
ского  и  В.  Г.  Булычева  (1938)  дает  правильную  качественную
зависимость  X  от  w.  Не  приводя  выкладок,  дадим  окончатель¬
ный  результат,  полученный  приближенно  на  основе  предполо¬
жения,  что 	1:
 Иными  словами,  для  данной  почвы  оказывается  справедливой
следующая  зависимость  X  от  влажности:
 Экспериментальные  данные,  полученные  авторами  для  ряда
материалов  (глина,  кирпич,  песок,  фибролит),  подтверждают
картину  возрастания  X  с  ростом  влажности  w.  Однако  трудно
согласиться  с  выводами  авторов  о  практической  независимости
коэффициента  X  от  рода  исследованных  материалов,  а  также
о  малой  зависимости  X  от  влажности.  Эти  выводы  не  согла¬
суются  с  формулой  (45).
 Другая  теория,  разработанная  О.  Е.  Власовым  и  А.  У.  Фран-
чуком  (1941),  в  своей  основе  содержит  следующую  классифи¬
кацию  влаги,  базирующуюся  на  принципе  молекулярных  сил
и  интенсивности  связи  между  влагой  и  частицами:  гигроскопи¬
ческая,  капиллярная,  фильтрационная.  Эта  классификация,
принятая  при  построении  теории  теплопроводности  дисперсных
сред,  страдает  недостаточной  полнотой  и  некоторой  услов¬
ностью.  В  частности,  ограничивающим  условием  теории  яв¬
ляется  учет  идеализированного  случая  кубической  кладки  зе¬
рен.  Давая  ниже  ее  краткое  изложение,  мы  отсылаем  читателя
за  подробностями  к  источнику  (А.  У.  Франчук,  1941).
 Обозначим  радиус  сферических  частиц,  из  которых  состав¬
лен  зернистый  материал,  через  г,  сторону  куба  —  через  2  г  и
высоту  ячейки  от  основания  куба  до  его  центра  —  также  через
г  (см.  рис.  152).  Найдем  величины  площадей,  занимаемых  ча¬
стицами  в  каком-либо  сечении  на  расстоянии  х  от  центра  шара.
Обозначим  их  для  твердого  вещества  через  Si,  для  жидкости  S2
и  для  воздуха  S3.  Если  вокруг  сферических  частиц  твердого
тела  влага  образует  равномерное  кольцо  толщиной  а,  то  ука¬
занные  здесь  площади  находим  весьма  просто:
 X  =  const  wl/\
 (45)
 Si  =  (г2  —  х2),  S2  =  к  (2аг 	а2),
 S3  =  4г2  —  тс  (г2  —  х2)  —  тг  (2аг  +  а2),
 (46)
 S—  Si  —(—  S3  —\-  S3.
 (47)

496
 ТЕПЛООБМЕН  В  ПОЧВЕ
 [ГЛ.  II
 При  этом  объемная  влажность  материала  w,  равная  отноше¬
нию  объема,  занимаемого  влагой  в  порах  материала  к  объ¬
ему,  занимаемому  всем  материалом  Vu  выражается:
 	4/ЗМг  +  д)*-4/ЗтггЗ-6Кс_  Vo-(VT-V*)  _  Va
 W~ 	8r3 	— 	у1 	—  yt  *
 Здесь  знаменатель  представляет  собой  объем  всего  куба,  рав¬
ный  V\t  а  числитель  —  разность  между  суммой  объемов  твердой
части  материала  V0  и  объемом  частей  куба,  выходящих  за
пределы  внешних  границ  шара  Vв,  и  объемом  твердой  части
материала  VT.  Общий  тепловой  поток  при  упрощенном  пред¬
положении  об  изотермическом  состоянии  поверхностей  вдоль
направления  х  находим  сложением  соответствующих  трех  пото¬
ков  через  площади  Sb  S2,  S3,  где  Яь  Яг,  Яз—  соответственно,
коэффициенты  теплопроводности  твердой,  жидкой  и  газообраз¬
ной  фазы  системы.
 Полный  градиент  АТ  по  всей  высоте  ячейки  х  от  основания
до  центра  находим  путем  интегрирования  в  пределах  0  —  г,  т.  е.:
 г
 Ar=-g/s,»,+£,+-3?;—<48)
 О
 Приравнивая  АТ  из  (47)  и  (48),  найдем  величину  Я:
 Применим  положение  (49)  к  варианту  равномерного  рас¬
пределения  влаги  вокруг  зерен.  Интеграл  /,  входящий  в  выра¬
жение  (49),  известен,  ибо  площади  Su  S2,  S3  вычислены  [см.
формулы  (46)].  Подставляя  их  значение  из  (46)  в  (49),  нахо¬
дим  окончательное  выражение  для  интересующей  нас  величины
теплопроводности:
 Я
 2rln
 АВ
 А  +  Вг  ’
А  —В  г
 (50)
 где
 А  =  Vh  -Ь 	(2г  +  а)  4-  >*з  [4г2  —  ти  (г+а)2]  ,
 B  =  V*(h-h).
 В  случае  сосредоточенного  распределения  влаги  вокруг  точек
взаимного  контакта  шаров  форма  жидкой  фазы  напоминает
прямой  круговой  цилиндр,  если  не  учитывать  выпуклости  вслед¬
ствие  смачивания  вдоль  периметра  основания.  Вырезав  в  этом

§  8]  ТЕРМИЧЕСКИЕ  ХАРАКТЕРИСТИКИ  ПОЧВЫ  И  ЕЕ  ВЛАЖНОСТЬ  497
 случае  dx  и  обозначив  через  гв  радиус  жидкого  цилиндра,  по¬
лучим  следующие  выражения  для  площадей  Sb  S2  и  S3:
 sl  =  n(r2  —  X2), 	\
 S3  =  4r2  —  «(г2  —  x2)  ) 	•  U
 для  двухфазной  системы,  простирающейся  от  нуля  до  V  г2—  гр
Si  =  ъ{г2  —  х2),
 S*  =  *(1-'-2  +  *2).
 S3  =  4r2  —  кг\
 для  трехфазной  системы,  простирающейся  от  V  г2  —  г\  до  г
В  этом  случае  объемная  влажность:
 (52)
 W  =  —  =
 |*  It  (V2  — 	+  Д-2)  dx
 f  Si  dx
 jp  = 	8P
 Для  варианта  сосредоточенного  распределения  влаги  вокруг
контактов  задача  нахождения  X  сводится  к  вычислению  инте¬
грала  /.  Подставляя  результаты  вычислений  по  формулам  (52)
и  (51)  в  выражение  (49),  найдем:
 2г  А'  -(-  В'Е  .  2г  (С  +  Dr)  (  С  —  DE\  ' 	f53)
 АВ  "  А'  +  В’Е  CD  "  (С  —  Dr)  VC'  +  DE  )
 В  этой  формуле  введены  такие  обозначения:
 A'  =  V(h  —  h)*r2+4hr2,  B’  =  V*{h  —  h),
 С  -  /(X,  —  Х2)  nr2  +  Х3  (4г2  —  кф  +  X*w*,
 Z)  =  /(Xi-X2)Tr, 	E=Y7^7f.
 Изображая  результаты  вычисления  зависимости  теплопро¬
водности  от  влажности,  полученные  по  формулам  (50)  и  (53),
легко  убедиться  в  том,  что  два  разобранных  варианта  рас¬
пределения  влаги  приводят  к  совершенно  различному  виду  за¬
висимости  (X—  до).  В  одном  случае  эта  зависимость  криволи¬
нейная.  Вычисления  кривых  X—до  произведены  автором  теории
для  фиксированных  значений  Х  =  0,505  и  Х  =  0,202.  Из  харак¬
тера  формул  вытекает,  что  X  является  искомой  функцией,  a  Xi  и
 -у—переменными  параметрами.  Абсолютные  значения  размеров
 самих  зерен  материала  не  влияют  на  величину  X.  Из  тех  же
формул  легко  получить  два  крайних  случая  теплопроводности:
 32  Зак.  196.

498
 ТЕПЛООБМЕН  В  ПОЧВЕ
 [гл.  II
 при  сухом  состоянии  (когда  гв=0)  и  при  полном  влагонасыще-
нии  материала  (Х2  =  Хз).  Это  выясняет  зависимость  теплопро¬
водности  системы  от  химико-минералогической  природы  сухой
фазы  ее,  т.  е.  устанавливает  связь:  X  =  f(Xi)  (рис.  154).  Эти  же
 формулы  позволяют  най¬
ти  зависимость  теплопро-
р.%
 д  к  кал
9  м-  час*  грай
 водности  от  влажности,
 22.1ч
 тч
 3527
 42.51
 5?т
 64J0
 63.30
 поскольку
 г  в
 отношение  —
 определяет  влажность  ма¬
териала.  Анализ  получен¬
ных  формул  показывает,
что  все  они  для  фиксиро¬
ванных  Х2  и  А*  имеют
структуру  вида
 Х=/(Х1»  Ру  «')• 	(54>
 Франчук  провел  вычис-
50.00  ления  по  выведенным  фор¬
мулам,  принимая  при  по¬
ложительных  температу¬
рах  Х2  =  0,05  (для  воды)
и  при  отрицательных  тем¬
пературах  Х2  =  1,95  (лед),
для  воздуха  Х$  =  0,02.
Вычисления  для  влаж¬
ных  материалов  осуще¬
ствлены  с  помощью  фор¬
мулы  (54)  по  приближен¬
ным  методам  графическо¬
го  интегрирования.  Эти
результаты  -изображены
на  рис.  155  и  156.
 Формула  (54)  являет¬
ся  приближенной,  так
как  она  получена  на  ос¬
нове  рассмотрения  теплопередачи  в  идеализированной  струк¬
туре,  о  которой  здесь  шла  речь,  и  она  правильно  отражает
общее  направление  изменения  X,  а  именно  его  возрастание
при  росте  w.  При  более  подробном  анализе  теории  выяс¬
няется,  что  такая  линейная  зависимость  имеет  место  для  зер¬
нистых  структур  лишь  при  малых  пористостях.  Начиная  от
пористости  50%  и  выше,  теория  приводит  к  отклонению  от  прямо¬
линейности  в  функции  k  =  f(w).  Относительно  совпадения  опыт¬
ных  данных  ряда  исследователей  с  теоретической  линейной
зависимостью  следует  заметить  следующее.
 к  кал
 1'*  м-  нас-град
 Рис.  154.  Зависимость  коэффициента  тепло¬
проводности  системы  от  теплопроводности
скелета  почвы  при  различной  пористости.

§  8]  ТЕРМИЧЕСКИЕ  ХАРАКТЕРИСТИКИ  ПОЧВЫ  И  ЕЕ  ВЛАЖНОСТЬ
 499
 .  пал
 л’  н-час-град  р=  15,57%
 р-41,51
 к  кал
 м-час-град
 I*,
 10 	16  иг  Л
 10w,  %  О
 ш.%
 Рис.  155.  Зависимость  коэффициента  теплопроводности  от  влажности
дисперсной  системы  при  различных  значениях  пористости  (при  положи¬
тельных  температурах).
 пал
 '  м-час-град  р-16,67
 0  s  35,27
 р  =  Ч1$1
 ккал
 м-час-гром
 10  иг,  %
 ппм*  пя^пи^имт  чия^иримоу^^  И^Иент^  теплопроводности  от  влажности
при  разл  значениях  пористости  дисперсной  системы  (при  отри¬
цательных  температурах).
 32*

500
 ТЕПЛООБМЕН  В  ПОЧВЕ
 [гл.  II
 1. 	Во  всех  приведенных  расчетах  кривых  при  их  сравнении
с  опытными  кривыми  рассматривается  лишь  влажность  мате¬
риала  в  пределах  15—20%,  максимум  30%,  от  общей  влажно¬
сти.  Действительно,  при  первоначальной  стадии  увлажнения,
т.  е.  при  слабом  увлажнении,  можно,  как  выяснится,  в  грубом
приближении  считать  теплопроводность  линейной  функцией
влажности.
 2. 	В  действительности  опытные  кривые  никогда  не  совпа¬
дают  с  теоретическим  ходом,  предполагающим  линейность.
 С  точки  зрения  физики  имеется  возможность  подойти  к  ана¬
лизу  зависимости  теплопроводности  от  влажности  на  основе
эксперимента.  Учитывая,  что  некоторые  из  приведенных  работ
получены  грубым  методом  графического  решения  уравнения
теплопроводности,  а  в  других  исследовались  лишь  небольшие
влажности  и,  кроме  того,  в  силу  применения  стационарного  ре¬
жима  имел  место  некоторый  эффект  миграции  влаги,  остано¬
вимся  на  результатах,  лишенных  этих  недостатков.  С  помощью
цилиндрического  бикалориметра  А.  Ф.  Чудновским  исследованы
такие  объекты,  как:  1)  мелкозернистый  кварцевый  песок  (диа¬
метр  фракции  <  0,25  мм,  2)  кварцевый  песок  (диаметр  зерен
1  MM<^d<^  10  мм),  3)  подзолистый  суглинок,  4)  черноземный
суглинок  и  5)  чистая  глина.
 Чтобы  получить  зависимость  теплопроводности  от  влажно¬
сти  для  данного  материала,  все  остальные  факторы  (темпера¬
тура,  влажность,  объемный  вес,  крупность  зерен)  должны
сохраняться  постоянными.  Таким  образом,  полученные  за¬
висимости  температуропроводности  k  от  влажности  w  в  иссле¬
дованных  материалах,  относятся  к  данному  диаметру  зерен,
к  данной  более  или  менее  постоянной  набивке,  к  данному  ин¬
тервалу  температур  (от  13°  до  5°  С)  при  данной  зависимости
объемного  веса-  от  влажности.
 На  рис.  157  приведены  результаты  исследований  для  крупно¬
зернистого  песка,  подзола,  и  глины.  Для  всех  объектов  получается
сходная  картина.  Опыты  дали  хорошую  повторяемость  темпе¬
ратуропроводности  для  каждого  значения  влажности.  Наиболь¬
шие  погрешности  колеблются  в  пределах  от  1,5  до  6%  от  сред¬
него  значения.  Общий  характер  кривых  таков: 	возрастая
 вначале  с  влажностью,  величина  коэффициента  температуропро¬
водности  достигает  максимума.  Различные  типы  почв  сохра¬
няют  этот  максимум  постоянным  в  пределах  различных  интер¬
валов  влажности;  при  этом  ширина  этих  интервалов  весьма
различна  у  разных  объектов.  С  дальнейшим  увеличением  влаж¬
ности  температуропроводность  падает,  стремясь  в  некоторых
случаях  к  постоянному  значению.  Объяснение  этого  системати¬
ческого  хода,  по-видимому,  следующее.  Сухой  порошкообраз¬
ный  материал  имеет  низкую  теплопроводность,  вследствие  пло¬

§  &}  ТЕРМИЧЕСКИЕ  ХАРАКТЕРИСТИКИ  ПОЧВЫ  И  ЕЕ  ВЛАЖНОСТЬ  501
 хого  теплового  контакта  между  отдельными  частицами.  Появ¬
ление  водной  пленки  в  местах  контакта  зерен  улучшает  тепло¬
вой  контакт  во  влажном  образце.  Вода  связывает  отдельные
частицы  друг  с  другом  и  облегчает  1переход  тепла  от  одной  ча¬
стицы  к  другой  через  тонкую  водную  пленку  путем  теплопровод-
 Рис.  157.  Зависимость  коэффициента  температуропровод¬
ности  (кривая  1)  и  объемного  веса  (кривая  2)  от  влаж¬
ности  для  разных  почв.
 а  —  мелкозернистый  ^известковый  песок,  крупнозернистый  извест¬
ковый  песок,  в  —  глина  г  —подзол.
 ности  вместо  передачи  тепла  конвекционным  движением  воз¬
духа  или  лучеиспусканием.  Действительно,  по  данным  литера¬
туры  разнообразные  почвы  имеют  теплопроводность,  равную
1  1
 ■g-  —  у  от  теплопроводности  для  воды.
 Таким  образом,  при  низких  влажностях  главную  роль  играет
эффект,  связанный  с  относительной  величиной  теплопроводно¬
сти  воды  и  почвенного  материала.  Огромное  большинство  почв

502
 ТЕПЛООБМЕН  В  ПОЧВЕ
 [гл.  И
 в  сухом  состоянии  имеет  удельную  теплоемкость,  составляю¬
щую  0,2  от  теплоемкости  воды.  Следовательно,  чем  выше  влаж¬
ность  почвы,  тем  больше  ее  удельная  теплоемкость  и  ее  темпе¬
ратуропроводность.  Кроме  того,  каждый  тип  почв  дает  умень¬
шение  плотности  с  увеличением  влажности.  При  этом  момент
 наступления  этого  умень¬
шения  характерен  для
данного  вида  почв.  Таким
образом,  в  известном  ин¬
тервале  вполне  вероятен
'постоянный  ход  темпера¬
туропроводности  с  влаж¬
ностью,  ибо  теплопро¬
водность  растет  одно¬
временно  с  увеличением
плотности  и  удельной  теп¬
лоемкости.  Дальнейшее
понижение  температуро¬
проводности  может  быть
объяснено  тем,  что  фак¬
тор  теплопроводности  при
еще  большем  увеличении
влажности  будет  иметь
все  меньшее  значение
и  теплопроводность  мате¬
риала  будет  все  время
приближаться  к  значению
теплопроводности  самой
воды.  Теплоемкость  обна¬
руживает  линейный  рост
с  увеличением  влажно¬
сти,  что  видно  из  рис.  158.
 Теплопроводность  же,
в  соответствии  с  предло¬
женным  объяснением,  дей¬
ствительно  имеет  вид  затухающей  кривой  в  функции  влажности
(кривые  даны  для  супесчаной  почвы).
 Из  рис.  158  видно,  что  объемная  теплоемкость  растет  ли¬
нейно  с  ростом  влажности,  а  коэффициенты  теплопроводности
и  температуропроводности  быстро  растут  на  малых  процентах
влажности,  проявляя  тенденцию  к  некоторому  затуханию  при
высоком  влагосодержании.  С  увеличением  влажности  в  почве
появившиеся  вначале  тонкие,  а  потом  все  более  утолщающиеся
пленки  начинают  играть  роль  водяных  мостов,  по  которым
тепло  быстро  распространяется  от  одной  частицы  к  другой,
а  следовательно,  значения  К  и  k  начинают  быстро  расти.  Начи¬
 Рис.  158.  Зависимость  термических
характеристик  от  влажности  песка.

§  8]  ТЕРМИЧЕСКИЕ  ХАРАКТЕРИСТИКИ  ПОЧВЫ  И  ЕЕ  ВЛАЖНОСТЬ  503
 ная  с  максимальной  молекулярной  влагоемкости  (12%  для  лег¬
кой  суглинистой  почвы),  когда  влага  двигается  по  менисково¬
пленочному  механизму,  мениски  в  углах  стыка  почвенных  ча¬
стиц  переходят  в  непрерывную  водную  пленку,  заполняющую
все  капилляры,  и  тепло  еще  свободнее  может  переходить  через
воду  (коэффициенты  k  и  X  начинают  быстро  расти).  Достигнув
значения  капиллярной  влагоемкости  (26—27%),  когда  все  ка¬
пиллярные  промежутки  заполнены  водой  и  только  в  некапил¬
лярных  промежутках  еще  остаются  пузырьки  воздуха,  коэффи¬
циент  k  для  легкой  суглинистой  поч¬
вы  начинает  несколько  замедлять
свой  рост.
 Кривая  на  рис.  159,  изображаю¬
щая  те  же  зависимости  для  тяжело¬
суглинистой  почвы,  является  совер¬
шенно  новым  и  ранее  неизвестным
расширением  вопроса.  Здесь,  так
же  как  и  для  легкосуглинистой
почвы,  выявлена  зависимость  тепло¬
вых  характеристик  от  влажности
при  разных  плотностях.  Для  некото¬
рых  горизонтов  естественной  поч¬
вы,  там,  где  повторности  значитель¬
но  разнятся,  нанесены  по  две
кривые,  соответствующие  разным
плотностям.  Там  же,  где  повторно¬
сти  очень  близки,  нанесена  средняя
кривая  из  двух  повторностей.  Как
видно  из  рис.  159—161,  коэффициен¬
ты  теплопроводности  и  температуро¬
проводности  растут  с  увеличением
влажности.  Эти  кривые,  получен¬
ные  Р.  Н.  Шпаковской  в  лабора¬
тории  А.  Ф.  Чудновского,  имеют
различный  вид  для  тяжело-  и  легко¬
суглинистой  почвы  (отрицательная
тельной).  В  последнем  случае  рост  тепловых  характеристик
также  обусловлен  разным  соотношением  воды  и  воздуха  в  порах
и  характером  связи  частиц  с  водой.
 На  рис.  161  хорошо  виден  (для  горизонта  А  —  глубина  3—
7  см)  медленный  рост  К  и  k  до  точки  максимальной  молекуляр¬
ной  влагоемкости  (25%),  при  которой  тепло  еще  передается
через  водные  мениски,  находящиеся  только  в  углах  стыка  ча¬
стиц  и  когда  еще  существуют  прерывные  водные  пленки.
Начиная  со  значений  влажности  25%,  когда  мениски  в  углах
стыка  переходят  в  непрерывную  водную  пленку,  образуются
 Рис.  159.  Зависимость  тепло¬
проводности  от  влажности  почв
различного  механического  со¬
става.
 /  —  легкосуглинистая  почва,  глубина
Л  =  20—25  см,  р  =  151  г/смл\  2  —тяже¬
лосуглинистая  почва,  глубина
Л  =  20—25  см,  р  =  151  ?/см*.
 кривизна  вместо  положи-

504
 ТЕПЛООБМЕН  В  ПОЧВЕ
 [ГЛ.:  II
 широкие  «мосты»  и  тепло  начинает  распространяться  непрерыв¬
ным  потоком1  от  частицы  к  частице.  С  этого  момента  (при  влаж¬
ности  свыше  25%)  тепловые  характеристики  k  и  X  начи¬
нают  быстро  расти  до  полной  влагоемкости  (до  =  65%).
 Зависимость  С  =  /(со),  так  же  как  и  для  легкосуглинистой
почвы,  имеет  вид  прямой  и  дает  ту  же  зависимость,  что  и  удель-
 Рис.  160.  Зависимость  коэффициентов  температуропроводности  (а)  и  тепло¬
проводности  (б)  от  влажности  для  крупнозернистых  материалов  (песчаная
 почва).
 ная  теплоемкость  от  количества  воды  (так  как  плотности  прак¬
тически  почти  не  меняются).  Кривые  k  и  X  имеют  один  и  тот
же  вид.
 Из  рассмотрения  зависимостей  X  от  влажности  можно  сде¬
лать  вывод  о  том,  что  подзолистые  суглинки,  как  тяжелосугли¬
нистые,  так  и  легкосуглинистые,  по  мере  увеличения  их  влаж¬
ности  увеличивают  значения  своих  тепловых  характеристик.
Однако  характер  изменения  X  с  влажностью  для  этих  двух  почв
разный  (вогнутая  и  выпуклая  кривые).  Различия  в  характере
изменения  кривых  k  и  X  для  этих  двух  почвенных  разностей

§  8]  ТЕРМИЧЕСКИЕ  ХАРАКТЕРИСТИКИ  ПОЧВЫ  И  ЕЕ  ВЛАЖНОСТЬ 	505
 очень  хорошо  видны  из  рис.  160  и  161.  В  этом  примере  плотно¬
сти  почв  почти  одинаковы,  за  исключением  верхнего  5-см  слоя,
глубины  одни  и  те  же,  начальная  температура  образцов  перед
опытом  также  одинакова.  Почвы  разнятся  лишь  своим  механи¬
ческим  составом.
 Рассматривая  механический  состав  этих  почв,  мы  видим,
что  в  легкосуглинистой  почве  песок  (мелкий  и  средний)  и  пес¬
чаная  пыль  составляют  64%  от  всех  третий,  а  глина  и  ил  всего
12%.  В  тяжелосуглинистой  почве,  наоборот,  глина  составляет
66%  от  всех  частиц,  а  песок  1,47%.  Таким  образом,  в  легко¬
суглинистой  почве  доминирующим  является  песок,  а  в  тяжело¬
суглинистой—  глина.  Рассматривая  рис.  160,  видно,  что  кри¬
вые,  соответствующие  изменению  k  —  w  и  X  —  w  для  песчаных,
сравнительно  крупных  частиц  (1—0,1  мм)  уже  при  малых
влажностях  дают  быстрый  рост  тепловых  характеристик.  Кри¬
вые  рис.  161,  соответствующие  изменению  k  —  w  и  К  —  w  для
глинистых  мелких  частиц  (0,01—0,001  мм),  при  данных  влажно¬
стях  растут  медленно.  Разный  характер  этих  двух  кривых  (вогну¬
тая  и  выпуклая)  может  быть  объяснен  разным  характером  связи
частиц  с  водой.  При  одной  и  той  же  влажности  в  одной  почве
может  быть  одно  распределение  воды  и  воздуха  и  действовать
один  механизм  связи  почвенной  частицы  с  водой,  а  в  другой
почве  —  другое  распределение  и  другой  механизм  связи  частиц
с  водой.  Поэтому  в  одном  случае  тепло  будет  быстрее  и  свобод¬
нее  передаваться  от  частицы  к  частице,  чем  в  другом.  Напри¬
мер  для  горизонта  А  (пахотный)  при  влажности  11,7%  для
легкосуглинистой  почвы  действует  менисковый  механизм  связи
частиц  с  водой,  когда  сплошная  водная  пленка  открывает  до¬
ступ  потоку  тепла,  которое  по  «мостикам»  переходит  от  одной
частицы  к  другой.  При  этой  же  влажности  11,7%  в  тяжелосу¬
глинистой  почве  частицы  почвы  еще  окружены  тонкими  вод¬
ными  пленками  (d=  100—150  м),  которые  затрудняют  пере¬
движение  тепла;  при  этом  коэффициенты  k  и  X  для  тяжелосу¬
глинистых  почв  при  одинаковых  механизмах  связи  почвенных
частиц  с  водой  и  воздухом  (капиллярная  влажность,  макси¬
мально  гигроскопическая  и  др.)  всегда  ниже  таковых  для  лег¬
косуглинистой  почвы.  Объясняется  это  тем,  что  в  легкой  почве
твердых  частиц  меньше,  но  частицы  крупнее  (песок),  чем  в  тя¬
желой  почве,  где  много  мелких  частиц  (глина).
 Следовательно,  на  пути  теплового  потока  в  одном  случае
встречается  много  мелких  почвенных  частиц  (глина),  которые
вступают  в  соприкосновение  (контакт)  друг  с  другом,  а  каждый
контакт  служит  препятствием  для  прохождения  тепла.  В  другом
случае  встречается  малое  количество,  но  крупных  частиц  и,  сле¬
довательно,  имеет  место  малое  количество  контактов  и  хорошая
проводимость  тепла.

к.см  Р'см’
 	га  uo
 6)
 Рис.  161.  Зависимость  коэффициентов  температуропроводности  (а)  и  теплопроводности  (б)  от  влажности
 для  мелкозернистых  материалов  (глинистая  почва).
 506 	ТЕПЛООБМЕН  В  ПОЧВЕ

f  8]  ТЕРМИЧЕСКИЕ  ХАРАКТЕРИСТИКИ  ПОЧВЫ  И  ЕЕ  ВЛАЖНОСТЬ
 507
 Кроме  того,  в  последнем  случае  большая  часть  теплового  со¬
противления  приходится  на  массу  самого  вещества  (скелета)
почвенной  частицы,  теплопроводность  которого  велика  по  срав¬
нению  с  теплопроводностью  воздуха  и  воды.
 Мы  видели,  что  опыт  дает  такую  закономерность:  чем  больше
имеет  почва  глинистых  частей  и  меньше  песка,  тем  X  твердой
фазы  меньше  и  тем  меньше  эффективная  теплопроводность.
 Рис.  162.  Влияние  разме¬
ров  зерен  на  зависимость
от  влажности  коэффи¬
циента  теплопроводности.
 1  —  d  >  1  мм;  2  —  0,l<d<l  мм;
3  —  d<.0,\  мм.
 Рис.  163.  Влияние  пористости
почв  на  зависимость  коэффи¬
циента  теплопроводности  от
влажности.
 Сказанное  показывает,  что  для  сравнения  имеют  смысл  лишь
те  числа  fe,  к  и  С,  для  которых  указаны  влажность,  пористость,
механический  состав  или  дисперсность.
 При  одинаковых  влажностях  и  пористости  существенное
значение  имеет  дисперсность  материала,  обусловливающая  спе¬
цифическую  для  почвы  степень  связанности  скелета  с  влагой.
При  учете  влияния  природы  почвы  на  ее  термину  необходимо
классифицировать  почвы  по  их  механическому  составу.  В  прак¬
тических  задачах  достаточно  ограничиться  установлением  трех
категорий  почвенных  материалов:  мелкодисперсных  (глины),
грубодисперсных  (песок)  и  среднедисперсных  (супеси,  суглинки).

508
 ТЕПЛООБМЕН  В  ПОЧВЕ
 [ГЛ.  If
 При  переходе  от  мелкодисперсной  к  крупнодисперсной  си¬
стеме  характер  зависимости  не  изменяется,  что  показывает
рис.  162.  Изменяется  лишь  степень  этой  зависимости,
которая  возрастает  по  мере  увеличения  диаметра  зерен  мате¬
риала.
 Нам  представляется,  что  по  отношению  к  тепловым  характе¬
ристикам  справедливыми  будут  следующие  выводы.
 1. 	В  зависимости  от  величины  зерен  все  почвы  могут  быть
разделены  на  три  группы:  крупно-,  средне  и  мелкодисперсные.
При  малых  процентах  влажности  все  эти  категории  почв  обла¬
дают  свойством  с  ростом  влажности  увеличивать  и  притом
в  линейной  зависимости  свою  теплопроводность.  При  этом  темп
этого  возрастания  тем  больше,  чем  зерна  вещества  крупнее.
 2. 	При  дальнейшем  увлажнении  почвы,  начиная  с  опреде¬
ленной  стадии  увлажнения  ее,  рост  теплопроводности  либо  за¬
тухает  (крупнозернистые  вещества),  либо,  наоборот,  становится
сильно  выраженным  (мелкозернистые),  либо,  наконец,  продол¬
жает  подчиняться  линейному  ходу  (среднедисперсные).
 3. 	Наблюдающееся  на  опыте  для  многих  строительных  и
изоляционных  материалов  линейное  изменение  теплопроводно¬
сти  с  изменением  влажности  вполне  закономерно  с  точки  зре¬
ния  приводимого  здесь  объяснения,  поскольку  речь  идет  о  не¬
высоких  влажностях  и  о  материалах  среднедисперсной  струк¬
туры.
 4. 	В  пределах  каждой  из  трех  групп  в  довольно  широких
интервалах  изменения  степени  дисперсности  характер  зависи¬
мости  коэффициента  теплопроводности  от  влажности  сохра¬
няется  одинаковым.  Так,  для  кварцевого  песка  мы  будем  на¬
блюдать  одну  и  ту  же  картину  затухающего  эффекта  К  с  ро¬
стом  w.  При  этом  до  10%  весовой  влажности  будет  одна  и  та
же  кривая  X(w)y  которую  можно  с  приближением  принять  за
прямую.  Следует  подчеркнуть,  что  этот  предел  влажности  бли¬
зок  к  влажности  при  капиллярной  влагоемкости  такого  мате¬
риала  как  песок.
 Такой  же  характер  кривой  X(w)  будет  наблюдаться  для  ма¬
териала,  содержащего  в  своем  составе  много  песка  (например
супеси  и  супесчаные  почвы).  Но  это  обстоятельство  ни  в  коем
случае  не  служит  обоснованием  для  вывода,  который  часто  де¬
лается,  о  независимости  X(w)  от  размера  зерен.  Для  малых  ча¬
стиц  d<0,0l  мм  получается  второй  характерный  вид  функции
X  =  f(w),  а  именно:  вместо  закона  насыщения  —  показательный
закон,  соответствующий  кривым,  изображенным  на  рис.  161.
 Остается  решить  вопрос  о  влиянии  плотности  на  ход  кри¬
вой  «теплопроводность  —  влажность».  Из  опытов  выяснилось,
что  повышение  коэффициента  теплопроводности  с  ростом  влаж¬
ности  более  резко  выражено  у  плотных  материалов  (рис.  1631.

§  81  ТЕРМИЧЕСКИЕ  ХАРАКТЕРИСТИКИ  ПОЧВЫ  И  ЕЕ  ВЛАЖНОСТЬ  509
 Этот  вывод,  по-видимому,  имеет  применение  как  к  крупнодис¬
персным,  так  и  к  мелкодисперсным  почвам.
 Р.  Н.  Шпаковской  получены  кривые  зависимости  теплопро¬
водности  от  плотности  (или  пористости)  для  легкосуглинистой
почвы  (см.  рис.  165)  при  различных  влажностях.  Из  графиков
видно,  что  зависимость  имеет  следующий  вид:  с  увеличением
уплотнения  (т.  е.  с  уменьшением  общей  пористости)  коэффи¬
циенты  k  и  X  растут.  На  каждом  графике  представлены  две
кривые,  соответствующие  двум  влажностям.  При  малой  плот¬
ности  почвы  теплопередача  для  сухой  почвы  мала,  так  как  она
осуществляется  через  точечные  контакты  с  большим  тепловым
сопротивлением  и  через  воздух,  теплопроводность  которого
очень  мала  (см.  кривую  2  для  воздушносухого  состояния).  Для
влажной  почвы  даже  при  малых  плотностях  теплопередача  со¬
вершается  через  частицы  и  по  воде,  а  не  по  воздуху,  что  увели¬
чивает  коэффициенты  k  и  X  (кривая  1).  Сближение  почвенных
агрегатов  при  уплотнении  вызывает  увеличение  площади  кон¬
такта,  улучшая  теплопередачу.  При  этом  значительная  часть
теплового  потока  пройдет  по  самому  материалу  почвы,  что  вы¬
зовет  повышение  значений  k  и  X.
 Для  обеих  разновидностей  сухой  и  влажной  подзолистой
почвы  характер  k(p)  и  Х(р)  один  и  тот  же.  Полученные  зависимо¬
сти  теплопроводности  от  пористости  (или  плотности)  почвы  для
воздушносухих  легкосуглинистых  и  тяжелосуглинистых  почв
с  разным  механическим  составом  имеют  один  и  тот  же  вид.
Для  влажных  легко-  и  тяжелосуглинистых  почв  зависимость  X
от  пористости  имеет  тот  же  вид,  что  и  для  воздушносухих.  Но
при  этом  изменения  X  в  зависимости  от  уплотнения  почвы  ока¬
зываются  значительно  меньше,  чем  у  воздушносухих.
 В  пределах  изменения  пористости  от  70%  до  30%  коэффи¬
циент  X  увеличивается  в  6  раз  (рис.  164  и  165).  Эти  рисунки
показывают,  что  главную  роль  в  изменении  величины  тепло¬
проводности  играет  не  род  материала,  а  плотность,  влажность
и  их  изменение.
 Для  практических  целей  представляют  интерес  расчеты  и
номограммы,  показывающие  зависимость  коэффициента  тепло¬
проводности  от  основных  факторов  одновременно:  от  влажно¬
сти,  плотности  и  температуры.  К  ним  относятся  номограммы
Керстена  (1949).
 Новым  моментом  в  этих  номограммах  является  учет  степени
дисперсности  материала  и  разграничение  температур  на  поло¬
жительные  и  отрицательные.  Рассматривая  сначала  образцы
тонкодисперсных  почв,  автор  выводит  уравнение  для  теплопро¬
водности,  которое  приводит  к  ошибкам  не  более  чем  на  25%  во
всех  опытах.  Это  уравнение  является  комбинацией  равенств,  по¬
лученных  для  вариаций  влагосодержания  и  плотности.

510
 ТЕПЛООБМЕН  В  ПОЧВЕ
 |гл.  I?
 Номограммы  получены  комбинацией  двух  законов:  логарифми¬
ческого  для  зависимости  X  от  w  и  степенного  —  для  зависимо¬
сти  X  от  р:
 \=А  \gw-\-B;  \=А-\0В?.
 Для  вычисления  термических  характеристик  почв  СССР  вос¬
пользуемся  данными,  полученными  в  тепловой  лаборатории
АФИ.  Такие  данные  получены  для  целого  ряда  почв,  но  здесь
мы  приведем  следующие  примеры:
 Рис.  164.  Зависимость  коэффициентов  температуропроводности  (а)
и  теплопроводности  (б)  от  пористости  (при  различной  влажно¬
сти)  для  грубодисперсной  почвы.
 7  —  при  влажности  25%;  2—  при  влажности  воздушносухой.
 1) 	южный  чернозем,  маломощный,  иловато-пылевато-легко-
глинистый  на  лёссах  (г.  Одесса,  Всесоюзный  селекционно-гене¬
тический  институт);
 2) 	обыкновенный  чернозем,  среднемощный,  суглинистый,  на
карбонатных  тяжелых  суглинках  (г.  Аткарск,  Саратовской  обл.,
учхоз  «Красная  Звезда»);
 3) 	дерново-подзолистая  с  признаками  оглеения,  супесчаная
на  песках  (Латвийская  АССР,  учхоз  «Елгаво»,  Елгавского
района);

§  8]  ТЕРМИЧЕСКИЕ  ХАРАКТЕРИСТИКИ  ПОЧВЫ  И  ЕЕ  ВЛАЖНОСТЬ
 511
 4) 	слабоподзолистая,  тяжелосуглинистая,  пылеватая  на  мо¬
ренных  суглинках  (Ленинградская  обл.,  Волховский  район,  сов¬
хоз  «Запорожье»);
 5) 	дерново-подзолистая,  среднеокультуренная,  тяжелосугли¬
нистая  на  моренной  глине;
 6) 	то  же,  под  лесом;
 7) 	дерново-подзолистая,  среднеокультуренная  песчаная  на
 мелком  песке; 	^
 8) 	то  же,  под  лесом.
 Ю  20  30  40  50  60  70  60  р,  %  и  10  20  30  40  50  60  70  80  рХ
 Рис.  165.  Зависимость  коэффициентов  температуропроводности  (а)  и  тепло¬
проводности  (б)  от  пористости  (при  различной  влажности)  для  мелкозер¬
нистой  почвы.
 /  —  при  влажности  4%;  2—  мри  влажности  воздушносухой.
 Образцы  последних  четырех  типов  почвы  взяты  в  Тоснен-
ском  районе  Ленинградской  обл.
 В  связи  с  тем,  что  температурное  поле  почвы  определяется
главным  образом  тепловыми  свойствами  верхнего  пахотного  ее
слоя,  исследование  было  посвящено,  в  основном,  получению  си¬
стематических  данных  по  тепловым  характеристикам  почв  для
слоя  0—20  см.  На  рис.  166—168  даны  зависимости  этих  харак¬
теристик  от  плотности,  влажности  (в  объемных  процентах),
степени  окультуренности  и  механического  состава.
 Для  всех  термических  характеристик  построены  графики  зави¬
симости  их  от  влажности  при  различной  плотности  и  зависимости
 0
 а)
 б)

Рис.  166.  Зависимость  термических  характеристик
различных  почв  от  влажности  при  разных  значениях
плотности.
 в  —южный  чернозем;  б—  чернозем  обыкновенный;  в  —  дерново-
глеевая  почва;  г  —  слабоподзолистая  тяжелосуглинистая  почва.
 512 	ТЕПЛООБМЕН  В  ПОЧВЕ

U/i
 00
 Рис.  167.  Зависимость  от  влажности  термических  характеристик  дерново-подзолистой  тяжелосугли¬
нистой  почвы  под  лесом  при  различных  значениях  плотности.
 а  —  горизонт  А0;  б—  горизонт  А,;  в  —горизонт  Аа.
 ТЕРМИЧЕСКИЕ  ХАРАКТЕРИСТИКИ  ПОЧВЫ  И  ЕЕ  ВЛАЖНОСТЬ  513

11
 к-t
 9
 8
 7
 В
 5
 Ц
 3
 г
 1
 и
 Рис.  168.  Зависимость  от  влажности  термических  характеристик  дерново-подзолистой  песчаной  почвы  при  разных
 значениях  плотности.
 а  —  окультуренная  почва;  б  —  под  лесом,  горизонт  Af.

§  81  ТЕРМИЧЕСКИЕ  ХАРАКТЕРИСТИКИ  ПОЧВЫ  И  ЕЕ  ВЛАЖНОСТЬ  515
 от  плотности  при  различной  влажности.  Для  каждой  ха¬
рактеристики  получено  семейство  кривых.
 Кривые  зависимости  коэффициента  температуропроводности
от  влажности  и  плотности  выражены  в  аналитической  форме;
при  этом  получились  формулы,  позволяющие  определить,  в  пре¬
делах  опыта,  зависимость  между  изучаемыми  величинами.  За¬
висимость  коэффициента  температуропроводности  от  плотно¬
сти  k(p)  (например  для  южного  чернозема)  выражена  такими
формулами  (А.  И.  Гупалло,  1956):
 1)
 для
 W
 с>
 o'
 о
 II
 10»А  =
 =  1,5р0,85  —  0,42
 2)
 для
 W
 =  4%
 103&  =
 =  1,3р0-9  —  0,07,
 3)
 для
 W
 =  10%
 103£  =
 =  2,4Р  —0,38,
 4)
 ДЛЯ
 W
 =  20%
 104  =
 =  2р1,2+  1,06,
 5)
 для
 W
 =  25%
 104  =
 =  1,8^4-1,10.
 При  сопоставлении  данных  k,  полученных  из  опыта  и  вычис¬
ленных  по  приведенным  формулам,  оказалось,  что  максималь¬
ная  относительная  ошибка  по  абсолютному  значению  не  превы¬
шает  4%.  Полученные  формулы  для  зависимости  k(w)  будут
такие:
 1) 	для  р=  1,1  г/см3
 2) 	для  р  =  1,2  г/см3
 3) 	для  р  =  1,3  г/см3
 4) 	для  р  =  1,4  г/см3
 103А  =  2,30^-°-007  ^-20)2  +  1,05,
I03k  =  2,48е-°’°°7  ^'2°)2  +  1,18,
103£  =  2,ЗЗе-°>001  ^-2°)2  +1,38,
\03k  =  2,75e-°>007  («-20)1  +  1,39.
 Максимальная  ошибка  вычисленных  значений  по  этим  фор¬
мулам  по  сравнению  с  опытными  7,4%,  что  близко  к  ошибке  из¬
мерений.
 Имея  формулы  k  =  f(р)  и  k  =  f(w),  удается  получить  обоб¬
щающую  формулу,  которая  дает  возможность  определить  коэф¬
фициент  температуропроводности  одновременно  в  зависимости
от  плотности  и  влажности:
 £|Q3  _  2,1  р  1*2—0,02м?£0,007  (И>-20)а  _|_  p0,8+0,02u>e
 Рассчитанные  по  этой  формуле  значения  k  дают  относительную
ошибку  по  сравнению  с  опытными  данными  только  в  одном
случае  10%,  в  остальных  —  меньше  7,4%.  Так  как  =  то
 33*

к-т~
 щ.  %
 о  г  ч  6  81тг  п  16тбяштзгзчхш  ,
 гч  гг  го  is  ю  п  п
 ОТ.  .  %
 ю  8
 о  ог  ом  о.б  о.8  1,о  а  1м  >.6  м  г.о  г.г  гм  г,б  гго  з.о
 ч.  ёпз 	кал
 Uf  см  сек  град
 Рис.  169.  Номо¬
грамма  для
определения
термических
характеристик
почв  по  их
влажности
и  плотности.
 516 	ТЕПЛООБМЕН  В  ПОЧВЕ 	[ГЛ.  II

§  81  ТЕРМИЧЕСКИЕ  ХАРАКТЕРИСТИКИ  ПОЧВЫ  И  ЕЕ  ВЛАЖНОСТЬ  517
 коэффициент  теплопроводности  в  зависимости  от  влажности  и
плотности  найдем  в  виде:
 X  •  10®=  12,1р1'2-°’02м’^0’00'7  <»-20>а  +  р°'8+°'02№](о,2  +  -щ-)  р.
 Пользуясь  этой  формулой,  зная  ♦влажность  и  плотность,
можно  определить  коэффициент  теплопроводности.  Учитывая,
что  полученная  формула  для  определения  X  весьма  сложна,  по¬
строена  номограмма,  избавляющая  от  расчетов.  Пользуясь  но¬
мограммой,  можно  найти  все  тепловые  характеристики  для  лю¬
бых  значений  влажности  и  плотности  в  пределах  ее  построения.
Принцип  пользования  номограммой  ясен  из  рис.  169.

ГЛАВА  III
 результативный  тепловой  эффект  в  почве  —
 ЕЕ  ТЕМПЕРАТУРА
 §  1.  Температура  почвы  и  факторы,  ее  определяющие
 Какие  бы  вопросы  в  области  теплового  режима  мы  ни  рас¬
сматривали,  в  конце  концов  основн&м  показателем  этого  ре¬
жима  является  температура  почвы.  Главная  энергетическая  за¬
дача  здесь  состоит  в  том,  чтобы  уметь  находить  и  предвидеть
температуру  в  любой  момент  времени  на  любой  глубине  почвы,
уметь  проанализировать  причины,  приведшие  к  данному  тем¬
пературному  полю,  понять,  какие  факторы  и  в  каком  соотно¬
шении  влияют  на  это  поле.
 В  данной  главе  мы  попытаемся,  с  одной  стороны,  учитывая
все  изложенное  ранее  о  тепловом  балансе  и  его  элементах,  рас¬
смотреть  с  теоретической  точки  зрения  вопрос  о  температурном
режиме  в  почве,  с  другой  стороны,  мы  изложим  современные  и
надежные  приемы  измерения  ее  температуры.  Это  подготовит
базу  для  дальнейшего  изложения  вопросов,  связанных  с  прог¬
нозом  и  регулированием  температурного  режима  в  почве.
 Обычно  для  нахождения  температурного  поля  в  почве  при¬
меняется  обыкновенное  дифференциальное  уравнение  теплопро¬
водности,  как  для  одномерного,  однородного  полупростран-
ственного  твердого  объекта,  которое  решается  при  определен¬
ных  начальных  и  граничных  условиях.
 Такой  упрощенный  путь  постановки  и  решения  задач  укоре¬
нился  во  всех  без  исключения  трудах  по  агрофизике  (Кин,  Ба-
вер,  Шоу  и  др.).  Как  правило,  граничным  условием  при  этом
считается  периодический  (с  одной  гармоникой)  ход  темпера¬
туры,  что  крайне  упрощает  задачу  и  не  позволяет  учесть  много¬
образной  и  сложной  структуры  почв  и  возможных  вариаций
погоды,  инсоляции  и  вообще  реальных  внешних  режимов  на
поверхности  почвы.  Короче  говоря,  решается  уравнение
 ,  д*Т  дТ
 dt
 (о

§  1) 	ТЕМПЕРАТУРА  ПОЧВЫ  И  ФАКТОРЫ,  ЕЕ  ОПРЕДЕЛЯЮЩИЕ
 51-9
 при  условии  на  поверхности
 Г(0,  t)=  T0s\nvt+T„ 	(2)
 при  этом  решение  получается  в  форме:
 T{Z,t)=f(T^k). 	(3)
 Иными  словами,  температура  в  почве  на  любой  глубине  Zb  лю¬
бой  момент  времени  t  зависит  от  температурной  амплитуды  на
поверхности  Т0  и  коэффициента  температуропроводности
почвы  k.
 Учет  реальных  температурных  ситуаций  в  почве  может
быть  произведен,  если  от  предположения  постоянства  коэффи¬
циента  температуропроводности,  характерного  для  одномер¬
ного,  однофазного  материала,  перейдем  к  предположению  пере¬
менного  характера  этой  величины  в  сложной  и  многофазной
среде,  каковой  является  реальная  почва.  Каждый  случай  сло¬
жения  почв,  каждый  случай  того  или  иного  распределения
влаги,  плотности,  механического  состава,  в  соответствии  с  той
или  иной  агротехнической  ситуацией  в  почве,  приведет  к  тому
или  иному  характеру  изменения  величины  температуропровод¬
ности.  В  действительности  дело  обстоит  еще  сложнее,  по¬
скольку  величина  температуропроводности  k  суть  сложная  ве¬
личина  и  ее  изменение  влечет  за  собой  изменения  ее  составных
элементов  X  и  ср.
 Кроме  того,  как  это  установлено  А.  В.  Лыковым  и  его  уче¬
никами  (см.,  например,  его  монографию  1954  г.)’,  терми¬
ческие  характеристики  дисперсных  сред,  в  частности  почв,
должны  рассматриваться  как  величины  эквивалентные,  т.  е.
как  такие,  которые  одновременно  отображают  не  только  про¬
цесс  переноса  тепла,  но  также  и  процесс  переноса  влаги.
 Как  выяснилось  в  предыдущей  главе,  величины  X,  k  и  С  яв¬
ляются  функциями  следующих  физических  параметров  состоя¬
ния  почвы:  а)  химико-минералогической  природы,  б)  механиче¬
ского  ее  состава  или  дисперсности,  в)  ее  температуры,  г)  плот¬
ности,  д)  влажности.
 Различные  почвы,  находясь  в  тех  или  иных  условиях,  раз¬
личным  образом  влияют  той  или  иной  стороной  своей  а)  —  д)  на
термические  характеристики  почв.  Трудно  дать  общие  законы
для  всех  возможных  ситуаций.  Иногда  главное  воз  действие  ока¬
зывает  один  фактор,  скажем,  влажность  почв,  а  в  другом  слу¬
чае  главное  влияние  имеет  другой  фактор  —  плотность.  Часто
решающее  значение  имеет  механический  состав.  Все  же,  не¬
смотря  на  исключительное  разнообразие  вариантов  в  ситуа¬
циях,  можно  высказать  некоторые  общие  положения,  вытекаю¬
щие  из  экспериментов.  Если  мы  закрепим  за  перечисленными
пятью  факторами  пять  соответствующих  букв  а,  б,  в,  г,  д  для

520
 РЕЗУЛЬТАТИВНЫЙ  ТЕПЛОВОЙ  ЭФФЕКТ  В  ПОЧВЕ
 [ГЛ.  111
 выражения  численного  влияния  каждого  из  факторов  на  тепловые
характеристики,  то  нам  предстоит  раскрыть  следующие  три
функции:
 Я  =/,  (а,  б,  в,  г,  д),  C  =  f2  (а,  б,  в,  г,  д)  и  k  =  f3  (а,  б,  в,  г,  д).
 Вид  и  характер  этих  функций  исключительно  сложен.  В  настоя¬
щее  время  имеется  возможность  (в  частности  по  данным  работ
лаборатории  Чудновского)  количественно  оценить  влияние  ка¬
ждого  фактора,  входящего  в  Fu  F2,  F3,  для  некоторых  почвен¬
ных  разностей.
 Предположим,  что  нам  удалось  какими-то  средствами  учесть
влияние  каждого  отдельного  фактора  на  тепловые  характери¬
стики  в  естественной  почве.  К  чему  бы  это  привело?  Мы  полу¬
чили  бы  уравнение  теплопроводности,  в  которое  входили  бы
явно  раскрытые  функции
 \  =  Fi  (а,  б,  в,  г,  б),
 C  =  F2  (а,  б,  в,  г,  д),
k  =  F3  (a,  б,  в,  г,  д).
 Искомая  температура  Т  выразилась  бы  как  функция  глубины,
времени  и  величин  а,  б,  в,  г,  б  в  самой  сложной  комбинации.
Но  здесь  следует  учесть  совершенно  новое  обстоятельство.  Хи¬
мико-минералогическая  природа  почв,  плотность,  дисперсность,
влажность  почв  в  действительности  резко  изменяются  по  глубине
почв,  а  возможно,  и  во  времени.  Таким  образом  каждый  фак¬
тор  а,  б,  в,  г,  д  следовало  бы  на  основании  опыта  представить
в  виде  функции  от  Z  и  t,  так  что
 a  =  ti(Z,  t);  6=ty2(Z,  t);  в  =  фз(Z,  t);  z  =  b(Z,  t);  d  =  %{Z,  t).
 Если  исключительно  трудно  выявить  в  полевых  условиях  влия¬
ние  каждого  из  пяти  факторов  при  упрощенном  предположении
о  постоянстве  этих  факторов  с  глубиной,  то  тем  менее  можно
учесть  эти  факторы  при  их  реальном  ходе  с  глубиной  и  во  вре¬
мени.  Зато  появляется  другая  возможность,  заключающаяся
в  следующем:  если  каждый  из  факторов  а,  б,  в,  г,  д  каким-то
сложным  образом  зависит  от  Z  и  t,  то  вся  комбинация  этих
факторов,  выраженная  опытными  функциями  Ft,  F2  и  F3,  в  конце
концов,  через  X,  k  и  С,  зависит  от  Z  и  t.  Имея  возможность
измерять  изменение  с  глубиной  и  во  времени  X,  k  и  С,  мы  попы¬
таемся  прямо  из  опытов  найти  для  каждой  интересующей  нас
ситуации  в  почве  вид  функции
 X  =  ?1  (Z,  ty,  C  =  f2  (Z,  t);  k  =  ?3  (Z,  ty
 При  этом  задача  сразу  упростится  —  нам  не  надо  будет  в  дей¬
ствительности  выделять  влияние  каждого  из  факторов  а,  б,  в,  г,  д.
Любая  комбинация  влияний  из  числа  этих  факторов,  имеющаяся

§  1] 	ТЕМПЕРАТУРА  ПОЧВЫ  И  ФАКТОРЫ,  ЕЕ  ОПРЕДЕЛЯЮЩИЕ 	521
 в  реальных  условиях,  обнаружится  как  суммарный,  результатив¬
ный  эффект,  если  мы  будем  какими-то  приборами  в  почве  изме¬
рять  ход  термических  характеристик  во  времени  и  по  глубине.
 Таким  образом,  более  сложная  и  более  практическая  задача
исследования  теплового  режима  в  естественной  почве  становится
более  простой  и  доступной,  чем  идеализированная  и  не  менее
сложная  задача  изучения  теплового  режима#в  лаборатории.  Ма¬
тематическая  задача  также  весьма  упрощается,  так  как  уравне¬
ние  теплопроводности  состоит  в  нахождении  температуры  как
функции  от  этих  двух  переменных.  Поэтому  никаких  дополни¬
тельных  уравнений,  помимо  начальных  и  граничных  условий,
не  потребуется.
 На  основании  сказанного  перед  нами  раскрывается  следую¬
щий  путь  изучения  температурного  поля  в  каждом  конкретном
случае.  Для  каждой  ситуации  требуется  найти  опытным  путем
зависимость  термических  характеристик  почв  от  глубины  и  вре¬
мени.  Найдя  эти  функции,  подставим  их  в  уравнение  теплопро¬
водности,  найденное  таким  образом  температурное  поле  и  учтет
данную  агроситуацию.
 Прежде  всего  следует  сделать  замечание,  весьма  сильно  упро¬
щающее  всю  проблему  в  целом.  Оказывается,  что  из  двух  фак¬
торов  Z  и  /,  которые  могут  изменять  тепловые  характеристики,
второй,  как  правило,  мало  существенен.  Действительно,  приме¬
няя  какой-либо  агроприем  (углубление,  рыхление,  уплотнение,
каткование,  гребневание  и  т.  д.),  мы  по  преимуществу  изменяем
физическое  состояние  почвы:  плотность,  влажность,  дисперсность,
а  следовательно,  и  зависящие  от  этих  факторов  термические
характеристики  почв,  лишь  по  глубине.  С  течением  времени
плотность,  влажность,  дисперсность,  а  значит  и  k  и  X  и  С,  будут
изменяться  крайне  мало  в  результате  примененного  приема.  Это
изменение  возникает  сразу  благодаря  характерным  особенностям
приема,  и  мы  будем  свидетелями  скачка  (по  сравнению  с  почвой,
не  подвергнутой  агроприему)  во  всех  свойствах  почвы  и  в  вели¬
чинах  X,  k  и  С.  Однако  дальше,  с  течением  времени  физические
свойства,  а  особенно  величины  X,  С  и  k,  будут  крайне  медленно
изменяться,  если  не  возникнет  воздействие  каких-то  внешних
факторов  (например  осадки).  Если  мы  каким-то  образом  изме¬
ряем  тепловые  характеристики  на  поле,  подвергнутом  агро¬
приему,  и  параллельно  на  той  же  почве,  не  подвергаемой  воз¬
действию  его,  то  нам  нет  никакой  (в  первом  приближении)  необ¬
ходимости  учитывать  фактор  времени  для  характеристики  дан¬
ного  агромероприятия  и  для  оценки  теплового  режима  агро¬
ситуации,  созданной  в  результате  применения  этого  метода.
 Единственно,  что  окажется  для  нас  важным  при  такой  оценке,
это  ход  тепловых  характеристик  почв  с  глубиной,  обусловленный
изменением  по  глубине  плотности,  влажности  и  дисперсности

522
 РЕЗУЛЬТАТИВНЫЙ  ТЕПЛОВОЙ  ЭФФЕКТ  В  ПОЧВЕ
 [гл.  III
 почв.  На  основании  многочисленных  опытов  мы  нашли,  что  зави¬
симость  коэффициентов  Я,  k  и  С  от  времени  (в  суточном  и  годо¬
вом  ходе)  крайне  незначительна  в  самых  разнообразных  усло¬
виях.
 В  результате  этого  изучения  мы  считаем,  что  суточный  ход
Я,  С  и  k  настолько  невелик  (10%)  (и  даже  ход  этих  величин
в  течение  наиболее  важного  для  сельскохозяйственного  производ¬
ства  периода  —  сезона),  что  можно  'при  решении  практических
задач  принять  их  в  среднем  постоянными.  Единственным  суще¬
ственно  влияющим  аргументом  для  функций  Я,  k  и  С  является
глубина,  что  связано  с  переменным  характером  в  первую  оче¬
редь  влаги,  а  во  вторую  очередь  плотности  по  глубине.  Характер
изменения  влажности  и  плотности  почвы  с  глубиной  дает  воз¬
можность  найти  функции  «теплопроводность  —  глубина  почвы»,
«температуропроводность  —  глубина  почвы»,—  «теплоемкость  —
глубина  почвы».  Эти  законы  кладутся  в  основу  теории  теплопро¬
водности  почвы.
 Таким  образом  могут  быть  построены  новые  теории,  отлич¬
ные  от  обычных,  учитывающие  переменный  характер  Я,  k  и  С
с  глубиной.  В  сухих  почвах  (пустыни  и  полупустыни),  в  почвах
с  относительно  постоянным  влагосодержанием  по  глубине  аргу¬
ментами  упомянутых  функций  могут  быть  плотность  почвы,  ее
дисперсность  или  механический  состав,  которые  (в  случае  рез¬
кого  изменения  влажности  по  глубине  отходйт  на  второй  план)
становятся  теперь  наиболее  влияющими  факторами  динамики
теплового  режима  почв.  Эти  же  факторы  крайне  влиятельны
во  всех  тех  случаях,  когда  почва  подвергается  всевозможным
механическим  воздействиям,  как,  например,  рыхлению,  прикаты-
ванию,  вспашке  и  другим  возможным  агротехническим  меро¬
приятиям.
 Из  всего  сказанного  следует,  что  практически  термические
характеристики  будут  зависеть,  в  конце  концов,  лишь  от  коорди¬
наты  Z,  что  связано  с  переменным  характером  влажности  по
глубине  в  естественных  почвах  или  с  переменным  характером
плотности  или  структуры  в  'почвах,  подвергнутых  обработке.
 Таким  образом,  мы  должны  теперь  вместо  функций  сpt(Z,/),
<p2(Z,t),  <p3(Z,/)  в  каждом  интересующем  нас  случае  находить
более  простые  функции  Я  =  <p'(Z);  C  =  <p"(Z); 	&  =  <p"'(Z).
 В  этом  случае  исходным  уравнением  теплопроводности  будет
вместо  (3)  следующее  уравнение:
 Для  решения  дифференциального  уравнения  (4)  следует
предварительно  установить  характер  зависимости  теплопроводно¬

§  1) 	ТЕМПЕРАТУРА  ПОЧВЫ  И  ФАКТОРЫ,  ЕЕ  ОПРЕДЕЛЯЮЩИЕ 	523
 сти  или  объемной  теплоемкости  от  глубины.  Решение  задачи
следует  рассматривать  для  отдельных  конкретных  случаев,
из  которых  наиболее  для  нас  интересными  могут  быть  два
варианта:
 А.  Температурное  поле  в  почве  под  влиянием  имеющегося
в  ней  распределения  влажности.
 '  Б.  Температурное  поле  в  почве,  установленное  благодаря
примененному  к  почве  агротехническому  .приему  обработки.
 Более  детально  содержание  этих  вариантов  можно  предста¬
вить  в  следующем  виде:
 I. 	а)  равномерное  убывание  влаги  по  глубине  при  малом
влагосодержании;
 б) 	равномерное  распределение  влаги  по  глубине  при  среднем
влагосодержании;
 в) 	равномерное  убывание  влаги  с  глубиной  при  переходе  от
малой  к  средней  влажности;
 II. 	а)  относительно  постоянный  режим  влаги  по  глубине  при
рыхлом  состоянии  почвы  в  верхнем  и  плотном  состоянии  в  ниж¬
нем  ее  горизонте;
 б) 	постепенно  изменяющаяся  плотность  или  механический
состав  от  поверхности  в  глубину  (либо  увеличивающееся,  либо
уменьшающееся  р);
 в) 	меняющаяся  с  глубиной  по  слоям  скачками  плотность  или
механический  состав  почв.
 Что  означают  все  эти  случаи  при  конкретном  подходе  к  реше¬
нию  уравнения  теплопроводности?
 Ответ  на  этот  вопрос  можно  получить,  анализируя  данные,
полученные  для  самых  разнообразных  почв  в  поле,  имея  надеж¬
ные  полевые  методы  измерения  термических  характеристик  почв
и  строя  экспериментальные  кривые  <р',  <р",  ф'".  Но  чтобы  полу¬
чить  вид  кривых  и  их  истолкование,  учтем  результаты  лабора¬
торных  исследований,  освещенных  в  §  3—7,  гл.  II.  С  этой  точки
зрения  мы  можем  попытаться  рассмотреть  задачи  варианта  А
о  расчете  температурных  полей  в  почве  под  влиянием  имеюще¬
гося  в  ней  распределения  влажности.
 I.  а)  Равномерное  убывание  влаги  по  глу¬
бине  при  малом  влагосодержании.  При  этом
можно  принять  объемную  теплоемкость  в  небольшом  интервале
влажности  мало  меняющейся  величиной,  что  видно  из  наклона
прямой  на  данном  участке.  Для  X  в  этом  интервале  малых
влажностей  следует  принять  линейный  закон  изменения  вели¬
чины  X  с  глубиной,  а  в  силу  пропорциональности  между  X  и
k  следует  принять  такой  же  закон  и  для  k  песчаных,  супес¬
чаных  и  суглинистых  почв  (различия  лишь  в  степени  наклона)
и  постоянство  X  и  k  для  глинистых  почв.

524 	РЕЗУЛЬТАТИВНЫЙ  ТЕПЛОВОЙ  ЭФФЕКТ  В  ПОЧВЕ 	[гл.  III
 Таким  образом,  основное  наше  уравнение  (4)  приобретает
следующий  вид  для  крупно-  и  среднедисперсных  почв:
 <5>
 где  k0  —  температуропроводность  поверхностного  слоя  почвы,
т  —  параметр,  характеризующий  наклон  прямой  k,  зависящий
от  структуры  и  влажности  почвы.
 Условия,  описываемые  в  этой  задаче,  соответствуют  средним
широтам  СССР  в  летний  период.
 Для  мелкодисперсных  почв  задача  становится  еще  более
простой  [см.  уравнение  (1)].
 I.  б)  Равномерное  распределение  влаги  при
среднем  влагос  о  держании.  При  средней  влажности
ср  можно  принять  постоянной  величиной.  Постоянными,  как  мы
видим,  в  довольно  широких  пределах  влажности  остаются  и  ве¬
личины  X  и  k  для  крупно-  и  среднедисперсных  почв.
 Таким  образом  исходное  уравнение  (4)  приобретает  простой
вид
 Условия,  описываемые  в  этой  задаче,  соответствуют  север¬
ным  широтам  СССР  в  летний  период  и  средним  и  южным  ши¬
ротам  в  осенний  и  весенний  период.
 Для  мелкодисперсных  почв  вид  кривой  для  k  и  X  выражает
показательную  функцию.  Для  небольших  интервалов  влажно¬
сти  объемная  теплоемкость  может  быть  принята  постоянной,  и
уравнение,  подлежащее  решению,  таково:
 5§[Ы1  + 	= 	(6)
 а  если  интервал  изменения  влажности  велик  и  нельзя  предпола¬
гать  постоянства  ср,  то  уравнение  выглядит  более  сложно:
 cf(\  +  mZf^-  =  l2[u\+mZT^]. 	(!)
 I.  в)  Равномерное  убывание  влаги  с  глубиной
при  переходе  от  малой  к  средней  влажности.
Условия,  описываемые  в  этой  задаче,  соответствуют  засушли¬
вым  зонам  пустынь  и  полупустынь,  когда  вследствие  интенсив¬
ности  инсоляции  верхний  слой  почвы  высушен,  а  нижние  слои
по  мере  углубления  увлажняются  весьма  плавно.  При  этом
можно  принять  ср  =  const.  Более  точно  эта  задача  решается,
когда  ср  изменяется  тоже  по  экспоненциальному  закону,  так  что

§  1] 	ТЕМПЕРАТУРА  ПОЧВЫ  И  ФАКТОРЫ,  ЕЕ  ОПРЕДЕЛЯЮЩИЕ 	525
 исходное  уравнение  (4)  приобретает  довольно  сложный  вид:
 -^fXao-tXao-Xo)*-^]  =  {(СР)ОО-  [(Ср)оо-(СР)0]> 	(8)
 Рассмотренные  выше  случаи  построены  на  том  эксперимен¬
тальном  основании,  что  влажность  почвы  полностью  опре¬
деляет  характер  ее  (почвы)  термических  свойств  и,  сле¬
довательно,  весь  тепловой  ее  режим.  Другие  факторы,  как,
например,  плотность  почв,  отходят  на  задний  план  как  факторы
более  низкого  порядка.
 Могут  все  же  встретиться  такие  случаи  на  практике,  когда
главную  роль  в  термическом  режиме  будет  играть  сложение
почв,  их  структурный  и  механический  состав.  Очевидно,  здесь
идет  речь  в  первую  очередь  о  всевозможных  агротехнических
мероприятиях,  о  почвах,  верхний  слой  которых  подвержен  тому
или  иному  механическому  воздействию:  рыхлению,  уплотнению,
вспашке  и  т.  д.  Но  здесь  рассматривается  простой  вариант,
когда  режим  влаги  относительно  постоянен  по  глубине.  Вместе
с  тем  в  силу  того  или  иного  мероприятия  поверхностный  слой
(Z0  =  20—30)  приведен  в  такое  состояние,  когда  плотность  либо
постоянная  и  иная,  чем  у  нижнего  слоя  почвы,  либо  эта  плот¬
ность  постоянно  меняется  от  самого  рыхлого  состояния  поверх¬
ности  до  некоторого  более  плотного  слоя  на  глубине  Z0  (соот¬
ветствующей  высоте  подвергающегося  обработке  слоя),  а  да¬
лее,  ниже  Z0  =  20—30  см%  плотность  сохраняется  постоянной,
либо,  наконец,  плотность  меняется  послойно,  скачками.
 Исследования,  проведенные  А.  Ф.  Чудновским,  В.  3.  Бого¬
моловым  и  в  последнее  время  нашим  сотрудником  Р.  Н.  Шпа-
ковской,  показывают,  что  характер  зависимости  тепловых  ха¬
рактеристик  от  плотности  практически  одинаков  для  самых
разнообразных  почвенных  разностей.
 В  отличие  от  фактора  влажности,  проявляющегося  в  отноше¬
нии  тепловых  свойств  для  мелко-  и  крупнодисперсных  почв  со¬
вершенно  по-разному,  фактор  плотности  влияет  на  величину
последних  одинаково,  независимо  от  природы  почв  и  их  меха¬
нического  состава.  Конечно,  специфичность  данного  механиче¬
ского  состава,  данной  почвенной  разности  безусловно  находит
свое  выражение  в  отношении  влияния  плотности  на  термиче¬
ские  характеристики,  но  это  влияние  проявится  чисто  количе¬
ственным,  а  не  качественным  путем.  Иными  словами,  вид
указывает  на  одну  и  ту  же  природу  и  физический  механизм  дей-
кривых  X  —  р,  k  —  р  и  с  —  р  будет  для  всех  почв  одинаков,  что
ствия  тех  же  причин  во  всех  почвах,  но  наклон'  этих  кривых  и
сами  величины  k  и  с  будут  для  каждой  почвы  и  каждого
дисперсного  материала  другими.

526 	РЕЗУЛЬТАТИВНЫЙ  ТЕПЛОВОЙ  ЭФФЕКТ  в  почве 	[гл.  III
 Каков  же  общий  для  всех  почв  вид  рассматриваемых  кри¬
вых  и  как  он  может  быть  истолкован?
 Обращаясь  к  рис.  164—165,  мы  видим,  что  с  увеличением
уплотнения  коэффициенты  X  и  k  растут.  При  малой  плотности
почвы  теплопередача  для  сухой  почвы  мала.  Для  влажной  почвы,
даже  при  малых  плотностях,  теплопередача  совершается  через
частицы  по  воде,  а  не  по  воздуху  (как  в  сухой  почве),  что  уве¬
личивает  коэффициенты  X  и  k.  Сближение  почвенных  агрегатов
при  уплотнении  вызывает  увеличение  плоскости  контакта,  улуч¬
шая  теплопередачу.  При  этом  значительная  часть  теплового  по¬
тока  пройдет  по  самому  материалу  почвы,  что  вызовет  повыше¬
ние  значений  X  и  k.
 Такой  характер  зависимости  X  —  р,  k  —  р  имеет  место  и  для
крупнодисперсной  и  для  мелкодисперсной  почвы.  Этот  характер
для  большого  интервала  плотностей  можно  принять  почти  ли¬
нейным.  Кривая  ср—  р,  естественно,  во  всех  случаях  —  просто
прямая  линия.  Таким  образом,  при  решении  интересующих  нас
задач  о  температурном  поле  в  почвах  при  различном  их  уплот¬
нении  можно  в  первом  приближении  принимать,  что  все  терми¬
ческие  характеристики  независимо  от  рода  почвы,  ее  ме¬
ханического  состава  и  даже  независимо  от  степени  увлажне¬
ния  ее  имеют  одинаковые  зависимости  от  фактора  плотности,
а  именно  —  линейные.
 Учитывая,  что  плотность  при  самых  разнообразных  агротех¬
нических  мероприятиях  изменяется  весьма  незначительно  (мак¬
симум  1,5  раза),  можно  очень  часто  принимать  величину  объем¬
ной  теплоемкости  при  всех  таких  мероприятиях  'неизменной
(ее  изменение,  следовательно,  но  всем  интервале  возможных  из¬
менений  плотности  не  превышает  50%)  и  лишь  учитывать
имеющиеся  здесь  резкие  изменения  величин  X  и  k.  Из  опытов,
конечно,  должны  быть  всякий  раз  для  данной  конкретной  почвы,
ее  механического  состава  и  влагосодержания  установлены  как
значения  этих  величин,  так  и  скорость  их  изменения.
 Перейдем  теперь  к  рассмотрению  возможности  расчета  тем¬
пературных  полей  в  почве,  устанавливающихся  благодаря  при¬
мененному  к  почве  агротехническому  приему  обработки  и  вы¬
званному  этим  изменению  в  режиме  плотности.
 II.  а)  Относительно  постоянный  режим  влаги
по  глубине  при  рыхлом  состоянии  почвы  в  верх¬
нем  и  плотном  состоянии  в  нижнем  ее  гори¬
зонте,  либо,  наоборот,  при  любом  уплотненном
состоянии  верхнего  слоя.  Эту  задачу  можно  решить
трояким  образом.
 1)  Можно  исходить  из  таких  соображений,  в  силу  которых
имеются  два  слоя  с  различными  тепловыми  характеристиками:
1-й,  конечный  по  толщине,  слой  имеет  свои  постоянные  значе¬

527
 §  1] 	ТЕМПЕРАТУРА  ПОЧВЫ  И  ФАКТОРЫ,  ЕЕ  ОПРЕДЕЛЯЮЩИЕ
 ния  объемной  теплоемкости  и  теплопроводности,  2-й,  нижний,
бесконечный,  слой  имеет  свои  постоянные,  но  другие  значения
объемной  теплоемкости  и  теплопроводности  (большие  или
меньшие  первых,  в  зависимости  от  рыхлого  или  плотного  со¬
стояния  поверхностного  слоя).
 В  этом  случае  решаются  два  уравнения:
 д
 dZ
 д
 dZ
 (Хг  Tz)  =  Ж^2р2^-
 (9)
 2.  Можно  уточнить  задачу,  приняв  объемную  теплоемкость
величиной  постоянной.  Считать,  что  в  верхнем  слое  теплопро¬
водность  изменяется  по  линейному  закону  до  глубины  Zo,  за¬
тем  ниже  этого  слоя,  где  уже  перестает  действовать  эффект
агромероприятия,  теплопроводность  сохраняет  постоянное  зна¬
чение.
 В  этом  случае  решаются  два  следующих  уравнения:
 _д_(.  дТ\_  дТ
dZ  Г1  dZ)~  dt  ’
 A  lb  <!L\—dL
 dZ\R2  dZJ~  dt  '
 k\— 	tnZ)y  Z  ^  Z0;
 k2  =  ко  (e  +  mZ0)  =  const,  г  >  z0.
 (10)
 3. 	Можно  еще  более  уточнить  задачу,  приняв  объемную
теплоемкость,  как  это  может  вытекать  из  опытов,  так  же  как  и
теплопроводность,  линейной  функцией  глубины  в  связи  с  уплот¬
нением  или  рыхлением  верхнего  слоя  почвы.  Тогда  должны  ре¬
шаться  два  таких  уравнения:
 fcoPo-\-mZ)  -gj-  —  ’§z(ko^~rnZ)~dz  9  Z^Z0;
Ср  dt  dZ'*  ' 	Z>Z*
 (Н)
 II.  б).  Постепенно  изменяющаяся  плотность
или  механический  состав  от  поверхности  в  глу¬
бину  (либо  увеличивающееся,  либо  уменьшаю¬
щееся  р).  Можно  представить  себе  такой  прием,  который  вызы¬
вает  изменение  плотности  или  механического  состава  в  верхнем
слое,  и  это  изменение,  резкое  у  самой  поверхности,  постепенно
сглаживается  на  глубине.  В  этом  случае  необходимо  экспери¬
ментально  установить  ход  термических  величин  с  глубиной,  и
кривую,  выражающую  этот  ход,  следует  принять  во  внимание
при  интегрировании  дифференциального  уравнения  теплопро¬
водности.  Кривые  здесь  могут  быть  самые  разнообразные  и
трудно  говорить  заранее  об  их  виде.

528
 РЕЗУЛЬТАТИВНЫЙ  ТЕПЛОВОЙ  ЭФФЕКТ  В  ПОЧВЕ
 [ГЛ.  Ш
 II.  в)  Меняющаяся  с  глубиной  по  слоям  скач¬
ками  плотность  или  механический  состав  почв.
Этот  вариант  вполне  возможен  при  применении  методов  по¬
слойной  обработки  почв.  В  этом  случае  придется  решить  ряд
уравнений  теплопроводности  по  числу  таких  слоев  и  учесть  на
основании  измерений  опытное  значение  тепловых  характеристик
каждого  такого  слоя.  Эти  характеристики,  конечно,  могут  быть
приняты  постоянными  для  каждого  слоя;  последний  нижний
слой,  в  отличие  от  всех  предыдущих,  —  бесконечной  толщины.
 Здесь  перечислены  лишь  некоторые  возможные  типичные  за¬
дачи,  сошлемся  на  готовый  результат  в  некоторых  примерах.
 Пример  1.  В  почве  малое  влагоссэдержание,  ввиду  чего
теплоемкость  почв  может  быть  принята  постоянной  по  глубине,
но  влажность  из-за  высыхания  верхнего  слоя  меняется  от  ма¬
лых  значений  на  уровне  Z  =  0  до  средних  на  глубине  Z  =  Z,  так
что  коэффициент  температуропроводности  меняется  с  измене¬
нием  глубины  по  экспоненциальному  закону:
 k  =  koo  —  (koo  —  k0)  e~mZ. 	(12)
 Решение  совместной  системы  из  трех  дифференциальных
уравнений  (одного  для  почвы  с  указанным  ходом  k  и  двух  для
воздуха  с  линейным  ходом  k  вблизи  почвы  и  постоянным  k
выше  определенного  уровня  «излома»)  позволяет  рассчитать
при  условии  периодического  хода  температуры  в  почве  и  ввоз-
духе  суточные  температурные  амплитуды  и  сравнить  последние,
когда:  a)  k=  0,003  см2/сек  =  const,  б)  &  =  0,01  см2/сек  —  const  и
в)  k  меняется  по  закону  насыщения  от  значения  0,003  см21сек
на  поверхности  до  0,01  см2/сек  на  глубине  слоя  постоянных  тем¬
ператур.  Полученные  результаты  говорят  о  положительной
роли  уточненной  теории,  примененной  к  почве  в  условиях  за¬
сушливых  зон  (табл.  115).
 Таблица  115
 Сравнение  рассчитанных  амплитуд  температуры  при  постоянном
и  переменном  значении  коэффициента  температуропроводности  (°С)
 Глубина,
 СМ
 ЗГ
 II
 со
 О
 1
 со
 k  =  1  •  КГ2
 0,003  С  Л  С  0,01
 Действитель¬
ные  амплитуды
 5
 12,2
 10,9
 14,1
 14,7
 10
 3,8
 7,2
 9,9
 .  10,8
 15
 4,0
 2,8
 5,3
 5,4
 20
 1,2
 2,6
 1,6
 1,9
 33
 0,8
 1,4
 1,3
 1,1
 62
 0,4
 0,3
 0,2
 0,2
 120
 0,2
 0,1
 0,0
 0,0

§  I) 	ТЕМПЕРАТУРА  ПОЧВЫ  И  ФАКТОРЫ  ЕЕ  ОПРЕДЕЛЯЮЩИЕ 	529
 Пример  2.  Рассмотрим  случай,  когда  в  среде  с  перемен¬
ным  коэффициентом  температуропроводности  последний,  со¬
гласно  той  же  зависимости,  возрастает  с  глубиной  от  значения
к0  =  0,003  до  величины  kоо  =0,006.  В  качестве  объектов  с  по¬
стоянными  по  величине  коэффициентами  температуропроводно¬
сти  возьмем  две  среды  с  коэффициентами,  равными  соответ¬
ственно  0,003  и  0,006.  Положим  далее,  что  температурная  ам¬
плитуда  на  поверхности,  одинаковая  для  трех  объектов,  состав¬
ляет  25°  С.  Результаты  сравнения  представлены  в  табл.  116.
 Таблица  116
 Сравнение  рассчитанных  суточных  температурных
амплитуд  при  постоянном  и  переменном  коэффициенте
температуропроводности  (°С)
 Глубина,
 см
 k  =  0,006
 0,003<£<0,006
 k  =  0,003
 0
 25,0
 25,0
 25,0
 5
 17,0
 14,8
 14,6
 10
 11,5
 9,3
 8,3
 20
 5,3
 3,7
 2,8
 40
 1,1
 0,8
 0,3
 Обращаясь  к  цифрам  табл.  116,  мы  видим,  что  в  среде  с  пе¬
ременным  коэффициентом  температуропроводности  распределе¬
ние  температурных  амплитуд  в  верхних  горизонтах  довольно
близко  к  распределению,  имеющему  место  в  среде  с  постоян¬
ным  коэффициентом  температуропроводности,  величина  кото¬
рого  совпадает  со  значением  коэффициента  температуропровод¬
ности  у  поверхности  рассматриваемой  неоднородной  среды.  Что
же  касается  более  глубоких  горизонтов,  то  тут  значения  темпе¬
ратурных  амплитуд  в  среде  с  переменной  температуропровод¬
ностью  уже  близко  подходит  к  величинам  амплитуд  в  среде
с  таким  коэффициентом  температуропроводности,  какой  рассма¬
триваемая  среда  имеет  в  слое  «постоянных»  температур.  Если
бы  мы  учли,  что  k  может,  как  это  практически  бывает,  изме¬
ниться  не  в  2,  а  в  5  раз,  то  роль  уточненной  теории  проявилась
бы  еще  больше.
 Уточнение  этой  задачи  мы  получим,  если  учтем  условие  о  пе¬
ременном  характере  X  и  ср,  согласно  формулам  (8).
 Решение  данного  уравнения  проще  искать  для  отдельных
 конкретных  значений  отношения  .  Остановившись  на  значении
,  найдем  что  этому  значению  соответствуют,  в  частности
 34  зак.  196.

530
 РЕЗУЛЬТАТИВНЫЙ  ТЕПЛОВОЙ  ЭФФЕКТ  В  ПОЧВЕ
 [ГЛ.  III
 для  песка,  такие  «величины:
 Х0  =  0,00075; 	=  со  0,00454;  Х^=со  =  0,8.
 Так  как,  по  данным  А.  Ф.  Чудновского,  для  песка  его
теплопроводности,  равной  0,00363,  соответствует  влажность
4,7%,.то  по  тем  же  данным  в  этих  условиях  имеем:
 (ср)о  =  0,323;  (ср)я=60  =  0,436;  (cP)aD  =  0,543.
 Решая  задачу  приближенно,  можно  получить  результат,  ко¬
торый  позволит  рассчитать  интересный  для  засушливых  райо¬
нов  пример  распределения  суточных  температурных  амплитуд
(табл.  117).
 Таблица  117
 Температурные  амплитуды  у  объектов  с  тепловыми
характеристиками
 Г  лубина,
см
 X  =  0,00075
ср  =  0,323
 При  Z  =  0  X  =  0,0075
ср  =  0,323
 При  Z—OQ  1  =  0,00454
ср  =  0,547
 X  =  0,00454
ср  =  0,547
 0
 24,3
 24,2
 24,3
 5
 13,0
 12,9
 9,6
 10
 6,9
 6,9
 6,9
 20
 2,0
 2,3
 3,6
 40
 0,2
 0,4
 0,9
 60
 0,0
 0,1
 0,3
 Сравнение  цифр  второго  и  третьего  столбцов  показывает,  что
в  среде  с  переменными  X  и  ср  распределение  температур  опре¬
деляется  значениями  их  в  поверхностном  слое,  сравнение  же
столбцов  третьего  и  четвертого  показывает,  насколько  велико
значение  плохо  проводящего  слоя  у  поверхности  почвы.
 §  2.  Методы  измерения  температуры  почвы
 Вопрос  о  температурном  режиме  в  почве  с  эксперименталь¬
ной  точки  зрения  сводится  к  нахождению  различного  рода  ме¬
тодов  измерения  температур,  причем  в  разных  задачах  могут
быть  применены  либо  надежные  и  точные,  либо  грубые  и  при¬
ближенные  методы  измерения  температур,  дистанционные  и
централизованные  способы  регистрации  хода  температур  во  вре¬
мени  или  эпизодические  мгновенные  ее  значения,  портативные
массовые  приемы  фиксации  распределения  температур  в  поле-

§  2] 	МЕТОДЫ  ИЗМЕРЕНИЯ  ТЕМПЕРАТУРЫ  ПОЧВЫ 	531
 вых  условиях,  либо  прецезионные  и  тонкие  замеры  для  исследо¬
вательских  целей.  Поскольку  у  нас  не  имеется  возможности
останавливаться  на  большом  разнообразии  существующих  ме¬
тодов,  остановимся  только  на  тех  из  них,  которые  зарекомендо¬
вали  себя  в  самых  жестких  условиях  полевых  исАлтаний  и  вме¬
сте  с  тем  являются  достаточно  надежными,  точными  и  удоб¬
ными.
 Прибор  для  измерения  температуры  почвы  с  помощью  тер¬
мисторов.  Из  всех  известных  электрических  методов  измерения
температур  наиболее  пригодным  для  применения  в  агрофизи¬
ческих  и  метеорологических  исследованиях  нужно  считать  ме¬
тод,  использующий  полупроводниковый  термометр  сопротивле¬
ния  —  термистор.  Преимущества  его  по  сравнению  с  методами,
основанными  на  применении  термопар  и  проволочных  термо¬
метров  сопротивлений,  заключаются  в  большой  точности  при
сравнительно  невысокой  чувствительности  электроизмеритель¬
ной  аппаратуры  и  простоте  обращения  с  этой  аппаратурой,
в  возможности  вести  дистанционные  измерения  на  значитель¬
ных  расстояниях  (благодаря  большому  собственному  сопротив¬
лению  термисторов  изменения  сопротивления  подводящих  про¬
водов  не  будут  оказывать  существенного  влияния),  в  возмож¬
ности  легко  осуществлять  автоматическую  запись  температур
с  помощью  самопишущих  гальванометров.  Кроме  того,  малые
габариты  температурных  датчиков  позволяют  применять  их
при  измерении  температуры  в  ограниченном  объеме.
 Применение  термисторов  для  целей  измерения  температур
основано  на  известном  свойстве  ряда  полупроводников  в  значи¬
тельной  степени  изменять  свое  сопротивление  с  температурой
(они  обладают  температурным  коэффициентом  сопротивления,
во  много  раз  превышающим  этот  коэффициенту  металлов).  Од¬
нако  практическое  использование  этих  свойств  для  целей  из¬
мерения  температуры  до  последнего  времени  наталкивалось  на
ряд  препятствий,  главное  из  которых  заключается  в  трудности
получения  образцов  со  стабильными  характеристиками.  В  .на¬
стоящее  время  разработана  методика  изготовления  стабильных
термисторов.  Образцы  этих  термисторов  и  испытание  их  как
А.  Ф.  Чудновским,  так  и  другими  исследователями,  в  течение
нескольких  лет  показали  полную  стабильность  их  свойств.  Тем¬
пературный  коэффициент  этих  термисторов  составляет  3,5%  на
ГС,  сопротивление  при  комнатной  температуре  1500—15  000  ом.
Положительным  качеством  стабильных  термисторов  является,
кроме  того,  то,  что  они  не  требуют  помещения  их  в  запаянный
стеклянный  баллон,  который,  кроме  неудобств  в  обращении,  уве¬
личивает  тепловую  инерционность  датчика  температуры,  а  также
сильно  уменьшает  максимальную  величину  тока,  который  может
 34*

532
 РЕЗУЛЬТАТИВНЫЙ  ТЕПЛОВОЙ  ЭФФЕКТ  В  ПОЧВЕ
 [ГЛ.  III
 быть  пропущен  по  термистору  без  изменения  его  темпера¬
туры.  Прибор  осуществлен  в  двух  вариантах  и  имеет  своей  за¬
дачей:
 Вариант  I.  Определение  профиля  температуры  почвы,
т.  е.  нахождение  температур  на  нескольких  глубинах  по  одной
вертикали  (М.  А.  Каганов  и  А.  Ф.  Чудновский,  1952).
 Вариант  II.  Определение  температуры  почвы  в  какой-
чтибо  одной  точке  на  одной  глубине  ее.
 Соответственно  этому  здесь  описываются  два  устройства,
однако  принцип,  положенный  в  основу  обоих  приборов,  один  и
тот  же.  В  отличие  от  всех  ранее  известных  электрических  мето¬
дов  измерения  температуры  почвы  данный  метод  обладает  ря¬
дом  преимуществ.
 1. 	Он  позволяет  измерять  температуру  как  в  одной  точке,
так  и  на  нескольких  глубинах  в  слое  от  2  см  до  3  м  и  ниже,
причем  глубины,  на  которых  фиксируется  температура,  могут
быть  избраны  по  необходимости  через  каждые  5  см.
 2. 	Прибор  является  дистанционным.
 3. 	Принцип  прибора  и  электрическая  схема  его  позволяют
вести  не  только  эпизодические  замеры  температур,  но  и  непре¬
рывную  регистрацию  —  запись  на  обычных  довольно  грубых
гальванометрах  типа  С  Г  непосредственно  в  полевых  усло¬
виях,  чем  достигается  непрерывность  и  автоматизация  в  из¬
мерениях.
 4. 	Прибор  дает  точность  в  0,1°  С  в  весьма  широком  интер¬
вале  температур  от  —50°  С  до  —|—70°  С.
 5. 	Устройство  прибора  предусматривает  эксплуатацию  его
в  жестких  полевых  условиях.  Измерительной  схемой  является
неуравновешенный  мост.  В  электрической  схеме  прибора  пре¬
дусмотрено  разрешение  ряда  важных  технических  особенностей
термисторов.  В  частности,  учтен  возможный  эффект  прогрева¬
ния  термисторов  при  протекании  через  них  измерительного
тока.
 Параметры  моста,  токовая  чувствительность  гальванометра,
степень  равномерности  его  шкалы,  его  сопротивление  подо¬
браны  таким  образом,  чтобы  максимально  возможный  эффект
прогрева  термистора  не  влиял  на  показания  прибора.
 В  схеме  учтена  возможность  использования  одной  темпера¬
турной  шкалы  для  измерения  с  помощью  серии  термисторов,
обладающих  различными  сопротивлениями.
 Наконец,  для  работы  методом  неуравновешенного  моста  не¬
обходимо  иметь  вполне  определенную  величину  разности  потен¬
циалов,  питающую  мост.  Поэтому  в  схеме  предусмотрена  воз¬
можность  регулировки  напряжения  с  помощью  переменного  со¬
противления  и  измерения  напряжения  с  помощью  гальвано¬
метра.

ЬСП
 Ю
 Парафин  1  з  Z  1
 Рис.  170.  Схема  устройства  шарового  термозонда.
 /  —пластмассовая  трубка;  2  —ложе;  3  —  латунное  кольцо;  4  —  латунная  трубка;  5  —  заглушки;  6  —  наконечник;  7—  головка  ifpH6opa;
 8  —  резиновый  шланг;  9—  провода;  10—  колодка;  11  —  выводы.
 МЕТОДЫ  ИЗМЕРЕНИЯ  ТЕМПЕРАТУРЫ  ПОЧВЫ 	533

534
 РЕЗУЛЬТАТИВНЫЙ  ТЕПЛОВОЙ  ЭФФЕКТ  В  ПОЧВЕ
 [ГЛ.  III
 Прибор  представляет  собой  комплект  деталей,  предназна¬
ченных  в  совокупности  для  внедрения  в  почву  измерителей  тем¬
пературы,  для  производства  измерений  и  для  численной  обра¬
ботки  результатов  наблюдений.  В  комплект  входят:  1)  термо¬
зонд  или  стержневой  термометр  для  измерения  температуры
почвы  по  одной  вертикали  на  5  глубинах  до  1  м  (1-й  вариант);
2)  точечные  термисторы  для  измерения  температуры  почвы  (2-й
вариант);  3)  измерительный  мост;  4)  почвенный  бур;  5)  градуи¬
ровочные  кривые.
 Рис.  171.  Принципиальная  схема  почвенного  штангового
электротермометра.
 Tit  7а,  Гз,  Т4,  Т5  —термосопротивления;  1—2,  3—4,  5—6  —  маркировка  на
штепсельных  вилках.
 Вообще  же,  по  желанию,  термозонд  или  стержневой  термо¬
метр  могут  быть  изготовлены  из  стержней  2-  и  3-метровой
длины  или,  наоборот,  из  полуметрового  стержня  с  любой  часто¬
той  измерений  через  каждые  5  см.
 Термозонд  представляет  собой  толстостенную  хлорвинило¬
вую  трубу  с  внешним  и  внутренним  диаметром,  соответственно,
21  м  и  0,5  мм,  состоящую  из  отдельных,  соединяющихся  ме¬
жду  собой  по  нарезке  секций,  по  длине  которой  на  расстояниях
5,  10,  20,  50  см  друг  от  друга  в  пазы  заделаны  металлические
кольца.  Эти  кольца  являются  чувствительной  частью  прибора,
осредняя  по  своей  поверхности  точечные  значения  температур
по  горизонтальному  изотермическому  слою  высотой  15  см  со¬
ответственно  высоте  колец.
 Указанные  расстояния  приняты  для  стандартного  экземп¬
ляра  прибора  (рис.  170),  когда  измерения  температур  ведутся
на  пяти  глубинах:  5,  10,  20,  50  и  100  см.  (Они  могут  быть,  как
уже  указывалось,  и  иными.)
 От  стенок  колец  отходит  отросток  с  ложем  (2),  куда  поме¬
щаются  термисторы,  и  выводы  от  них  идут  к  головке  прибора
(7),  затем  переходят  в  резиновый  шланг  (5),  оканчивающийся
колодкой  (10).
 Электрическая  схема  прибора  дана  на  рис.  171,  где  изобра¬
жены  параметры  схемы.

§  2] 	МЕТОДЫ  ИЗМЕРЕНИЯ  ТЕМПЕРАТУРЫ  почвы 	535
 Во  втором  варианте  каждый  термистор,  заключенный  в  алю¬
миниевую  капсулю,  соединяется  с  резиновым  шлангом.  Внутри
шланга  идут  провода  термистора,  которые  п^и  небходимости
измерения  температур  подключаются  к  клеммам  прибора.  С  по¬
мощью  специального  бура  перед  установкой  термозонда
в  почву  бурится  скважина.  Необходимо  следить  за  тем,
 Рис.  172.  Внешний  вид  термометра-термозонда.
 чтобы  стержень  при  установке  плотно  прилегал  к  стенкам
скважины.
 Термисторы  должны  быть  установлены  в  почве  не  менее  чем
за  неделю  до  начала  измерений,  что  обеспечит  более  правиль¬
ное  измерение  существующих  в  почве  температур.  Общий  вид
термозонда  представлен  на  рис.  172.
 Прибор  для  измерения  температуры  поверхности  почвы.  Для
 измерения  температуры  поверхности  почвы  были  в  свое  время
предложены  приборы,  основанные  на  использовании  термопар
и  термометров  сопротивления.  Однако  в  силу  несовершенства
своей  конструкции  или  сложности  они  не  получили  сколько-ни¬
будь  широкого  распространения.
 Необходимость  создания  прибора  вызвана  большой  погреш¬
ностью,  которая  получается  при  обычно  практикуемом  способе
измерения  с  помощью  ртутного  термометра.
 В  Агрофизическом  институте  разработана  конструкция  при¬
бора  для  измерения  температуры  поверхности  почвы  («термо¬
паук»),  (А.  Ф.  Чудновский  и  М.  А.  Каганов,  1952),  основанная
на  использовании  термопар  и  показавшая  в  экспуатации  хоро¬
шие  качества.  К  достоинствам  прибора  можно  отнести  следующее:
 1)  он  измеряет  температуру  не  в  одной  точке  поверхности
почвы,  а  среднюю  температуру  достаточно  большого  количе¬
ства  точек,  чем  исключается  элемент  случайности,  связанный
с  неоднородностью  почвы;  в  результате  получается  температур¬
ная  характеристика  площади  размером  примерно  1  м2;

536
 РЕЗУЛЬТАТИВНЫЙ  ТЕПЛОВОЙ  ЭФФЕКТ  В  ПОЧВЕ
 (ГЛ.  III
 2) 	Прибор  позволяет  измерять  температуру  поверхности
почвы  при  любом  микрорельефе  и  состоянии  растительного  по¬
крова;
 3) 	чувствительные  органы  (датчики)  прибора  имеют  доста¬
точно  малую  теплопроводность  и  небольшие  габариты;  благо¬
даря  этому  отсутствует
заметный  отвод  тепла  по
проводам  датчика,  а  так¬
же  нарушение  в  теплооб¬
мене  между  почвой  и
воздухом;
 4) 	прибор  портати¬
вен,  легко  переносится,
почему  может  служить
как  для  длительных,  так
и  для  эпизодических  из¬
мерений.
 Чувствительная  часть
прибора  представлена
16  последовательно  со¬
единенными  медно-кон-
стантановыми  термопара¬
ми,  образующими  одну
термобатарею  (рис.  173).
Провода  термопары  по¬
мещены  в  эксцельсиоро-
вую  трубку.  Со  стороны
датчика  (горячий  спай)
эксцелвсиоровая  трубка
оканчивается  наконечни¬
ком  из  прозрачного  акри¬
лата.  В  наконечнике  за¬
крепляется  двухканальная
фарфоровая  трубка,  из
которой  выходит  наружу
на  длину  10  мм  откры¬
тая  термопара.  Диаметр
проводов  этой  части  тер¬
мопары  0,2  мм.  Для
уменьшения  теплопроводности  в  открытом  конце  термопары
медный  провод  переходит  в  манганиновый.  Замена  части  мед¬
ного  провода  манганиновым1  не  вносит  погрешности,  так  как
эти  металлы  термоэлектрически  идентичны,  а  вместе  с  тем
теплопроводность  манганина  примерно  в  15  раз  меньше  тепло¬
проводности  меди.
 Рис.  173.  Принципиальная  схема  прибора
для  определения  температур  поверхности
почвы.
 /  —  гальванометр;  2—  переключатель;  3,  4—  перекид¬
ные  ключи.

§  2] 	МЕТОДЫ  ИЗМЕРЕНИЯ  ТЕМПЕРАТУРЫ  почвы 	537
 Установка  горячего  спая  на  поверхности  почвы  произво¬
дится  с  помощью  специального  держателя  из  стальной  пружин¬
ной  проволоки.  Для  крепления  акрилатового  наконечника  к  дер¬
жателю  пружинная  часть  последнего  надевается  на  кольцевую
выточку  наконечника.  Во  время  работы  прибора  горячие  спаи
термопар  размещаются  на  поверхности  почвы  так,  чтобы  спай
термопар  пришел  в  соприкосновение  с  поверхностью  почвы.  Обе-
 Рис.  174.  Коробка  холодных  спаев.
 /  —  пластмассовая  трубка;  2  —клемма;  3  —крышка  кожуха;  4  —  гнездо  для
ртути;  5  —эбонитовая  трубка;  б  —канал  для  холодного  спая  термопары;
/  —  термоизоляционная  шайба;  8—  ножка;  0  —  алюминиевый  кожух;  10  —  алю¬
миниевый  диск;  //  —  эбонитовая  планка.
 спечиванию  надежного  контакта  с  поверхностью  почвы  помо¬
гает  то  обстоятельство,  что  манганиновый  и  конста'нтановый  про¬
вода  обладают  значительной  упругостью.  Горячие  спаи  термо¬
пары  представлены  на  рис.  173,  а  холодные  —  на  рис.  173  и
174.  Во  время  транспортировки  горячие  спаи  термопар  защи¬
щаются  от  повреждений  с  помощью  специальных  колпачков.
Все  холодные  спаи  термопар  (рис.  175)  помещены  в  тонкие  ка¬
нальцы,  высверленные  в  массивном  алюминиевом  диске,  и
электрически  изолированы  от  корпуса  диска.  Диск  поме¬
щается  внутри  коробки,  изоготовленной  из  листового  алюминия.

Рис.  175.  Устройство  гнезда  для  термометра.
 Рис.  176.  Внешний  вид  „термопаука".
 538 	РЕЗУЛЬТАТИВНЫЙ  ТЕПЛОВОЙ  ЭФФЕКТ  В  ПОЧВЕ 	[ГЛ.  III

§  2] 	МЕТОДЫ  ИЗМЕРЕНИЯ  ТЕМПЕРАТУРЫ  почвы 	539
 Благодаря  массивности  диска  и  его  хорошей  теплопроводности,
а  также  наличию  тепловой  изоляции  в  виде  асбеста,  между
поверхностями  диска  и  коробкой  температура  всех  холодных
спаев  термопар  равна  температуре  диска;  прй  этом  она  мало
меняется  со  временем.  Температура  диска,  а  следовательно,  и
холодных  спаев  измеряется  ртутным  термометром,  вставленным
через  платмассовую  трубку  1  в  отверстие  4,  просверленное
в  центре  диска  и  заполняемое  ртутью.  Устройство  гнезда  для
термометра  ясно  из  рис.  175.
 На  рис.  174  и  175  дана  общая  и  сквозная  нумерация  деталей.
На  крышке  коробки  имеется  эбонитовая  планка  11  с  укреплен¬
ными  на  ней  двумя  клеммами  для  подключения  чувствительной
части  к  измерительному  агрегату.  Для  установки  коробки  хо¬
лодных  спаев  в  месте  производства  измерений  служит  деревян¬
ная  подставка.  Крепление  коробки  холодных  спаев  на  подстав¬
ках  Производится  при  помощи  специального  винта,  ввинчивае¬
мого  в  одну  из  ножек  коробки.  Измерительный  агрегат  вклю¬
чает  в  себя  гальванометр  магнитоэлектрической  системы  чув¬
ствительностью  около  1  а/дел  и  два  зажима  для  подключения
чувствительной  части.  Отклонение  стрелки  гальванометра  про¬
порционально  разности  температур  горячих  и  холодных  спаев
термопар.  Поскольку  в  практике  измерений  эта  разность  может
быть  как  положительной,  так  и  отрицательной,  то  в  цепь  гальва¬
нометра  введен  переключатель  полярности.  Регулировка  чув¬
ствительности  прибора  может  быть  произведена  включением
в  цепь  измерительного  устройства  добавочных  сопротивлений.
 Некоторым  неудобством  при  работе  с  прибором  (особенно
при  наличии  растительного  покрова)  является  необходимость
для  наблюдателя  подходить  к  коробке  холодных  спаев  для  от¬
счета  температур  по  ртутному  термометру.  Для  избежания
этого  недостатка  вместо  ртутного  термометра  удобно  использо¬
вать  полупроводниковый  термометр  сопротивления  (термосо¬
противление),  что  позволяет  весь  комплекс  измерений  произво¬
дить  на  значительном  расстоянии  от  исследуемого  участка
почвы.  В  настоящее  время  разработана  схема,  позволяющая
производить  отсчет  измеряемой  температуры  непосредственно
по  шкале  гальванометра,  не  учитывая  температуры  холодных
спаев.  Это  достигается  включением  в  цепь  прибора  схемы  моста
Витстона,  в  одно  из  плеч  которого  включено  сопротивление,
имеющее  температуру  холодных  спаев.  Схема  рассчитана  таким
образом,  что  измерение  электродвижущей  силы  термопары
вследствие  изменения  температуры  холодных  спаев  автомати¬
чески  компенсируется  напряжением,  возникающим  в  измери¬
тельной  диагонали  моста.
 Внешний  вид  «термопаука»  представлен  на  рис.  176.

ГЛАВА  IV
 МЕТОДЫ  ПРОГНОЗИРОВАНИЯ  ТЕМПЕРАТУРНОГО
РЕЖИМА  В  ПОЧВЕ
 В  связи  с  изложенными  в  предыдущей  главе  задачами  расчета
температурного  режима  в  почве  возникает  важнейшая  проблема
построения  способов  прогноза  этого  режима.
 В  первую  очередь  речь  идет  о  двух  возможных  актуальных
для  сельскохозяйственной  практики  задачах:  1)  прогноз  замо¬
розков  и  2)  прогноз  температуры  в  почве  по  заданному  про¬
гнозу  погоды.
 §  1.  Прогноз  ночных  заморозков
 Во-первых,  следует  сформулировать  понятие  «заморозок».
Оказывается,  что  установившееся  в  практике  понятие  о  за¬
морозке  как  о  понижении  температуры  воздуха,  поверхности
почвы  ниже  0°  совершенно  не  выражает  существа  процесса,
который  следует  предвидеть  и  с  которым  необходимо  активно
бороться.
 Заморозок  —  сложное  комплексное  явление,  складывающееся
в  результате  климато-географических  и  физико-метеорологиче¬
ских  факторов,  а  также  и  под  влиянием  биологических  условий.
Не  только  интенсивность  инсоляции,  режим  влажности  и  темпе¬
ратуры  воздуха,  ветер,  облачность,  тип  и  состояние  почвы
влияют  на  формирование  заморозка.  Важнейшими  элементами
при  этом  оказываются  свойства  и  фаза  развития  самого  растения.
Можно  себе  представить  такое  положение,  когда  в  воздухе  будет
температура  0°  и  даже  более  низкая,  а  растение  при  этом  не  за¬
мерзнет.  Наоборот,  известны  случаи,  когда  при  положительной
температуре  в  воздухе  растение  мерзнет.  Здесь  следует  учиты¬
вать  морозоустойчивость  самого  растения  и  те  глубокие  биологи¬
ческие  процессы,  которые  связаны  с  этим  свойством.
 Будем  считать  заморозком  такое  понижение  температуры
растения,  которое  протекает  в  период  его  вегетации  и  является
для  него  опасным  на  данной  стадии  развития.  Но  опасное  со¬
стояние  в  смысле  понижения  температуры  возникает  в  опреде¬
ленной  обстановке  охлаждения  воздуха  и  почвы.  Только  если
удается  понять  в  полном  объеме,  что  происходит  во  время  за¬
морозка  с  растением,  с  воздухом,  как  влияет  местность,  рельеф,

ПРОГНОЗ  НОЧНЫХ  ЗАМОРОЗКОВ
 541
 §  1]
 облачность  и  состояние  почвы  на  процесс  /ночного  похолодания,
иначе  говоря,  только  изучив  заморозок  как  комплексное  явле¬
ние,  мы  будем  в  состоянии  построить  по-настоящему  верные,
полные  и  общие  правила  предсказания  заморозка,  а  также  вы¬
работать  эффективные  и  надежные  меры  борьбы  с  ним.  Из  всех
факторов,  формирующих  заморозок,  мы  рассмотрим  следующие.
 Влияние  на  явление  заморозка  географиче¬
ской  широты  и  долготы,  высоты  над  уровнем
моря,  а  также  климата.  Географические  координаты
и  климат  —  это  внешний  фон,  это  основная  среда,  в  которой
происходят  интересующие  нас  процессы  понижения  темпера¬
туры.  Этот  фон  будет  тем  или  иным  в  зависимости  от  интенсив¬
ности  солнечной  радиации  и  от  склонения  солнца,  и  связан  не
только  с  такими  факторами,  как  солнечная  радиация  и  харак¬
тер  передвижения  воздушных  масс,  но  и  со  свойствами  почвы
в  рассматриваемой  зоне.  При  этом  мы  имеем  в  виду  не  местные
и  мелкие  особенности  почвы,  присущие  узкому  району,  а  ха¬
рактер  почв  в  широком  зональном  географическом  мас¬
штабе  (зона  тундр,  зона  подзолистых  почв,  зона  лесостепи,
зона  степей,  зона  пустынь  и  т.  д.).  Внешний  фон  определяет
характер  и  природу  заморозка;  он  определяет  также  средние
статистические  характеристики  заморозка:  время  наступления
первого  мороза,  частоту  заморозков  в  каждом  месяце,  длитель¬
ность  заморозков,  а  также  интенсивность  их  в  каждом  месяце.
 Эту  категорию  влияний,  определяющих  температурную  обста¬
новку  в  широком  географическом  масштабе  и  развитие  замо¬
розка,  его  среднестатистические  особенности,  обусловленные
климатом  и  географией  данной  зоны,  мы  называем  климато-гео¬
графическими  факторами  заморозка.
 Категорию  влияний  местных  условий  —  по¬
годы,  почвы,  рельефа  —  для  данного  узкого  района  мы  назовем
физико-метеорологическими  факторами  заморозка.  Эти  важней¬
шие  факторы  малого  масштаба  накладываются  на  общий  фон  и
формируют  данный  конкретный  заморозок.  Для  выяснения
интенсивности,  продолжительности,  времени  наступления  и  раз¬
рушения  заморозка  необходимо  провести  анализ  местных  призна¬
ков  погоды,  аэродинамической  и  термодинамической  обстановки
приземного  слоя  воздуха  над  данной  деятельной  поверхностью,
а  также  учесть  свойства  этой  поверхности  (цвет,  влажность,
шероховатость,  степень  покрытия  растительностью).  Иными  сло¬
вами,  нужен  анализ  всей  метеорологической  обстановки,  анализ
всей  физической  картины  данной  местности.  Высота  солнца  на
небосводе,  прозрачность  атмосферы,  облачность,  скорость  ветра,
температура  и  влажность  воздуха,  тепловые  и  структурные  свой¬
ства  почвы  —  все  это  должно  быть  учтено  при  исследовании

542 	ПРОГНОЗИРОВАНИЕ  ТЕМПЕРАТУРНОГО  РЕЖИМА  В  ПОЧВЕ  [ГЛ.  IV
 вопроса  о  формировании  и  развитии  конкретного  случая  замо¬
розка.
 Влияние  биологических  особенностей  са¬
мого  растения  мы  назовем  биологическим  фактором  замо¬
розка.
 Здесь  должны  быть  рассмотрены  вопросы,  связанные  с  воз¬
действием  холода  на  живую  ткань  и  на  биологические  процессы.
Для  каждого  растения  должны  быть  установлены  температура
начала  и  конца  вегетации,  температура  гибели  и  т.  д.  Должно
быть  исследовано  явление  замерзания  клеточного  сока,  холодное
отвердевание  и  холодная  смерть.  Должны  быть  рассмотрены
случаи  смерти  растения  как  без  льдообразования,  так  и  при  про¬
цессе  льдообразования.  Должны  быть  также  рассмотрены  слу¬
чаи  переохлаждения  организма  и  оживления  его  после  замерза¬
ния.  На  основе  всего  этого  анализа  для  каждого  растения
должны  быть  установлены  степень  его  морозоустойчивости  и
меры  повышения  ее.
 Встречающиеся  обычно  в  литературе  подразделения  замороз¬
ков  по  времени  наступления  на  три  категории:  осенние,  весенние
и  летние  заморозки,  следует  признать  условными.
 Весенние  поздние  заморозки,  или  возвраты  холодов,  особенно
опасны  для  молодых  растений  и  имеют  очень  широкое  распро¬
странение  в  СССР.  К  ранним  осенним  относятся  заморозки,
предшествующие  наступлению  зимы.  Летние  заморозки  наблю¬
даются  в  разгаре  лета  и  встречаются  довольно  часто  на  востоке
Союза,  в  верхнем  и  среднем  течении  реки  Амур  и  в  других
районах  с  континентальным  климатом.  Весьма  трудно  провести
грань  между  всеми  этими  условно  разграниченными  видами
заморозков,  а  также  между  осенними  заморозками  и  первыми
зимними  морозами.  Гораздо  целесообразнее  провести  разграни¬
чение  заморозков  соответственно  их  физической  природе  и  при¬
чинам,  вызвавшим  их.  Обращаясь  к  факторам,  обуславливаю¬
щим  возникновение  и  развитие  заморозка,  следует  указать  на:
 а) 	метеорологические  факторы  динамического  характера  и
 б) 	метеорологические  факторы  местного  характера.  Соответ¬
ственно  тому,  какой  из  этих  факторов  играет  в  образовании  дан¬
ного  заморозка  главную  роль,  различают  адвективные  и  радиа¬
ционные  заморозки,  а  при  одинаковом  действии  указанных  фак¬
торов  —  и  смешанные  заморозки.
 Адвективные  заморозки  связаны  с  передвижением  холодных
масс  воздуха  из  других  районов.  Почти  все  вторжения  холод¬
ного  воздуха  идут  из  арктической  области  и,  протекая  через
Ледовитый  океан,  попадают  в  центр  и  на  юг  Союза.  Весенние
заморозки  очень  часто  обязаны  своим  возникновением  этой  при¬
чине.  Весьма  часто  холодные  потоки  воздуха  приходят  с  востока
и  с  северо-востока  —  это  так  называемый  континентальный  по¬

ПРОГНОЗ  НОЧНЫХ  ЗАМОРОЗКОВ
 54  Зг
 §  1]
 лярный  воздух,  проникающий  с  моря  в  перегретые  районы  кон-
тинеита.  Этим  потокам  воздуха  часто  обязаны  своим  происхо¬
ждением  и  весенние  и  летние  заморозки.
 Радиационные  заморозки  связаны  с  иочньйм  охлаждением
поверхности  почвы  или  растительного  покрова,  иными  словами,
с  охлаждением  данной  деятельной  поверхности.  Это  охлаждение,,
получающееся  вследствие  интенсивного  ночного  излучения  дея¬
тельной  поверхности,  приводит  к  охлаждению  прилегающих  поч¬
венных  слоев  воздуха.  Радиационные  заморозки  проявляются
с  особенной  силой  при  ясном  безоблачном  небе,  безветренной
погоде,  в  местах,  расположенных  в  низинах,  а  также  в  укрытых
местах,  где  создаются  условия  для  застоя  воздуха.  И  хотя  в  дей¬
ствительности  мы  обычно  имеем  заморозки  смешанного  типа,
когда  действуют  динамические  причины  в  комбинации  с  мест¬
ными  условиями  охлаждения,  все  же  нужно  помнить,  что  фак¬
торы,  приводящие  к  радиационному  выхолаживанию,  действуют
постоянно  и  повсеместно.  Радиационные  заморозки  развиваются
весной,  летом  и  осенью  и  охватывают  северные,  восточные,  юж¬
ные,  западные  и  средние  районы  СССР.
 Вопросами  похолодания,  связанными  с  адвекцией,  занимается
синоптика.  Если  известно  место  зарождения  холодной  массы,
скорость  и  направление  ее  перемещения,  основные  ее  характе¬
ристики,  то  при  достаточно  густой  сети  метеорологических  стан¬
ций,  используя  разработанные  синоптикой  приемы,  удается  пред¬
сказать  судьбу  этой  массы,  ее  возможные  преобразования  и
температуру  той  или  иной  точки  на  ее  пути.  Для  предсказания
же  заморозка  местного  характера  одной  синоптики  совершенно
недостаточно.  Вот  почему  в  дальнейшем  будет  рассмотрен  по
преимуществу  лишь  радиационный  тип  заморозка,  будут  ука¬
заны  пути  и  методы  его  прогноза.
 В  соответствии  с  данным  здесь  определением  понятия  за¬
морозка  схема  построения  прогноза  радиационных  заморозков
складывается  из  трех  стадий:  а)  прогноз  понижения  темпера¬
туры  воздуха,  б)  переход  от  понижения  температуры  воздуха
к  прогнозу  охлаждения  растения  и  в)  выяснение  вопроса  о  сте¬
пени  опасности  для  данного  растения  на  данной  его  фазе  про¬
гнозируемого  охлаждения.  Разберем  вкратце  каждый  из  этих
этапов.
 Поверхность  почвы  и  прилегающий  к  ней  слой  воздуха
в  ночной  период  отдают  путем  излучения  энергию  расположен¬
ным  «ад  ними  слоям  воздуха.  Величина  отдачи  энергии  излу¬
чением  зависит  в  основном  от  температуры  поверхности  почвы
и  в  весьма  малой  степени  от  свойств  почвы.  Это  излучение
уменьшается  от  обратного  излучения  атмосферы.
 Обратное  излучение  атмосферы  зависит  от  температуры  воз¬
духа,  количества  твердых  и  жидких  примесей,  водяного  пара,

544 	ПРОГНОЗИРОВАНИЕ  ТЕМПЕРАТУРНОГО  режима  в  почве  [гл.  IV
 углекислоты  и  поглощается  земной  поверхностью,  уменьшая  по¬
тери  тепла  почвой.  Конечная  отдача  энергии  почвой  составляет
разность  между  потерей  тепла  почвой  излучением  и  приобре¬
тенным  ею  теплом,  обратно  излучаемым  атмосферой.
 Чтобы  понять,  как  складывается  тепловой  режим  в  ночной
период,  следует  учесть,  что  земная  поверхность  подвергается
влиянию  не  только  охлаждения  путем  излучения,  но  и  ряда
других  факторов.  Во-первых,  поверхность  почвы,  благодаря
теплопроводности  воздуха  получает  от  него  некоторое  количе¬
ство  тепла  Qk  путем  вертикального  перемешивания,  или,  как
говорят,  путем  турбулентного  обмена.  Во-вторых,  та  же  поверх¬
ность  получает  в  ночное  время  некоторое  количество  тепла  Qn
от  внутренних  более  нагретых  слоев  почвы  теплопроводностью.
Наконец,  в  ночной  период  обычно  происходит  процесс  конденса¬
ции,  обратный  дневному  испарению,  который  сопровождается
выделением  на  поверхности  почвы  тепла  QT.  Таким  образом,  теп¬
ловое  состояние  земной  поверхности  почвы  вследствие  эффектив¬
ного  излучения  компенсируется  подводом  тепла  к  ней  как  из  глу¬
бины  почвы,  так  и  из  воздуха  (вследствие  обмена  и  конденсации).
 При  рассмотрении  баланса  тепла  было  показано,  что  местом,
где  происходит  превращение  его,  является  поверхность  почвы,
играющая  центральную  роль  в  теплообмене.  В  частности,  ночью
она  является  основным  местом  теплового  излучения  и  вместе
с  тем  зоной  самых  низких  температур,  вверх  и  вниз  от  нее  тем¬
пература  возрастает.  Параллельно  охлаждению  земной  поверх¬
ности  идет  охлаждение  припочвенного  воздуха.  Характерное  для
дневных  часов  падение  температуры  воздуха  с  высотой  к  ночи
ликвидируется.  К  вечеру  устанавливается  равенство  температур
с  высотой  (изотермия),  а  позже  и  обратный  ход  (инверсия),
т.  е.  повышение  температуры  воздуха  с  высотой.  Положение
припочвенного  воздуха  при  этом  становится  все  более  устойчи¬
вым;  более  тяжелый  холодный  воздух  лежит  под  теплым  и  легким.
 В  самых  нижних  слоях  атмосферы  разность  температур  осо¬
бенно  велика  и  обычно  достигает  величины  в  несколько  градусов
в  слое  до  1  см.  Отсюда  можно  сделать  весьма  важное  заключе¬
ние  о  том,  что  заморозок  чаще  всего  и  губительнее  всего  ска¬
жется  у  самой  поверхности  почвы.  Могут  быть  такие  случаи,
когда  заморозок  имеет  место  на  нижних  частях  растений  и  его
нет  на  верхних  частях  тех  же  растений.  Могут  быть,  например,
случаи,  когда  низкорослое  растение  замерзает,  а  высокорослые
остаются  без  повреждения.
 Весьма  важно  объяснить,  как  охлаждение  поверхности  почвы
передается  воздуху.  Основным  механизмом  передачи  тепла  яв¬
ляется  турбулентный  теплообмен.  В  ночное  время  при  кажу¬
щемся  устойчивом  расположении  воздушных  слоев  имеет  место

ПРОГНОЗ  НОЧНЫХ  ЗАМОРОЗКОВ
 545
 §  1]
 заметный  вертикальный  обмен  масс.  Хотя  в  эту  часть  суток
ветер  обычно  ослаблен  и  коэффициенты  обмена  понижены,  но
передача  тепла  турбулентным  путем  имеет  место*  и  она  яв¬
ляется  причиной  охлаждения  почвой  последовательно  возвы¬
шающихся  над  ней  слоев  воздуха.
 Роль  излучения  воздуха  довольно  незначительна,  и  этот  фак¬
тор,  особенно  в  ночное  время  в  условиях  зарождения  заморозка
(чистая  атмосфера,  малая  влажность)  слабо  влияет  на  устано¬
вление  температуры  воздуха.
 Из  рассмотрения  факторов,  влияющих  на  тепловой  режим
почвы  и  приземного  воздуха,  вытекает  разработка  практической
схемы  пропноза  ночных  радиационных  заморозков.  В  данном
случае  решается  совместно  система  двух  уравнений  теплопро¬
водности:
 для  воздуха
 0)
 ДЛЯ  почвы
 .  w,  _  дГх
 2  dZ*
 (2)
 Решение  ищем  в  виде  рядов:
для  воздуха
 =  2  (7^  cos  mt  -|-  7^  sin 	(3)
 ДЛЯ  почвы
 =  2  (cos  Л(0*  +  Tl  sin  maty 	(4)
 Граничные  условия  задач:
 Т\  =  Т2  при  Z  —  0;  1
Т\—>Сх\ 	Т2—>С2  при  Z  —>zt  оо,  J
 и,  наконец,  условие  теплового  баланса:
 <?«=^х»(^-)0+х*(-^)0. 	(б)
 Существенным  шагом  при  реализации  теоретического  реше¬
ния  является  предположение  о  периодическом  ходе  суточной
кривой
 Qe  =  2(Q«,  cosnutf-l-Q^sinftutf), 	(7)
 причем  можно  считать  Qe  =  const  в  течение  полупериода

546
 ПРОГНОЗИРОВАНИЕ  ТЕМПЕРАТУРНОГО  РЕЖИМА  В  ПОЧВЕ  [ГЛ.  IV
 (ночью),  а  днем  возрастающим  до  момента  а  затем  убываю¬
щим  в  интервале  <  t  <  -у-,
 Дальнейшие  упрощения,  основанные  на  опыте,  заключаются
в  ограничении  двумя  гармониками  в  суточных  кривых  темпера¬
туры  и  радиационного  баланса,  в  возможности  просто  связать
коэффициент  турбулентного  обмена  с  величиной  скорости
ветра  на  одной  высоте  (в  метеорологической  будке),  во
введении  вместо  среднедневных  и  средненочных  фактических  ве¬
личин  радиационного  баланса,  осредненных  поширотно  и  поде¬
кадно,  а  также  в  целом  ряде  других  допущений.  В  результате
удается  получить  следующие  удобные  для  оперативного  исполь¬
зования  формулы  для  величины  ожидаемого  минимума  темпе¬
ратуры  (А.  Ф.  Чудновский,  1949):
 Т'мин^Т'о  —  Во  (^°i  “\~ 	(8)
 Тмни  =  Тх  —  В\  (/^Y1  —|—  ZrOj  +A4*]f2  +АА>2). 	(9)
 Формула  (8)  построена  на  основе  измерений  температуры  Т0  и
радиационного  баланса  Во  в  момент  захода  солнца,  а  формула
(9)  —на  основе  измерений  температуры  Т\  и  радиационного  ба¬
ланса  В\  в  19  часов,  т.  е.  в  обычный  метеорологический  срок  на¬
блюдений.
 R,  Р  к  К,  L,  М,  N  —  коэффициенты,  зависящие  от  географи¬
ческой  широты  и  времени  года,  соответственно  при  измерениях
в  момент  захода  солнца  и  в  19  часов.
 7ь  8ь  72,  §2  —  параметры,  зависящие  от  коэффициента  турбу¬
лентного  обмена  и  от  тепловых  характеристик  почвы  соответ¬
ственно  при  измерениях  в  момент  захода  солнца  и  в  19  часов.
 Дальнейшая  работа  по  разработке  схемы  прогноза  замороз¬
ков  состояла  в  том,  что  все  характеристики,  входящие  в  фор¬
мулы  (8)  и  (9),  были  на  основе  опытных  материалов  связаны
с  обычными  метеорологическими  элементами,  измеряемыми  на
всех  метеорологических  станциях.
 Мы  не  имеем  возможности  подробно  изложить  то,  как
удается  фигурирующие  в  формулах  величины  В0  и  В{  связать
с  влажностью  воздуха,  его  температурой  и  облачностью,  а  коэф¬
фициенты  8i  и  82  или  7ь  8ь  72,  S2  выразить  через  влажность  почвы
и  скорость  ветра.  Также  мы  не  останавливаемся  на  вопросах
•связи  величин  Р  и  R  или  /С,  L,  М,  N  с  географической  широтой,
месяцем  и  часом  наблюдений  всех  метеорологических  факторов
в  момент  составления  прогноза.  Все  результаты  этой  работы
сведены  в  окончательные  таблицы.
 Измерение  сложной  величины  радиационного  баланса  (Во  и
Вi),  требующее  специальных  приборов  —  балансомеров,  заме¬
няется  более  простыми  и  доступными  в  любом  пункте  измере¬
ниями  температуры  и  влажности  воздуха  с  учетом  облачности.

ПРОГНОЗ  НОЧНЫХ  ЗАМОРОЗКОВ
 547
 §  1]
 Если  небо  в  момент  наблюдений  (в  момент  захода  солнца
и  в  19  часов)  ясное,  значение  радиационного  баланса  находят
по  номограмме  (см.  рис.  129  гл.  I),  зная  температуру  воздуха
и  абсолютную  его  влажность  в  момент  наблюдений.
 При  облачном  небе  величину  радиационного  баланса  вычис¬
ляют  по  формуле:
 Вобл  =  ^яои  [  1 	Cjh  С*ВМВ],
 где  Вобл  —  радиационный  баланс  при  облачном  небе,  Вяса  —
радиационный  баланс,  найденный  по  указанной  выше  номо-
граме,  для  ясного  неба;  пп,  пс,  пв—  количества  облаков  соответ¬
ственно  нижнего,  среднего  и  верхнего  ярусов  в  момент  наблю¬
дений;  С  н,  Сс,  С  в  —  коэффициенты,  характеризующие  задержи¬
вание  излучения  облаками  тех  же  ярусов  (см.  табл.  118).
 Таблица  1/8
 Значения  коэффициентов  Ся,  Сс,  Св
 Форма  облаков
 C
 Среднее  no
вертикали
 Ярусы
 Ci
 Cs;  Сс  dens
 0,01
 0,02—0,03
 0,02
 нижний
 Ac;  As  transl
 Ac;  As
 Ac;  As  opac
 0,04
 0,05
 0,06—0,07
 0,05
 средний
 Sc  transl
 Sc  opac
 St;  Ns
 Cu;  Cb
 0,06
 0,07
 0,075—0,095
 0,085—0,10
 0,085
 верхний
 Учитывая  приближенный  характер  расчетов,  следует  считать,
что  заморозок  возможен,  если  вычисленный  ночной  минимум
температуры  окажется  +1,5.  Если  он  будет  +1,0°  и  ниже,  то
это  должно  трактоваться  как  неизбежно  надвигающийся  замо¬
розок.
 Наблюдения  ведут,  как  правило,  с  трехкратной  повторностью:
за  час  до  захода  солнца,  в  момент  захода  и  через  час  после
захода.  Наблюдения,  приуроченные  к  19-часовому  сроку,  при
возможности  ведения  трехкратных  наблюдений,  также  ведутся
за  час  до  и  через  час  после  основного  19-часового  срока.  Из
показаний  трех  вечерних  наблюдений  вычисляются  средние,  ис¬
пользуемые  для  расчетов.  Необходимые  для  вычисления  по  из¬
ложенной  схеме  данные  приводятся  в  табл.  119—122.

548 	ПРОГНОЗИРОВАНИЕ  ТЕМПЕРАТУРНОГО  РЕЖИМА  В  ПОЧВЕ  [ГЛ.  IV
 Таблица  119
 Время  захода  солнца  (в  часах)  по  декадам  и  географическим  широтам  <?
 <р,  град
 Месяцы
 Март
 Апрель
 Май
 Июнь
 Июль
 Август
 Сентябрь
 Октябрь
 Декады
 42
 46
 50
 54
 58
 62
 66
 1
 17,25
 17,25
 17,25
 17,00
 17,00
 17,00
 16,75
 2
 17,50
 17,50
 17,50
 17,50
 17,50
 17,50
 17,50
 3
 17,75
 17,75
 17,75
 17,75
 17,75
 18,00
 18,00
 1
 18,00
 18,00
 18,25
 18,25
 18,25
 18,50
 18,50
 2
 18,25
 18,50
 18,50
 18,50
 18,75
 19,00
 19,25
 3
 18,50
 18,50
 18,75
 19,00
 19,25
 19,50
 19,75
 1
 18,75
 18,75
 19,00
 19,25
 19,50
 20,00
 20,00
 2
 19,00
 19,00
 19,25
 19,50
 20,00
 20,25
 21,00
 3
 19,00
 19,25
 19,50
 19,75
 20,25
 20,75
 21,50
 1
 19,25
 19,50
 19,75
 20,00
 20,50
 21,00
 22,25
 2
 19,25
 19,50
 19,75
 20,00
 20,50
 21,25
 22,75
 3
 19,25
 19,50
 19,75
 20,25
 20,50
 21,25
 22,75
 1
 19,25
 19,50
 19,75
 20,00
 20,50
 21,27
 22,50
 2
 19,00
 19,25
 19,50
 20,00
 20,25
 21,00
 22,00
 3
 19,00
 19,25
 19,50
 19,75
 20,00
 20,50
 21,25
 1
 18,75
 19,00
 19,25
 19,50
 19,75
 20,00
 20,75
 2
 18,50
 18,75
 19,00
 19,00
 19,25
 19,50
 20,00
 3
 18,50
 18,50
 18,50
 18,75
 19,00
 19,25
 19,50
 1
 18,25
 18,25
 18,25
 —
 18,50
 18,50
 18,75
 2
 18,00
 18,00
 18,00
 —
 18,00
 18,00
 18,25
 3
 17,75
 17,75
 17,75
 —
 17,75
 17,75
 17,50
 1
 17,50
 19,50
 17,25
 —
 17,25
 17,25
 17,00
 2
 17,25
 17,25
 17,00
 —
 16,75
 16,75
 16,50
 3
 17,00
 17,00
 16,75
 16,50
 16,25
 15,75

ПРОГНОЗ  НОЧНЫХ  ЗАМОРОЗКОВ
 549
 §  П
 Таблица  120
 Значения  коэффициентов  Р  и  R  для  момента  захода  солнца
 *
 <р,  град
 Месяцы
 Дека¬
 ды
 42
 46
 50
 54
 58
 62
 66
 Р
 R
 Р
 R
 Р
 R
 Р
 R
 Р
 R
 Р
 R
 Р
 R
 Март
 1
 5,3
 1,0
 5,1
 1,1
 4,7
 U
 4,2
 U
 3,6
 1Д
 2,9
 1,0
 2,4
 0,9
 2
 5,8
 0,7
 5,7
 0,7
 5,4
 0,7
 4,8
 0,6
 4,1
 0,7
 3,5
 0,5
 2,9
 0,5
 3
 5,9
 0,4
 5,0
 0,3
 5,0
 0,3
 5,1
 0,2
 4,7
 0,2
 4,4
 0,2
 3,9
 0,4
 Апрель
 1
 6,1
 0,0
 5,9
 -0,1
 5,7
 0,0
 5,4
 -0,2
 5,0
 —0,1
 5,0
 0,4
 4,8
 —0,5
 2
 ел
 -0,3
 6,0
 -0,4
 5,9
 -0,5
 5,5
 —0,5
 5,3
 —0,6
 5,3
 -0,7
 5,1
 -0,8
 3
 6,4
 —0,6
 6,2
 —0,6
 6,0
 —0,7
 5,6
 —0,8
 5,4
 —0,8
 5,3
 —0,9
 5,1
 —0,9
 Май
 1
 6,6
 —0,8
 6,3
 —0,8
 6,0
 —0,9
 5,6
 —0,9
 5,3
 —0,9
 5,2
 —0,9
 4,8
 —0,8
 2
 6,7
 —0,9
 6,4
 —1,0
 6,0
 -1,0
 5,5
 -1,0
 5,0
 —0,9
 4,9
 —0,8
 4,2
 —0,5
 3
 6,8
 —  1,0
 6,5
 -1,1
 5,9
 —U
 5,4
 —1,0
 4,9
 —0,8
 4,5
 —0,7
 3,7
 —0,3
 Июнь
 1
 6,8
 -U
 6,5
 -U
 5,9
 —U
 5,4
 —1,0
 4,8
 —0,8
 4,3
 —0,6
 2,8
 -0,2
 2
 6,9
 -1,1
 6,5
 -U
 5,9
 —1,0
 5,3
 —0,9
 4,6
 —0,7
 4,0
 —0,4
 2,2
 0,0
 3
 6,9
 -U
 6,4
 -U
 5,7
 -1,0
 5,1
 —0,8
 4,5
 -0,6
 3,7
 —0,3
 1,9
 0,0
 Июль
 1
 6,9
 —1,1
 6,3
 -U
 5,6
 —1,1
 5,1
 —0,9
 4,5
 -0,7
 4,0
 -0,4
 2,4
 —0,1
 2
 6,8
 —1,1
 6,2
 —1,0
 5,6
 —1,0
 5,0
 —0,9
 4,6
 -0,7
 4,2
 —0,5
 3,1
 —0,2
 3
 6,8
 —1,0
 6,1
 —1,0
 5,5
 -1,0
 5,1
 —0,9
 4,8
 —0,9
 4,5
 —0,7
 3,8
 -0,4
 Август
 1
 6,7
 -0,8
 6,1
 -0,9
 5,6
 —0,9
 5,3
 —0,8
 5,0
 —0,9
 4,9
 —0,9
 4,4
 -0,7
 2
 6,5
 -0,6
 5,9
 -0,7
 5,6
 -0,7
 5,4
 —0,8
 5,2
 —0,8
 5,0
 —0,9
 4,6
 —0,8
 3
 6,2
 —0,4
 5,7
 —0,5
 5,5
 -0,6
 5,4
 —0,6
 5,1
 -0,7
 5,0
 —0,8
 7,7
 -0,8
 Сентябрь
 1
 6,0
 —0,1
 5,4
 —0,2
 5,3
 -0,3
 5,2
 —0,3
 5,0
 0,4
 4,8
 —0,5
 4,5
 —0,6
 2
 5,6
 0,2
 5,3
 0,1
 5,1
 0,1
 4,9
 0,0
 4,6
 0,0
 4,3
 —0,1
 4,0
 -0,1
 3
 5,4
 0,5
 4,9
 0,5
 4,7
 0,4
 4,4
 0,4
 4,1
 0,4
 3,7
 0,4
 3,3
 0,4
 Октябрь
 1
 5,0
 0,8
 4,5
 0,8
 4,2
 0,8
 3,8
 0,8
 3,4
 0,8
 2,9
 0,7
 2,6
 0,8
 2
 4,7
 1,1
 4,2
 U
 3,7
 1,1
 3,3
 М
 2,8
 U
 2,2
 1,0
 1,9
 1,0
 3
 4,2
 1,3
 1,4
 3,3
 3,3
 1,3
 2,8
 1,3
 2,2
 1,2
 1,7
 1,1
 1,5
 1,2

550
 ПРОГНОЗИРОВАНИЕ  ТЕМПЕРАТУРНОГО  РЕЖИМА  В  ПОЧВЕ  [ГЛ.  IV
 Таблица  121
 Значения  коэффициентов  /Г,  Ly  Af,  N  для  наблюдений  температуры
 в  19  часов
 Месяцы
 Коэффи-
 циенты
 <р,  град
 42
 46
 50
 54
 58
 62
 66
 Март
 к
 —0,3
 -0,2
 -0,2
 -0,2
 —0,2
 —0,2
 -0,1
 L
 -6,0
 5,6
 5,4
 —4,8
 4,2
 3,5
 —2,3
 М
 —0,0
 —0,0
 —0,0
 —0,0
 —0,0
 —0,0
 —0,0
 N
 0,6
 0,5
 0,5
 0.5
 0,5
 0,2
 0,4
 Апрель
 к
 —0,3
 —0,3
 -0,2
 -0,2
 -0,2
 —0,2
 —0,2
 L
 6,8
 6,3
 5,8
 5,6
 5,3
 5,3
 5,0
 М
 —0,0
 +0,0
 +0,1
 —0,0
 0,0
 —0,0
 0,1
 N
 -0,4
 —0,6
 -0,7
 —0,6
 —0,9
 —0,7
 —0,9
 Май
 к
 —0,3
 —0,3
 —0,3
 -0,2
 -0,2
 -0,2
 —0,2
 L
 6,7
 6,4
 5,9
 5,4
 4,9
 4,7
 4,1
 М
 0,1
 0,1
 0,1
 —0,1
 0,1
 -0,1
 0,0
 N
 —0,9
 -U
 —1,1
 —0,9
 —0,9
 —0,8
 —0,5
 Июнь
 К
 —0,3
 —0,3
 -0,2
 -0,2
 —0,2
 -0,2
 -0,1
 L
 6,9
 6,4
 5,8
 5,4
 5,2
 3,8
 1,8
 М
 0,1
 0,1
 0,1
 -0,1
 0,1
 —0,1
 0,0
 N
 -U
 -1,2
 -1,1
 —1,0
 —0,7
 —0,4
 0,0
 Июль
 К
 —0,3
 —0,3
 —0,2
 -0,2
 -0,2
 -0,2
 —0,2
 L
 6,8
 6,1
 5,5
 4,8
 4,4
 4,0
 2,9
 М
 0,1
 0,1
 0,1
 -0,1
 0,1
 -0,1
 0,1
 N
 —U
 -1,1
 -U
 —0,9
 —0,7
 —0,5
 -0,2
 Август
 К
 —0,3
 -0,1
 —0,3
 —0,2
 —0,2
 —0,2
 —0,2
 L
 6,4
 5,8
 5,5
 5,3
 5,1
 4,9
 4,5
 М
 0,1
 0,2
 0,1
 0,1
 0,1
 —0,0
 0,1
 N
 -0,7
 —0,8
 —0,9
 —0,9
 —0,9
 —0,8
 —0,8
 Сентябрь
 К
 —0,6
 —0,5
 —0,5
 —0,4
 —0,4
 —0,3
 —
 L
 5,3
 5,1
 4,9
 4,8
 4,5
 4,2
 4,0
 М
 0,2
 0,1
 0,1
 0,1
 0,1
 0,1
 —
 N
 —0,2
 0,1
 0,1
 0,0
 0,0
 —0,1
 -0,1
 Октябрь
 К
 —0,9
 —0,9
 —0,8
 —0,8
 -0,7
 —0,6
 —
 L
 4,5
 4,2
 3,8
 3,3
 2,8
 2,3
 —
 М
 0,1
 0,1
 0,1
 0,0
 0,0
 0,0
 —
 N
 1,1
 1,1
 U
 U
 1,1
 1,0
 —

ПРОГНОЗ  НОЧНЫХ  ЗАМОРОЗКОВ
 551
 §  1]
 Таблица  122
 Значения  коэффициентов  ri*  Т2>  в  зависимости  от  влажности
почвы  и  скорости  ветра  по  флюгеру
 Коэф-
 Скорость  ветра  по  флюгеру,  м/сек
 поверхности
 циен-
 ты
 0
 1
 2
 3
 5
 7
 10
 15
 20
 Сухая
 Yi
 10,6
 15,2
 15,6
 15,1
 13.5
 12,5
 10,7
 8,9
 7,3
 22,8
 19,4
 15,0
 13,4
 9,5
 7,3
 5,6
 4,0
 3,0
 Ъ
 4.7
 8,8
 9,9
 9,8
 9,4
 9,0
 8,2
 7,0
 6,0
 в2
 14,4
 13,6
 12,0
 0,5
 8,0
 6,4
 5,0
 3,6
 2,8
 Средне
 71
 8,0
 11,8
 12,4
 12,2
 11,3
 10,5
 9,5
 7,9
 6,8
 увлажнен¬
 ная
 ®i
 17,7
 15,6
 13,7
 12,0
 9,3
 7,4
 5,6
 3,8
 2,9
 72
 3,5
 6,9
 7,7
 7,8
 7,6
 7,4
 7,0
 6,2
 5,4
 о2
 11,3
 11,1
 10,0
 9,0
 7,5
 6,3
 4,9
 3,4
 2,8
 Хорошо
 71
 5,8
 8,6
 9,2
 9,2
 8,9
 8,5
 7,9
 6,9
 6,0
 увлажнен¬
 ная
 12,9
 12,0
 10,8
 9,8
 8,2
 6,9
 5,3
 3,8
 3,0
 72
 2,5
 4,7
 5,6
 5,9
 5,8
 5,8
 5,6
 5,2
 4,6
 Ц
 8,2
 8,3
 7,7
 6,2
 5,5
 5,5
 4,5
 3,5
 2,8
 Сильно
 71
 4,5
 6,6
 7,2
 7,3
 7,2
 7,0
 6,7
 6,0
 5,4
 увлажнен¬
 ная
 *1
 10,2
 9,8
 8,9
 8,0
 7,1
 6,2
 5,0
 3,8
 3,0
 72
 2,0
 3,8
 4,4
 4,6
 4,7
 4,7
 4,6
 4,4
 4,0
 &2
 6,4
 6,6
 6,3
 5,9
 5,2
 4,8
 4,0
 2,2
 2,6
 Избыточно
 71
 3,6
 5,3
 5,8
 6,0
 6,0
 6,9
 5,7
 5,3
 4,8
 увлажнен¬
 ная
 *1
 8,2
 8,1
 7,4
 6,8
 6,1
 5,4
 4,6
 3,6
 2,9
 72
 1,6
 3,0
 3,5
 3,7
 3,8
 3,9
 3,9
 3,8
 3,6
 &2
 5,2
 5,4
 5.2
 5,0
 4,6
 4,2
 3,6
 3,0
 2,5
 -

552 	ПРОГНОЗИРОВАНИЕ  ТЕМПЕРАТУРНОГО  РЕЖИМА  В  ПОЧВЕ  [ГЛ.  IV
 Пример  1.  Определение  вероятности  заморозка  по  наблюдениям
в  момент  захода  солнца.
 Место  наблюдения;  ст.  Узловая,  широта:  53°59'.  Год  1951.  Месяц:  сен¬
тябрь.  Число:  5.  Время  захода  солнца:  18  ч.  30  м.
 Метеорологические  элементы
 Срок
 Сред¬
 нее
 1-й
 2-й
 3-й
 Количество  облаков:
 верхнего  яруса
 —
 —
 —
 —
 среднего  »
 10
 10
 10
 10
 нижнего  »
 0
 0
 0
 0
 Форма  облаков:
 верхнего  яруса
 —
 —
 —
 —
 среднего  »
 Ас
 Ас
 Ас
 Ас
 нижнего  »
 —
 —
 —
 —
 Сухой  термометр
 15,9
 15,0
 14,3
 15,1
 Смоченный  термометр
 10,9
 11,0
 11,3
 —
 Абсолютная  влажность  воздуха,  мб
 9,0
 10,0
 11,0
 10,0
 Скорость  ветра  по  флюгеру,  м/сек
 0
 0
 0
 0
 Степень  увлажнения  почвы
 Слабо  увлажненная  *)
 Атмосферные  явления  (роса,  иней,  дождь)  .  .  .
 —
 ♦)  В  1-й  срок.
 Расчет
 вероятности  заморозка
 Исходные  данные
 Расчет
 Р  =5,2  )
 R  =  -  0,3  Г  по  табл‘  120
 8*111,3  }  по  табл-  122
В0  =  0,140  по  рис.  129
 1  -  Кап„  -  Кспс  -  КЛ  =  1  0  10-0,05-0=0,5
*о«л  =  Вяса  (1  _  Кипс)  =  0,140  •  0,5  =  0,070
РЬ1  +  /?о2  =  92,04  —  3,39  =  88,65
 =  15,1  -  Войл  0РЪУ  +  Я#,)  =  15,1-6,2  =  8,9°
 Формулировка  вероятности  заморозка:  Заморозка  не  будет.

ПРОГНОЗ  НОЧНЫХ  ЗАМОРОЗКОВ
 555
 §  1]
 Пример  -  2.  Определение  вероятности  заморозка  по  наблюдениям
в  19  часов.  Место  наблюдения:  ст.  Михайлов,  широта  54°14\  Год  1951.
 Метеорологические  элементы
 Срок
 ъ
 Сред¬
 нее
 1-й
 2-й
 3-й
 Количество  облаков:
 верхнего  яруса
 4
 4
 4
 4
 среднего  >>
 3
 3
 3
 3
 нижнего  »
 0
 0
 0
 0
 Форма  облаков:
 верхнего  яруса
 Ci
 Ci
 Ci
 Ci
 среднего  »
 Ас
 Ас
 Ас
 Ас
 нижнего  »
 —
 —
 —
 —
 Сухой  термометр
 11,0
 10,3
 9,0
 10,1
 Смоченный  термометр
 5,4
 4,7
 4,5
 —
 Абсолютная  влажность  воздуха,  мб
 4,5
 4,1
 4,8
 4,5
 Скорость  ветра  по  флюгеру,  м/сек
 2
 1
 0
 1
 Степень  увлажнения  почвы
 Сухая  *)
 Атмосферные  явления  (роса,  иней,  дождь)  .
 —
 *)  В  1-й  срок.
 Расчет  вероятности  заморозка
 Исходные  данные
 Расчет
 /<=-0,2  )
 L  =  5,4
 Af  =  -0,1  (  по  табл-  121
N=  —  0,9  )
 Ti=16,2
 4  =  19,4
 _  g  g  по  табл.  122
о2  =  13,6  ,
 В0  =  0,166  по  рис.  129
 1  —  —  Кнля  =  1  —  0,08  —  0,15  =  0,77
Вобл  =  вяся  (!  —  К„пс  —  K,.nL)  =  0,166  •  0,83  =  0,128
Гмия  =  б„бл  (K'yj  “Ь  -44/2  ^4)
 10,1  —  0,128  [(—  0,2  ■  16,2)]  +  (5,4  •  19,4)  +
 +  (—0,1  •  8,8)  +  (-  0,9  •  13,6)  =  -  2,1°
 Формулировка  вероятности  заморозка:  Заморозок  будет.

554
 ПРОГНОЗИРОВАНИЕ  ТЕМПЕРАТУРНОГО  РЕЖИМА  В  ПОЧВЕ  [ГЛ.  IV
 Необходимо  отметить,  что  описанная  здесь  схема  предло¬
жена  15  лет  тому  назад.  За  это  время  появились  уточненные
расчетные  схемы  прогноза,  в  частности  схема  М.  Е.  Берлянда
и  схема  Д.  Л.  Лайхтмана  и  его  сотрудников  [1956].  Безусловно,
отказ  от  периодического  решения  и  введение  начальных  усло¬
вий,  а  также  переход  от  линейного  закона  для  изменения  коэф¬
фициента  турбулентности  с  высотой  к  более  сложной  зависи¬
мости  должны  повести  к  увеличению  точности  метода.
 С  другой  стороны,  ряд  факторов  —  необходимость  регистра¬
ции  начального  распределения  температуры  в  почве  и  в  воздухе,
принятие  предположения  в  момент  захода  солнца  изотер-
мии  в  воздухе,  необходимость  фиксации  в  момент  составления
прогноза  профиля  температур  в  почве,  особенно  такой  слож¬
ной  и  мало  доступной  для  измерения  величины,  как  темпера¬
тура  поверхности  почвы,  —  приведут  к  усложнению  и  ряду  до¬
полнительных  ошибок  в  схеме  прогноза.  Поэтому  мы  считаем  воз¬
можным  в  настоящее  время  рекомендовать  нашу  схему.  Уточ¬
нения  последней  могут  быть  осуществлены  на  основе  отказа
от  ряда  упрощений,  как,  например,  связь  термических  характе¬
ристик  с  визуальной  влажностью  почвы,  замена  эмпирических
формул  непосредственным  измерением  радиационного  баланса,
улучшение  метода  учета  коэффициента  обмена  на  основе  изме¬
рения  профиля  скоростей  ветра  вместо  скорости  на  высоте  флю¬
гера  и  т.  п.  При  этом  схема  прогноза  потеряет  свою  простоту
и  доступность  в  смысле  возможности  использования  обычных
метеорологических  наблюдений,  а  выигрыш  в  точности  будет
недостаточным,  поскольку  метод  и  в  таком  виде  практически
достаточно  точен.
 Переходим  ко  второму  этапу  решения  задачи  —  прогнозу
охлаждения  листа  по  найденному  в  первом  этапе  охлаждению
воздуха.
 Задача  сводится  теперь  к  отысканию  разности  температур
между  поверхностью  листа  растения  и  окружающим  воздухом.
Несмотря  на  огромные  трудности  такой  задачи,  она  в  грубых
чертах,  при  довольно  значительных  упрощениях,  решается  на
основе  анализа  теплового  баланса  на  поверхности  листа,  как
это  было  впервые  предложено  Р.  Н.  Асейкиным.
 Рассмотрим  тепловой  баланс  листовой  поверхности.  Введем
такие  понятия:
 —  аккумуляция  тепла  листом,
 Qe  —  радиационный  баланс  листа,
 if  —  конденсационный  теплоприток  к  поверхности,
 L  —  конвективный  теплообмен  листа  с  окружающим  возду¬
хом,
 N—приток  тепла  по  материалу  листа  путем  теплопровод¬
ности.

ПРОГНОЗ  НОЧНЫХ  ЗАМОРОЗКОВ
 555
 §  1]
 Радиационный  баланс  в  ночное  время  может  быть  пред¬
ставлен  в  виде: 	*
 Qe  =  (U—С„) 	(С*  —  II). 	(10)
 Иными  словами,  к  листу  притекает  длинноволновое  излучение
от  атмосферы  (U  =  c&TD  и  почвы  (П  =  оп7^),  а  от  листа  ухо¬
дят  потоки  к  почве  (С*  =  сл7'*)  и  к  воздуху  (С*  =  Сл^).
 Практически  никакой  теплоаккумуляции  лист  не  осуще¬
ствляет  и  путем  теплопроводности  передается  крайне  ничтож¬
ная  часть  тепла.  Ввиду  этого  Wo  =  0;  N  =  0,  Весь  баланс  упро¬
щается  и  приобретает  вид:
 Q6=U  +  L. 	(11)
 Что  касается  величины  конвективной  теплоотдачи,  то  она,  как
известно,  может  быть  написана  в  форме:
 1  =  аАГ25л. 	(12)
 Здесь  а  —  коэффициент  теплоотдачи  листа  в  воздух,  опреде¬
ляющийся,  согласно  В.  П.  Кислову,  для  живого  листа  через
скорость  ветра 	v 	вблизи  листа  формулой:
 а  =  5+3,75г/. 	(13)
 S.i—поверхность  листа,  АТ  —  перегрев  листа,  т.  е.  разница
между  температурой  листа  и  воздуха.
 Конденсация-испарение  0,  выражаемая  в  тепловых  едини¬
цах,  может  быть  представлена  в  виде:
 д=Ъ-КГ4(^—&8). 	(14)
 &—давление  водяного  пара  в  воздухе  на  высоте  2  м,  <^*s—
давление  насыщенного  пара  при  температуре  испаряющей  по¬
верхности.
 Таким  образом,  радиационный  баланс  будет  выражен  в  виде:
 0а^  + 	°„^-2^,  =  3  •  Ю-4(^-^)  +  а25лДТ. 	(15)
 Отсюда  находим  искомую  разность  температур  между  листом
и  воздухом.  Мы  в  данном  случае  не  имеем  возможности  оста¬
навливаться  на  методах  выражения  входящих  в  эту  формулу
сложных  параметров  через  более  простые  и  доступные  измере¬
нию  величины.  Отметим,  что  величины  олТ*  находятся  по  из¬
вестным  в  метеорологии  формулам  через  упругость  водяного
пара  и  температуру  воздуха.  сп  —  считается  известной,  ибо  она
может  быть  принята  такой,  как  у  абсолютно  черного  тела,
т.  е.  со;  Ол  легко  связывается  с  той  же  величиной  со  и  альбедо
листа  (легко  измеряемым  и  хорошо  известным  для  листьев  всех

556 	ПРОГНОЗИРОВАНИЕ  ТЕМПЕРАТУРНОГО  РЕЖИМА  В  ПОЧВЕ  [ГЛ.  IV
 растений);  а  связано,  как  выше  отмечено,  со  скоростью  ветра
вблизи  листа  растения.
 Таким  образом,  для  определения  АТ  остается  измерить  наи¬
более  сложную  величину  —  температуру  поверхности  листа.
Это  определение  осуществляется  весьма  точно  с  помощью  спе¬
циального  прибора  с  полупроводниковым  микродатчиком,  скон¬
струированным  В.  Г.  Кармановым  в  АФИ  [1951—1952].  В  каче¬
стве  окончательного  результата  со¬
шлемся  на  график,  дающий  возмож¬
ность  перейти  от  температуры  воз¬
духа  к  температуре  листа  при  раз¬
личных  условиях  обдувания  и  обо¬
грева  его  (рис.  177).  Развитые  вы¬
ше  соображения  позволяют  опре¬
делить  также  наличие  угрозы  ра¬
диационного  заморозка  для  той  по¬
верхности  листвы,  для  которой  про¬
изводился  расчет.  Но  было  бы  не¬
правильно  обобщать  эти  резуль¬
таты  на  целое  растение  или  целый
посев.  Ясно,  что  для  каждого  листа
будут  свои  специфические  энерге¬
тические  условия,  обусловленные
различным  расстоянием  его  от  зем¬
ной  поверхности,  разными  скоро¬
стями  воздуха,  обтекающего'листья,
различиями  в  экспозиции  каждого
листа  и  т.  д.  Каким  образом  можно
перейти  от  листа  к  растению  и  за¬
тем  к  целому  посеву?
 Определение  угрозы  заморозка
по  написанным  выше  уравнениям
может  быть  построено  на  основании  величин,  являющихся
средними  для  всего  посева.  Для  этого  необходимо:
 а) 	выявив  наиболее  чувствительную  к  заморозку  часть
растения  (например  крона,  листья,  молодые  побеги  и  т.  д.),  от¬
нести  к  ней  величины,  входящие  в  уравнения;
 б) 	брать  в  основу  расчета  условия  не  где-либо  на  границе
посева,  а  характеризующие  его  основную  массу;
 в) 	вести  расчет  на  наихудшие  из  условий  в  смысле  возник¬
новения  заморозка  (минимальная  температура  и  влажность
воздуха,  равенство  температур  воздуха  и  поверхности  почвы,
прекращение  ветра,  отсутствие  облаков  и  т.  д.);
 г) 	все  величины,  характеризующие  слои  воздуха,  должны
быть  взяты  на  высоте  от  земной  поверхности,  соответствующей
расположению  изучаемой  части  растения.  Например,  говоря
 Рис.  177.  Номограмма  для  на¬
хождения  разности  температур
„воздух  —  лист"  (безоблачно).
 1  —  нет  ветра  и  обогрева  от  почвы;
2—  нет  ветра,  но  есть  обогрев  от  поч.
вы;  3—  ветер  1  м/сек;  4  —  ветер  2м/сек.

§  1] 	ПРОГНОЗ  НОЧНЫХ  ЗАМОРОЗКОВ 	557
 о  скорости  ветра,  следует  брать  скорость  на  той  высоте,  на
которой  находятся  части  растения,  более  всего  подверженные
угрозе  заморозка.  Само  растение  должно  находиться  в  усло¬
виях,  характерных  для  всей  массы  посева,  т.  *е.  должно  быть
достаточно  удалено  от  границы  и  быть  типичным  для  всего
посева.  Так,  для  картофеля  следует  брать  скорость  ветра  на
высоте  ботвы,  для  деревьев  —  на  высоте  кроны  и  т.  д.
 Только  таким  путем  можно  перейти  от  анализа  отдель¬
ного  листа  к  целому  растению  и  целому  посеву.
 Нам  остается  перейти  к  третьему,  завершающему,  этапу
в  схеме  прогноза  заморозка,  трактующему  вопрос  о  термиче¬
ской  устойчивости  растения.  Любое  растение  характеризуется
определенной  температурной  областью,  выше  и  ниже  которой
оно  прекращает  свою  жизнедеятельность.  Нижняя  и  верхняя
граница  этой  области,  так  же  как  и  оптимум  температуры,
могут  сдвигаться  и  изменяться  в  зависимости  от  ряда  факторов
внешней  среды:  температуры,  освещения,  влажности,  а  также
режима  удобрений  и  доступа  углекислоты.  Ширина  указанной
области  различна  не  только  у  теплолюбивых  и  холодостойких
растений,  но  и  у  различных  органов  одного  растения  и  у  одного
и  того  же  органа  на  разных  стадиях  развития  растения.
 Анализируя  огромную  физиологическую  литературу,  посвя¬
щенную  замерзанию  растений,  мы  должны  отметить  весьма
противоречивые,  крайне  пестрые  и  совершенно  неопределенные
выводы,  касающиеся  не  только  причин  и  характера,  но  и  самих
факторов  процесса  замерзания.  Этому  способствует  отсутствие
средств  для  измерения  температуры  внутри  листа  и  других
органов  растения.  Ввиду  этого  любые  приводимые  в  литературе
цифры  о  ширине  температурного  интервала,  о  величине  точек
гибели  для  растения  и  т.  д.  должны  быть  восприняты  весьма
критически  и  крайне  осторожно.  По  существу  говоря,  измере¬
ния  температуры  в  полевых  условиях  ведутся  в  метеорологиче¬
ской  будке  при  наличии  защиты  от  солнечной  радиации,  а  в  луч¬
шем  случае  эти  измерения  производятся  на  поверхности
листьев,  стеблей  и  других  частей  растения.  Понятно,  что  цифры,
полученные  таким  образом,  не  характеризуют  истинной  темпе¬
ратуры  самих  растений.
 Как  уже  сказано,  в  области  фактов,  касающихся  промерза¬
ния  растений,  имеются  весьма  существенные  противоречия.  Так,
например,  не  выяснен  вопрос  о  том,  какие  части  растения  более
выносливы  в  отношении  холода;  далеко  не  окончательны  вы¬
воды  о  влиянии  времени  на  промерзание,  т.  е.  о  продолжитель¬
ности  воздействия  низких  температур  на  растение;  весьма  раз¬
норечивы  выводы,  касающиеся  процессов  оживления  организма
после  замерзания  и  последующего  отогревания;  весьма  раз¬
личны  и  теоретические  установки  различных  исследователей

558 	ПРОГНОЗИРОВАНИЕ  ТЕМПЕРАТУРНОГО  РЕЖИМА  В  ПОЧВЕ  [ГЛ.  IV
 о  причинах  холодной  смерти  при  продолжительном  воздействии
температуры,  близкой  к  нулю.
 Следует  помнить,  что  нас  интересует  не  общий  вопрос  об
отношении  растения  к  морозу,  а  другой,  более  конкретный,
но  (менее  изученный  вопрос  об  отношении  растения  к  за¬
морозку.
 Заморозок  и  мороз  —  категории  совершенно  различные:
растение  переживает  их  по-разному.  Внезапное  похолодание,
кратковременное  пребывание  растения  при  пониженной  тем¬
пературе  в  период  активной  вегетации,  сама  степень  понижения
температуры  (обычно  менее  значительная)  —  вот  что  отличает
обстановку  заморозка  от  состояния  мороза,  проходящего
обычно  в  период  покоя  растения.
 Наиболее  резкое  действие  охлаждения  проявляется  вовремя
весенних  поздних  заморозков.  Чем  позже  весенний  заморозок,
чем  продолжительнее  теплый  период  перед  ним,  тем  он  губи¬
тельнее  и  тем  большее  число  культур  охватывает.  Вот  почему
майские  заморозки  на  юге  и  июньские  —  для  других  районов
СССР  особенно  опасны.
 Сильные  морозы  начала  весны,  когда  растение  переходит
постепенно  от  зимнего  морозоустойчивого  состояния  покоя
к  более  длительному  и  чувствительному  для  них  периоду,  менее
опасны,  чем  поздние  и  менее  интенсивные  и  кратковременные
заморозки.  Все  дело  в  том,  что  на  различных  стадиях  своего
развития  растение  не  одинаково  чувствительно  к  холоду.  В  бо¬
лее  поздние  сроки  весны  выносливость  растения  к  холоду
уменьшается.  Распустившиеся  клеточки,  вследствие  обеднения
их  клеточного  сока  сахарами  и  увеличившейся  поверхности  из¬
лучения  становятся  особо  уязвимыми  для  майских  заморозков.
Частота  опасных  заморозков  имеет  определенное  географиче¬
ское  распределение.  На  юге  от  весенних  заморозков  страдают
в  фазе  всходов  такие  теплолюбивые  растения,  как  бобы,  кар¬
тофель,  помидоры,  табак,  кукуруза,  подсолнечник.  Страдают  от
заморозка,  но  редко  убиваются  морозом  вследствие  своей
морозоустойчивости  озимые  злаки.  В  Бессарабии,  Крыму  и  на
Северном  Кавказе  заморозки  опасны  для  винограда,  в  част¬
ности  в  начале  и  в  середине  апреля.
 По  частоте  весенние  заморозки  представляют  опасность  для
разных  культур,  произрастающих  в  центральной  части  евро¬
пейской  территории  СССР,  примерно  на  50%,  т.  е.  охватывают
половину  всех  лет.  На  западной  границе  СССР  и  в  Прибалтике,
где  климат  более  мягок,  опасные  заморозки  охватывают  лишь
десятую  часть  всех  лет,  либо  вовсе  отсутствуют.  Такая  благо¬
приятная  ситуация  объясняется  ранним  прекращением  весен¬
них  заморозков  и  поздним  появлением  всходов.  В  то  же  время
для  этих  районов  крайне  опасными  являются  ранние  осенние

ПРОГНОЗ  НОЧНЫХ  ЗАМОРОЗКОВ
 559
 §  1]
 заморозки,  убивающие  надземную  часть  растений  (ботву  кар¬
тофеля,  ячмень  и  т.  д.)  до  их  созревания.
 Содержащиеся  в  литературе  сведения  об  устойчивости
растения  по  отношению  к  заморозку  весьма  скудны  и  во  мно¬
гом  противоречивы.  Большинство  данных  о  губительных  тем¬
пературах  приводится  без  указания  на  то,  на  какой  высоте
наблюдались  эти  температуры  —  на  высоте  метеорологической
будки  или  на  уровне  роста  растения,  а  тем  более,  того  или
иного  его  органа.  Этим,  в  известной  мере,  данные  обесцени¬
ваются.  Большинство  работ  освещает  устойчивость  сельскохо¬
зяйственных  растений  по  отношению  к  заморозкам  только  на
первом  этапе  их  развития  —  в  фазу  всходов  (исключение  со¬
ставляет  яровая  пшеница,  для  которой  имеются  данные  и
о  фазе  созревания  зерна).
 Известную  ценность  в  вопросе  об  отношении  сельско¬
хозяйственного  растения  к  заморозку  представляют  работы
Г.  Т.  Селянинова  и  бывшего  Агрометеорологического  института,
а  также  материалы  массовых  наблюдений  агрометеорологиче¬
ских  станций.  Эти  работы,  охватывающие  все  климатические
зоны  Союза  и  почти  все  сельскохозяйственные  растения  поле¬
вой,  огоррдной  и  садовой  культур  в  отношении  их  устойчивости
по  отношению  к  заморозку  на  разных  стадиях  развития  при
разных  условиях  внешней  среды,  использованы  В.  Н.  Степано¬
вым,  который,  учитывая  результаты  собственных  обширных
опытов  на  полевой  станции  Академии  сельскохозяйственных
наук  им.  Тимирязева,  составил  сводную  таблицу  об  устойчиво¬
сти  растений  по  отношению  к  заморозку  (табл.  123).  В  ней
приведены  минимальные  температуры  на  уровне  роста  расте¬
ний,  вызывающие  повреждение  или  гибель  их  при  средней  дли¬
тельности  заморозков  5—6  часов  (1948).
 Данные  таблицы  характеризуют  отношение  к  заморозку
вегетативных  органов  (листьев)  в  фазу  всходов,  генеративных
органов  —  в  фазу  созревания  и  созревающего  семени.  По  имею¬
щимся  данным  трудно  составить  более  детальную  характери¬
стику  растения  в  отношении  его  морозоустойчивости.  Анализ
табл.  123  позволяет  сделать  ряд  обобщений.
 Наибольшей  холодостойкостью  чаще  всего  растения  обла¬
дают  в  первой  стадии  своего  развития.  Самым  опасным  перио¬
дом  для  растений  в  отношении  мороза  является  период  форми¬
рования  всходов  и  появления  проростков  перед  появлением
первого  листа.
 Устойчивость  по  отношению  к  заморозкам  быстро  воз¬
растает  с  появлением  растения  на  дневную  поверхность,  на¬
чалом  ассимиляционной  деятельности,  развитием  вегетативной
фазы.  Значительно  менее  устойчивы  по  отношению  к  низ¬
ким  температурам  генеративные  органы  растения.  В  период

560
 ПРОГНОЗИРОВАНИЕ  ТЕМПЕРАТУРНОГО  РЕЖИМА  В  ПОЧВЕ  [ГЛ.  IV
 Таблица  123
 Устойчивость  различных  сельскохозяйственных  культур  к  заморозку
(минимальные  отрицательные  температуры  в  °С)
 Начало  повреждения
и  частичная  гибель
 Гибель  большинства
растений
 Культуры
 Всходы
 Цвете¬
 ние
 Созрева¬
ние  (мо¬
лочная
спелость
 Всходы
 Цвете¬
 ние
 Созрева¬
ние  (мо¬
лочная
спелость)
 Наиболее  устойчивые
 Яровая  пшеница  ....
 9—10
 1-2
 2-4
 10—12
 3
 4
 Овес
 8-9
 1-2
 2-4
 9—11
 2
 4
 Ячмень
 7—8
 1-2
 2-4
 8—10
 2
 4
 Горох
 7-8
 3
 3-4
 8—10
 3-4
 4
 Чечевица
 7-8
 2-3
 2-4
 8—10
 3
 4
 Чина
 7-8
 —
 —
 8—10
 —
 —
 Рыжик  яровой
 8-10
 3
 3-4
 10
 3—4
 4
 Кориандр
 8—10
 2-3
 3—4
 10
 3
 4
 Анис
 Мак
 8—10
 7-8
 3—4
 2-3
 10
 8
 3
 4
 Кок-сагыз
 8—10
 3-4
 3-4
 10
 3
 4
 Устойчивые
 Люпин  многолетний  .  .
 6—8
 3
 3
 8-10
 3—4
 3—4
 Вика  яровая
 6-7
 3
 2-4
 8
 3—4
 4
 Нут
 6—7
 2-3
 2-3
 8
 3
 3—4
 Люпин  узколистный  .  .
 5-6
 2-3
 3
 6-7
 3—4
 3—4
 Бобы
 5—6
 2-3
 2-3
 6
 3
 3-4
 Подсолнечник
 5—6
 3
 2—3
 7-8
 3
 3
 Сафлор
 6-7
 2—3
 3—4
 8
 3
 4
 Горчица  белая
 6-7
 2-3
 3
 8
 3
 4
 Лен
 6—7
 1—2
 2—4
 7
 2
 4
 Конопля
 5—7
 1-2
 2—4
 7
 2
 4
 Свекла  сахарная  ....
 6-7
 2-3
 —
 8
 3
 —
 Свекла  кормовая  .  .  .
 6-7
 2—3
 —
 8
 3
 —
 Морковь
 6-7
 —
 —
 8
 3
 —
 Брюква
 6—7
 —
 —
 8
 —
 —
 Турнепс
 6-7
 —
 —
 8
 —
 —
 Среднеустойчивые
 Люпин  желтый  ....
 4—5
 2-3
 —
 6
 3
 —
 Соя
 3—4
 2
 2-3
 4
 2
 3

ПРОГНОЗ  НОЧНЫХ  ЗАМОРОЗКОВ
 561
 §  1]
 цветения  и  формирования  семян  стойкость  растения  сильно
снижается.
 В  литературе  отмечается  повышенная  устойчивость  бобовых
культур  (горох,  вика,  люпин)  в  фазу  образования  бутонов
и  цветения  (выдерживают  —3°,  —4°  С  недолгое  время).  Не¬
сколько  большую  устойчивость  в  фазе  цветения  проявляют  мас¬
личные  культуры  (рыжик,  горчица,  подсолнечник,  лен,  конопля
и  т.  д.  —  выдерживают  —2°,  —3°С).  В  этой  фазе  все  южные
культуры  начинают  погибать  при  —1°,  —0,5°  С.  Повреждение
от  заморозка  наблюдается  у  генеративных  органов  (фасоли,
арахиса)  уже  при  близких  к  нулю  положительных  температу¬
рах  при  их  длительном  действии  (кратковременно  и  эти  куль¬
туры  выдерживают  отрицательные  температуры).
 Высокой  чувствительностью  к  заморозку  растения  обладают
в  следующих  за  цветением  фазах  развития.  Созревающие
семена  в  'момент  наступления  молочной  спелости  часто  не  вы¬
носят  заморозков  ниже  —2°,  —4°  (зерновые  злаки).  Лишь
у  семян  с  толстой  оболочкой,  как,  например,  у  свеклы,  стой¬
кость  против  холода  усиливается.  В  фазе  восковой  спелости
морозостойкость  семян  возрастает  и  при  полной  спелости  до¬
стигает  максимума.
 Можно  также  отметить  связь  между  холодостойкостью
и  происхождением  растения.  Растения  умеренных  широт,  спо¬
собные  прорастать  и  развиваться  при  низких  температурах,
обладают  наивысшей  устойчивостью  (ранние  яровые,  маслич¬
ные).  Наоборот,  растения  южных  широт,  растущие  и  разви¬
вающиеся  при  повышенных  температурах,  не  выносят  похоло¬
дания.
 Можно  также  констатировать  значительную  зависимость
морозоустойчивых  растений  от  экологических  условий  произра¬
стания  их;  в  частности  должна  быть  учтена  степень  подгото¬
вленности  растения  к  перенесению  похолодания.  Здесь  следует
отметить  зависимость  растения  от  быстроты  охлаждения,  влаж¬
ности  почвы,  режима  питания  и  т.  д.
 Приняв  во  внимание  большое  число  факторов,  от  которых
зависит  устойчивость  сельскохозяйственных  культур  против  за¬
морозков,  следует  признать  относительный  характер  данных
табл.  123.  Устойчивость  растения  по  отношению  к  заморозкам
представляет  собой  развивающееся  свойство  растений,  завися¬
щее  от  их  природы,  особенностей  каждого  типа  и  сорта,  от  ста¬
дии  и  фазы  развития  данного  индивидуума,  от  условий  внешней
среды.  Естественно,  что  охватить  все  многообразие  влияний
в  смысле  устойчивости  по  отношению  к  заморозку  растений
в  природных  условиях  исключительно  трудно  и  приведенная
таблица  может  служить  лишь  грубым,  но  достаточно  полезным
ориентиром  для  наших  задач.
 36  Зак.  196.

562
 ПРОГНОЗИРОВАНИЕ  ТЕМПЕРАТУРНОГО  РЕЖИМА  В  ПОЧВЕ  [ГЛ.  IV
 §  2.  Прогноз  температуры  почвы  по  заданному  прогнозу  погоды
 Многократно  решалась  задача  о  нахождении  температуры
воздуха  по  известной  температуре  поверхности  почвы.  Реализа¬
ция  на  практике  выводов  из  этих  работ  затруднена  вследствие
неумения  измерять  температуру  поверхности  почвы.  Более  того,
часто  трудно  даже  говорить  о  температуре  неровной,  изрезан¬
ной  рельефом,  неоднородной  поверхности  почвы.  Понятно  по¬
этому,  что  большой  интерес  представляла  бы  обратная  за¬
дача  —  определение  температуры  как  поверхности,  так  и  на
любой  глубине  пахотного  слоя  по  заданной  температуре  воз¬
духа.  Решение  последней  задачи  значительно  сложнее  в  теоре¬
тическом  отношении  и  длительное  время  не  осуществлялось,
пока  не  было  впервые  поставлено  нами  на  разрешение  в  Агро¬
физическом  институте  в  1947  г.  В  течение  ряда  лет  задача  ре¬
шалась  нами  совместно  с  Г.  X.  Цейтиным  в  различных  вариан¬
тах  и;  доведена  до  оперативной,  легко  доступной  схемы  расчета
(Д.  А.  Лайхтман  и  А.  Ф.  Чудновский,  1947).
 В  дальнейшем  опубликованы  работы  ряда  авторов,  решав¬
ших  ту  же  задачу,  но  нужно  много  сделать  для  приведения  их
!К  удобному  для  использования  виду.
 Какие  же  задачи,  имеющие  значение  для  сельскохозяйствен¬
ной  практики,  решаются  при  помощи  выводов  из  поставленной
работы?
 Во-первых,  речь  идет  о  комплексе  вопросов,  для  кото¬
рых  важно  заранее,  хотя  бы  на  пару  недель  вперед,  пред¬
сказать,  какова  будет  температура  почвы  в  ее  пахотном  гори¬
зонте.
 Прежде  всего  имеется  в  виду  весеннее  время,  когда!  плани¬
руются  сроки  сева  и  когда  это  планирование  во  многом  опре¬
деляется  термическим  режимом  в  почве  (а  также  связанным
с  ним  режимом  влажности).  Далее  имеются  в  виду  условия
перезимовки  растений.  Существенно  важно  уметь  в  зимний
период  предсказывать  температуру  в  почве  на  уровне  узла
кущения.  Необходим  своевременный  ответ  на  вопрос  о  том,
приведет  ли  ожидаемое  в  воздухе  потепление  в  ближайшие
2—3  недели  в  период  ранней  весны  к  таким  температурам
в  почве,  которые  способны  интенсифицировать  жизнедеятель¬
ность  семян.
 Необходим  ответ  на  вопрос  о  том,  можно  ли  ожидать,  что
в  результате  прогнозируемых  холодов  в  воздухе  в  почве  на¬
ступит  температура,  опасная  для  зимующего  растения.  При
возврате  холодов  ранним  летом  или  поздней  весной  необхо¬
димо  суметь  предвидеть,  как  это  явление,  ожидаемое  в  воздухе,
скажется  на  почве,  какая  при  этом  в  почве  установится  наиниз-
шая  температура  и  сколько  времени  она  сохранится.

ПРОГНОЗ  ТЕМПЕРАТУРЫ  ПОЧВЫ
 563
 §  2]
 Важно  также  указать,  что  прогноз  заморозков,  даваемый
обычно  для  воздуха,  легко  было  бы  пересчитать  для  поверхно¬
сти  почвы  с  помощью  развиваемой  нами  схемы,  связывающей
температуру  воздуха  с  температурой  почвы.
 Вторая  серия  вопросов,  связанная  с  прогнозом  температуры
поверхности,  непосредственно  касается  предвычисления  норм
полива  в  условиях  орошаемого  земледелия.
 Вкратце  дело  сводится  к  следующему.  В  процессе  испарения
данного  поля  тратится  огромное  количество  тепла  (на  каждый
грамм  около  600  кал).  Можно  попытаться  оценить  испарение,
а  следовательно,  и  требуемую  норму  поливной  воды  для  нор¬
мального  хода  испарения  по  количеству  тепла,  которое  тра¬
тится  на  этот  процесс.  Последнее  же  может  быть  найдено,
если  известен  радиационный  приходо-расход  энергии,  приток
тепла  из  воздуха  и  тепловой  поток  в  почву.
 Согласно  нашим  исследованиям  в  Заволжье  и  Ростове  ве¬
личина  теплового  потока  в  почву  'практически  постоянна,  т.  е.
одинакова  до  и  после  полива  (в  результате  двух  взаимно  ком¬
пенсирующих  процессов,  как  это  выяснится  'в  следующей
главе).  Тепловой  же  приток  из  воздуха  либо  «мал,  либо  может
быть  сделан  малым  при  соответствующем  «выборе  оросительных
площадей,  либо,  наконец,  может  быть  вместе  с  радиационным
балансом  лредвычислен,  если  имеется  прогноз  температуры  воз¬
духа  и  почвы.
 Таким  образом,  вопрос  о  расчете  норм  полива  и  предвычис¬
ления  этих  норм  сводится  в  основной  своей  части  к  прогнозу
радиационного  баланса.  Прогноз  же  последнего  может  быть
сведен  к  прогнозу  температуры  почвы  по  заданной  температуре
воздуха.
 Необходимо  подчеркнуть,  что  все  указанные  выше  задачи
прогнозирования  температуры  почвы,  а  также  норм  полива,
которые,  как  мы  видели,  также  приводятся  к  прогнозу  темпе¬
ратуры  поверхности  почвы,  поддаются  решению  лишь  при  на¬
личии  достаточно  надежного  прогноза  температуры  воздуха.
Для  таких  сроков,  как  2—3  недели,  прогноз  температуры  воз¬
духа  на  высоте  метеорологической  будки,  даваемый  система¬
тически  органами  гидрометеорологической  службы,  довольно
удовлетворителен.  Он  продолжает  совершенствоваться  и  улуч¬
шаться.  Но  прогноз  этот  ни  в  коем  случае  нельзя  переносить
на  почву:  температура  почвы  и  воздуха  не  совпадает.  В  каждый
данный  момент  это  различие  зависит  от  свойств  почвы,  ее  плот¬
ности,  теплопроводности,  теплоемкости,  от  излучательной
и  отражательной  способности  ее  поверхности,  а  также  от  абсо¬
лютного  значения  температуры  воздуха.  Последняя  трансфор¬
мируется  в  почве  очень  сложным  путем,  что  приводит  к  разнице
 36*

564 	ПРОГНОЗИРОВАНИЕ  ТЕМПЕРАТУРНОГО  РЕЖИМА  В  ПОЧВЕ  [ГЛ.  IV
 между  температурой  почвы  и  температурой  воздуха  в  десятки
градусов.
 Второе  практическое  следствие  из  данной  работы  состоит
в  возможности  создания  метода  определения  температуры  по¬
верхности  почвы.  Уже  указывалось,  что  эта  величина  не  может
быть  оценена  сколько-нибудь  удовлетворительно.  Большие
трудности  такой  оценки  связаны  со  значительной  пестротой
в  температуре  поверхности,  в  неопределенности  толщины  шеро¬
ховатого  поверхностного  слоя  почвы,  в  наличии  резкой  раз¬
ницы  между  температурами  поверхности  почвы  и  близлежа¬
щего  воздуха.  Попытки  применения  вместо  обычных  ртутных
термометров,  наполовину  погруженных  в  почву,  термоэлектри¬
ческих  сеток,  термопар,  термопауков,  радиационных  устройств
следует  рассматривать  как  приближение  к  решению,  а  не  пол¬
ное  решение  вопроса  об  определении  температуры  поверх¬
ности.
 Помимо  того,  все  такие  приборы  не  носят  массового  харак¬
тера  и  негодны  для  целей  всеобщего  их  приложения.  В  агроно¬
мии  и  агрометеорологии  создалось  неблагополучное  положение,
выражающееся  в  том,  что:  а)  в  многочисленных  работах,  про¬
веденных  в  разнообразных  климатических,  погодных  и  почвен¬
ных  условиях,  приводятся  неопределенные,  неоднозначные
и  даже  противоречивые  данные  о  температуре  поверхности
почвы,  б)  чаще  всего  такие  данные  и  вовсе  отсутствуют.  В  са¬
мом  деле,  синоптики  и  метеорологи  ведут  измерения  температур,
а  также  осуществляют  их  предсказание  на  высоте  метеороло¬
гической  будки  (2  м).  Агрономы  и  агрометеорологи  дополняют,
эти  данные  измерениями  температур  внутри  активного  слоя
почвы.  Таким  образом,  без  «призрения»  остается  наиболее
•важная  в  сельскохозяйственном  отношении  деятельная  поверх¬
ность  -почвы  —  поверхность,  на  которой  разыгрываются  все
самые  важные  энергетические  процессы.  На  этой  поверхности
начинается  земное  существование  солнечного  луча,  трансфор¬
мация  которого  определяет  световой  и  тепловой  режим  корне¬
вой  и  надземной  части  растения.
 Задача  решается  в  следующем  порядке:  вначале  отыски¬
вается  связь  между  температурой  воздуха  и  почвы,  в  предполо¬
жении,  что  известен  тепловой  баланс  на  границе  почва  —  воз¬
дух;  далее  в  ходе  решения  тепловой  баланс,  который  нахо¬
дится  сравнительно  сложным  путем  из  опытных  данных  и  почти
не  поддается  прогнозу,  заменяется  известной,  согласно  про¬
гнозу,  температурой  воздуха  на  высоте  метеорологической
будки.  При  решении  этой  задачи  не  принимается  во  внимание
адвективный  приток  тепла  —  он  учитывается  лишь  частично
тем,  что  прогнозируемая  температура  воздуха  дается  с  учетом
адвекции.  Переходим  к  краткому  решению  задачи  (см.

ПРОГНОЗ  ТЕМПЕРАТУРЫ  ПОЧВЫ
 565
 §  2]
 Г.  Ц.  Цейтин  и  А.  Ф.  Чудновский,  1952).  Она  сводится  к  реше¬
нию  дифференциального  уравнения:
 ?!■ 	<16>
 где  k(Z)  меняется  следующим-  образом:
для  почвы
 k  (Z)  =  а2, 	—  oo<Z<0, 	(17a)
 для  воздуха  от  поверхности  почвы  до  высоты  излома  коэф¬
фициента  турбулентности  Н
 k(Z)  =  p-\-CZ,  0<Z<tf, 	(176)
 для  воздуха  выше  высоты  излома
 k  (Z)  =  [а  +  СИ  =  Ь2  Z^H. 	(17в)
 Решение  ищем  для  отклонений  температур  t(Z,  t)  от  равно¬
весного  состояния  /(Z):
 T(Z.  t)=f(Z)  +  x{Z,  t). 	(18)
 Для  }(Z)  справедливо  условие:
 д'Ит-«• 	<19>
 Для  т  получится  такое  же  уравнение,  что  и  для  Т:
 ж=МкЮ^тлгЧ- 	<*»
 причем  начальное  условие  для  т(Z,t),  очевидно,  нулевое.
 Граничные  условия  для  z(Z,  t)  таковы:
ограниченность  на  бесконечности
 т  Ф  оо  при  Z  —>  zt  оо, 	(21)
 непрерывность  температур  на  поверхности  почвы
 х  Iz—о  =  х  lz-+o» 	(22)
 непрерывность  температур  на  высоте  излома
 Т  L  гг  Л  =  X
 Z=H-О 	v  lZ=tf+0*
 На  той  же  высоте  имеет  место  непрерывность  производных:
 dx  I 	dx  I
 dZ
 \Z=H-0
 =  dZ
 IZ=ff+0
 (23)
[ых:
 (24)
 На  поверхности  почвы  справедливо  условие  баланса
 дх
 дг

566
 ПРОГНОЗИРОВАНИЕ  ТЕМПЕРАТУРНОГО  РЕЖИМА  В  ПОЧВЕ  [ГЛ.  IV
 где  ф(0—отклонение  радиационного  потока  тепла  (за  выче¬
том  тепла  на  испарение)  от  его  значений  в  начальный  момент.
В  ходе  решения  функция  ф(0  в  дальнейшем  исключается  из
задачи  при  помощи  задания  температуры  воздуха  на  некоторой
высоте.  В  условии  (25)  Cipi  и  срр  —  объемные  теплоемкости
почвы  и  воздуха.
 Введем  обозначения  для  операционных  изображений  откло¬
нения  температуры  и  баланса:
 оо 	оо
 Х(р,  Z)  =  f  e~Ph(Z, 	t)  dt;  ¥=f  e-vHf  (t)  dt. 	(26)
 0  0
 Дифференциальное 	уравнение  для  изображения  отклонения
 температуры  имеет  вид
 4z  k  <z> 	=P*lP- 	z)> 	(27>
 при  краевых  условиях:
 Х(р,  Z)  ОО  при  Z  —►  ±  ОО, 	(28)
 = 	<29>
 X\z=H-0  ~  X\z=H+0> 	(30)
 dX 	_  dX  I 	/Qn
 .  7 		 J7 	» 	\OlJ
 Z=H-0 	'Z=H+0
 с^а2Ш  ~cpWirz\  =  *(/>)• 	(32)
 az  'z=+  о
 Решение  для  каждого  слоя  (с  учетом  условия  ограниченно-
 сти  на  бесконечности)  есть:
 yp  Z
 Xl(p,Z)  =  Al(p)e  °  ,
 —  оо  <  Z  <  0,
 (33)
 (р,  Z)  —  А2  (р)  /0  (-|у>  +CZ)  +
 о
 +  «2(p)ATo-|^(i*+cz)  ,
 0<Z<tf,
 (34)
 *з(р>  Z)  =  53(p)r^(z_ff).
 //<;z  <  оо.
 (35)
 Здесь  /о  и  Ко  —  функция  Бесселя  от  мнимого  аргумента.

ПРОГНОЗ  ТЕМПЕРАТУРЫ  ПОЧВЫ
 567
 §  2]
 Произвольные  постоянные  А\,  А%  В2,  Б3  находятся  при  по¬
мощи  краевых  условий  (29),  (32),  причем  получается:
 А,(Р)  = 	(«Г,  (Р)  A(PV7)  -HP.  (Р)  к,  (?  Vr)]  'р(Р),  (36)
 = 	B'W=rm»w,{,)ii{p)'<37)
 <38>
 где  введены  обозначения:
 Wx(p)  =  Ki(mVр)  —  Ко  {mVр);  W2(p)  -  /,(/те  V  р)  +h(mVp)<  (39)
 д  {р)=W2  (piKiWp)  +  WMp)]-^  (/>)[/,  Wp)~UoWр)]  (40)
и  где  обозначено:
 Р  =  4^;  m  =  -£Vv>-\-CH=-£b;
 С1Р1Л  . 	* 	2
 5  =  ■
 V  Y  р
 Vpcp?
 (41)
 Известно  из  операционного  исчисления,  что  при  некоторых
условиях,  налагаемых  на  функцию  t(Z,  t)  и  ее  изображение
 X(p,Z)  =  f  e-ptz  (Z,  t)  dt
0
 (эти  условия  мы  в  нашей  задаче  считаем  выполненными),  имеет
место  соотношение:
 а+гоо
 T(Z,  t)  =  ^r  f  ePtX  (P>  Z)  dp. 	(42)
 a—ico
 Этот  контурный  интеграл  решает  в  принципе  задачу  об  опре¬
делении  отклонения  температуры  z{Z,  t),  а  следовательно,  и  са¬
мой  температуры  T(Z,t)  [см.  формулу  (18)],  ибо  функция
X(p,Z)  нами  найдена  и  выражается  формулами  (33),  (35).
 Как  можно  видеть,  уравнение  (42)  требует  знания  вели¬
чины  ф(/)>  т.  е.  баланса  радиационного  тепла  (за  вычетом  тепла
на  испарение  влаги)  на  поверхности  почвы.  Эта  величина,
вообще  говоря,  трудно  определяется  из  наблюдений  и  почти
не  поддается  прогнозированию,  что  значительно  снижает  цен¬
ность  полученных  здесь  результатов.

568
 ПРОГНОЗИРОВАНИЕ  ТЕМПЕРАТУРНОГО  РЕЖИМА  В  ПОЧВЕ  [ГЛ.  IV
 Ниже  показано,  как  можно  освободиться  от  величины  ф(^),
вводя  вместо  нее  функцию  <р(0>  которая  представляет  ход  тем¬
пературы  воздуха  во  времени  на  некоторой  определенной  вы¬
соте  (например  на  высоте  метеорологической  будки).  Послед¬
няя  величина  достаточно  хорошо  известна.  Известно  также,  что
температура  в  метеорологической  будке  прогнозируется  сино¬
птиками  на  10—15  и  более  суток  вперед.
 Итак,  пусть  на  некоторой  высоте  в  воздухе  Z  =  h  известен
ход  температуры  во  времени,  т.  е.  имеем:
 T|Z.f  !,_*  =  ?(*). 	(43)
 Здесь  <р(/)  —отклонение  температуры  от  ее  значения  в  началь¬
ный  момент,  или,  переходя  к  изображениям,  имеем:
 X(p.Z)z_h=Xh(p)>
 где
 СО
 Xh(p)  =  fe-*4(t)dt. 	(44)
 0
 Будем  считать  высоту  h  порядка  1,5—2  м  (высота  метеоро¬
логической  будки),  тогда  h<H9  где  Н—  высота  «излома»  коэф¬
фициента  турбулентности.  Поэтому  условие  (44)  на  основании
(34)  и  (37)  дает:
 —^-—W{p)[W,(p)h{rVp)+  W2(p)Ko(rVp)]  =  Xh(p),  (45)
 где
 откуда
 r  =  ?Vv-+Ch,
 W(p)
 	(ft  У  рП(р)  xh(p)
 bolW1(p)I0(rYp)+W2(p)Ko(rYp)\
 (46)
 Таким  образом,  изображение  баланса  (а  следовательно,  и  сам
баланс)  выражен  через  изображение  известной  темпера-
 туры  9(0. 	_
 Подставляя  'F(p)  в  полученные  ранее  формулы  (36)  и  (38),
мы  в  принципе  решим  задачу  о  связи  температуры  воздуха
и  почвы.
 Большой  практический  интерес  представляет  умение  вы¬
числять  температуру  почвы  по  известной  температуре  в  метео¬
рологической  будке.  Покажем,  как  это  должно  быть  выполнено
достаточно  точно  и  оперативно.  Учитывая  соотношения  (46)
и  (36),  можно  формулу  (33)  написать  так:
 Хх(р.  Z)  =
 Wt  (р)  /»(ft  У  р)  +  у,  (р)  Ко  (ft  Y  р)  с-^-\  г  I
Wi  (Р)  fo(rYp)+ 	(Р)  Ко  (г  Y  р)
 ХМ,  (47)

ПРОГНОЗ  ТЕМПЕРАТУРЫ  ПОЧВЫ
 569
 §  2]
 где|2|  означает  абсолютную  величину,  или,  переходя  к  ориги¬
налам:
 х,  (Z,  t)  —  j  (f  (t—0)rf[§(Z,  0)]  при  —oo<Z<0,  (48)
 где
 •-Moo  Yq
 %iz  0)=-L  f  c  ~'Z'W'  (/>)  f°(?  Vp)+v*  (P)  V  p]  dP  /494
2x1.  i, 	^i</»Mn('-V>)+Wr*0>>tfo(/-V>) 	'
 Контурный  интеграл  (49)  нельзя  вычислить  в  конечном  виде,
но  для  достаточно  больших  значений  времени  0  (0  —  перемен¬
ное  время  от  0  =  0  до  заданного  0  =  0»  порядка  (нескольких
часов  и  более,  можно  для  $  (Z,  0)  получить  следующее  (прибли¬
женное  выражение:
 t(z9  e)«(i+*)0(zf  *)—gW(Z9  0), 	(50)
 где
 0(z.e)-‘—ф(5^).
 где  обозначено:
 1пТ
 (D  =  mln-;  g  ———
г  9 	& 	,  m
 In  —
r
 ,  Ф  —  функция  Крампа.
 Таким  образом,  можно  получить  следующую  формулу  для
расчета  температуры  почвы  по  заданной  температуре  в  метео¬
рологической  будке:
 t
 T(Z,  t)^f(Z)  +  (\+g)  f  <f(t—Q)d[G(Z,  0)]-
 0
 t
 -gf<?(t-e)d[W(Z,V)). 	(52)
 0
 Эта  формула  позволяет  сравнительно  быстро  рассчитать  иско¬
мую  температуру  почвы.  Нами  разработаны  таблицы  и  графи¬
ческие  схемы  для  таких  расчетов,  о  которых  здесь  мы  имеем
возможность  говорить  лишь  кратко.

570
 ПРОГНОЗИРОВАНИЕ  ТЕМПЕРАТУРНОГО  РЕЖИМА  В  ПОЧВЕ  [ГЛ.  IV
 Функции  G(Z,  0)  и  W(Z,6)  определяются  следующими  при¬
ближенными  формулами:
 W(Z,  в)=1—  Ф
 где  обозначено:
 G(Z,e)=l-(53)
 +  ф)\- 	(54)
 *  =  4-" 	(55)
 У--гг- 	(55)
 Скорость  роста  коэффициента  k(Z)  с  высотой  С  можно  прибли¬
женно  определить  по  скорости  ветра  на  высоте  1  м  по  следую¬
щей  формуле:
 0,145
 In
 100
 Vx
 (57)
 где  V\  —  скорость  ветра  на  высоте  1  м,  выраженная  в  м/сек,
Z0  —  параметр  шероховатости  подстилающей  -поверхности.
 Таким  образом,  чтобы  рассчитать  температуру  почвы  на  глу¬
бине  в  момент  времени  t,  необходимо  располагать  следующими
данными:
 а) 	распределением  температуры  почвы  по  глубинам  f(Z)
в  момент,  когда  это  распределение  близко  к  равновесному  со¬
стоянию  (изотермия  или  линейное  изменение  с  глубиной).  Этот
момент  принимается  за  начальный  t  =  0;
 б) 	ходом  температуры  воздуха  во  времени  на  некоторой
фиксированной  высоте  (на  высоте  метеорологической  будки).
Здесь  требуется  з.нать  функцию  <р(0)—отклонение  этой  темпе¬
ратуры  от  ее  значения  в  начальный  момент  для  промежутка
времени  от  0  =  0  до  заданного  0  =  t.  Очевидно  также,  что
<р(0)  =0  при  0  =  0;
 -в)  скоростью  ветра  на  высоте  1  м,  -средней  за  отрезок  вре¬
мени,  протекшего  от  начального  момента  до  данного  мо¬
мента  t\
 г) 	характером  подстилающей  поверхности  (для  приближен¬
ного  определения  параметра  «шероховатости»  Z0  по  указанным
выше  данным);
 д) 	величиной  а2  —  коэффициентом  температуропроводности
почвы  (для  вычисления  температуры  поверхности  почвы,  т.  е.
при  Z  =  0  знание  величины  а2  не  требуется);

ПРОГНОЗ  ТЕМПЕРАТУРЫ  ПОЧВЫ
 571
 §  2]
 е) 	высотой  «излома»  коэффициента  турбулентности  воз¬
духа  Я;  как  уже  указано  выше,  во  избежание  лишних  парамет¬
ров,  среднюю  величину  Я  нужно  взять  равной  50  м  (вычисления
показывают,  что  результат  существенно  не  зависит  от  вели¬
чины  Я);
 з)  значениями  функций  G(Z,  0)  и  W(Z,  0)  для  различных  Z
и  0.  Значения  этих  функций  для  разных  значений  параметров  х
и  у,  определяемых  формулами  (55—56),  представлены  в  табл.
124  и  125.  Последние  параметры  однозначно  связаны  с  пара¬
метрами  0  и  Z  через  величину  со  (формулы  55—56)  и  корень
квадратный  из  величины  температуропроводности.
 Непосредственный  расчет  температуры  поверхности  почвы
или  температуры  на  некоторой  глубине  Z  по  формуле  (52)  сле¬
дует  производить  так:
 1) 	по  известной  скорости  ветра  v\  на  высоте  1  м  и  параметру
шероховатости  Z0  по  табл.  126  определяют  параметр  С,  выра¬
женный  в  см/сек\
 2) 	по  найденному  параметру  С  из  табл.  127  определяют  па¬
раметры  со  и  g\
 3) 	по  заданной  глубине  Z  в  см,  по  заданному  моменту  вре¬
мени  f  и  по  известному  коэффициенту  температуропроводности
а2  почвы  находят  безразмерные  параметры  х  и  у  (по  формулам
55—56);
 4) 	строят  график  функции  <р(0),  т.  е.  отклонения  темпера¬
туры  воздуха  в  метеорологической  будке  от  его  начального  зна¬
чения,  в  зависимости  от  времени  0  в  интервале  от  0  до  L
 Расчет  температуры  почвы  на  некоторой  глубине  Z  в  мо¬
мент  t  производится  по  следующей  схеме.
 1. 	В  соответствии  с  характером  поля  из  табл.  106  берем
соответствующее  значение  шероховатости  Zo.
 2. 	В  соответствии  с  заданными,  согласно  прогнозу,  величи¬
ной  скорости  ветра  v\  на  высоте  1  м  (в  м/сек)  и  значением  Z0,
находим  по  табл.  126  параметр  С  (в  см/сек).
 Скорость  ветра  берем  среднюю  за  интересующий  нас  период.
 По  найденному  значению  С  находим  из  табл.  127  величины
о)  и  g.
 4. 	По  заданному  прогнозу  осадков  за  интересующий  нас
период  находим  из  табл.  128  коэффициент  температуропровод¬
ности  почвы  а2  =  k.
 5. 	Для  интересующих  нас  глубин  Z  в  см  и  прогнозируемого
периода  t  при  выбранном  среднем  значении  а2  (см.  п.  4)  нахо¬
дим  по  формулам  (55—56)  два  безразмерных  параметра  х  и  у.
 6. 	Задавая  при  данном  #=1,75  (см.  пример  для  Z  =  5  см)
ряд  значений  х  и  ряд  значений  0  в  часах,  найдем  функции
G(Z,  0)  и  W(Zf  0)  по  табл.  124  и  125,  а  также  AG(Z,  0)  ->
-►dG(Z,  0)  и  AW(Zt  0)  согласно  табл.  129.

Значения  функции  (?(Z,  0)  =  1  —  Ф  ^  у~~)  в  зависимости  от  х  и  у
 Таблица  124
 X
 0
 0,001
 0,01
 0,05
 0,1
 0,2
 0,5
 1,0
 1,5
 2,0
 3,0
 5,0
 0,1
 0
 0,0255
 0,480
 0,752
 0,823
 0,874
 0,920
 0,944
 0,95
 0,960
 0,967
 0,975
 0,2
 0
 0,1573
 0,587
 0,655
 0,751
 0,842
 0,888
 0,90
 0,920
 0,935
 0,950
 0,4
 0
 0,0047
 0,2056
 0,371
 0,527
 0,689
 0,777
 0,81
 0,942
 0,871
 0,899
 0,7
 0
 0,0270
 0,1188
 0,269
 0,484
 0,621
 0,686
 0,727
 0,775
 0,825
 1,0
 0
 0,00157
 0,0254
 0,1142
 0,317
 0,480
 0,564
 0,618
 0,684
 0,752
 1,5
 0
 0,0178
 0,1335
 0,289
 0,387
 0,454
 0,540
 0,636
 2,0
 0
 0,00156
 0,0454
 0,157
 0,248
 0,317
 0,414
 0,527
 3,0
 0
 0,00272
 0,0339
 0,083
 0,1335
 0,221
 0,343
 5,0
 0
 0,000407
 0,00
 0,0125
 0,0414
 0,1139
 7,5
 0
 0,00225
 0,0177
 10,0
 0,00157
 X
 у
 7,0
 10,0
 20,0
 35,0
 60,0
 100
 200
 500
 1000
 5  000
 10  000
 25000
 50  000
 од
 0,979
 0,982
 0,987
 0,9907
 0,9927
 0,9944
 0,2
 0,957
 0,964
 0,975
 0,981
 0,985
 0,989
 0,992
 0,995
 0,9964
 0,4
 0,915
 0,929
 0,950
 0,962
 0,971
 0,977
 0,984
 0,990
 0,0028
 0,7
 0,852
 0,876
 0,912
 0,933
 0,949
 0,960
 0,972
 0,982
 0,9875
 0,9944
 1,0
 0,796
 0,822
 0,874
 0,905
 0,927
 0,944
 0,960
 0,975
 0,982
 0,9920
 1,5
 0,689
 0,738
 0,813
 0,858
 0,891
 0,916
 0,940
 0,962
 0,973
 0,988
 0,9955
 0,9947
 2,0
 0,593
 0,655
 0,752
 0,911
 0,855
 0,888
 0,920
 0,950
 0,964
 0,984
 0,989
 0,993
 3,0
 0,423
 0,503
 0,636
 0,719
 0,784
 0,832
 0,881
 0,924
 0,947
 0,976
 0,983
 0,989
 5,0
 0,1814
 0,263
 0,429
 0,551
 0,648
 0,724
 0,803
 0,974
 0,911
 0,960
 0,972
 0,982
 7,5
 0,0451
 0,0932
 0,235
 0,370
 0,494
 0,596
 0,708
 0,812
 0,867
 0,940
 0,958
 0,973
 0,981
 10,0
 0,00758
 0,0254
 0,1139
 0,232
 0,362
 0,480
 0,618
 0,752
 0,823
 0,920
 0,944
 0,964
 0,975
 572 	ПРОГНОЗИРОВАНИЕ  ТЕМПЕРАТУРНОГО  РЕЖИМА  В  ПОЧВЕ  [ГЛ.  IV

Значения  функции  IV(Z,  6)  в  зависимости  от  х  и  у
 Таблица  125
 X
 0
 0,001
 0,01
 0,05
 0,1
 0,2
 0,5
 1,0
 1,5
 2,0
 3,0
 5,0
 0
 0
 0,0347
 0,1036
 0,210
 0,236
 0,357
 0,468
 0,573
 0,625
 0,664
 0,7
 0,770
 0,1
 0
 0,0004
 0,374
 0,140
 0,210
 0,295
 0,419
 0,530
 0,589
 0,63
 0,68
 0,749
 0,2
 0
 0,0095
 0,0875
 0,152
 0,239
 0,398
 0,49
 0,553
 0,598
 0,65
 0,712
 0,4
 0
 0,0002
 0,030
 0,075
 0,147
 0,291
 0,414
 0,484
 0,535
 0,60
 0,676
 0,7
 0
 0,0028
 0,0173
 0,067
 0,188
 0,313
 0,390
 0,447
 0,52
 0,611
 1,0
 0
 0,000263
 0,0034
 0,0245
 0,113
 0,230
 0,307
 0,368
 0,45
 0,549
 1,5
 0
 0,0031
 0,0417
 0,1263
 0,197
 0,9256
 0,934
 0,452
 2,0
 0
 0,000229
 0,0125
 0,0632
 0,118
 0,17
 0,25
 0,365
 3,0
 0
 0,00060
 0,0117
 0,035
 0,0646
 0,3
 0,215
 5,0
 0
 0,000107
 0,00133
 0,0049
 0,0366
 0,0674
 7,5
 0
 0,00097
 0,005
 0,0093
 10,0
 0
 0,000744
 X
 7,0
 10,0
 20,0
 35
 60
 100
 200
 500
 1000
 5  000
 10  000
 25  000
 50  000
 0
 0,798
 0,829
 0,877
 0,907
 0,928
 0,946
 0,960
 0,1
 0,780
 0,812
 0,864
 0,897
 0,921
 0,938
 0,2
 0,749
 0,795
 0,852
 0,888
 0,914
 0,933
 0,952
 0,970
 0,979
 0,4
 0,721
 0,761
 0,828
 0,868
 0,899
 0,921
 0,944
 0,965
 0,975
 0,7
 0,672
 0,718
 0,791
 0,841
 0,877
 0,904
 0,932
 0,957
 0,970
 0,986
 1,0
 0,609
 0,659
 0,755
 0,813
 0,856
 0,888
 0,920
 0,950
 0,964
 0,984
 1,5
 0,523
 0,586
 0,696
 0,767
 0,820
 0,860
 0,901
 0,937
 0,955
 0,980
 0,986
 0,991
 2,0
 0,434
 0,514
 0,641
 0,722
 0,785
 0,832
 0,881
 0,924
 0,946
 0,975
 0,983
 0,989
 3,0
 0,302
 0,383
 0,533
 0,635
 0,717
 0,778
 0,842
 0,899
 0,927
 0,968
 0,977
 0,986
 5,0
 0,1195
 0,1892
 0,349
 0,477
 0,585
 0,672
 0,765
 0,850
 0,893
 0,952
 0,966
 0,989
 7,5
 0,0270
 0,0623
 0,1833
 0,313
 0,440
 0,549
 0,672
 0,787
 0,850
 0,932
 0,952
 0,969
 0,978
 10,0
 0,00416
 0,0159
 0,0856
 0,192
 0,318
 0,438
 0,583
 0,729
 0,806
 0,912
 0,938
 0,960
 0,973
 прогноз  температуры  почвы 	573

574 	ПРОГНОЗИРОВАНИЕ  ТЕМПЕРАТУРНОГО  РЕЖИМА  В  ПОЧВЕ  [ГЛ.  IV
 Таблица  126
 Значения  параметра  С  по  данным  величин  vx  и  Z0
 0,5
 1,0
 2,0
 3,0
 5,0
 7,0
 10,0
 12,0
 15,0
 0,05
 0,95
 1,9
 3,8
 5,7
 9,5
 13,4
 19,1
 22,9
 28,5
 0,1
 1,05
 2,1
 4,2
 6,3
 10,5
 14,7
 21,0
 25,2
 31,5
 0,5
 1,4
 2,7
 5,5
 8,2
 13,7
 19,2
 27,4
 32,9
 41,1
 1,0
 1,6
 3,2
 6,3
 9,4
 15,7
 22,0
 31,5
 37,8
 47,3
 2,0
 1,8
 3,7
 7,4
 11,1
 18,5
 26,0
 37,1
 44,5
 55,7
 3,0
 2,1
 4,3
 8,5
 12,8
 21,3
 29,9
 42,7
 51,2
 64,0
 5,0
 2,4
 4,8
 9,7
 14,5
 24,2
 33,9
 48,4
 58,1
 72,7
 Таблица  127
 Значения  величин  <*>  и  g  для  различных  С
 С
 (О
 g
 С
 0)
 g
 0,5
 332,0
 2,12
 25,0
 45,0
 3,40
 1,0
 237,0
 2,35
 30,0
 41,5
 3,37
 2,0
 161,0
 2,58
 35,0
 38,4
 3,52
 3,0
 131,0
 2,71
 40,0
 35,9
 3,56
 5,0
 101,0
 2,88
 50,0
 32,1
 3,63
 7,5
 83,0
 3,01
 60,0
 29,3
 3,69
 10,0
 71,8
 3,11
 70,0
 27,1
 3,75
 12,5
 64,3
 3,18
 80,0
 25,4
 3,79
 15,0
 54,3  *
 3,24
 90,0
 23,9
 3,83
 17,5
 50,8
 3,29
 100,0
 22,7
 3,86
 Таблица  128
 Значение  величины  а2  (см^сек)
 Почвы
 Сухо
 Влажно
 Очень
 влажно
 Легкие
 0,0022
 0,0066
 0,0055
 Средние
 0,0020
 0,0040
 0,0040
 Тяжелые
 0,0012
 0,0018
 0,0040

ПРОГНОЗ  ТЕМПЕРАТУРЫ  ПОЧВЫ
 575
 §  2]
 7. 	Зная  начальную  температуру  в  воздухе  (к  началу  прогно¬
зируемого  периода),  находим  отклонение  ее  от  начального  зна¬
чения  в  зависимости  от  времени  0,  для  величины  0  от  0  до  £,
строя  кривую  по  точкам
 £->?(£); 	£—  0i-*cp(£—  0i);  t  —  02-*  ср  (t  —  02); 	...
 8. 	Теперь  мы  имеем  все  данные  для  подсчета  искомой  темпе¬
ратуры  в  любой  момент  0  для  любой  глубины  пахотного  слоя  Z
по  формуле  (52)
 t
 T(Z,  *)=Г0  +  (1+£)  f  <P(t—0)dO(Z,  в)-
 о
 t
 —g  f  ?(t  —  e)d\P(Z,  в),
 О
 где  Т0  —  начальная  температура  в  почве  в  интересующей  нас
глубине  к  моменту  составления  предвычисления  (удобнее
приурочить  этот  момент  к  вечернему  или  утреннему  сроку).
 Таблица  129
 Схема  расчета  температур
 0
 0
 0,57
 1,13
 2,26
 5,7
 11,3
 22,6
 46,0
 X
 0
 0,5
 1,0
 2,0
 5,0
 10,0
 20,0
 40,6
 G  (Z,  0)
 0
 0,0069
 0,223
 3,385
 0,582
 0,697
 0,782
 0,843
 W  (Z,  0)
 0
 0,007
 0,094
 0,213
 0,408
 0,550
 0,668
 0,757
 да  (Z,  в)
ДW(Z,  0)
 0,069
 0,007
 0,154
 0,087
 0,162
 0,119
 0,197
 0,195
 0,115
 0,142
 0,085
 0,118
 0,061
 0,089
 Ha  следующем  ниже  примере  покажем,  как  находится  иско¬
мая  температура.  Найдем  температуру  почвы  на  глубине
Z  =  5  см  в  22  часа  11/VII  по  следующим  данным:  9/VII  в  на¬
чальный  момент  £  =  0,24  час  температура  почвы  «а  этой  глубине
была  Т0  =  29,7°  С,  прогнозируемый  промежуток  £  =  46  часов.
 Для  оголенной  почвы  Z0=  1,  прогнозируемый  ветер  v\  =
=  4,5  м/сек.  Прогноз:  сухо.
 1. 	По  табл.  126  находим  С  =14,2  см/сек.
 2. 	По  табл.  127  находим  (о  =  63,9  и  g  =  3,22.
 3. 	По  табл.  128  для  сухой  средней  почвы  находим  а*  1 2  3 =
=  0,0020  см2/сек.

576
 ПРОГНОЗИРОВАНИЕ  ТЕМПЕРАТУРНОГО  РЕЖИМА  В  ПОЧВЕ  [ГЛ.  IV
 4. 	По  формуле
 *=-=*=
 У  =
 46  -  3600
(63,9)2
5
 0>  У  а  63,9  Y0,002
 =  40,6,
1,75.
 5.  Находим  для  t  —  @  ходср((—0).  Для  этого  пользуемся
прогнозом  температуры  воздуха  в  метеорологической  будке:
Ф(0—отклонение  от  начальной  температуры  21,3°  через  0  ча¬
сов  (0,12,  24,  36,  46  часов)  от  начала  отсчета:
 О
 0
 12
 24
 36
 46
 V  (в)
 0,0
 13,5
 2,1
 14,0
 1,0
 Для  момента  t  —  0  составляем  значения  <р(/  —  0)  и  сред¬
ние  арифметические  двух  последовательных  чисел  <р;  в  нашем
примере
 t  —  0
 49,00
 45,43
 43,70
 43,71
 40,30
 33,47
 23,40
 у  (<  —  0)
 1,0
 2,3
 3,3
 6,1
 17,5
 12,3
 2,3
 гср
 1,65
 2,80
 4,70
 11,80
 14,90
 7,30
 6. 	Составляем  на  основании  табл.  129  и  последней  таблицы
произведения  Дб-фср,  сумма  которых  даст  нам  интеграл
 t
 f(p(t  —  0)dG(Z,  0),  и  произведения  AU^*<pcp,  сумма  которых
 о
 t
 даст  интеграл  J  <p(t  —  Q)dW(Z,  0).  Толда  первый  интеграл  по-
о
 жучится  от  сложения  таких  слагаемых:
 0,069  •  1,65  +  0.154  •  2,8  +  0,162  •  4,70  +  0,197  •  11,8  +  0,115  •  14,9  +
 +  0,085-7,3  +  0,061  •  1,15  =  6,03;
 второй  интеграл:
 0,007-1,65  +  0,087-2,80  +  0,119-4,702  +  0,195-11,8  +  0,142  X
 X  14,9  +  0,118  •  7,3  +  0,089  •  1,15  =  6,20.
 В  результате  через  46  часов  по  окончательной  формуле  полу¬
чим  ожидаемую  температуру
 T(Z,  0)  =35,3°  С,
 что  расходится  с  'наблюдениями  на  Г.

ГЛАВА  V
 ОЦЕНКА  И  РЕГУЛИРОВАНИЕ  ТЕПЛОВОГО  РЕЖИМА
 сельскохозяйственного  поля  под  влиянием
 АКТИВНОГО  ВОЗДЕЙСТВИЯ
 §  1.  Активное  воздействие  на  тепловой  режим
сельскохозяйственного  поля
 Знание  теплового  баланса  и  его  элементов,  теплового  потока
в  почву  и  тепловых  ее  характеристик  позволяет  проанализиро¬
вать  и  количественно  оценить  те  изменения,  которые  возникают
в  тепловых  свойствах  почвы,  приземного  воздуха  и  самого  расте¬
ния  в  связи  с  применением  того  или  иного  мероприятия.  В  ре¬
зультате  такого  анализа  часто  возникают  различные  возмож¬
ности  сознательно  применять  то  или  иное  агрономическое  меро¬
приятие.
 В  настоящей  главе  будут  рассмотрены  некоторые  из  таких
мероприятий,  их  рациональное  применение  в  конкретных  геогра¬
фических  и  почвенных  условиях.  Следует  иметь  в  виду,  что
редко  можно  добиться  создания  такого  приема,  который  изме¬
нил  бы  одни  тепловые  свойства  почвы,  не  затрагивая  других  ее
свойств.  Все  свойства  почвы  находятся  в  органическом  единстве
и  автоматически  регулируются  при  осуществлении  приема,
предназначенного  для  регулирования  только  тепловых  характе¬
ристик  почвы.  В  особенно  тесной  связи  находятся  тепло  и  вода
в  почве  и  соответственно  температура  и  влагосодержание,  теп¬
ловые  и  водные  параметры  ее.  Все  же  можно  назвать  большое
число  агротехнических,  агрометеорологических  и  агромелиора¬
тивных  приемов,  которые  изменяют  по  преимуществу  энергети¬
ческий  режим  растения,  корнеобитаемого  слоя  и  приземного
воздуха.  Конечно,  нельзя  забывать,  что  одновременно  изме¬
няются  связанные  с  этим  режимом  состояние  влаги  и  воздуха
в  почве.  В  первую  очередь  здесь  идет  речь  о  таких  приемах,  как:
 1) 	орошение,  2)  лесные  полосы,  3)  методы  гребневания  и  Бало¬
вания,  4)  способы  размещения  растений  на  площади,  5)  способы
обработки  почвы,  6)  некоторые  мульч-приемы,  7)  искусственный
 37  Зак.  196.

578  ОЦЕНКА  И  РЕГУЛИРОВАНИЕ  ТЕПЛОВОГО  РЕЖИМА  С.-Х.  ПОЛЯ  [ГЛ.  V
 обогрев  почвы,  8)  меры  борьбы  с  заморозками,  9)  меры  борьбы
с  засухой.
 Ставится  вопрос  о  количественной  оценке  и  возможностях
смещения  в  ту  или  иную  сторону  теплового  эффекта  в  почве,
в  приземном  воздухе  и  в  растении  в  случае  применения  ком¬
плекса  тепломелиоративных  средств,  предназначенных  для  этого.
Система  тепломелиорации  имеет  своей  задачей  увеличить  или
уменьшить  к  необходимому  сроку  нагрев  или  охлаждение  са¬
мого  растения  и  окружающей  его  среды.
 Остановимся  вкратце  на  некоторых  примерах.  Энергетиче¬
ский  эффект  того  или  иного  мероприятия  заключается  в  сравне¬
нии  тепловых  потоков  в  почву  (или  температур  поверхности  и
термических  характеристик  почвы)  на  двух  площадях,  из  кото¬
рых  одна  —  контроль,  а  другая  —  почва,  подвергаемая  данному
агрономическому  мероприятию.  При  этом  учитываются  наличие
(растения  и  динамика  его  развития.
 При  решении  вопроса  об  энергетической  ценности  применяе¬
мого  приема  облесения,  аэрирования,  увлажнения  или  любого
другого  мероприятия  схема  исследования  по  этому  методу  за¬
ключается  в  следующем.
 Берутся  две  площадки  довольно  большого  размера,  из  кото¬
рых  одна  подвергается  облесению,  аэрированию,  увлажнению
или  любому  интересующему  нас  мероприятию,  а  вторая  —  обыч¬
ное  поле  (контроль).
 На  каждой  из  площадок  проводится  комплекс  измерений  та¬
ких  величин,  которые  в  совокупности  должны  дать  полный  теп¬
ловой  баланс.  Сравнение  этих  балансов  и  отдельных  частей  их
дает  возможность  наиболее  полно  и  достаточно  достоверно  оце¬
нить  энергетический  эффект  мероприятия.
 §  2.  Влияние  лесных  полос  на  тепловой  режим
сельскохозяйственного  поля
 Неоднократно  отмечалось,  что  система  лесных  полос  в  наи¬
более  концентрированном  виде  объединяет  весь  комплекс  фак¬
торов,  противодействующих  развитию  засухи,  способствуя
увлажнению  воздуха  на  прилегающих  полях,  являясь  преградой
для  ветра,  способствуя  структурообразованию  в  почве,  осажде¬
нию  атмосферной  пыли.  Кроме  того,  лесные  полосы  являются
большой  водорегулирующей  силой:  они  .препятствуют  сдуванию
снега  с  полей  и  обеспечивают  равномерное  распределение  его
Но  всей  территории  межполосного  пространства,  увеличивая  тем
самым  запасы  влаги  в  почве  за  счет  большого  количества  талых
Снеговых  вод.  Лесные  .полосы  сильно  сокращают  также  поверх¬
ностный  сток  талых  и  ливневых  вод,  сводя  его  к  минимуму,
улучшая  тем  самым  водный  баланс  территории.

§  2]  ВЛИЯНИЕ  ЛЕСНЫХ  ПОЛОС  НА  ТЕПЛОВОЙ  РЕЖИМ  с.-х.  ПОЛЯ 	579
 Реализация  метода  теплового  баланса  в  данном  случае  со¬
стоит  в  следующем.  Берутся  две  площадки  довольно  большого
размера,  из  которых  одна  находится  в  поле  среди  лесных  полос,
вторая  площадка  —  обычное  поле  в  открытой  степи  (контроль).
На  каждой  из  площадок  проводится  комплекс  измерений  таких
величин,  которые  в  совокупности  должны  дать  полный  тепловой
баланс.
 В  1948  и  1949  гг.  были  выполнены  в  Каменной  Степи  наблю¬
дения,  которые  производились  через  каждые  2  часа  круглосу¬
точно  на  четырех  избранных  площадках:  пар,  озимая  пшеница
в  полях,  между  лесными  полосами  и  в  степи  (Труды  АФИ,
1953).
 На  каждой  из  четырех  площадок  производились  измерения:
 1) 	ветра  на  высотах  1,  2  и  5  ж  (анемометром  Фусса),
 2) 	влажности  воздуха  на  высотах  0;  2;  1,5  ж  (пар)  и  на
высоте  точки  роста  пшеницы  и  1,5  ж  (озимая  пшеница)  (элек¬
тропсихрометром  системы  ФАИ);
 3) 	температуры  почвы  (5—100  см)  —в  4  точках;  на  паровых
полях  дополнительно  измерялась  температура  на  глубине  200
и  300  см  (5,  10,  15,  20,  50,  100,  200,  300  см)  (электротермомет¬
ром);
 4) 	температуры  поверхности  почвы  (термопауком);
 5) 	температуры  воздуха  в  —4  точках  (5  ,20,  150  ж  и  на
уровне  роста  пшеницы)  (электротермометром);
 6) 	коротковолновой  и  длинноволновой  радиации  (пираномет¬
ром  и  пиргеометром  АФИ);
 7) 	радиационного  баланса  (балансомером  АФИ);
 8) 	термических  характеристик  на  трех  глубинах;
 9) 	испарения  с  водной  и  почвенной  поверхности  (испарите¬
лями  различной  конструкции).
 Здесь  мы  перечислили  те  измерения,  обработка  которых
может  дать  знание  теплового  баланса.
 Микроклимат.  Из  литературы  известно,  что  лесные  полосы
уменьшают  скорость  ветра  в  межполосном  пространстве  по
сравнению  с  открытой  степью  на  20—40%.
 Известно  также,  что  в  случае  полос  ажурной  конструкции
зона  с  уменьшенной  скоростью  ветра  по  сравнению  с  открытой
степью  наблюдается  как  с  подветренной,  так  и  с  наветренной
стороны  полосы.  Ширина  этой  зоны  с  'подветренной  стороны  со¬
ответствует  20—30-кратной  высоте  полосы,  а  с  наветренной  —
 3—5-кратной  высоте  полосы.
 Ширина  полосы  практически  не  сказывается  на  величине
зоны  с  пониженной  скоростью  ветра.  Что  касается  интенсивно¬
сти  затухания  ветра  внутри  самой  полосы,  то  она,  по-видимому,
будет  зависеть  как  от  ширины,  так  и  от  конструкции  полосы,
ибо  затухание  ветра  внутри  полосы  следует  экспоненциальному
 37*

Ветер
 580  ОЦЕНКА  И  РЕГУЛИРОВАНИЕ  ТЕПЛОВОГО  РЕЖИМА  С.-Х.  ПОЛЯ  [ГЛ.  V
 со
 о.
 н
 CJ
 «
 л
 н
 и
 О
 О.
 О
 ж
 °  ^
<4 	^
 О  (N
 С  ТГ
 о  g
 X  0>
 5Я
 О
 •ч
 и
 О
 о.
 м
 CQ
 <и
 X
 X
 Сч
 СО
 оо
 о
 S
 а
 закону.  Можно  предположить,
что  коэффициент  затухания  бу¬
дет  зависеть  лишь  от  конструк-
:ции  полосы.
 В  вопросе  о  степени  затуха¬
ния  ветра  в  зависимости  от  ско¬
рости  его  в  степи  пока  «нет  еди¬
ного  'мнения.
 Пусть  Умакс  —максимальная
скорость  ветра  за  сутки,  аср  —
•средняя  скорость  ветра  за  сутки,
 /П  =  т.  е.  уменьшение  средне¬
суточной  скорости  в  межполос¬
ном  пространстве  по  сравнению
с  открытой  степью.  Величина  г\
у  нас  -менялась  от  значений  1,1
до  7,0,  что  зависит  от  направле¬
ния  ветра,  а  «при  данном  напра¬
влении  —  от  расположения  пло¬
щадки  вблизи  ттриопушечной  зо¬
ны  затишья.
 Скорости  ветра  над  паровыми
.полями  на  той  же  высоте  от  поч¬
вы  больше,  чем  скорости  ветра
|над  полями  с  озимой  пшеницей.
Это  объясняется  тем,  что  на  па¬
рах  поверхностью  деятельного
слоя  является  поверхностыпочвы,
в  случае  же  полей,  покрытых  рас¬
тительностью,  положение  поверх¬
ности  деятельного  слоя  не  сов¬
падает  с  поверхностью  почвы,  а
неоколько  приподнято  над  ней.
 Таким  образом,  фактическое
расстояние  точки,  в  которой  из¬
меряется  скорость  ветра,  от  по¬
верхности  деятельного  слоя  раз¬
лично  в  случае  паровых  полей  и
полей,  покрытых  растительным
покровом.
 Проведенные  нами  на  основе
данных  распределения  ветра  с
высотой  расчеты  показывают,  что
оно  в  открытой  степи  следует  ло¬
гарифмическому  закону  с  доста¬
точной  степенью  точности.  Та-

§  21  ВЛИЯНИЕ  ЛЕСНЫХ  ПОЛОС  НА  ТЕПЛОВОЙ  РЕЖИМ  с.-х,  поля  581
 •кого  закона  в  распределении  ветра  в  межполосном  простран¬
стве  не  наблюдается.  Отсюда  следует,  что  в  нижних  слоях  атмо¬
сферы  закон  линейного  хода  коэффициента  турбулентного  об¬
мена  с  высотой  неприменим  для  межполосных  клеток.
 На  рис.  178  приводим  в  качестве  примера  измерения  скоро¬
сти  ветра  на  поле  среди  лесных  полос  по  профилю  клетки  при
южном  ветре  со  скоростью  4,2  м/сек.  Из  рисунка  видно,  что
ветер  сильно  затухает  сразу  за  полосой,  а  затем  начинает  по-,
степенно  расти,  достигая  максимума  за  центром  поля  ближе
к  противоположной  полосе.  Однако  при  расстоянии  противостоя¬
щих  полос  порядка  500—600  м  скорость  ветра  не  достигает  зна¬
чения  скорости  ветра  в  открытой  степи.  Действие  одиночной
полосы  показано  на  рис.  179.  Постепенное  затухание  скорости
ветра  наблюдается  до  расстояния  примерно  40-кратной  высоты
полосы.
 По  данным  различных  авторов,  превышение  относительной
влажности  среди  лесных  полос,  зависящее  главным  образом  от
температурного  режима  воздуха,  по  сравнению  с  открытой
степью,  составляет  2—4%  и  абсолютной  влажности  —  0,2  мм.
Особенно  заметна  разница  во  влажности  в  межполосном
 Рис.  179.  Распределение  скорости  ветра  внутри  межполосного  пространства,
окаймленного  взрослыми  насаждениями.
 Ветер  4,8  м/сек,  4/VIII  1948  г.
 пространстве  по  сравнению  с  открытой  степью  в  засушливые
летние  периоды  на  полях,  покрытых  растительностью.  По  нашим
данным,  различие  в  средней  минимальной  влажности  в  меж¬
полосье  по  сравнению  с  открытой  степью  невелико.  Есте¬
ственно,  что  влажность  воздуха  над  полями  с  озимой  пшеницей
больше,  чем  над  паровыми  полями.  Однако  разница  в  отдельные
дни  достигает  более  значительной  величины;  так,  относительная
•влажность  на  высоте  150  см  в  межполосном  пространстве
превышает  таковую  в  открытой  степи  в  отдельные  сутки  на
8—10%,  а  абсолютная  влажность  —  на  0,6—1,4  мм.  Наибольшая

582  ОЦЕНКА  И  РЕГУЛИРОВАНИЕ  ТЕПЛОВОГО  РЕЖИМА  С.-Х.  ПОЛЯ  [ГЛ.  V
 влажность  воздуха  наблюдается  на  полях  с  озимой  пшеницей
среди  лесных  полос,  наименьшая  влажность  в  течение  суток  —
на  пару  в  открытой  степи.
 Анализируя  суточный  ход  влажности  воздуха,  следует  ука¬
зать  на  факт  наличия  двух  максимумом  и  двух  минимумов  за
сутки.  Первый  максимум  (9—11  часов)  определяется  тем,  что
в  эти  часы  имеет  место  относительно  интенсивное  испарение  при
слабо  развитом  конвективном  обмене.  Первый  минимум  (16  ча¬
сов)  объясняется  усиленной  конвекцией  при  уже  начинающемся
падении  суточного  хода  испарения.  Вечерний  максимум  (21  час)
обусловлен  ослаблением  конвекции;  ночной  минимум  (1—Зчаса)
вызван  прекращением  испарения  и  возможностью  конден¬
сации.
 На  рис.  180  изображено  изменение  влажности  воздуха  меж¬
полосной  клетки  в  зависимости  от  различных  расстояний  до  лес¬
ных  полос.  Из  рисунка  видно,  что  наибольшего  превышения
относительная  влажность  воздуха  достигает  в  приопушечной
зоне,  постепенно  изменяясь  к  центру  поля.
 При  наличии  лесных  полос  на  температурный  режим  меж¬
полосного  пространства  влияют  два  фактора:  а)  уменьшение
вертикального  обмена  воздуха,  которое  способствует  повышению
температуры  воздуха  в  дневное  время  и  понижению  в  ночное;
б)  обмен  воздуха  между  самой  полосой  и  межполосным  про¬
странством,  который  в  дневное  время  способствует  понижению,
а  в  ночное  время  —  повышению  температуры  воздуха.
 В  зависимости  от  того,  какой  из  этих  факторов  превалирует,
можно  ожидать  положительное  или  отрицательное  действие
лесных  полос  на  температурный  -режим  межполосного  простран¬
ства.  При  плотных  и  широких  полосах,  особенно  в  непосред¬
ственной  близости  от  самой  полосы,  наблюдаются  в  дневное
время  заниженные  значения  температуры  воздуха  в  межпо¬
лосье  по  сравнению  с  открытой  степью.  Для  более  или  менее
•ажурных  полос  наблюдается  некоторое  снижение  суточных
•амплитуд  температуры  воздуха.
 Из  наших  данных  следует,  что  на  паровых  полях  в  1948  г.
средние  максимальные  температуры  в  межполосном  простран¬
стве  несколько  ниже  (на  0,8°  С),  чем  в  открытой  степи,  мини¬
мальные  же  температуры  не  отличаются.
 В  1949  г.  на  паровых  полях  в  этих  двух  случаях  различие
температурного  режима  в  межполосном  пространстве  по  сравне¬
нию  с  открытой  степью  наблюдается  только  в  ночное  время,
причем  минимум  температур  в  межполосье  несколько  ниже,  чем
в  открытой  степи.
 Для  полей  покрытых  растительностью  (озимая  пшеница)
в  1948  г.  соотношение  температурного  режима  то  же  (снижение
на  1°С),  что  и  на  паровых  полях;  что  касается  данных  1949  г.,

§  2]  ВЛИЯНИЕ  ЛЕСНЫХ  ПОЛОС  НА  ТЕПЛОВОЙ  РЕЖИМ  с.-х.  ПОЛЯ  583
 I
 то  дневные  максимумы  не  различаются  в  межполосном  про¬
странстве  и  в  открытой  степи,  ночные  же  минимумы  температур
в  межполосном  пространстве  на  0,4°  С  ниже,  чем  в  открытой
степи.  Как  среднесуточные,  так  и  экстремальные  значения  тем¬
пературы  воздуха  на  озимых  полях  ниже,  чем  на  паровых.  Та¬
ким  образом,  температура  воздуха  в  дневные  часы  в  полях
среди  лесных  полос  ниже  либо  такая  же,  как  в  открытой  степи.
 Рис.  180.  Относительная  (а)  и  абсолютная  (б)  влажность
воздуха  на  высоте  20  см  (маршрутная  съемка  на  пару
среди  лесных  полос).
 Пунктиром  нанесена  кривая  для  открытой  степи.
 В  отдельные  дни,  особенно  опасные  для  сельскохозяйствен¬
ных  культур  в  отношении  развития  засухи,  т.  е.  критические  для
нормального  развития,  даже  небольшое  снижение  температуры
(1—3°С)  в  межполосном  пространстве  заметно  и  может
оказаться  существенным.  Так,  например,  4/VI  1948  г.  при
максимальной  температуре  воздуха  в  степи  над  озимой  пшени¬
цей  равной  29,6°  С,  снижение  температуры  воздуха  в  межполос¬
ном  пространстве  равнялось  3°С.
 В  среднем  за  весь  период  наблюдения  минимумы  темпера¬
туры  воздуха  ^ыли  одинаковы  с  точностью  до  нескольких  деся¬
тых  градуса  в  межполосном  пространстве  и  в  открытой  степи.
 В  ясные  безветренные  ночи  температура  в  межполосном  про¬
странстве  становится  ниже,  чем  в  открытой  степи.  Примером
могут  служить  ночи:  21—22/V,  18—19/VI  1948  г.;  30—31/V,
31—1/VI,  30/VI—1/VII  1949  г.

Среднесуточное  значение  температуры  почвы  (1948  г.) 	Таблица  130
 Дата
 Паровые  площадки
 Озимые  площадки
 Степь
 Межполосье
 Степь
 Межполосье
 5
 10
 15
 20  см
 5
 1
 20  см
 5
 1  ю
 15
 20  см
 5
 10
 15
 20  см
 15-16/V
 20,2
 19,1
 17,9
 16,5
 21,5
 20,9
 19,2
 17,7
 16,6
 15,0
 13,7
 12,6
 16,7
 16,1
 147
 13,8
 17—18/V
 18,7
 18,0
 17,0
 16,3
 20,4
 19,5
 18,3
 17,3
 15,6
 14,5
 13,6
 12,9
 16,1
 15,6
 4
 14,5
 13,9
 19—20/V
 21,2'
 20,4
 19,4
 18,3
 22,9
 21,4
 19,8
 18,3
 17,4
 16,0
 15,1
 14,1
 16,7
 16,2
 15,2
 14,5
 20—21  /V
 22,3
 20,8
 19,3
 18,2
 22,6
 21,7
 20,5
 19,1
 17,2
 16,2
 15,2
 14,5
 16,7
 16,4
 15,4
 14,8
 Среднее  за  период
 15—21/V  .  .  .
 16,7
 15,4
 14,4
 13,5
 16,6
 16,0
 15,1
 14,0
 21—22/V
 19,1
 18,9
 18,5
 18,0
 19,5
 19,5
 18,9
 18,4
 16,4
 15,7
 15,2
 14,6
 15,6
 15,7
 15,2
 14,6
 24—25/V
 21,0
 20,6
 18,5
 17,3
 20,8
 19,5
 18,0
 17,0
 15,7
 15,0
 14,5
 13,8
 14,8
 14,4
 13,9
 13,8
 25—26/V
 22,9
 21,9
 20,6
 19,3
 22,4
 22,2
 19,6
 18,7
 17,1
 16,6
 15,3
 14,5
 16,1
 15,6
 14,8
 14,2
 28—29/V
 18,2
 17,8
 17,6
 17,2
 18,9
 18,5
 18,1
 17,5
 16,8
 16,2
 15,5
 14,8
 17,0
 16,5
 15,5
 15,0
 1—  2/VI
 25,1
 24,3
 23,1
 21,8
 25,3
 24,5
 23,1
 21,9
 19,9
 20,1
 19,2
 18,1
 19,2
 18,6
 17,0
 4—  5/V1
 25,0
 24,1
 22,8
 21,5
 24,9
 23,9
 22,8
 21,8
 19,4
 18,8
 18,2
 17,3
 18,7
 18,3
 17,0
 7—  8/VI
 29,6
 28,6
 27,2
 25,8
 29,4
 28,7
 27,3
 25,8
 23,3
 22,0
 20,8
 19,0
 20,4
 20,0
 18,2
 11—12/VI
 26,8
 26,4
 25,8
 25,0
 28,7
 27,0
 26,7
 25,7
 22,7
 22,2
 21,3
 20,3
 21,4
 20,7
 19,2
 12—13/V1
 25,2
 24,8
 24,4
 24,0
 27,4
 27,0
 26,3
 25,6
 22,2
 21,8
 21,0
 20,2
 20,6
 20,3
 19,0
 15—16/VI
 19,6
 19,2
 20,0
 19,0
 21,1
 21,5
 21,0
 20,5
 17,0
 17,2
 17,2
 16,9
 16,0
 16,6
 16,4
 16—17/VI
 20,7
 20,3
 20,3
 19,9
 22,1
 22,0
 21,3
 20,7
 16,7
 17,0
 16,7
 16,2
 16,8
 16,9
 16,5
 18—19/VI
 26,2
 25,4
 24,3
 23,1
 27,9
 26,7
 25,0
 24,1
 20,2
 19,7
 19,3
 18,6
 18,9
 18,6
 17,3
 19—20/VI
 24,3
 24,0
 23,5
 23,0
 26,3
 26,0
 25,1
 24,3
 20,5
 20,2
 20,1
 20,2
 18,8
 18,0
 18,0
 22—23/VI
 28,4
 27,7
 26,8
 25,7
 30,1
 29,6
 28,3
 26,9
 22,7
 21,9
 21,2
 21,3
 21,6
 21,2
 ю’з
 28—29/^
 22,1
 22,3
 22,7
 22,7
 23,2
 23,6
 24,3
 24,0
 20,9
 20,7
 20,5
 21,1
 19,6
 19,5
 19,1
 19Д
 24,0
 23,5
 23,2
 22,6
 24,6
 24,5
 24,5
 23,9
 22,1
 21,7
 21,5
 20,3
 19,9
 19,0
 19  2
 5—6/VII
 23,7
 23,1
 23,0
 22,3
 24,5
 24,3
 24,0
 23,0
 21,5
 21,2
 20,8
 18,7
 19,1
 19,3
 19,4
 Среднее  за  период
21/V—6/VII  .  .
 19,7
 19,2
 18,7
 17,8
 18,5
 18,2
 17,2
 Среднее  за  весь
период  ....
 23,1
 22,4
 21,7
 20,8
 24,0
 23,5
 22,5
 21,5
 —
 —
 —
 —

 _
 584  ОЦЕНКА  И  РЕГУЛИРОВАНИЕ  ТЕПЛОВОГО  РЕЖИМА  С,-Х.  ПОЛЯ  [ГЛ.

Среднесуточное  значение  температуры  почвы  (1949  г.)
 Дата
 Паровые  площадки
 Озимые  площадки
 Степь
 Межполосье
 Степь
 Межполосье
 5
 10
 15
 20  см
 5
 10
 15
 20  см
 5
 10
 15
 20  см
 5
 10  |  15  |20  см
 17—18/V
 19— 	20/V
 20— 	21/V
 23— 	24/V
 24— 	25/V
30—31/V
 20.3
 23.6
 22.7
22,5
 23.7
 18.3
 19.0
21,8
 21.4
 21.5
 22.6
 18.0
 17,7
 20.3
 20.3
20,6
21,6
17,5
 16,6
 18,8
 19.3
19,6
 20.4
17,2
 20,7
 24.0
 24.0
 23.0
24,5
20,2
 19,5
 22.3
 22.7
22,0
 23.4
 19.8
 18,6
 21,2
 21,7
 21.5
 22.6
20,2
 16,8
 19,2
 20,0
 20,4
 21,1
 19,1
 19.1
 20.4
 20.5
20,4
 21.1
16,3
 18,0
 19.2
19,4
19,6
20,0
 16.2
 16.7
 17.9
18,3
18,5
 18.8
 15.9
 15.6
16,8
17,2
 17.7
17,9
15,6
 20,3
 22,0
 22,0
 20,8
 21,1
 16,6
 18,5
 19.8
20,1
 19.8
20,0
16,1
 17,4
 18,3
 18.9
 18.9
19,1
15,8
 16,4
 17.2
18,0
18,1
 18.2
15,6
 Среднее  за  период
с  17/V—31/V  .
 31/V—  1/VI
 2— 	3/VI
 3— 	4/VI
9—10/VI
 10— 	11/VI
20—21/VI
24—25/VI
 30/VI—1/VII
1—2/VII
 6— 	7/VII
 7— 	8/VII
 8— 	9/VII
 11— 	12/VII
 12— 	13/VII
 21,8
 24.0
 20.7
22,2
 24.4
 24.8
 17.9
18,7
21,6
 23.1
 22.2
24,2
 21.5
24,0
 20,6
 23.2
20,6
 21.2
 23.3
 24.0
 18.0
 18.3
20,8
22,0
21,8
23,2
21,2
23,2
 19,6
 22.5
 20.6
 20.5
22,0
 23.0
18,2
18,2
19,9
21,2
 21.5
 22.1
21,2
22,3
 18.5
 21.3
20,2
19,9
21,0
22,0
 18.4
18,0
 19.0
 20.6
 21.1
21,6
21,1
21,7
 23.4
 24.6
21,2
 25.5
 26.4
26,0
 19.5
 19.3
 23.4
23,2
22,8
 25.7
 21.7
 23.5
 22,2
 23,9
 21.4
 24.4
 25.4
 24.8
19,6
 19.0
 21.9
 22.0
22,0
 24.5
21,8
22,8
 21,8
 23,6
 22,0
 23.5
 24.6
 24.6
 20.6
 19.4
21,1
22,2
 22.4
23,9
 22.4
22,8
 20,2
 22.4
21,0
22,0
 22.3
 22.3
19,9
 18.5
19,7
21,2
 21.4
 22.5
 21.6
21,5
 19.6
 18.6
20,8
 19.2
 20.9
21,8
22,1
 17.4
19,7
 19.2
 21.2
21,2
 21.4
 21.9
22,1
 18.7
 17.9
20,1
 18.9
 20.3
21,1
21,5
 17.9
18,0
 19.1
 21.2
 21.3
 21.3
22,1
 21.8
 17.7
 16,9
 19.0
 18.1
 19.4
20,0
 20.5
18,1
 17.8
 18.4
 20.9
 20.9
 20.9
 21.6
 21.4
 16,8
 16,2
 18,0
 17.5
 18.6
19,2
 19.8
18,0
17,5
18,0
 19.8
 19.9
20,0
20,7
20,4
 20.5
 18.6
20,2
18,2
 20.5
 21.6
21,8
 17.6
 17.4
 18.5
21,2
20,8
 21.7
 21.6
21,3
 19.0
 17.4
 19.4
 18.1
19,9
 20.7
21,1
18,0
 17.5
18,2
 20.8
20,4
 21.3
 21.4
20,8
 18,0
 16.7
 18.7
 17.6
 19.3
19,9
 21.4
 18.4
 17.7
18,1
 20.5
 20.4
21,0
21,0
 20.4
 17.2
 16,1
 18,1
 17.5
 18.4
 19.0
19,9
 18.3
 17.6
 17.8
 19.9
 19.9
 20.5
 21.0
 20.3
 Среднее  за  период
31/V—13/VII  .  .
 —
 —
 —
 —
 —
 —
 —
 —
 20,5
 20,2
 19,5
 19,0
 20,1
 19,6
 19,4
 18,9
 Среднее  за  весь
период  ....
 22,1
 21,3
 20,6
 19,7
 23,1
 22,3
 22,0
 20,6
 §  2]  ВЛИЯНИЕ  ЛЕСНЫХ  ПОЛОС  НА  ТЕПЛОВОЙ  РЕЖИМ  с.-х.  ПОЛЯ  585*

586  ОЦЕНКА  И  РЕГУЛИРОВАНИЕ  ТЕПЛОВОГО  РЕЖИМА  С.-Х.  ПОЛЯ  [ГЛ.  V
 Это  обстоятельство  объясняется  тем,  что  сильное  излучение
почвы,  а  следовательно,  и  охлаждение  припочвенного  воздуха
из-за  слабого  ветра  не  компенсируется  притоком  теплого  воз¬
духа  из  самой  полосы.  Особенно  резкое  снижение  ночных  темпе¬
ратур,  доходящее  до  2—3°С,  наблюдалось  в  1949  г.  Последнее
обстоятельство  объясняется  тем,  что  полоса,  на  которой  наблю¬
дался  данный  эффект,  имела  большую  ажурность,  чем  другие
 Рис.  181.  Изменение  температуры  воздуха  по  профилю
межполосной  клетки  по  высоте  1  м  и  2  м  (маршрутная
съемка  на  пару  среди  лесных  полос).
 Пунктиром  нанесены  кривые  для  открытой  степи.
 полосы.  При  полосах  с  большей  ажурностью  почти  не  наблю¬
далось,  даже  в  безоблачные  ночи,  таких  больших  снижений  тем¬
ператур  в  межполосном  пространстве  по  сравнению  с  открытой
степью.  Таким1  образом,  в  соответствии  с  данными,  имеющимися
в  литературе,  ажурность  полос  особенно  сказывается  на  темпе¬
ратурном  режиме  воздуха  в  ночное  время.
 При  достаточной  ажурности  полос,  как  правило,  амплитуда
температуры  воздуха  в  межполосном  пространстве  уменьшается
по  сравнению  с  открытой  степью,  что  указывает  на  некоторое
смягчение  континентального  климата  в  открытой  степи.
В  табл.  130  и  131  для  примера  приведены  данные  суточного  из¬
менения  температур  воздуха  для  межполосного  пространства  и
для  открытой  степи.

§  2)  ВЛИЯНИЕ  ЛЕСНЫХ  ПОЛОС  НА  ТЕПЛОВОЙ  РЕЖИМ  с.-х.  ПОЛЯ  587
 На  рис.  181  изображено  изменение  температуры  воздуха  по
профилю  межполосной  клетки.  Температура  воздуха  в  межпо¬
лосной  клетке  ниже,  чем  в  открытой  степи.  Заметная  разница
«наблюдается  в  1шриопушечной  зоне,  затем  разница  несколько
сглаживается,  в  центре  же  поля  наблюдается  некоторое  сниже¬
ние,  которое  можно  объяснить  увеличением  обмена  с  вышеле¬
жащими  слоями  воздуха.
 Температура  почвы.  По  данным,  имеющимся  в  литературе,
нельзя  сделать  каких-нибудь  обоснованных  выводов  о  влиянии
полосного  лесоразведения  на  температуру  почвы.  Из  всех  иссле¬
дователей,  которые  затрагивали  этот  вопрос,  можно  назвать  из
ранних  лишь  работу  Г.  И.  Селянинова,  а  в  последнее  время  —
лишь  труды  ГГО  и  АФИ.
 Температура  почвы  на  паровых  полях  в  межполосном  про¬
странстве  выше,  чем  в  открытой  степи.  Это  превышение  на
глубине  5  см  достигает  1°С,  для  более  глубоких  слоев  оно  не¬
сколько  снижается.  В  отдельные  дни  это  превышение  достигало
большего  значения:  так,  например,  12—13/VI  1948  г.  превышение
на  глубине  5  см  достигало  2,2°  С,  а  9—10/VI  1949  г.  —  3,3°  С.
Температура  поверхности  почвы  в  межполосном  пространстве
также  превышает  таковую  в  открытой  степи,  и  в  отдельные  дни
это  превышение  достигает  7,5—8°  С.
 Температурный  режим  почвы  на  полях,  покрытых  раститель¬
ностью,  резко  отличается  от  режима  для  паровых  полей.  В  пер¬
вые  периоды  развития  растений,  когда  высота  и  густота  расти¬
тельного  покрова  незначительна,  соотношение  температур  в  почве
в  межполосье  и  в  открытой  степи  такое  же,  как  на  паровых
полях,  что  особенно  характерно  для  раннего  весеннего  периода.
По  мере  роста  растений  и  развития  зеленой  массы  разница
в  температуре  почвы  сглаживается,  доходя  к  моменту  трубкова-
ния  до  0,3—0,5°  С.  В  промежутке  между  трубкованием  и  коло¬
шением  (20/V  1948  г.  —  30/V  1949  г.)  температура  почвы  в  меж¬
полосье  становится  ниже,  чем  в  открытой  степи.  Такая  же
закономерность  наблюдается  в  изменении  температуры  поверх¬
ности  почвы.  Такое  соотношение  температур  наблюдается  до
конца  вегетационного  периода.
 Изменение  в  соотношении  температур  объясняется  тем,  что
к  моменту  трубкования  почва  бывает  максимально  закрыта  от
прямых  солнечных  лучей.  Благодаря  тому,  что  по  высоте  и  мощ¬
ности  растение  в  межполосном  пространстве  более  развито,
почва  более  закрыта,  чем  в  открытой  степи.
 Из  наших  данных  следует,  что  температура  на  глубине  50  см
благодаря  более  значительному  аккумулированию  тепла  в  меж¬
полосных  пространствах  значительно  выше,  чем  в  открытой
степи.

588  ОЦЕНКА  И  РЕГУЛИРОВАНИЕ  ТЕПЛОВОГО  РЕЖИМА  С.-Х.  ПОЛЯ  [ГЛ.  V
 Суммарная  солнечная  радиация.  Измерения  показали,  что
приходящая  на  поля  суммарная  солнечная  радиация  практиче¬
ски  одинакова  в  межполосных  клетках  и  в  открытой  степи.  Это
объясняется  тем,  что  различие,  которое  имеет  место  за  счет
экранирования  лесными  полосами  прямой  солнечной  радиации,
мы  могли  наблюдать  лишь  в  ранние  утренние  и  поздние  вечер¬
ние  часы,  так  как  для  наших  наблюдательных  пунктов  горизонт
был  закрыт  лесными  полосами  следующим  образом:  с  севера
меньше  3°,  с  юга  10°,  с  востока  6°,  с  запада  3°,  в  то  время  как
азимуты  восхода  и  захода  солнца  в  период  май  —  июль  для
широты  Каменной  Степи  изменяются  в  пределах  125—130°,  а
высота  солнца  в  полдень—не  менее  58°.  Таким  образом,  для
наших  наблюдательных  пунктов  экранировалась  прямая  солнеч¬
ная  радиация  лишь  при  высоте  солнца  меньше  6°,  удельный  вес
которой  в  общем  радиационном  балансе  ничтожен.
 Следует  указать,  что  общая  площадь  поля,  затеняемая
в  осенне-летний  период  в  дневное  время  лесными  полосами,  со¬
ставляет  около  3—4%  от  всей  площади  поля  (при  данной  кон¬
фигурации  межполосных  полей).  Различие,  которое  имеет  место
за  счет  экранирования  лесными  полосами  рассеянной  радиации,
еще  меньше  (при  данной  закрытости  горизонта),  чем  для  пря¬
мой  радиации.  Это  подтверждается  нашими  наблюдениями,
согласно  которым  количество  проходящей  рассеянной  радиации
©  межполосном  пространстве  и  в  открытой  степи  одинаково.
 Отраженная  радиация.  Измерения  альбедо  паровых  и  пше¬
ничных  полей  показали,  что  их  значения  для  паровых  полей
обычно  порядка  10%,  тогда  как  пшеничные  поля  (после  смыка¬
ния  рядков)  обладают  альбедо  порядка  20%.  Таким  образом,'
паровые  поля  отражают  вдвое  меньшую  долю  приходной  сум¬
марной  радиации,  нежели  пшеничные  поля.
 Различие  в  отражательной  способности  полей  в  степи  и
©  межполосных  клетках,  возможное  для  паровых  полей  за  счет
различия  во  влажности  почвы,  а  для  пшеничных  полей  за  счет
различия  травостоя,  не  наблюдалось  нами;  по-видимому,  оно
лежит  в  пределах  точности  наших  наблюдений.
 Эффективное  излучение.  Некоторые  результаты  эффектив¬
ного  излучения  приведены  в  табл.  132,  где  даны  средние  суммы
за  сутки  во  вторую  половину  мая  1949  г.
 Из  табл.  132  видно,  что  эффективное  излучение  парового
поля  в  межполосном  пространстве  больше,  чем  парового  поля
в  открытой  степи;  наоборот,  эффективное  излучение  пшенич¬
ного  поля  меньше,  чем  в  открытой  степи.
 Такое  соотношение  находится  в  правильном  соответствии
•с  результатами  измерения  факторов,  определяющих  величину

§  2]  ВЛИЯНИЕ  ЛЕСНЫХ  ПОЛОС  НА  ТЕЛОВОЙ  РЕЖИМ  с.-х.  ПОЛЯ  589
 аффективного  излучения,  а  именно:  температура  .поверхности
«.пара  в  межполосной  клетке  вьпйе,  чем  ib  степи,  что  связано
с  меньшим  теплообменом  с  воздухом  и  меньшей  затратой  тепла
•на  испарение  (благодаря  меньшей  скорости  ветра);  наоборот,
{температура  поверхности
«почвы  под  растительным
«покровом  в  межполосных
•клетках,  .вследствие  за¬
темнения  'более  мощным
травостоем,  ниже  чем  в
степи.  Второй  элемент
•эффективного  излуче¬
ния  —встречное  излуче-
«ие  атмосферы  —  будучи
вычислено  «по  эмпириче¬
ским  формулам,  а  изме¬
рено  пи-ргеометром,  обра¬
щенным  кверху,  не  обна¬
руживает  различия  в  сте¬
пи  и  в  межполосном  -про¬
странстве,  -что  объясняется  противоположным  воздействием
большей  влажности  и  одновременно  меньшей  температуры  воз¬
духа  в  межполосном  пространстве  то  сравнению  с  открытой
степью.
 Радиационный  баланс.  Соотношение  полученных  нами  вели¬
чин  компонентов  радиационного  балаиса  однозначно  определяет
закономерности  в  величинах  радиационного  баланса.
 Радиационный  баланс  парового  поля  в  межполосных  клетках
меньше,  чем  в  степи.  Наоборот,  баланс  пшеничного  поля  в  меж¬
полосных  клетках  больше,  чем  пшеничного  поля,  в  степи,  но
 Таблица  133
 Радиационный  баланс  и  его  компоненты  (кал/см*  сутки)
 Статьи  радиационного  баланса
 Межполосное
 пространство
 Открытая  степь
 Паровое
 поле
 Пшенич¬
 ное
 поле
 Паровое
 поле
 Пшенич¬
 ное
 поле
 Суммарная  радиация
 650
 650
 650
 650
 Отраженная  радиация  Q0Tp  ....
 60
 120
 60
 120
 Эффективное  излучение  (?эф  ....
 230
 210
 200
 240
 Радиационный  баланс  Q6
 360
 320
 390
 290
 Таблица  132
 Эффективное  излучение  деятельной
поверхности  {кал/см*  сутки)
 Полевой  участок
 Рэф
 Межполосное  пространство:
 паровое  поле
 230
 пшеничное  поле  ....
 210
 Открытая  степь:
 паровое  поле
 200
 пшрничное  поле  ....
 240

590
 ОЦЕНКА  И  РЕГУЛИРОВАНИЕ  ТЕПЛОВОГО  РЕЖИМА  С.-Х.  ПОЛЯ  [ГЛ  V

§  2]  ВЛИЯНИЕ  ЛЕСНЫХ  ПОЛОС  НА  ТЕПЛОВОЙ  РЕЖИМ  С.-Х.  ПОЛЯ  591
 меньше,  чем  парового  поля  в  межполосном  пространстве,  что
объясняется  большим  альбедо  пшеничного  поля.
 Указанные  соотношения  наиболее  ясно  выражены  в  дневные
часы  и  определяют  величины  радиационного  баланса  за  сутки.
В  качестве  (примера  суточный  ход  радиационного  баланса  как
составляющей  теплового  баланса  см.  на  рис.  182  (для  паровых
полей)  и  на  рис.  183  (для  рзимых  полей),  а  также  в  табл.  133,.
где  приведены  средние  суммы  радиационного  баланса  и  его
компонентов  за  сутки.  (Как  кривые,  так  и  таблицы  дают  сред¬
нее  значение  за  вторую  половину  мая  1949  г.).
 Таким  образом,  мы  видим,  что  лесные  полосы  оказывают
влияние  на  величину  радиационного  баланса  полей  в  межполос¬
ных  клетках  путем  воздействия  на  температуру  деятельной  по¬
верхности  этих  полей,  т.  е.  на  излучение  их  поверхности.  Осталь¬
ные  части  радиационного  баланса  практически  не  претерпевают
изменения.
 Поток  тепла  в  почву.  Для  полей  без  растительного  покрова
поток  тепла  в  почву  среди  лесных  полос  в  дневное  время  превы¬
шает  поток  тепла  в  почву  в  степи  на  15—20%  (при  значительной
облачности  эта  разница  уменьшается).  В  табл.  134  приведены
 Таблица  134
 Максимальное  значение  суточного  потока  тепла
в  дневное  время  в  почву  (кал/см*  мин)
 Период  наблюдения
 Среди  лесных
полос
 Пар  в  степи
 Июнь  1948  г.,  1-я  половина
 0,20
 0,16
 2-я  з>
 0,18
 0,13
 Май  1949  г.,  2-я  »
 0,23
 0,17
 Июнь  1949  г.,  1-я  »
 0,22
 0,18
 2-я  »
 0,21
 0,19
 примеры  максимальных  значений  потока  тепла  в  дневное  время
по  средним  данным.
 Количество  аккумулированного  тепла  за  сутки  также  выше
на  паровом  поле  среди  лесных  полос,  чем  в  степи.  Так,  напри¬
мер,  за  вторую  половину  мая  среди  лесных  полос  1  см2  погло¬
щает  в  сутки  в  среднем  31  кал,  а  в  степи  21;  за  первую  половину
июня  соответственно  —  5  и  9  кал.
 Что  касается  теплового  потока  на  полях  с  озимой  пшеницей*
то  в  мае  он  среди  лесных  полос  ниже,  чем  в  степи,  а  в  июне  и

592  ОЦЕНКА  И  РЕГУЛИРОВАНИЕ  ТЕПЛОВОГО  РЕЖИМА  С.-Х.  ПОЛЯ  [ГД.  V
 в  июле  потоки  почти  выравниваются  (см.  табл.  135).  При  вы¬
числении  этих  потоков  учитывалась  аккумуляция  тепла  расти¬
тельным  покровом.
 Таблица  135
 Максимальные  значения  суточного  потока  тепла  в  почву
на  пшеничных  полях  (кал/см*  •  мин)
 Период  наблюдения
 Среди  лесных
полос
 В  степи
 Июнь  1948  г.,  1-я  половина
 0,09
 0,09
 2-я  »
 0,06
 0,06
 Май  1949  г.  2-я  »
 0,19
 0,16
 Июнь  1949  г.  1-я  »
 0,16
 0,18
 Таким  образом,  почва  паровых  полей  среди  лесных  полос
имеет  возможность  поглощать  большие  количества  тепла.  Это
вызвано:
 1. 	Тем,  что  термические  характеристики  (теплопроводность
и  объемная  теплоемкость  в  почве)  среди  лесных  полос  выше,  чем
в  степи.  Объемная  теплоемкость  выше  благодаря  большей  влаж¬
ности  почвы;  на  коэффициент  теплопроводности  ее,  кроме  по¬
вышенной  влажности,  оказывает  влияние  также  лучшая  острук-
туренность.  Так,  например,  по  измерениям  в  течение  лета  1949  г.
теплопроводность  на  глубине  20  см  составляла  на  пару  среди
лесных  полос  в  среднем  1,6*10-3  кал!см  сексС,  а  в  степи
 1,4 	•  10“3  кал/см  сек  °С.
 2. 	Фактором,  определяющим  увеличение  потока  тепла  в  почву
среди  лесных  полос,  является  большее  значение  амплитуды  тем¬
пературы  поверхности  среди  лесных  полос,  по  сравнению  со
степью.
 Поскольку  амплитуда  теплового  потока  пропорциональна
квадратному  корню  из  произведения  коэффициента  теплопровод¬
ности  на  объемную  теплоемкость  и  амплитуды  температуры  по¬
верхности  почвы,  то  среди  лесных  полос  суточная  амплитуда
теплового  потока  больше,  чем  в  степи.  Что  касается  изменения
запаса  тепла  в  почве,  то  эта  величина  растет  с  увеличением
теплопроводности,  теплоемкости  и  годовой  амплитуды  темпера¬
тур,  причем  последняя  величина  среди  лесных  полос  также
выше,  чем  соответствующая  величина  в  степи.
 Хотя  в  суточном  балансе  величина  теплоаккумуляции  соста¬
вляет  небольшую  долю  приходящей  энергии,  так  как  количество
тепла,  поглощаемого  почвой  днем,  компенсируется  в  значитель¬
ной  степени  отдачей  тепла  ночью,  но  благоприятная  роль  теп¬
лового  потока,  достигающего  максимума  в  момент  наибольшего

§  2]  ВЛИЯНИЕ  ЛЕСНЫХ  ПОЛОС  НА  ТЕПЛОВОЙ  РЕЖИМ  с.-х.  ПОЛЯ  593
 прихода  солнечной  радиации,  состоит  в  том,  что  поглощение
тепла  почвой  и  передача  его  в  более  глубокие  слои  уменьшает
соответственно  расход  тепла  на  испарение  и  на  нагревание  воз¬
духа.
 Увеличение  запаса  тепла,  приобретенного  верхним  слоем
почвы,  способствует  лучшим  условиям  развития  растительности,
особенно  в  весенний  период,  а  также  улучшает  условия  пере¬
зимовки  озимьгх.  Разница  температуры  даже  на  глубине  0,5—1  м
в  летнее  время  на  паровых  полях  достигает  1°  С,  что  обеспечи¬
вает  благоприятные  условия  к  моменту  начала  вегетации  озимых.
 Теплоотдача  в  воздух  и  испарение.  Современная  метеороло¬
гия  обладает  методами  расчета  теплоотдачи  в  воздух  и  испаре¬
ния,  но  методы  эти  весьма  сложны  и  к  тому  же  пригодны
только  для  больших,  открытых,  ровных  пространств.  Для  усло¬
вий  межполосных  полей  теория  не  создала  до  настоящего  вре¬
мени  ни  одного  способа  учета  потоков.  Ввиду  этого  мы  находим
величины  теплоотдачи  в  воздух  и  испарение  в  совокупности
как  остаточную  величину,  получаемую  из  уравнения  теплового
баланса  на  основании  данных  о  величине  радиационного  ба¬
ланса  и  потока  тепла  в  почву.  Затем,  измеряя  градиенты  тем¬
пературы  и  влажности  воздуха,  мы  рассчитываем  значения
теплоотдачи  и  испарения  в  отдельности.  Полученные  данные  по¬
зволяют  нарисовать  суточный  ход  потока  тепла  в  воздух  и
тепла,  потраченного  на  испарение.  Так,  радиационный  баланс,
как  показано  выше,  для  паровых  полей  в  межполосных  клет¬
ках  меньше,  чем  в  степи,  а  тепловой  поток  в  почву  как  в  момент
максимума,  так  и  в  среднем  за  сутки  в  межполосном  простран¬
стве  больше,  чем  в  степи,  отсюда  ясно,  что  сумма  потоков
в  воздух  путем  испарения  и  конвекции  в  межполосном  про¬
странстве  меньше,  чем  в  степи.  Для  полей  с  озимой  пшеницей
радиационный  баланс  в  межполосных  клетках  несколько  выше,
чем  в  степи.  Тепловой  поток  в  почву  до  смыкания  рядков  зерно¬
вых  в  межполосных  клетках  больше,  чем  в  степи,  но  во  второй
половине  лета  эта  разница  сглаживается.  Таким  образом,
сумма  потоков  тепла  в  воздух  и  затраты  тепла  на  испарение  на
пшеничных  полях  в  течение  всего  летнего  периода  либо  равна,
либо  среди  лесных  полос  несколько  меньше,  чем  в  степи
(рис.  184).
 Обращаясь  отдельно  к  испарению,  мы  замечаем,  что  на  па¬
ровых  полях  в  степи  (рис.  185)  испарение  больше,  чем  в  меж¬
полосье.  Разница  эта  для  суточного  хода  составляет  около  10%.
Данные  баланса  подтверждаются  непосредственными  измере¬
ниями  запасов  воды  в  полуметровом  слое.  На  полях  с  озимой
пшеницей  испарение  по  данным  измерений  баланса,  как  это
видно  из  графика  рис.  186,  значительно  больше,  чем  на  пару.
 38  Зак.  196.

а  —  в  степи;  б  —  среди  лесных  полос.
 Сплошные  кривые  Q§,  тонкие  QT-f-QK,  пунктирные  Qn.

§  2]  ВЛИЯНИЕ  ЛЕСНЫХ  ПОЛОС  НА  ТЕПЛОВОЙ  РЕЖИМ  с.-х.  ПОЛЯ  595
 При  сравнении  испарения  на  пшеничных  полях  и  в  межполос¬
ных  клетках  видно,  что  величины  их  отличаются  весьма  мало.
Это  подтверждается  также  непосредственными  измерениями  за¬
пасов  воды  в  почве.
 Рис.  185.  Ход  элементов  теплового  баланса  в  паровых  полях  24/V  1949  г.
 а  —  в  степи;  б—  среди  лесных  полос.
 Рис.  186.  Ход  элементов  теплового  баланса  на  полях  с  озимой  пшеницей
 24/V  1949  г.
 а  —  в  степи;  б—среди  лесных  полос.
 Если  ограничиться  чисто  метеорологической  трактовкой  по¬
лученных  нами  данных  по  испарению,  то  можно  придти  к  не¬
правильному  заключению  о  том,  что  будто  бы  не  существует  за¬
метной  разницы  в  испарении  полей  в  степи  и  между  лесными
полосами.  Однако  такое  заключение  не  обосновано  в  силу  того,
что  оно  не  учитывает  фактического  состояния  растительного
покрова.  В  действительности,  благодаря  лучшему  развитию
 38*

596  ОЦЕНКА  И  РЕГУЛИРОВАНИЕ  ТЕПЛОВОГО  РЕЖИМА  С.-Х.  ПОЛЯ  [ГЛ.  V
 растений  «а  полях  между  лесными  'полосами,  их  транспирирую-
щая  листовая  поверхность  значительно  больше  таковой  в  степи
и,  если  сравнить  'количество  испаряющейся  воды  на  единицу
урожая  (зерно-|-солома),  то  становится  ясно,  что  испарение  из
почвы  и  растения  значительно  меньше  в  межполосном  простран¬
стве,  чем  в  степи.  Так,  например  в  1948  г.  для  создания  единицы
урожая  озимой  пшеницы  было  израсходовано  в  степи  369  еди¬
ниц  воды,  а  на  поле  среди  лесных  полос  —  309  единиц  воды.
Общее  же  количество  израсходованной  воды  было  примерно
одинаковым.  Особенно  разительно  это  видно  на  примере  много¬
летних  трав:  в  степи  было  собрано  25  ц  с  1  га,  на  испарение  за¬
трачено  145  мму  или  543  единицы  воды  на  единицу  урожая;  в
межполосных  полях  на  урожай  47,6  ц  с  1  га  затрачено  207  мм
воды,  или  440  единиц  воды  на  единицу  урожая.  Таким  образом,
на  основании  изучения  .полного  теплового  баланса  удается  энер¬
гетически  оценить  роль  лесной  полосы  как  фактора  противо¬
действия  засухе  в  общем  комплексе  системы  земледелия.
 §  3.  Влияние  орошения  на  тепловой  режим
сельскохозяйственного  поля
 Орошение  и  радиационный  баланс.  Приходящая  суммарная
солнечная  радиация  .практически  одинакова  на  всех  участках
поля.  Отраженная  радиация  зависит  от  характера  и  густоты
травостоя.  Величина  отношения  альбедо  орошаемого  «поля  к  аль¬
бедо  неорошаемого  поля  претерпевает  в  момент  полива  более
или  менее  сильное  уменьшение.  Такое  относительное  умень¬
шение  альбедо  после  полива  мы  можем  наблюдать  как  на
участке  с  дождеванием,  так  и  на  участке,  орошаемом  по  поло¬
сам  (до  20%)  (1951—1952  гг.  —  Поволжье;  1953  г.  —  Ростов).
 В  1953  г.  величина  отраженной  радиации  на  участке  с  влаго-
зарядковым  поливом  оказалась  больше,  чем  на  неорошаемом
участке.  Это  объясняется  тем,  что  густой  и  мощный  травостой
первого  участка  обладал  большей  отражательной  способностью
для  коротковолновой  радиации,  чем  редкий  травостой.  При  этом
противоизлучение  практически  не  зависит  от  орошения.  Это,  по-
видимому,  объясняется  одновременным  увеличением  влажности
и  понижением  температуры  воздуха  на  орошаемом  поле  после
полива  за  счет  уменьшения  температуры  поверхности  почвы
(поскольку  степень  черноты  достаточно  велика  даже  у  сухой
почвы)  после  полива.  В  результате  мы  имеем,  как  показывает
опыт,  уменьшение  эффективного  излучения  после  полива.
 Следует  оговорить,  что  указанные  соотношения  имеют  место
лишь  в  дневные  часы,  в  остальные  часы  различия  сглажены.
 В  соответствии  с  характером  изменения  составляющих  на¬
ходится  и  изменение  радиационного  баланса.  Поскольку  сум¬

§  3J 	ВЛИЯНИЕ  ОРОШЕНИЯ  НА  ТЕПЛОВОЙ  РЕЖИМ  с.-х.  ПОЛЯ 	597
 марная  солнечная  радиация  не  'подвержена  влиянию  полива,
в  то  же  время  альбедо  и  эффективное  излучение  после  полива
уменьшаются,  то  в  результате  этого  мы  имеем  увеличение  ра¬
диационного  баланса  в  связи  с  поливом  (см.  рис.  35,  гл.  I  пер¬
вой  части).
 Мгновенные  значения  радиационного  баланса  как  на  участке
с  дождеванием,  так  и  на  участке  с  поливом  по  полосам  в  днев¬
ные  часы  до  полива  несколько  меньше  или  равны  соответствую¬
щим  значениям  на  неорошаемом  поле.  Полив  меняет  картину:
дневные  мгновенные  значения  радиационного  баланса  на  оро¬
шаемом  поле  после  полива  больше  соответствующих  значений
на  неорошаемом  поле.
 Если  рассматривать  не  мгновенные  значения  радиационного
баланса  за  сутки,  а  сумму  баланса  за  сутки,  то  оказывается,
что  после  полива  последняя  больше,  чем  на  неорошаемом  поле,
не  более  10%,  что  объясняется  наличием  различий  лишь  в  днев¬
ные  часы.  Подобные  же  результаты  измерений  элементов  радиа¬
ционного  баланса  при  вегетационных  поливах  получены  за
1952  г.
 Уменьшение  эффективного  излучения  происходит  за  счет
уменьшения  излучения  деятельной  поверхности,  измеренные  же
значения  противоизлучения,  несмотря  на  значительные  инверсии
на  орошаемых  полях  после  полива  и  на  повышенную  влажность
воздуха,  одинаковы  на  обоих  полях.  Это,  по-видимому,  объ¬
ясняется  малой  площадью  орошаемых  участков.
 Для  влагозарядковых  поливов  элементы  радиационного  ба¬
ланса  распределяются  следующим  образом.
 Излучение,  идущее  из  атмосферы  в  почву,  и  суммарный  ко¬
ротковолновый  приход  одинаков  для  обоих  полей.  Эффективное
излучение  на  участке  с  влагозарядковым  поливом  несколько
меньше,  чем  на  неорошаемом  участке.
 Поскольку  разницы  в  отраженной  радиации  и  эффективном
излучении  на  участке  о  влагозарядковым  поливом  и  на  неоро¬
шаемом  участке  имеют  разные  знаки,  различие  в  радиационном
балансе  между  этими  участками  определяется  соотношением
этих  величин.
 Величина  отраженной  радиации  больше  эффективного  излу¬
чения.  Поэтому  радиационный  баланс  на  неорошаемом  участке
несколько  больше,  чем  на  участке  с  влагозарядковым  поливом.
Так,  в  мае  радиационный  баланс  на  участке  с  влагозарядковым
поливом  составлял  94%  от  радиационного  баланса  на  неоро¬
шаемом  участке,  а  в  июне  —  98%.  Однако  полученное  различие
в  радиационных  балансах  обоих  участков  столь  мало,  что  прак¬
тически  им  можно  пренебречь  и  считать  радиационный  баланс
обоих  участков  одинаковым.

598  ОЦЕНКА  И  РЕГУЛИРОВАНИЕ  ТЕПЛОВОГО  РЕЖИМА  С.-Х.  ПОЛЯ  [ГЛ.  V
 Орошение  и  теплоаккумуляция  в  почве.  Анализ  результатов
показывает,  что  коэффициент  теплопроводности  на  неорошае¬
мом  поле  падает  до  весьма  низкого  уровня,  достигая  значения
0,7*  10~8  кал/см  сек  град.  На  участке  с  поливом  по  полосам  из¬
менение  величины  X  на  глубине  10  см  происходит  в  пределах  от
1,2  •  10~3  до  2,3  •  10_3  кал/см  сек  град.  Малые  значения  коэффи¬
циента  теплопроводности  на  неорошаемом  участке,  связанные
с  незначительной  влажностью,  ведут  к  неравномерному  про¬
греву  почвы  и  значительным  суточным  колебаниям  температуры
в  ее  верхних  слоях.  Повышенные  величины  теплопроводности  на
поливных  участках  способствуют  более  равномерному  прогреву
почвы  и  уменьшению  температурных  колебаний.
 Наибольших  значений  в  течение  суток  тепловой  поток  дости¬
гает  на  неорошаемом  участке.  Сильный  нагрев  почвы  вызван
в  первую  очередь  малыми  затратами  тепла  на  испарение,
а  также  слабой  затененностью  почвы  вследствие  недостаточного
развития  травостоя  (240  растений  на  1  м2  при  максимальной
высоте  растения  65  см).
 Значительно  меньшие  значения  тепловых  потоков  в  почву
на  поле  с  дождеванием  вызваны  не  только  условиями  в  почве,
но  также  и  гораздо  более  сильным,  чем  на  контрольном  поле,
затенением  поверхности  почвы  растениями  (370  растений  на  1  м2
при  высоте  растения  100  см).  Тепловой  поток  в  почву  на  поле
с  поливом  в  тех  случаях,  когда  растительный  покров  по  густоте
и  высоте  близок  к  растительному  покрову  неорошаемого  участка
(182  растения  на  1  м2  при  высоте  растения  82  см),  несколько
меньше,  чем  на  неорошаемом  участке.  В  период,  непосред¬
ственно  следующий  за  поливом,  не  наблюдается  заметного
изменения  в  соотношении  потоков  тепла  для  орошаемого  и  не¬
орошаемого  поля.  Это  связано  с  тем,  что  уменьшение  температур¬
ных  амплитуд  на  поверхности  почвы  компенсируется  увеличе¬
нием  «теплоусвояющей»  способности  почвы,  т.  е.  теплопровод¬
ности  и  теплоемкости.  Такой  же  вывод  следует  и  из  опытов
1952  г.  Помимо  этого,  анализ  вопроса  показывает,  что  ампли¬
тудные  значения  тепловых  потоков  определяются  в  основном
характером  растительного  покрова  и  в  меньшей  степени  состоя¬
нием  почвы.  Влияние  поливов  на  изменения  этой  статьи  тепло¬
вого  баланса  сказывается  косвенно  и  в  основном  связано  с  луч¬
шим  развитием  травостоя.
 Опыты  1952  г.  показывают  также,  что  тепловые  характери¬
стики  в  почве  монотонно  убывают  по  своей  величине  на  неоро¬
шаемом  поле  в  течение  всего  вегетационного  периода
(с  2,25*  10~3  до  1  •  10"3  кал/см°  С  на  глубине  20  см).
 В  то  же  время  на  поле  с  дождеванием  X  возросло  в  2,5  раза
(досгигнув  20/VII  величины  3,7  •  10_3  кал/см0  С).  Такое  же  явле¬

§  3]  ВЛИЯНИЕ  ОРОШЕНИЯ  НА  ТЕПЛОВОЙ  РЕЖИМ  с.-х.  ПОЛЯ 	599
 ние  имеет  место  при  меньшем  изменении  X  во  времени  в  связи
с  орошением.
 В  1953  г.  при  влагозарядковом  поливе  не  удалось  выявить
большой  разницы  в  величинах  теплового  потока  в  почву  на
орошаемом  и  неорошаемом  поле.  Очевидно,  к  моменту  начала
наблюдения  величины  тепловых  характеристик  выравнялись,  что
следует  из  небольшой  разницы  во  влажности  почвы,  имевшей
место  на  обоих  полях;  учитывая,  что  величина  Q  за  день  неве¬
лика  и  составляет  10—11%  от  радиационного  баланса,  можем
считать  ее  практически  независмой  от  орошения.
 Турбулентный  тепловой  поток.  Теплоотдача  в  воздух  от  по¬
верхности  почвы  на  неорошаемом  участке  менялась  незначи¬
тельно,  причем  эти  изменения  можно  объяснить  лишь  измене¬
нием  условий  погоды.  Следует  отметить,  что  в  дневные  часы
наблюдался  значительный  отток  тепла  от  поверхности  почвы,
с  момента  же  наступления  инверсии,  т.  е.  20—21/XI  и  в  течение
всей  ночи,  тепловой  поток  был  направлен  к  поверхности  почвы.
 В  первые  дни  после  поливов  способом  дождевания  на  оро¬
шаемых  полях  в  дневные  часы  наблюдаются  инверсионные  усло¬
вия  в  приземном  слое  воздуха,  вызванные  усиленным  испаре¬
нием,  а  вследствие  этого  охлаждением  испаряющей  поверхности.
В  этих  случаях  турбулентный  тепловой  поток  направлен  из  воз¬
духа  к  поверхности  почвы.  Величина  притекающего  к  деятель¬
ной  поверхности  тепла,  даже  при  сравнительно  небольших  ин¬
версиях,  значительна  и  способна  обеспечить  дополнительное
испарение  в  1,5  мм/сутки.
 Поток  тепла  к  поверхности  почвы  по  мере  уменьшения  запа¬
сов  воды  в  почве  уменьшается*  и  к  моменту  следующего  полива
наблюдается  небольшой  отток^тепла  в  дневные  часы  от  поверх¬
ности  почвы  в  воздух.
 Поле  с  полосовым  поливом  (по  полосам)  в  1951  <г.  поливали
за  весь  вегетационный  период  всего  2  раза,  причем  межполиз-
ный  период  продолжался  около  1,5  месяца.  К  моменту  второго
полива,  27/VI,  почва  была  довольно  сильно  иссушена,  а  расти¬
тельность  (пшеница)  слабо  развита.  Перед  вторым  поливом
поток  тепла  от  поверхности  почвы  в  воздух  на  этом  поле  мало
отличался  по  величине  от  такового  на  неорошаемом  поле  (кон¬
трольном).  Проведенный  в  27/VI  по  29/VI  полив  с  нормой  около
100  мм  вызвал  усиленное  испарение  с  поверхности  почвы.  След¬
ствием  этого  на  поле  в  дневные  часы  была  довольно  глубокая
инверсия  и  соответственно  большой  приток  тепла  из  воздуха
к  поверхности  почвы.  Тепловой  поток  к  поверхности  почвы
в  первые  дни  после  полива  обеспечивал  испарение  до  3,5  м/сутки.
Быстрое  истощение  запасов  воды  в  поверхностном  слое  почвы
ослабляло  инверсию,  а  следовательно,  и  тепловой  поток

600  ОЦЕНКА  И  РЕГУЛИРОВАНИЕ  ТЕПЛОВОГО  РЕЖИМА  С.-Х.  ПОЛЯ  [ГЛ.  V
 к  поверхности  почвы,  и  уже  9/VI  в  дневные  часы  наблюдались
небольшие  сверхадиабатические  градиенты  температуры,  и
тепловой  поток  был  направлен  от  поверхности  почвы  в  воздух.
 В  1952  г.  учет  турбулентного  потока  тепла  был  осуществлен
по  более  точному  методу  теплового  баланса.  При  этом  отпала
необходимость  в  определении  таких  величин,  как  слой  вытесне¬
ния,  мера  шероховатости,  которые  меняются  во  времени  и  не
могут  быть  найдены  с  достаточной  точностью.
 Хотя  метод  теплового  баланса  имеет  большие  преимущества
перед  диффузионными,  все  же  нельзя  не  отметить  те  трудности,
которые  возникают  при  применении  его  в  условиях  изотермии
и  при  распространении  его  на  инверсионные  условия,  особенно
нри  наличии  растительного  покрова.
 Следует  отметить  различные  условия  погоды,  имевшие  место
в  1951  и  в  1952  гг.  В  первом  случае  при  жаркой  погоде  и  ма¬
лом  количестве  осадков  удалось  обнаружить  после  поливов  на¬
личие  слабого  испарения  и  сильного  турбулентного  оттока  в  воз¬
дух,  большие  тепловые  притоки  из  воздуха  к  деятельной  поверх
ности  и  значительные  величины  испарения.  По  мере  расхода
запасов  воды  в  почве  как  величина  теплового  притока,  так  и
величина  суточного  испарения  уменьшаются,  меняя  знак  в  дни
перед  поливом.
 В  1952  г.  большое  количество  осадков  в  весеннее  время,
обеспечившее  водой  зерновые  культуры  до  24/VI,  и  низкие  тем¬
пературы  воздуха  до  этого  же  срока  создавали  благоприятные
условия  для  произрастания  сельскохозяйственных  культур.
 Таблица  136
 Значения  теплового  потока  в  воздух  в  связи  с  орошением  (кал/см2  сутки>
Энгельсская  опытно-мелиофтивная  станция,  1952  г.
 Варианты  орошения
 15/VI
 19/V1
 20/VI
 24/VI
 27/VI
 28/VI
 7/VII
 11/VII
 12/VII
 13/VII
 Без  полива  .  .  .
 +4
 +75
 +20
 —26
 —150
 +21
 —131
 —120
 —127
 —156
 Полив  дождевой  .
 -108
 +82
 +69
 +135
 +100
 +171
 —ПО
 —288
 —149
 —21
 В  табл.  136  представлены  значения  теплового  потока  в  воз¬
дух  как  остаточного  члена  теплового  баланса.  Как  видно  из
этой  таблицы,  первые  дни  на  неорошаемом  поле  наблюдались
инверсионные  условия.  С  24/VI  тепловой  поток  меняет  знак,
переходя  в  теплоотдачу  от  деятельной  поверхности  в  воздух,  что
соответствует  обратному  распределению  температурных  градиен¬
тов.  В  первый  период  наблюдений  за  счет  большого  количества
естественных  осадков  на  неорошаемом  поле  была  сильно  раз¬
вита  растительность,  и  запас  воды  в  почве  был  достаточным

§  3] 	ВЛИЯНИЕ  ОРОШЕНИЯ  НА  ТЕПЛОВОЙ  РЕЖИМ  С.-Х.  ПОЛЯ 	601
 для  нормального  водопотребления  растений.  Территория,  окру¬
жающая  данное  поле,  была  занята  бахчевыми  культурами  и  на
ней  наблюдалось  значительно  меньшее  испарение.  Благодаря
большой  разнице  в  величине  испарения  на  изучаемом  поле  и
на  окружающей  его  территории  температура  деятельной  по¬
верхности  на  них  сильно  отличалась,  следствием  чего  было  раз¬
личие  в  температурах  воздуха.  Принесенные  на  почву  более
горячие  потоки  воздуха  являлись  причинами  дневных  инверсий.
После  22/VI  запасы  воды  в  почве  уменьшились  до  такой  вели¬
чины,  что  они  не  могли  обеспечить  достаточно  большого  испа¬
рения,  вследствие  чего  на  поле  наблюдались  сверхадиабатиче¬
ские  температурные  градиенты.
 Своеобразный  оазис  на  неорошаемом  поле  характеризуется
создававшимся  режимом  температуры  и  влажности  почвы,  при¬
сущим  орошаемому  полю.  Такой  оазис  может  быть  создан  при
мощной  растительности  и  большом  запасе  влаги  в  почве.  При
отсутствии  одного  из  вышеуказанных  факторов,  эффект,  анало¬
гичный  тому,  который  имеет  место  на  орошаемом  поле,  может
отсутствовать.  Так,  например,  15/VI  (хотя  запасы  воды  на
орошаемом  поле  не  отличались  от  неорошаемого)  раститель¬
ный  покров  был  слабее  развит  на  орошаемом  поле  и  это  обусло¬
вило  более  низкую  температуру  и  более  высокую  влажность
воздуха  на  нем.  При  этом  поток  тепла  в  воздух  определялся
лишь  условиями,  создавшимися  непосредственно  на  самом  поле.
 Как  видно  из  табл.  136,  15/VI  наблюдался  значительный
отток  тепла  от  деятельной  поверхности  в  воздух.  Это  можно
объяснить,  с  одной  стороны,  низкой  температурой  деятельной
поверхности  окружающей  территории,  а  с  другой,  —  тем,  что
в  этот  день  ветер  имел  направление  вдоль  орошаемого  массива.
Поэтому  нагретые  массы  воздуха,  проходя  над  всем  орошаемым
оазисом,  охлаждались  и  доходили  до  изучаемого  поля  с  темпе¬
ратурой,  близкой  к  температуре  данного  поля.  Вследствие  этого
тепловой  поток  в  воздух  определялся  только  термическими
условиями  данного  поля.  Результаты  вычислений  этого  потока
даны  в  табл.  137.
 Таблица  137
 Значения  турбулентного  потока  в  воздух
на  орошаемом  и  неорошаемом  участке  (кал/см:*  сутки)
 1953  г.
 Варианты
 орошения
 12/V
 14/V
 18/V
 20/V
 :>
 СО
 <м
 25/V
 30/V
 1/VI
 >
 LO
 !  6/VI
 20  VI
 >
 СО
 сч
 30/VI
 Без  полива  ....
 —66
 -44
 -37
 -68
 —197
 -168
 -140
 -118
 -225
 -166
 -170
 -225
 -213
 Влагозарядковый
 полив
 -35
 +  6
 -29
 —10
 -100
 +4
 -58
 -34
 -48
 -48
 -60
 -186
 -216

602  ОЦЕНКА  И  РЕГУЛИРОВАНИЕ  ТЕПЛОВОГО  РЕЖИМА  С.-Х.  ПОЛЯ  [ГЛ.  V
 Для  участка  с  влагозарядковым  поливом  турбулентная  от¬
дача  тепла  в  воздух  невелика  и  до  11/VI  в  среднем  составляет
8%  от  радиационного  баланса.  За  этот  период  значительный
приход  тепла  к  поверхности  почвы  наблюдался  лишь  25/V.  На¬
чиная  с  11/VI  тепловая  отдача  в  воздух  на  участке  с  влаго¬
зарядковым  поливом  резко  возросла,  приближаясь  к  величине
теплоотдачи  на  -неорошаемом  участке.
 Такое  возрастание  турбулентного  потока  тепла  в  воздух,  по-
видимому,  объясняется  перегревом  травостоя,  так  как  проникно¬
вение  к  почве  суммарной  коротковолновой  радиации  не  увели¬
чивается  до  23/VI  включительно.  Кроме  того,  в  этот  период
уменьшается  тепло,  затрачиваемое  на  испарение.  На  неорошеи-
ном  участке  отдача  тепла  в  воздух  была  небольшой  лишь  в  пер¬
вые  дни  наблюдений  (до  20/V),  после  этого,  вплоть  до  конца
вегетации,  тепловая  отдача  в  воздух  составляла  44%  от  радиа¬
ционного  баланса.
 Большие  значения  отдачи  тепла  в  воздух  еще  в  мае  месяце
связаны  с  редким  травостоем  и  соответственно  высоким  про¬
центом  проникновения  радиации  к  поверхности  почвы.
 Сухая  и  перегретая  поверхность  почвы  способствует  возник¬
новению  большого  потока  тепла  в  воздух.  В  более  поздний  пе¬
риод,  так  же  как  на  участке  с  влагозарядковым  поливом,  уве¬
личение  тепловой  отдачи  связано  с  недостатком  влаги  в  почве,
благодаря  чему  наступает  перегрев  растений  и  ослабление  ис¬
парения.
 На  участке  с  влагозарядковым  поливом  благодаря  густому
травостою  температура  «деятельного  слоя»  определяется  темпе¬
ратурой  травостоя.  Температура  почвы  практически  не  сказы¬
вается  на  этой  величине.  В  том  случае,  когда  в  почве  имеется
достаточное  количество  влаги  доступной  для  растений,  темпера¬
тура  деятельного  слоя,  благодаря  транспирации,  может  в  неко¬
торых  пределах  регулироваться  растениями.
 На  неорошаемом  участке  при  редком  травостое  температура
деятельного  слоя  определяется  некоторой  средней  температурой
между  температурой  поверхности  почвы  и  растительного  по¬
крова.  Даже  при  достаточном  количестве  влаги  в  почве,  доступ¬
ной  для  растений  в  жаркие  и  сухие  дни,  температура  деятель¬
ного  слоя  должна  быть  выше,  чем  на  участке  с  влагозарядковым
поливом,  благодаря  сильному  нагреванию  поверхности  почвы.
 Теплообмен  путем  испарения.  По  нашим  измерениям  в  1951,
 1952,  1953  гг.  можно  видеть,  что  на  орошаемом  поле  ход  испаре¬
ния  в  вегетационный  период  следует  за  ходом  радиационного  ба¬
ланса,  но  Qe  и  QT  не  равны  друг  другу;  последние  далеки  друг
от  друга  не  только  в  периоды  слабого  увлажнения,  достаточно
отдаленные  от  времени  полива,  когда  испарение  уменьшается

ВЛИЯНИЕ  ОРОШЕНИЯ  НА  ТЕПЛОВОЙ  РЕЖИМ  С.-Х.  ПОЛЯ
 603
 §  3J
 Qt<CQ6-  Также  сразу  после  полива,  когда  температурная
инверсия  резко  выражена  и  испарение  очень  интенсивно,
Qt>Q6.  Поскольку  Qт  колеблется  около  величины  радиа¬
ционного  баланса,  являющейся  постоянной  и  прямой  линией,
замена  одной  из  величин  другой  допустима  в  определенных
условиях  и  в  определенные  периоды  (рис.  187).  Какие  же  это
условия  и  периоды?  Очевидно,  это  условия  достаточного  увлаж¬
нения  почвы  и  период  начала  интенсивной  вегетации.
 Б.  Н.  Мичурин  для  каштановых  почв  Заволжья  с  зерновой
культурой  установил  пределы  этой  влажности  (от  30  до  17%).
Кроме  того,  выяснилось,  что  замена  теплового  баланса  радиа¬
ционным  приближенно  может  быть  произведена  на  длительном
отрезке  времени,  охватывающем  весь  ответственный  период  ве¬
гетации.  Следует  помнить,  что  расчет  испарения  по  радиацион¬
ному  балансу  тем  точнее,  чем  орошаемая  площадь  больше.
 Как  же  уточнить  метод  расчета  испарения?  Очевидно,  тре¬
буется  в  указанную  выше  схему,  предполагающую,  что  Q*  =  QT,
ввести  ряд  поправок.  Наиболее  существенными  из  них  являются
три  поправки,  которые  должны  либо  увеличить,  либо  уменьшить
искомую  величину  QT.
 1. 	Поправка  на  тепловой  поток  в  почву.
Опыт  показывает,  что  это  в  среднем  за  сутки  более  или  менее
постоянная  величина,  равная  10—15%  от  значения  'радиацион¬
ного  баланса.  Постоянство  этой  .поправки  вытекает  из  того,  что
при  увлажнении  почвы  Q£K  одновременно  и  возрастает  и  убы¬
вает.  Убывание  вызвано  уменьшением  суточных  температурных
амплитуд  Г0  на  орошаемом  участке,  а  увеличение  ее  на  этом
участке  обусловлено  увеличением  теплоаккумуляции  почвы
Vbcp,  где  X—'Коэффициент  теплопроводности,  с  и  р  —  тепло¬
емкость  и  плотность  почвы.  Оказывается,  что  Т0  падает  с  ро¬
стом  влагосодержания  в  почве  примерно  в  такой  степени,  в  ка¬
кой  У  Хер  возрастает.  В  силу  этого  Q«  =  const,  поскольку
(А.  Ф.  Чудновский,  1953)
 аи  =  втуй£.
 2. 	Поправка  на  поток  тепла  в  воздух  QK.  Эта
величина  должна  быть  отнята  от  Q&  в  периоды  недостаточного
увлажнения  и  прибавлена  при  избыточных  увлажнениях.  Вели¬
чина  этой  инверсионной  поправки  зависит  от  размера  орошае¬
мой  площади  и  величины  температуры  воздуха  и  количества
осадков.  Для  условий  Поволжья  величина  этой  поправки  в  про¬
центах  к  радиационному  балансу  при  пониженных  температурах
воздуха  и  общем  достаточном  количестве  осадков,  имевших  ме¬
сто  в  1952  г.,  в  среднем  вдвое  меньше  этой  величины  в  сухую
жаркую  погоду,  имевшую  место  в  1951  г.  При  увеличении

гм  mi 	.9/т  т  гш  sfvii  к№
 в)  50
 г)  50\
 Рис.  187.  Распределение  составляющих  теплового  баланса  в  1953  г.
 (в  процентах  к  радиационному  балансу).
а  —  нсооошаемое  поле;  б  —орошаемое  дождеванием;  в  —  неорошаемое  поле;  г  —орошаемое
 влагозарядковым  поливом.

§  3] 	ВЛИЯНИЕ  ОРОШЕНИЯ  НА  ТЕПЛОВОЙ  РЕЖИМ  с.-х.  поля 	605
 Таблица  138
 Элементы  теплового  баланса  на  различных  полях  (кал/см2)
 Саратов,  1951  г.
 Варианты
 орошения
 23/VI
 24/VI
 26/VI
 1/VII
 2/VII
 3/VII
 5/VII
 7VII
 9/VII
 29/VII
 Неорошае¬
мое  поле
 +220
 —184
 —14
 —22
 +150
 —130
 —21
 0
 +212
 —168
 —20
 —24
 +244
 —200
 —1
 —42
 +228
 —186
 —20
 —22
 эК
 +298
 +225
 +256
 +284
 +282
 +  180
 О
 CQ
 О
 —155
 —137
 +223
 +88
 +100
 —10
 §1
 —45
 —41
 —34
 —35
 —40
 -
 —46
 £1
 —98
 —47
 —445
 —337
 —342
 —124
 1
 *
 о
 +241
 +  155
 +208
 +214
 +238
 +  182
 +180
 *=(  S
 О)
 +  106
 +  102
 +40
 +39
 +48
 —42
 —60
 0Q  ±
К  *
 ч  5
 —10
 +  1
 —30
 —6
 —25
 —20
 —20
 о  8
 С  Ч
 —337
 —258
 —218
 —169
 —261
 —  120
 —100
 Саратов,  1952  г.
 Варианты
 орошения
 15/VI
 19/VI
 20/VI
 24/VI
 27/VI
 28/VI
 7/V11
 11/VII
 12/VII
 13/VII
 о
 416
 325
 404
 367
 396
 271
 337
 321
 355
 сс  о
§§
 —27
 —288
 —25
 —34
 —15
 —29
 —11
 —14
 —53
 а.с
 О  а)
 4
 75
 20
 —26
 —150
 21
 —131
 —  120
 —127
 О)  о
X  s
 —390
 —373
 —409
 —308
 —231
 —267
 —149
 —188
 —175
 CD
 О
 437
 405
 451
 450
 421
 295
 499
 417
 431
 490
 2
 О
 сз
 -50
 —44
 —37
 —34
 —31
 —30
 -11
 —  12
 —41
 —44
 Орош,
 поле
 —108
 —279
 82
 —442
 69
 —475
 135
 —551
 100
 —494
 1
 171
 —480
 —110
 —377
 —88
 —317
 —149
 —241
 —21
 —430

606  ОЦЕНКА  И  РЕГУЛИРОВАНИЕ  ТЕПЛОВОГО  РЕЖИМА  С.-Х.  ПОЛЯ  [ГЛ.  V
 Продолжение
 Саратов,  1953  г.
 размеров  площадок  имеется  основание  считать,  что  эта  по¬
правка  уменьшится.
 Некоторым  косвенным  (и  совершенно  недостаточным)  дока¬
зательством  в  пользу  этого  обстоятельства,  является  то,  что
приводимые  цифры  поправок  не  могут  сильно  изменяться  при
переходе  от  малых  к  большим  площадям,  как  об  этом  ‘говорят
результаты  наших  маршрутных  съемок.
 Кривые  распределения  температур  и  влажности  воздуха  (из¬
мерения  велись  на  разных  расстояниях  от  края  орошаемой  пло¬
щади)  иллюстрируют  заметное  отклонение  между  влажностью
и  температурой  лишь  у  края  площади  (на  расстоянии  10—20  м).
Уже  на  расстоянии  100  м  от  края  орошаемой  площади  темпера¬
тура  и  влажность  воздуха  на  уровне  100—200  м  приобретает
примерно  такие  же  значения,  как  и  на  расстоянии  40—50  м.
 Третья  поправка  связана  с  периодом  вегета¬
ции.  Как  выяснено  сейчас,  лишь  в  период  интенсивной  вегета¬
ции  растения  можно  считать  радиационный  баланс  близким
к  испарению.  В  начальные  периоды  вегетации,  когда  раститель¬
ность  слабо  развита,  когда  значительную  роль  играет  испарение

§  3] 	ВЛИЯНИЕ  ОРОШЕНИЯ  НА  ТЕПЛОВОЙ  РЕЖИМ  С.-Х.  ПОЛЯ
 607
 из  почвы,  радиационный  баланс  значительно  отличается  от  ве¬
личины  испарения,  а  именно  превышает  ее.  При  расчете  норм
и  сроков  поливов  в  начальные  периоды  вегетации  должны  вклю¬
чаться  поправки  на  все  элементы  теплового  баланса.  Эти  сооб¬
ражения  полностью  справедливы  и  для  более  поздних  периодов
вегетации,  во  время  которых  интенсивность  испарения  растения
уже  ослабевает.
 Указанным  методом  полного  баланса  и  рассчитаны  величины
испарения  во  все  три  года  наблюдений.  Результаты  этих  рас¬
четов  представлены  соответственно  в  табл.  138,  полученной  об¬
работкой  наблюдений  экспедиции  О.  Д.  Рожанской  (1954).  Пе¬
реходим  к  данным  микроклимата,  о  которых  вкратце  говорится
ниже  (А.  Ф.  Чудновский,  1957).
 Микроклимат  орошаемого  поля.  Полив  оказывает  самое  не¬
посредственное  воздействие  на  увеличение  влажности  воздуха.
Для  оценки  эффекта  увлажнения  воздуха  под  воздействием  оро¬
шения  введем  величину  Ае  —  среднюю  дневную  разность  влаж¬
ности  между  орошаемыми  и  неорошаемыми  площадями.  Осред¬
нение  производилось  в  разные  дни,  примерно  за  одно  и  то  же
число  часов:  от  6—7  до  20—22  часов.
 Представление  о  наблюдавшихся  за  весь  период  опытов
(5  недель)  самых  больших  и  самых  малых  величинах  разностей
влажностей  (Де)  на  орошаемых  и  неорошаемых  полях  дает
табл.  139.
 Таблица  139
 Разности  влажности  воздуха  на  орошаемом  и  неорошаемом
 полях  (мм)
 Высота,
 м
 Полив  дождеванием
 Полив  по  полосам
 максимальный
 минимальный
 максимальный
 минимальный
 1,5
 21
 3
 19
 1
 1,0
 12
 1
 10
 1
 2,0
 11
 1
 7
 1
 На  основании  имеющихся  материалов  наблюдений  можно
заключить,  что  при  поливе  по  полосам  в  отдельные  часы  раз¬
ность  в  относительной  влажности  воздуха  орошаемого  и  неоро¬
шаемого  полей  достигает  на  высоте  0,5  м  —  33%,  на  высоте
1  м  —  24%,  на  высоте  2  м—15%;  при  дождевании  эта  разница
достигает  на  высоте  0,5  м  —  25%,  на  высоте  1  м—  12%.  Сравне¬
ние  эффекта  увлажнения  воздуха  на  разных  высотах  дано
в  таблице  140.

608  ОЦЕНКА  И  РЕГУЛИРОВАНИЕ  ТЕПЛОВОГО  РЕЖИМА  С.-Х.  ПОЛЯ  [ГЛ.  V
 Более  интенсивное  увлажнение  в  нижних  слоях  и  затухание
эффекта  на  больших  высотах  объясняются  тем,  что  основной
процесс  увлажнения  воздуха  происходит  от  влажной  поверх¬
ности  почвы  и,  кроме  того,  нижние  слои  воздуха  увлажняются
вследствие  транспирации  растений.  Изучение  суточного  хода
влажности  воздуха  показывает,  что  в  дневное  время  на  неоро¬
шаемом  поле,  точно  так  же  как  на  орошаемом  поле  до  полива,
устанавливаются  градиенты  влажности  воздуха,  направленные
вверх  от  испаряющей  поверхности  почвы  и  растений;  эти  гра¬
диенты  после  полива  постепенно  убывают  и  в  конце  концов
достигают  начальных  значений,  имевших  место  до  полива.  На¬
чиная  с  вечера  —  ночью  и  в  предутренние  часы  —  вместо  испа¬
рения  большей  частью  наблюдается  конденсация  —  знак  гра¬
диента  изменяется.  Особенно  сильная  конденсация  .'происходит
в  вечерние  часы  при  .поливе  по  полосам.  На  рис.  188  дан  ход
влажности  воздуха  в  течение  суток  на  поле,  орошае¬
мом  дождеванием  (на  3-й  день  после  полива).
 Таблица  140
 Средняя  величина  разности  увлажнения  за  весь  период  наблюдений
и  за  период  каждого  полива  на  разных  высотах  (%)
 Высота,
в  м
 Полив  дождеванием
 Полив  за  весь  период
наблюдений  5/VI—10/VII
 четвертый,
23/VI—3/VII
 пятый,
 3/V11—10/VII
 дождеванием
 полосовой
 0,5
 10
 12
 11
 8
 1
 4
 6
 6
 5
 2
 3
 4
 4
 7
 Как  дождевание,  так  и  полив  полосовым  напуском  приводят
к  понижению  температуры  воздуха  орошаемого  поля  по  сравне¬
нию  с  неорошаемым.  Для  количественной  оценки  снижения  тем¬
пературы  воздуха  под  воздействием  орошения  введем  вели¬
чину  (АТ)  макс»  равную  разности  максимальных  дневных  темпе¬
ратур  воздуха  на  неорошаемом  и  орошаемом  полях.
 Величина  (АГ)макс  зависит  от  условий  погоды.  При  ясной  по¬
годе,  при  высоких  абсолютных  значениях  максимальных  суточ¬
ных  температур  разности  температур  и  темп  их  снижения  более
значительны,  чем  в  облачные  дни  с  пониженными  суточными
амплитудами  температур.  Отметим,  что  при  всех  условиях  по¬
годы,  при  самых  разнообразных  суточных  амплитудах  темпера¬
туры  воздуха  значение  АТ  положительно,  т.  е.  имеет  место  эф¬
фект  снижения  температур  благодаря  орошению.  В  тех  случаях,

ВЛИЯНИЕ  ОРОШЕНИЯ  НА  ТЕПЛОВОЙ  РЕЖИМ  С.-Х.  ПОЛЯ
 609
 §  3J
 когда  полив  давно  не  лроизводился,  на  орошаемом  поле  яа  вы¬
соте  2  м  наблюдался  даже  перегрев.
 Представление  о  наблюдавшихся  за  весь  период  опытов  раз¬
ностях  максимальных  температур  на  орошаемых  и  неорошаемых
 ш
 гг
 ГШ
 1—1—1—
 и
 .  ц<
 т
 ы
 ш
 £
 г
 Й
 V*
 ?
 3
 L
 8  10  12  10  16  18  20  22  20
 t.mc
 а)
 ш
 10
 3
 8
 7
 8
 н:
 "I—г
■к=1м  -
 	1  тя
 в  10  12  10  16  18  20  22  20
 t>  час
а)
 ш
 Е
 К
 Ч  I
 1
 —
 п
 >
 £
 1
 н
 к
 >
 1
 г
 8  ю  п  п  1618  го  гг  го
 t,  час
а)
 ш
 р
 \h-7.M
 г
 г
 пя
 г
 и
 о
 П1
 _д1
 1
 |
 ~ю
 □
 L_
 J7
 |7_
 Д
 N
 [
 L
 ЯГ
 L
 s
 в  ю  п  ю  1618  го  гг
 U  шс
 в)
 £,  час
в)
 t,  час
 6)
 t,  час
 В)
 Рис.  188.  Сравнение  дневного  хода  абсолютной  влажности  воздуха  на  раз¬
личных  высотах  на  орошаемом  (/)  и  неорошаемом  (2)  полях  до  и  после
 полива.
 л  —до  полива  (29/VI);  б  —сразу  после  полива  (1/VII);  в  —через  3  дня  после  полива  (3/VII).
 участках,  дает  табл.  141,  а  в  табл.  142  показано,  как  меняется
величина  АТ  на  полях  в  процессе  полива.
 Сравнение  эффекта  охлаждения  воздуха  на  участках  при
применении  двух  способов  орошения  показывает  некоторое  пре¬
имущество  полива  по  полосам,  при  котором  и  максимальные
и  средние  АТ  несколько  выше,  чем  на  поле  с  дождеванием.  Это
 39  Зак.  196.

610  ОЦЕНКА  И  РЕГУЛИРОВАНИЕ  ТЕПЛОВОГО  РЕЖИМА  С.-Х.  ПОЛЯ  [ГЛ.  V
 связано  с  тем,  что  полив  по  полосам  продолжается  вместо  не¬
скольких  часов  (как  это  происходит  при  дождевании)  несколько
дней  и  при  этом  производится  при  большой  поливной  норме.
 Таблица  141
 Разности  температур  воздуха  за  весь  период  наблюдений  (°С)
 (5/VI—10/V1I)
 Высота,
в  м
 Полив  дождеванием
 Полосовой  полив
 макси¬
 мальная
 мини¬
 мальная
 средняя
за  18  дн.
 макси¬
 мальная
 мини¬
 мальная
 средняя
за  18  дн.
 0,5
 4,7
 1,2
 1,8
 5,4
 0,5
 2,4
 1.0
 4,1
 0,6
 1,4
 4,3
 1,2
 2,0
 2,0
 2,9
 —0,4
 0,9
 4,3
 -1,2
 1,0
 Таблица  142
 Изменение  разности  температур  в  процессе  полива  (°С)
 Высота,  м
 1-й  полив  дожде¬
ванием
 2-й
 полив  дожде¬
ванием
 Полосовой
 полив
 за  1  день
до  полива
 после
 полива
 за  2  дня
до  полива
 после
 полива
 за  6  дней
до  полива
 после
 полива
 на  3-й
день
 на  10-й
день
 на  3-й
день
 на  5-й
день
 на  2-й
день
 на  10-й
день
 0,5
 2,3
 1,6
 1.2
 4,7
 2,1
 1,7
 3,5
 2,6
 1
 1.3
 1,6
 0,9
 1,9
 1,8
 1.8
 1,2
 3,3
 1,8
 2
 0,1
 0,3
 -0,1
 —
 —
 —
 0,0
 0,7
 0,9
 То  обстоятельство,  что  минимальные  величины  АТ  в  дан¬
ном  случае  оказались  меньше,  чем  при  орошении  дождеванием,
объясняется  тем,  что  между  первым  и  вторым  поливами  был
длительный  перерыв.  Интересно  проследить  за  ходом  АТ  в  период
между  поливами.  До  орошения  разница  температур  низка;
она  резко  возрастает  в  первый  день  полива,  а  затем  неуклонно
уменьшается  по  мере  удаления  от  момента  полива,  причем
в  зависимости  от  условий  погоды  уменьшение  происходит  быст¬
рее  или  медленнее,  более  или  менее  ровно  или  скачкообразно  и,
наконец,  приближается  к  своему  первоначальному  значению.
На  основании  рассмотрения  хода  кривых  АТ  можно  сделать

§  3] 	ВЛИЯНИЕ  ОРОШЕНИЯ  НА  ТЕПЛОВОЙ  РЕЖИМ  С.-Х.  ПОЛЯ
 611
 заключение,  что  примерно  через  неделю  после  дождевания  раз¬
ница  в  максимальных  температурах  сглаживается  до  первона¬
чальной  величины.  Продолжительность  действия  полива  по  по¬
лосам  значительно  больше  (по  имеющимся  данным,  по  крайней
мере,  в  1,5—2  раза;  см.  табл.  143).
 Таблица  143
 Продолжительность  охлаждающего  действия  полива  (дни)
 Высота,  м
 Полив  дождеванием
 2-й  полосовой
 4-й
 5-й
 полив
 0,5
 7
 16
 1
 4
 8
 12
 Таблица  144
 Средняя  величина  разности  температур  за  период  каждого  полива
 на  разных  высотах
 Высота,  м
 Полив  дождеванием
 1-й  полосовой
полив
 1-й
 2-й
 0,5
 2,0
 2,9
 2,9
 1
 1,6
 1,8
 1.8
 2
 0,65
 1,3
 1,1
 5
 —
 —
 1,0
 Для  характеристики  того,  какую  зону  по  высоте  охватывает
эффект  снижения  температуры  воздуха,  составлена  табл.  144.
Она  показывает,  что  на  высоте  0,5  м  наблюдается  самая  боль¬
шая  разность  температурных  суточных  максимумов  (ДГ)макс
а  многочисленные  данные  свидетельствуют  о  том,  что  на  этой
высоте  АТ  падает  после  полива  'медленнее,  держится  устойчивее
и  к  концу  периода  дождевания  оказывается  значительно  боль¬
шей  по  абсолютной  величине,  чем  на  высоте  1  м.  Это  происхо¬
дит  из-за  более  интенсивного  испарения,  более  развитой  расти¬
тельности,  чем  на  контрольном  поле,  а  также  вследствие  зате¬
нения  этой  растительностью  нижних  слоев  воздуха.  С  другой
стороны,  интересно  отметить,  что  эффект  охлаждения,  вызван¬
ный  орошением,  простирается  до  5  м  и  выше.
 Необходимо  отметить,  что  снижение  температуры  при
орошении  наблюдается  во  все  дневные  часы.  Лишь  утром  и
к  вечеру  происходит  выравнивание  температур  воздуха  на
 39*

<634  ОЦЕНКА  И  РЕГУЛИРОВАНИЕ  ТЕПЛОВОГО  РЕЖИМА  С.-Х.  ПОЛЯ  [ГЛ.  V
 Г  у  п  а  л  о  А.  И.  Бюллетень  научно-технической  информации  по  агроном,
«физике,  №  3.  Сельхозгиз,  1956.
 Каганов  М.  А  и  Чудновский  А.  Ф.  Изв.  АН  СССР,  сер.  геогр.
и  геофиз.,  №  5,  1949  и  №  2,  1953.
 Каганов  М.  А.  Сб.  трудов  по  агроном,  физике,  вып.  5.  Сельхозгиз,
1952.
 Карманов  В.  Г.  ДАН  СССР,  т.  77,  Х>  5;  т.  83,  Х>  2  и  X?  3,  1952.
 Кондратьев  Г.  М.  Регулярный  тепловой  режим.  Гостехиздат,  1954.
 Л  а  й  х  т  м  а  н  Д.  Л.  Изв.  АН  СССР,  сер.  геогр.  и  геофиз.,  №  2,  1945.
 Лайхтман  Д.  Л.  Труды  ГГО,  вып.  22  (34).  Гидрометеоиздат,  1950.
 Л  ы  к  о  в  А.  В.  Явления  переноса  в  капиллярных  пористых  телах.  Гостех¬
издат,  1954.
 Макаревский  Н.  И.  Труды  ФАИ,  №  1.  Сельхозгиз,  1937.
 Некрасов  А.  А.  ЖТФ,  т.  10,  вып.  2,  1940.
 Обухов  М.  А.  Прикладная  математика,  т.  XV,  №  1,  1951.
 Покровский  Г.  И.  и  Булычев  В.  Г.  ЖТФ,  т.  8,  вып.  17,  1938.
 Рожанская  О.  Д.  Сб.  трудов  по  агроном,  физике,  вып.  7.  Сельхоз-
тиз,  1954.
 Рябова  Е.  П.  Вопросы  агрономической  физики.  Сельхозгиз,  1957.
 Степанов  В.  Н.  Советская  агрономия,  №  4,  1948.
 Сборник  трудов  по  агрономической  физике,  вып.  6.  Сельхозгиз,  1953.
 Тверской  П.  Н.  (под  редакцией).  Динамическая  метеорология.  Гидро¬
метеоиздат,  1956.
 Франчук  А.  У.  Теплопроводность  строительных  материалов  в  зависи¬
мости  от  влажности.  Стройиздат,  1941.
 Цейтин  Г.  X.  Труды  ГГО,  вып.  39  (101).  Гидрометеоиздат,  1953.
 Цейтин  Г.  X.  и  Чудновский  А.  Ф.  Труды  ГГО,  вып.  37  (99).  Гидро-
метеоиздат,  1952.
 Чудновский  А.  Ф.  Заморозки.  Гидрометеоиздат,  1949.
 Чудновский  А.  Ф.  Сб.  «Вопросы  агроном,  физики».  Сельхозгиз,  1957.
 Чудновский  А.  Ф.  Физика  теплообмена  в  почве.  Гостехиздат,  1948.
 Чудновский  А.  Ф.  и  Рожанская  О.  Д.  Бюллетень  научно-техи.
информации  по  агроном,  физике,  №  1.  Сельхозгиз,  1956.
 Чудновский  А.  Ф.  Труды  ГГО,  вып.  2.  Гидрометеоиздат,  1947.
 Чудновский  А.  Ф.  Бюллетень  научно-техн.  ннформ.  по  агроном,  фи¬
зике,  №  4.  Сельхозгиз,  1958.
 Чудновский  А.  Ф.  Сб.  «Микроклиматические  и  климатические  иссле¬
дования  в  Прикаспийской  низменности».  Изд.  АН  СССР,  1953.
 Чудновский  А.  Ф.  Сб.  трудов  «Суховеи».  Изд.  АН  СССР,  1957.
 Eucken  1.  Forschung  auf  d.  gebiet  des  Jngen.,  №  3,  1932.
 H  angst  G.  Die  Warmeleitsfahigkeit  pulvervormiger  Warmeisolierstoife
be\  hohe  Gasdruck.  Miinchen,  1934.
 Kersten  H.  Bullet.  Engen.  Exper.  Station,  №  28,  1949.
 Krischer  O.  Beiheft  2.  gesundscheits  Jngen.  1,  heft.  33,  1934.
 Lichtenecker  K.  Phys.  Zt.  32,  1931.
 Loeb  A.  Joum.  Appl.  Phys.,  22,  1951.
 Russel  H.  The  Joum.  of  the  American  Ceramic.  Soc.,  Vol.  18,  1,  1935.

ЧАСТЬ  ЧЕТВЕРТАЯ
 ВОДА  В  ПОЧВЕ
 ВВЕДЕНИЕ
 Жизнь  растений  невозможна  без  ряда  равнозначных  и  вза¬
имно  незаменяемых  факторов:  света,  тепла,  воды,  воздуха,
пищи,  —  от  которых  зависит  жизнедеятельность  живых  организ¬
мов  в  почве.  Но  вода,  кроме  того,  играет  важнейшую  роль  и
в  создании  самой  почвы,  т.  е.  той  среды,  с  которой  неразрывно
связано  растение.
 Процесс  превращения  породы  в  почву,  начинающийся  с  тер¬
мического  выветривания  породы,  не  может  развиваться  без  уча¬
стия  воды.  При  колебаниях  температуры  в  породе  образуются
трещины,  но  лишь  благодаря  проникновению  в  них  воды,  кото¬
рая  при  замерзании  разрывает  породу,  происходит  постепенное
измельчение  рухляка.  Увеличение  его  поверхности,  усиливаю¬
щее  энергию  химического  взаимодействия  между  элементами
атмосферы  и  минералами,  создает  условия,  при  которых  начи¬
нается  химическое  выветривание.  Но  и  для  этого  процесса  не¬
обходимо  присутствие  воды,  которой,  наравне  с  углекислотой,
принадлежит  основная  роль  в  реакциях  замещения  и  растворе¬
ния,  составляющих  процесс  химического  выветривания.  В  ре¬
зультате  этих  процессов  в  рухляке  накапливаются  коллоидаль¬
ные  частицы;  вода  передвигает  их7  и  заполняет  мелкими
частицами  промежутки  между  элементами  породы,  формируя
почвенный  профиль.  И,  наконец,  порода  приобретает  один  из
основных  элементов  плодородия  —  способность  накапливать  и
сберегать  воду,  т.  е.  создавать  запас  влаги,  благодаря  кото¬
рому  в  почве  существует  все  живое.
 Но  на  этом  не  кончается  участие  воды  в  жизни  растения.  От
воды  в  огромной  мере  зависит  пищевой  режим  растения,  так
как  она  участвует  в  разложении  и  синтезе  органических  веществ.
В  то  же  время  избыток  воды  в  почве  ведет  к  выщелачиванию
элементов  питания  и  к  обеднению  почвы.
 От  количества  усвоенных  почвой  осадков  зависит  развитие
растительности,  и  даже  малого  количества  воды  достаточно,
чтобы  обусловить  ту  разницу,  которая  существует  между  пу¬
стыней  и  степью.

612  ОЦЕНКА  И  РЕГУЛИРОВАНИЕ  ТЕПЛОВОГО  РЕЖИМА  C.-X.  ПОЛЯ  [ГЛ.  V
 орошаемом  и  неорошаемом  участках  (рис.  189).  Наконец,  ««оч¬
ной  период  четко  выявляется  потепление  воздуха  на  орошаемом
поле.  В  отдельные  часы  это  потепление  на  высоте  1  м  достигает
3°  и  объясняется  интенсивным  нагревом  поверхности  почвы  на
орошаемом  участке  вследствие  усиленного  притока  тепла  из
глубины  более  влажной  и  теплопроводной  почвы,  а  также  бла¬
годаря  эффекту  ночной  конденсации.
 Полив  изменяет  обычное  сверхадиабатическое  распределение
температур.  Увлажненная  поверхность  почвы  становится  днем
холоднее  воздуха.  Днем  тепло  -притекает  к  поверхности  из
 Рис.  189.  Суточный  ход  температуры  воздуха  на  разных  высотах
на  поливном  поле  на  3-й  день  после  полива.
 1  —  контроль;  2  —орошение.
 вышележащих  слоев  воздуха,  которые  не  успели  охладиться  от
поверхности  почвы  и  к  которым  тепло  притекает  из  окружаю¬
щего  пространства.  Таким  образом,  для  политого  поля  в  днев¬
ное  время  наступает  такой  же  режим,  какой  ночью  существует
на  неполитом  поле  (рис.  190).  После  прекращения  полива  по¬
верхность  почвы  при  интенсивной  солнечной  инсоляции  начи¬
нает  прогреваться,  от  нее  начинают  прогреваться  нижние  слои
воздуха,  затем  более  высокие.  Этот  процесс  совершается  весьма
быстро,  и  ход  температуры  воздуха  весьма  точно  следует  за
температурой  поверхности  почвы.  Инверсионные  градиенты
и  тепловой  поток  в  почву  уменьшаются.  По  мере  удаления  от
начала  полива  градиенты  приближаются  к  нулю  (рис.  191).
 Интересно  отметить,  что  на  поле  с  дождеванием  описанная
картина  имеет  место  лишь  в  начале  лета.  Когда  же  масса  рас¬
тений  увеличивается,  поверхность  почвы  и  соприкасающийся
с  ней  слой  воздуха  (под  растениями)  днем  часто  бывают  холод¬
нее,  чем  вышележащие  слои  воздуха.  Температура  поверхности

§  3] 	ВЛИЯНИЕ  ОРОШЕНИЯ  НА  ТЕПЛОВОЙ  РЕЖИМ  С.-Х.  ПОЛЯ
 613
 почвы  может  быть  ниже  температуры  воздуха,  так  как  сильно
развитая  растительность  плохо  пропускает  солнечные  лучи.
Полив  лишь  усиливает  инверсионную  картину.
 Орошение  в  засушливых  районах  юга  СССР  ведет  к  смяг¬
чению  резких  колебаний  температуры  в  верхнем  слое  почвы.
В  качестве  примера  на  рис.  192  показан  суточный  ход  темпе¬
ратуры  почвы  за  25—26/VI  на  различных  глубинах  на  неоро¬
шаемом  поле  и  на  поле  с  орошением  дождеванием.
 7  час
 19  чах:  |j
 I
 1
 f
 rt  /
 >
 г
 А
 t—
 ■  ч
 V'
 О  У——<k—J—Ь—L 	———————
 го  21  гг  гз  гч  гз  го  гг  гв  гз  зо  31  зг  зз  зч  35  зб  зггс
 Рис.  190.  Распределение  температуры  воздуха  с  высотой
в  различное  время  суток:  до  полива  (а),  сразу  после  по¬
лива  полосовым  напуском  (б)  и  через  10  дней  после
полива  (а).
 Результаты  измерений  температур  почвы  за  весь  период
наблюдений  показывают  следующее.
 На  полях,  орошаемых  дождеванием,  среднесуточные  темпе¬
ратуры  значительно  ниже,  чем  на  неорошаемых.  Заметно  умень¬
шаются  также  температурные  амплитуды.  Так,  среднесуточная
температура  на  поверхности  почвы  на  неорошаемом  поле  со¬
ставила  в  среднем  за  рассматриваемый  период  25,5°,  против
20,2°  на  поле,  орошаемом  дождеванием,  а  на  глубине  5  см  она
составила  соответственно  24,3  и  19,6°.  Аналогичную  картину
можно  наблюдать  и  на  других  глубинах.  Еще  ярче  влияние

636
 ВОДА  В  ПОЧВЕ
 Нормальное  протекание  важнейших  физиологических  про¬
цессов  в  растениях  и  в  важных  для  их  жизни  почвенных
микроорганизмах  невозможно  без  постоянного  и  достаточного
наличия  влаги.  Развитие  растений  связано  с  большими  затра¬
тами  воды:  для  создания  1  г  сухой  массы  растение  расходует  до
1000  г  воды.  Это  огромное  количество  влаги  растения  получают
через  почву  благодаря  ее  способности  создавать  запас  воды.
 Обеспеченность  растений  влагой  определяется  не  только  ве¬
личиной  запаса  воды  в  почве,  но  также  ее  подвижностью  и  до¬
ступностью  для  растений.  Эти  важные  свойства  почвенной  влаги
зависят  от  механического  состава  (удельной  поверхности)  почвы
и  от  создающихся  в  ней  физических  условий  (плотности,  влаж¬
ности,  температуры,  структурного  состояния).  Механический
состав  почвы  и  физические  условия  в  ней  предопределяют  пове¬
дение  воды  в  почве  и  ее  так  называемые  водные  свойства,  от  кото¬
рых  в  большой  мере  зависит  водный  режим,  влагообеспеченность
сельскохозяйственных  растений  и,  в  конечном  счете,  урожай.
 Физические  условия  в  почве  в  большой  степени  зависят  от
агротехнических  мероприятий  и  мелиорационных  воздействий.
При  их  помощи  физические  условия  могут  быть  направлены  на
создание  благоприятного  растению  водного  режима.
 Разработка  эффективных  приемов  воздействия  на  водньш
режим  требует  всестороннего  изучения  системы  почва  —  вода  —
воздух.  Решающее  влияние  водных  свойств  на  плодородие
почвы  обусловило  широкий  к  ним  интерес  и  вызвало  появление
большого  числа  работ,  посвященных  почвенной  влаге.
 Исчерпывающая  сводка  и  критический  разбор  большинства
этих  работ,  а  также  и  ценный  оригинальный  материал  приве¬
дены  в  широко  известных  монографиях  наших  ученых  —
А.  Ф.  Лебедева  (1936),  А.  А.  Роде  (1952),  С.  И.  Долгова
(1948),  Н.  А.  Качинекого  (1930),  а  также  в  ряде  других  работ
и  в  монографиях  ученых  зарубежных  стран:  Шоу  (1955),  Кина
(1931),  Рэссела  (1955).  Израэльсена  (1953),  Бэвера  (1956)  и  др.
 Большой  вклад  в  науку  о  почвенной  влаге  внесен  классиками
русского  земледелия  —  В.  В.  Докучаевым  (1892),  П.  А.  Косты-
чевым  (1939),  А.  А.  Измаильским  (1894),  П.  С.  Коссовичем
(1904),  Г.  Н.  Высоцким  (1933),  В.  Р.  Вильямсом  (1946)  и  другими.
 В  этой  книге  нам  казалось  целесообразным  рассмотреть  во¬
просы,  особенно  близкие  агрофизике,  а  именно,  физическую
природу  водных  свойств  почвы  и  те  физические  силы,  которые,
с  одной  стороны,  обуславливают  состояние  равновесия  влаги
в  почве,  а  с  другой  —  приводят  к  нарушению  равновесия  и  к  воз¬
никновению  «потоков»  почвенной  влаги.  Этим  вопросам,
в  основном,  и  посвящена  нижеследующая  глава.

ГЛАВА  I
 ВОДНЫЕ  СВОЙСТВА  ПОЧВЫ  И  ИХ  ФИЗИЧЕСКАЯ
 ПРИРОДА
 §  1.  Об  адсорбции  газов  и  паров  почвами
 Все  почвы  и  грунты  обладают  свойством  адсорбировать  при¬
ходящие  с  ними  в  соприкосновение  пары  и  газы.  Свойством
этим  в  большей  или  меньшей  степени  обладают  все  твердые
тела.  Оно  обусловлено  тем,  что  атомы,  расположенные  на  по¬
верхности  тела,  находятся  под  действием  неуравновешенных
сил.  Поверхность  тела  поэтому  обладает  свободной  поверхност¬
ной  энергией  (£s)  и  любой  процесс,  ведущий  к  уменьшению
этой  энергии  (A£s),  протекает  самопроизвольно.  Таким  процес¬
сом,  ведущим  к  насыщению  неуравновешенных  сил  на  поверх¬
ности  тела,  является  адсорбция  из  окружающей  тело  газовой
среды  атомов  или  молекул,  которые  уплотняются  на  поверхно¬
сти  твердого  тела.
 Природа  неуравновешенных  сил  может  быть  различная,  так
как  атомы  или  молекулы,  образующие  твердое  тело,  связаны
между  собой  различными  силами  взаимодействия:  электро¬
статическими  или  кулоновыми  силами,  обменными  силами  или
силами  гомеополярной  валентности,  силами  Ван-дер-Ваальса  и
другими.  Обычно  в  твердых  телах  проявляется  несколько  типов
связи,  с  преобладанием  одного  из  них:  в  ионных  кристаллах  —
электростатических  сил,  в  атомных  решетках  —  сил  гомеополяр¬
ной  связи.  Но  независимо  оттого,  под  действием  каких  неуравно¬
вешенных  сил  находится  атом  на  поверхности  твердого  тела,  ре¬
зультирующая  сила  всегда  направлена  внутрь  тела  и  обуслав¬
ливает  стремление  его  к  сокращению  поверхности,  подобно
тому,  как  это  наблюдается  у  жидкостей.  Поэтому  твердые  тела,
подобно  жидкостям,  обладают  поверхностным  натяжением,  ха¬
рактеризующим  свободную  поверхностную  энергию,  выражае¬
мую  произведением  коэффициента  поверхностного  натяжения  на
величину  поверхности.  Чем  дисперснее  тело,  чем  сильнее  раз¬
вита  его  поверхность,  тем  больше  его  поверхностная  энергия.
 Молекулы  газа  или  пара,  до  адсорбции  свободно  двигав¬
шиеся  в  пространстве  трех  измерений,  адсорбируясь  на

614  ОЦЕНКА  И  РЕГУЛИРОВАНИЕ  ТЕПЛОВОГО  РЕЖИМА  С.-Х.  ПОЛЯ  [ГЛ.  V
 орошения  проявляется  при  рассмотрении  суточных  максимумов
температуры  почвы.  На  неорошаемом  поле  эта  величина  в  ясные
дни  держится  на  поверхности  почвы  на  уровне  45—55°,  для
 Рис.  191.  Суточный  ход  разности  температур  на  высотах  1  и  2  м  на  полях,
орошаемых  полосовым  напуском  (а)  и  дождеванием  ((f).
 1  —  контроль;  2  —  орошение.
 поля,  орошаемого  дождеванием,  она  не  превышает  30°;  на  глу¬
бине  5  см  имеем  соответственно  34—40°  на  неорошаемом  поле
и  20—26°  на  поле  орошаемом.
 Таким  образом,  корневая  система  растений  на  неорошаемом
поле  испытывает  в  течение  суток  значительные  колебания  тем¬

§  3J 	ВЛИЯНИЕ  ОРОШЕНИЯ  НА  ТЕПЛОВОЙ  РЕЖИМ  С.-Х.  ПОЛЯ
 615
 пературы  (достигающие  в  верхних  слоях  25—30°),  при  ороше¬
нии  эти  колебания  не  превышают  10—15°.
 Можно  также  отметить,  что  при  поливах  дождеванием,  про¬
водящихся  регулярно  через  каждые  10—15  дней,  отдельные
поливы  на  фоне  общего  низкого  температурного  уровня  не
 вызывают  сильного  изменения
температуры  почвы.  Падение
средних  значений  температу¬
ры  почвы  в  неполивной  пе¬
риод  не  превышает  1—2°.
 Более  резкое  влияние  каж¬
дого  полива  на  температур¬
ный  режим  почвы  мы  наблю¬
дали  на  поле  с  поливом  по  по¬
лосам  (табл.  145).
 ГС
 n
 *
 г
 1
 %
 in
 р
 <  1
 Vsr
 *
 S&:
 т
 4
 А
 A
 >
 £
 V
 nv
 e
 )
 Ьп
 КС
 7
 1
 п/
 7
 t,m
 23  1  3  5  7  Э  11  13  15  17  13  U
25-VI 	26-VI
 б)
 Рис.  192.  Суточный  ход  температуры  почвы  на  различных  глубинах.
 а  —  неорошаемое  поле;  б—поле,  орошаемое  дождеванием.
 1  —  поверхность  почвы;  2—глубина  5  см;  3  —  глубина  10см;  4  —  глубина  20см;
5  —  глубина  50  см;  6  —  глубина  100  см»
 Из  приведенных  данных  следует,  что  термический  режим  до
полива  на  обоих  полях  был  почти  аналогичен,  а  в  течение
10  дней  после  полива  наблюдались  существенные  различия
в  температурах.  Так,  на  глубине  5  см  разница  в  максимальных
температурах  достигала  6—15°,  а  разница  в  среднесуточных
температурах  составляла  1—5°.
 Мы  можем  также  отметить,  что,  вследствие  термической
инерции  и  большой  теплоемкости  почвы,  она  нагревается  не

638 	ВОДНЫЕ  СВОЙСТВА  ПОЧВЫ  И  ИХ  ФИЗИЧЕСКАЯ  природа  [гл.  \
 поверхности  твердого  тела,  в  большей  или  меньшей  степени  те¬
ряют  свободу  перемещения.  В  некоторых  случаях  они  неподвиж¬
но  связываются  с  поверхностью,  в  других  —  сохраняют  свободу
•перемещения  .по  поверхности  в  двух  измерениях.  Поэтому  про¬
цесс  адсорбции  сопровождается  уменьшением  энтропии
Как  известно  из  термодинамики,  изменение  теплосодержания  (эн¬
тальпии)  ДН  системы  связано  со  свободной  поверхностной  энер¬
гией  Es,  температурой  Т  и  энтропией  системы  s  выражением:
 Л  H=AEs+TAs.
 Так  как  при  адсорбции  Д£^и  As  —  отрицательны  (характери¬
зуют  уменьшение  соответствующих  величин),  то  значение  АН
также  должно  быть  отрицательным,  т.  е.  теплосодержание  си¬
стемы  уменьшается.  Отсюда  следует,  что  все  адсорбционные
процессы  являются  экзотермическими  и  сопровождаются  выде¬
лением  тепла,  которое  принято  называть  «теплотой  адсорбции».
 Величина  теплоты  адсорбции  в  зависимости  от  характера
взаимодействия  адсорбируемых  атомов  или  молекул  с  поверх¬
ностью  твердого  тела  может  быть  весьма  различной.
 Для  химической  адсорбции  (или  хемосорбции),  которая  про¬
текает  с  образованием  новых  химических  соединений,  харак¬
терно  большое  выделение  тепла.  Теплота  хемосорбции  дости¬
гает  величины  тепловых  эффектов  химических  реакций  (десятки
тысяч  кал/моль).  Физическая,  или  ван-дер-ваальсова,  адсорб¬
ция,  при  которой  уплотняющийся  на  поверхности  газ  или  пар
лишь  слабо  с  ней  реагирует,  сопровождается  значительно  мень¬
шим  тепловым  эффектом  —  порядка  теплоты  конденсации  газов
и  паров  (от  нескольких  сот  до  нескольких  тысяч  кал/моль).
Для  почв  эта  величина  имеет  порядок  нескольких  кал/г
(П.  И.  Андрианов,  1946).
 При  физической  адсорбции  основным  фактором  является  не
природа  адсорбента,  а  величина  его  поверхности,  от  которой
и  зависит  в  данном  случае  интегральная  теплота  адсорбции.
При  этом  теплота  адсорбции  первого  адсорбированного  слоя
больше  теплоты  адсорбции  следующего  слоя,  образование  ко¬
торого  обусловлено  уже  взаимодействием  не  с  поверхностью  ад¬
сорбента,  а  между  однородными  молекулами  адсорбируемого
газа  или  пара,  также  находящимися  в  сфере  влияния  поверхно¬
сти  адсорбента.
 Однако  в  некоторых  случаях  и  при  физической  адсорбции
природа  адсорбента  имеет  заметное  влияние,  а  именно  при  ад¬
сорбции  на  ионных  адсорбентах  (к  которым  принадлежат  также
почвы  и  грунты)  некоторых  полярных  веществ,  среди  которых
первое  место  занимает  вода.  Причина  этой  особенности  воды
лежит  в  природе  ван-дер-ваальсовых  сил  притяжения  между
молекулами.

§  1] 	ОБ  АДСОРБЦИИ  ГАЗОВ  И  ПАРОВ  ПОЧВАМИ 	63Ф
 По  современным  воззрениям,  ван-дер-ваальсово  притяжение
вызывается  суммарным  действием  трех  электростатических
эффектов:  ориентационного  (эффект  Кизома),  индукционного
(эффект  Дебая)  и  дисперсионного  (эффект  Лондона),  происхо¬
ждение  которых  обусловлено  наличием  постоянных  или  мгно¬
венных  диполей  в  молекуле.
 Известно,  что  многие  незаряженные  молекулы  обладают  ди¬
польным  моментом*).  Это  означает,  что  центр  тяжести  .положи¬
тельных  зарядов  в  молекуле  не  совпадает  с  центром  тяжести
отрицательных  зарядов.  Когда  две  молекулы,  имеющие  диполь¬
ные  моменты,  приближаются  друг  к  другу,  то,  в  зависимости  or
относительной  ориентации,  либо  разноименные  диполи  притя¬
гиваются,  вызывая  сближение  молекул,  либо  одноименные  —
отталкиваются,  препятствуя  их  сближению.  Поскольку  обе
ориентации  равновероятны,  то  суммарный  эффект  должен  был
бы  быть  равен  нулю.  Но,  помимо  дипольного  момента,  моле¬
кулы  в  газовой  фазе  обладают  еще  вращательным  моментом,,
стремящимся  ориентировать  диполи  параллельно  друг  другу
так,  чтобы  положительный  конец  одного  приблизился  к  отрица¬
тельному  концу  другого.  Поэтому  вращательные  моменты  уси¬
ливают  только  притяжение.  Этот  эффект  был  открыт  Кизомом,
который  в  1921  г.  показал,  что,  благодаря  соответствующей
ориентации  молекул,  притяжение  между  ними  всегда  в  среднем
преобладает  над  отталкиванием.  Электростатическими  силами
притяжения,  обусловленными  ориентацией  диполей,  Кизом  объ¬
яснил  ван-дер-ваальсово  притяжение  и  назвал  открытый  им
эффект  «ориентационным».  Однако  из  уравнения**),  выведен¬
ного  Кизомом  для  взаимного  притяжения  молекул,  вытекала
обратная  пропорциональность  потенциальной  энергии  ориента¬
ционного  эффекта  абсолютной  температуре,  что  противоречило
экспериментальным  наблюдениям.  Это  противоречие  было  разъ¬
яснено  Дебаем,  который  показал,  что  сближающиеся  диполи
могут  воздействовать  друг  на  друга  подобно  тому,  как  прибли¬
жение  заряда  воздействует  на  проводник:  на  прилежащей  сто¬
роне  проводника  индуцируется  заряд  противоположного  знака,
на  удаленной  стороне  —  заряд  того  же  знака.  Таким  же  обра¬
зом  дипольная  молекула  индуцирует  диполь  в  другой  молекуле.
Между  индуцирующим  и  индуцированным  диполем  всегда
 *)  Определяется  как  произведение  заряда  на  расстояние  между  цен¬
трами  тяжести  положительных  и  отрицательных  зарядов  в  молекуле.
 2  M'iH'2  1
 **)  Ua  = 	«  —ttf  »  где  и0  —  потенциальная  энергия,  обусловлен*
 о  /ь  к!
 иая  ориентационным  эффектом,  /  —  расстояние  между  центрами  двух  дипо¬
лей,  Ц]  и  Ц2  —  дипольные  моменты,  k  —  константа  Больцмана,  Т  —  абсо¬
лютная  температура. 	1

616  ОЦЕНКА  И  РЕГУЛИРОВАНИЕ  ТЕПЛОВОГО  РЕЖИМА  С.-Х.  ПОЛЯ  [ГЛ.  V
 сразу  /после  полива,  как  это  имеет  место  для  воздуха,  а  через
некоторое  время  (на  3-й  день  .после  .полива,  как  это  видно  из
табл.  145).  Таким  образом,  наступающее  сразу  охлаждение  воз¬
духа  поддерживается  через  несколько  дней  добавочным  после¬
дующим  охлаждением  почвы.
 Таблица  145
 Распределение  среднесуточных  и  максимальных  температур  на  оро¬
шаемом  (полив  26—29/VI  по  полосам)  и  неорошаемом  полях  на  глуби¬
не  5  см
 Дата
 Разница  в  температурах
 среднесуточных
 максимальных
 Июнь
 24
 -2,7
 6,9
 25
 —0,9
 5,0
 29
 4.3
 15,0
 30
 4.2
 15,6
 Июль
 1
 5,6
 13,8
 2
 4,1
 10,7
 3
 3,7
 9,8
 4
 1,7
 6,4
 5
 1,0
 12,3
 6
 2,6
 12,8
 7
 3,8
 —
 9
 2,4
 9,6
 10
 2,5
 9,4
 §  4.  Регулирование  теплового  режима  сельскохозяйственного
поля  путем  изменения  микрорельефа  почвы
 Исследования  показали,  что  создание  гребнистой  поверхно¬
сти  способствует  отводу  избыточной  влаги,  улучшает  прогре¬
ваемость  почв,  обеспечивает  лучшую  аккумуляцию  рассеянной
радиации,  улучшает  аэрацию  посева  и  конвективный  тепло¬
обмен  воздуха  с  почвой,  что  приводит  к  улучшению  морозо¬
стойкости  во  время  ночных  радиационных  заморозков.
 В  1954  и  в  1955  гг.  нашей  лабораторией  поставлены  обшир¬
ные  исследования,  а  также  осуществлены  расчеты,  ставившие
целью  выяснить  причину  лучшего  прогревания  на  гребнях,
найти  источники  дополнительного  тепла,  получаемого  гребни¬
стой  поверхностью  по  сравнению  с  ровной,  связать  режим

§  4) 	РЕГУЛИРОВАНИЕ  ТЕПЛОВОГО  РЕЖИМА  С.-Х.  ПОЛЯ 	617
 влаги  и  тепла  в  почве  под  воздействием  приема  гребневания.
Исполнителем  этой  большой  работы  была  Е.  П.  Рябова  (1957),
которой  удалось  сделать  в«этом  направлении  наиболее  полные
выводы.  Аналогичную  работу  проводил  под  нашим  руковод¬
ством  в  Латвии  Л.  О.  Бикис,  сотрудник  Латвийской  сельско¬
хозяйственной  академии,  на  других  почвах  и  других  культу¬
рах  (1955).
 Поскольку  выводы  в  основном  не  расходятся,  мы  остано¬
вимся  главным  образом  на  результатах,  полученных  в  Ленин¬
градской  области.  В  1954  г.  опыт  был  проведен  на  полях  сов¬
хоза  «Ручьи»  на  площади  4  га,  на  подзолистых  пылеватых  су¬
глинках  с  культурой  картофеля;  в  1955  г.  —  с  кукурузой  в  сов¬
хозе  «Запорожье»  на  площади  2,7  га  на  слабоподзолистых,
тяжелосуглинистых,  пылеватых,  на  моренных  суглинках.
 В  первый  год  посадка  осуществлялась  с  30/V  по  1/VI:
 а) 	на  ровном  поле  (2  га)  обычным  квадратно-гнездовым  ме¬
тодом  с  глубиной  заделки  клубня  в  10  см,  с  густотой
40  800  клубней  на  1  га\
 б) 	на  гребнях  высотой  25  см,  предварительно  нарезанных
тракторным  окучником  (расстояние  между  вершинами  гребней
70  см).  Поле  маркеровалось  поперек  гребней  Полозовым  марке¬
ром.  В  углубления,  на  расстояния  70  см  друг  от  друга,  закла¬
дывались  гнезда  клубней  картофеля.  В  каждом  гнезде  помеща¬
лось  по  2  клубня,  расстояние  между  клубнями  20  см.  Вторич¬
ным  проездом  трактора  с  окучником  вдоль  гребней  клубни
окончательно  заделывались  на  глубине  5—6  см  от  вершины
гребня.  Густота  посадки  такая  же,  как  на  ровном  поле.  Борьба
с  сорняками,  доза  и  качество  удобрений,  все  другие  агротехни¬
ческие  мероприятия  одинаковы  на  обоих  участках.
 В  1955  г.  в  совхозе  «Запорожье»  1,9  га  опытного  участка
было  отведено  для  посева  кукурузы  на  гребнях,  0,8  га  —  для
посева  на  ровной  поверхности  (контроль).
 Посев  кукурузы  вручную  проведен  с  9  по  12/VI.  Семена  за¬
делывались  на  обоих  вариантах  на  глубину  5—7  см,  по  4—5  зе¬
рен  в  гнездо;  расстояние  между  гнездами  70  X  70  см.  После
посева  гребни  оправлены  конным  окучником.  Агротехника  и
все  удобрения  выдерживались  одинаковыми  на  гребнях  и  кон¬
троле.
 Как  в  1954  г.,  так  и  1955  г.  на  гребнях  отмечен  более  высо¬
кий  урожай,  более  ранние  и  дружные  всходы  картофеля
и  кукурузы.  Превышение  урожая  для  картофеля  62  ц/га,  или
41%,  для  кукурузы  57,5  ц!га,  или  60%.  Измерения  проводились
с  помощью  оборудованных  на  гребнистой  и  ровной  шлощадках
двух  агрофизических  станций,  управляемых  централизованным
и  дистанционным  путем.  В  комплекс  наблюдений  на  каждой
станции  входило:

640 	ВОДНЫЕ  СВОЙСТВА  ПОЧВЫ  И  ИХ  ФИЗИЧЕСКАЯ  природа  [гл.  I
 возникает  притяжение,  при  этом  индукционный  эффект  не  зави¬
сит  от  температуры  *).  Поэтому  часть  энергии  взаимодействия
«е  уменьшается  обратно  -пропорционально  температуре,  как
того  требует  уравнение  Кизома.
 Ориентационный  и  индукционный  эффекты  притяжения  объ¬
ясняют  взаимодействие  между  молекулами,  обладающими  по¬
стоянными  дипольными  моментами  (вода,  спирт,  аммиак  и  др.).
Притяжение  же  существует  и  между  молекулами,  не  имеющими
постоянных  дипольных  моментов.  В  1930  г.  Лондон  показал,  что
любая  неполярная  молекула  должна  обладать  мгновенным  ди¬
польным  моментом,  обусловленным  различными  направлениями
движения  электронов  вокруг  ядра,  что  вызывает  несимметрич¬
ное  распределение  плотности  электронного  облака.  В  против¬
ном  случае  надо  было  бы  принять,  что  электроны  всегда  симме¬
трично  располагаются  вокруг  ядра,  а  это  невозможно.  Но  по-'
скольку  все  ориентации  электронов  равновероятны,  то  средний
дипольный  момент  будет  равен  нулю,  а  дипольный  момент,  вы¬
званный  несимметричным  расположением  электронов  вокруг
ядра,  будет  постоянно  колебаться  —  осциллировать  —  по  вели:
чине  и  направлению.  Тем  не  менее  этот  осциллирующий  диполь¬
ный  момент  имеет  важное  значение:  он  связан  с  излучением
света  и  вызывает  притяжение  между  молекулами.  С  помощью
квантовой  механики  Лондон  показал,  что  ван-дер-ваальсово  при¬
тяжение  зависит  от  вероятности  различных  оптических  пере¬
ходов,  которые  происходят  в  атоме.  Так  как  эти  переходы  свя¬
заны  с  дисперсией  света,  эффект  Лондона  был  назван  диспер¬
сионным.
 Для  молекул,  обладающих  постоянным  дипольным  момен¬
том,  ван-дер-ваальсова  энергия  притяжения  складывается  из
ориентационного,  индукционного  и  дисперсионного  потенциалов.
Относительная  их  величина  зависит  от  рода  молекулы.  Приво¬
дим  для  иллюстрации  таблицу  Лондона  (табл.  149)  для  четы¬
рех  молекул  (см.  у  Брунауэра,  1948).
 Из  табл.  149  видно,  что  вода  обладает  очень  большим  ди¬
польным  моментом  и  большим  потенциалом  притяжения,  глав¬
ным  образом  за  счет  ориентационного  эффекта.  Если  разделить
величину  дипольного  момента  на  площадь,  которую  занимает
молекула  на  поверхности  адсорбента,  то  для  воды  получается
величина  большая,  чем  для  других  млекул,  так  как  молекула
воды  мала,  а  дипольный  момент  ее  велик.  Например,  диполь¬
ный  момент  воды  в  расчете  на  единицу  поверхности  почти
 *)  Ц'  		а1^2  Н~  ^  где  иf  —  энергия  взаимодействия,  обусловлен¬
 ная  индукцией,  а±  и  а2—  коэффициенты  пропорциональности,  называемые
поляризуемостью.

§  1J 	ОБ  АДСОРБЦИИ  ГАЗОВ  И  ПАРОВ  ПОЧВАМИ 	641
 Таблица  149
 Дипольные  моменты  молекул  и  потенциалы  притяжения
 Газ
 (X  •  10‘8
 см"  ■  дн'1г
 Потенциал  притяжения,
 эрг  •  смъ
 ориентацион¬
 ный
 индукционный
 дисперсион¬
 ный
 СОо
 0,12
 0,0034
 0,057
 67,5
 НС1
 1,03
 18,6
 5,4
 105
 NH,
 1,5
 8'4
 10
 93
 НоО
 1,84
 190
 10
 47
 в  2,5  раза  больше,  чем  у  этилового  спирта.  И.  Н.  Антипов-Ка¬
ратаев  (1947)  приводит  вычисление  энергии  взаимодействия
диполей  воды  с  ионными  адсорбентами,  к  которым  должны  быть
отнесены  почвы,  глины,  торфы;  оно  дало  для  энергии  адсорбции
молекул  воды  почвами  и  глинами  величину  порядка  от  700  до
1400  эрг/см2.  По  энергии  взаимодействия  адсорбция  воды  ион¬
ными  адсорбентами  занимает  промежуточное  положение  между
физической  адсорбцией  и  хемосорбцией.  Поэтому  природа  ион¬
ных  адсорбентов  оказывает  заметное  влияние  на  адсорбцию
паров  воды.  Для  примера  приводим  данные  И.  Н.  Антипова-
Каратаева  по  сорбции  паров  воды  (при  различном  отношении
давления  паровик  давлению  насыщения  S^s)  черноземом,  насы¬
щенным  различными  катионами  (табл.  150).
 Таблица  150
 Сорбция  (в  процентах)  паров  воды  черноземом,  насыщенным
различными  катионами
 Li+
 Na+
 к+
 Ва+  +
 I  &/<?*
 н+
 Са++
 М  g++-
 0,16
 4,53
 2,58
 2,90
 3,98
 0,175
 4,22
 4,90
 4,38
 *),32
 4,68
 3,75
 3,87
 4,99
 0,35
 5,02
 5,64
 —
 0,50
 6,57
 4,82
 4,63
 5,69
 0,50
 5,90
 6,58
 5,88
 0,60
 7,14
 5,42
 5,43
 6,44
 0,60
 6,12
 6,81
 6,07
 0,75
 8,15
 6,27
 6,54
 7,51
 0,95
 8,69
 9,12
 8,45
 0,94
 9,44
 7,74
 8,25
 8,81
 0,96
 8,74
 9,35
 8,71
 0,97
 9,61
 8,20
 8,60
 9,14
 Адсорбция,  как  это  было  показано  многочисленными  экспе¬
риментальными  работами,  протекает  с  исключительной  быстро¬
той  (от  нескольких  минут  до  сотых  долей  секунды).  При  физи-,
 41  Зак.  196.

618  ОЦЕНКА  И  РЕГУЛИРОВАНИЕ  ТЕПЛОВОГО  РЕЖИМА  С.-Х.  ПОЛЯ  [ГЛ.  V
 1) 	исследование  радиационного  режима  поля,  т.  е.  прямой,
 рассеянной,  суммарной  радиации,  альбедо,  противоизлучения
и  излучения  почв; 	*
 2) 	исследование  структурно-механического,  воздушного  и
водного  режимов  почв,  т.  е.  удельного  веса  твердой  фазы,  объ¬
емного  веса  почв,  динамики  влажности,  испарения,  причем  все
эти  элементы  измерялись  как  на  вершине  гребня,  так  и  в  бо¬
розде;
 3) 	исследование  теплового  режима  почв  и  микроклимата
поля,  т.  е.  температурного  профиля  в  почве,  тепловых  характе¬
ристик,  влажности  и  температуры  в  приземном  воздухе.
 Перечисленные  элементы  записывались  круглосуточно.
 Условия  погоды  в  1954  г.  характеризовались  низкими
температурами  и  обилием  осадков  в  мае,  нормальными,  близ¬
кими  к  среднемноголетним  в  июне,  а  в  июле  темпера¬
тура  была  на  2,2°  выше  нормы,  осадки  —  вдвое  выше  нормы.
Август  во  всех  отношениях  был  близок  к  норме.  В  1955  г.
весна  также  была  холодной  и  дождливой  (в  мае  и  июне  тем¬
пература  держалась  на  2—3°  ниже  нормы).  В  июле,  августе
и  сентябре  было  тепло.  Всего  осадков  выпало  100  мм  про¬
тив  300  мм  за  1954  г.  Таким  образом,  вегетационный  период
1955  г.  следует  считать  засушливым  в  условиях  Ленинград¬
ской  области.
 Приводим  ниже  основные  результаты  исследования.  Объем¬
ный  вес  пахотного  слоя  почвы  после  нарезки  гребней  резко  сни¬
жается.  Выпавшие  осадки  немного  уплотняют  почву,  но  даль¬
нейшим  рыхлением  гребней  пахотный  слой  поддерживается
в  рыхлом  состоянии.  В  то  же  время  на  ровном  поле,  несмотря
на  культивации,  пахотный  слой  лишь  на  глубине  0—5  см  на¬
ходится  в  рыхлом  состоянии.
 В  течение  всего  вегетационного  периода  сухим  на  гребнях
являлся  лишь  самый  верхний  слой  0—5  см.  В  слое  5—10  см
наблюдалась  оптимальная  влажность,  а  под  гребнем  ниже
20  см  почва  хорошо  увлажнена.
 Несмотря  на  высокие  температуры  (1955  г.),  на  ровной  по¬
верхности  лишь  самый  верхний  слой  является  сухим,  ниже  5  см
влажность  почвы  очень  высока.  Общие  запасы  влаги  в  метровом
слое  на  обоих  полях  практически  одинаковы.  Уменьшение
влаги  в  верхнем  слое  гребня  обуславливает  понижение  по¬
движности  почвенной  влаги,  что  вызывает  торможение  процесса
испарения,  предохранение  от  чрезмерного  испарения,  экономию
тепла,  расходуемого  на  этот  процесс.
 Непосредственное  измерение  хода  испарения  в  различные
периоды  с  помощью  микроиспарителей  на  вершине  гребня,
в  борозде  и  на  ровной  поверхности  показывает  следующее:  не¬
посредственно  после  нарезки  гребней  влажная  и  теплая,

§  4| 	РЕГУЛИРОВАНИЕ  ТЕПЛОВОГО  РЕЖИМА  С*.-Х.  ПОЛЯ 	619
 хорошо  обдуваемая  вершина  гребня  испаряет  влагу  значи¬
тельно  интенсивнее,  чем  ровная  поверхность.  В  дальнейшем
на  поверхности  гребней  возникает  подсохшая  корка,  которая
ведет  к  замедлению  испарения.  Этот  процесс  определяется
теперь  по  преимуществу  не  внешними  условиями,  а  природой
почв,  скоростью  диффузии  паров  через  верхнюю  корку.  В  то  же
время  на  ровном  поле  и  в  бороздах  на  гребнистом  поле  идет
капиллярный  подток  влаги  и  более  интенсивное  испарение.
 Всякое  увлажнение  гребней,  в  том  числе  вызванное  осад¬
ками,  приводит  вновь  к  интенсификации  испарения.  Указанная
картина  подтверждается  табл.  146,  дающей  среднесуточные
значения  испарения  после  нарезки  гребней,  после  дождей
и  в  ясные,  сухие  периоды.
 Таблица  146
 Значение  среднесуточного  испарения  (мм)
 Вариант
 После
нарезки
гребней
13—15/VI
 Ясные
дни,  сухой
период
22/VI—2/VII
 После
дождя
14  мм
9/VII
 Ясные  дни,
сухой
период
13—18/VII
 После
 дождя  45  мм
23—31/VII
 Вершина  гребня  .
 2,38
 1,70
 2,94
 1,51
 3,84
 Борозда
 3,42
 3,12
 3,40
 2,12
 4,03
 Ровное  поле  .  .  .
 2,27
 2,17
 2,84
 2,07
 3,90
 Испарение  со  всего  гребнистого  поля  (гребни  и  борозды)
дает  метод  теплового  баланса.  Результаты  обработки  этих  дан¬
ных  приведены  в  табл.  147.
 Из  табл.  146  видно,  что  в  сухие  периоды  суммарное  испаре¬
ние  с  гребнистой  поверхности  или  равно,  или  мало  превышает
испарение  с  ровного  поля.  Лишь  сразу  после  нарезки  гребней
имеет  место  значительная  разница  в  величине  испарения.
 Таблица  147
 Значения  испарения  с  поверхности  гребней  и  ровного  поля  (мм)
 Вариант
 Числа
 июня
 15
 18
 19
 22
 23
 26
 27
 30
 Гребнистое  поле  .  .
 3,16
 2.27
 0,87
 2,27
 1,42
 1,96
 2,05
 2,35
 Ровное  поле  ....
 2,10
 2,15
 0,93
 1,65
 1,73
 2,04
 2,01
 U7

642 	ВОДНЫЕ  СВОЙСТВА  ПОЧВЫ  И  ИХ  ФИЗИЧЕСКАЯ  ПРИРОДА  [гл.  1
 ческой  адсорбции  на  свободной  поверхности  равновесие  часто
устанавливается  настолько  быстро,  что  скорость  ее  не  удается
измерить  существующими  методами.  Если  в  адсорбенте  имеются
длинные,  очень  тонкие  поры,  через  которые  должны  диффун¬
дировать  молекулы  газа,  то  адсорбция  протекает  в  течение  из¬
меримого  отрезка  времени.  Во  многих  случаях  за  быстрым  на¬
чальным  периодом  адсорбции  следует  медленный  процесс  уста¬
новления  равновесия.
 Например,  для  образца  воздушносухой  суглинистой  почвы
установление  равновесия  с  азотом  в  вакууме  при  —183°  С  уже
 в  первую  минуту  проходит  более  чем
на  95%,  конечное  же  состояние  рав¬
новесия  достигается  только  через  не¬
сколько  часов  (Ст.  Брунауэр,  1948).
Медленные  процессы  могут  объяснять¬
ся  процессами  хемосорбции,  наклады¬
вающимися  на  физическую  адсорб¬
цию,  или  наличием  препятствий,  ме¬
шающих  взаимодействию  с  поверхно¬
стью.  Таким  препятствием  могут  ока¬
заться  ранее  адсорбированные  моле¬
кулы,  которые  постепенно  вытесняются
с  занятых  ими  мест.
 Из  смеси  газов  и  паров  поверхно¬
стью  поглощается  преимущественно
тот  компонент,  адсорбция  которого
сопровождается  максимальным  умень¬
шением  свободной  энергии,  т.  е.  который  лучше  «смачивает»
твердую  поверхность.  Для  почв  и  грунтов,  как  и  для  других
гидрофильных  поверхностей,  таким  компонентом  является  водя¬
ной  пар.  Поэтому  поверхность  гидрофильных  тел,  находящихся
в  соприкосновении  с  атмосферным  'воздухом,  представляющим
смесь  газов  и  ларов,  обычно  покрыта  слоем  молекул  воды,  а  не
молекул  азота  или  кислорода,  хотя  парциальное  давление  этих
газов  в  воздухе  выше,  чем  давление  водяного  пара.
 Конкуренция  между  водяным  паром  и  воздухом  наглядно
иллюстрируется  рис.  197:  по  мере  увеличения  количества  ад¬
сорбированного  водяного  пара  (увеличивается  влажность
почвы  доп),  резко-  уменьшается  и  доходит  до  нуля  количество  ад¬
сорбированного  воздуха  (ув). 	*
 Количество  адсорбированного  на  данном  адсорбенте  газа
или  пара  при  установившемся  равновесии  зависит  от  темпера¬
туры  и  давления.  В  соответствии  с  правилом  Ле-Шателье,  ад¬
сорбированное  количество  тем  больше,  чем  больше  давление
газа  или  пара  (чем  ближе  оно  к  давлению  насыщения)  и  чем
ниже  температура,  при  которой  протекает  адсорбция.  По  про¬
 Рис.  197.  Адсорбция  водя¬
ных  паров  почвами  в  при¬
сутствии  воздуха.
 J  —  чернозем;  2  —подзолистый
суглинок.

ОБ  АДСОРБЦИИ  ГАЗОВ  И  ПАРОВ  ПОЧВАМИ
 643
 §  1]
 шествии  некоторого,  как  уже  было  указано,  обычно  малого,  вре¬
мени  процесс  адсорбции  прекращается,  и  система  приходит  в  со¬
стояние  устойчивого  равновесия.
 Теорию  адсорбции  на  свободной  поверхности  впервые  раз¬
вил  Лэнгмюр,  который  исходил  из  представления,  что  скорость
адсорбции,  измеренная  экспериментально,  является  разностью
между  скоростью,  с  которой  молекулы  конденсируются  на  по¬
верхности,  и  скоростью,  с  которой  они  покидают  эту  поверх¬
ность.  При  столкновении  молекулы  газа  или  пара  с  поверхно¬
стью  твердого  тела  удар  может  быть  упругим  или  неупругим.
Упругое  отражение,  при  котором  удар  не  сопровождается  об¬
меном  энергией,  происходит  сравнительно  редко.  В  большин¬
стве  случаев  удар  оказывается  неупругим,  и  молекула  некото¬
рое  время  остается  в  контакте  с  поверхностью,  после  чего
возвращается  в  газовую  фазу.  Эта  задержка  во  времени,  связан¬
ная  с  пребыванием  молекулы  на  поверхности,  обуславливает
явление  адсорбции.
 Если  обозначить  через  т  число  молекул,  ударяющихся  об
1  см2  поверхности  в  секунду,  а  через  п  —  число  молекул,  испа¬
ряющихся  с  1  см2  в  секунду,  то  скорость  адсорбции  может  быть
выражена  уравнением  Лэнгмюра:
 dCs
 ——  =OLtn  —  Пу
 (1)
 где  Cs  —  поверхностная  концентрация,  т.  е.  число  молекул,  ад¬
сорбированных  на  1  см2  поверхности;  t  —  время,  а  —  коэффи¬
циент  конденсации  (отношение  числа  молекул,  конденсирую¬
щихся  на  поверхности,  к  общему  числу  молекул,  ударяющихся
о  поверхность).  Значение  т  для  единицы  поверхности  может
быть  получено  из  кинетической  теории  газов:
 т  =  &  (2*MkT)'h, 	(la)
 где  М  —  масса  молекулы,  k  —  постоянная  Больцмана,  —дав-
ление,  Т  —  абсолютная  температура.
 Так  как  упругие  столкновения  редки,  то  а  всегда  близко
 т-г 	dCs  л
 к  единице.  При  равновесии  -jj-  =  0  и  апг  =  п.
 Уравнение  Лэнгмюра  является  общим  уравнением  адсорб¬
ции,  исходящим  из  представления  об  образовании  мономолеку-
лярных  слоев  адсорбции.  Оно  удовлетворительно  описывает  экс¬
периментальные  данные  в  тех  случаях,  когда  происходит  моно-
молекулярная  адсорбция  на  однородной  поверхности.  Если  же
поверхность  неоднородна  или  силы  взаимодействия  между  ад¬
сорбированными  молекулами  и  молекулами,  находящимися  в  га¬
зовой  фазе,  значительны  и  могут  привести  к  образованию
 41*

620  ОЦЕНКА  И  РЕГУЛИРОВАНИЕ  ТЕПЛОВОГО  РЕЖИМА  С.-Х.  ПОЛЯ  [ГЛ.  V
 В  полном  соответствии  с  режимом  влаги  находится  воздуш¬
ный  режим,  который  значительно  улучшен  на  гребнистом  поле.
 В  силу  того,  что  ровное  поле  все  время  находилось  в  усло¬
виях  высокой  влажности,  здесь  весь  июль  воздухоемкость  была
недостаточной,  а  в  то  же  время  на  гребнях  она  достигала  35%.
 Рис.  193.  Ход  разности  температур  „гребень  —  ровная
поверхность"  в  почве  на  различных  глубинах.
 При  дальнейших  обработках  воздухоемкость  на  гребнях  держа¬
лась  на  уровне  35—45%,  а  на  ровном  поле  15—20%.  Уменьше¬
ние  влагосодержания  на  гребнях  за  счет  увеличения  воздухо-
содержания  не  приводит  к  засухе,  если  учесть,  что  иссушается
лишь  самый  тонкий  слой  0—2  см  до  уровня  влажности  завяда-
ния.  Что  касается  слоя  10—20  см,  то  от  конца  июня  и  далее
здесь  влажность  сохранялась  равной  20—30%,  или  50%  от  по¬
левой  влагоемкости,  а  в  слое  30—50  см  влажность  была  равна
почти  полной  полевой  влагоемкости  все  время,  пока  корни,  до¬
шедшие  сюда  не  иссушили  почву,  но  лишь  до  70%  полевой
влагоемкости.  На  контроле  даже  в  слое  0—2  см  влажность
мала  (0—10%),  и  только  в  сухую  погоду,  ниже,  т.  е.  в  слое
10—20  см,  влажность  была  равна  30—40%,  т.  е.  70%  от  поле¬
вой  влатоемкости.  После  осадков  влага  на  гребнистом  поле
скатывается  в  борозды,  образуя  под  гребнем  увеличенный
запас  влаги,  сохраняющейся  благодаря  мульчирующему  дей¬
ствию  верхушки  гребня  и  лучше  обеспечивая  выросшие  рас¬
тения.  Режим  влаги  находится  в  тесной  связи  с  режимом
тепла.
 Опыт  дает  для  гребнистой  поверхности  более  высокие  тем¬
пературы,  чем  на  ровном  поле.  Такая  картина  имеет  место  как
на  поверхности,  так,  особенно,  в  глубине.  Сама  поверхность  того
и  другого  поля  отличается  по  температуре  меньше,  чем  ниже¬
лежащие  слои.  При  этом  в  ночное  время  самый  верхний  тонкий

РЕГУЛИРОВАНИЕ  ТЕПЛОВОГО  РЕЖИМА  С.-Х.  ПОЛЯ
 621
 §  4]
 ■слой  (0—5  см)  в  силу  улучшения  условий  излучения  интенсив¬
нее  охлаждается  на  гребне,  чем  на  ровном  поле  (рис.  193).
Но  этот  процесс  охватывает  самый  тонкий  слой;  кроме  того,
в  северных  широтах  летом  ночь  значительно  короче  дневного
периода  суток.  Все  это  приводит  к  тому,  что  температура
в  почве  ниже  5  см  круг¬
лые  сутки  выше  на  греб-  **  кал
нях,  чем  на  ровном  поле
на  соответствующих  глу¬
бинах.  Иногда  это  поло-  0.9
жение  имеет  место  значи¬
тельную  часть  суток,  за
исключением  нескольких  0,7
ночных  часов;  данное
обстоятельство  способ¬
ствует  лучшему  прогре¬
ванию  гребня.  Обра-  оу-
щаясь  к  источникам  это¬
го  прогревания  и  к  оты¬
сканию  причин  дополни¬
тельного  тепла  на  греб¬
нях,  следует  указать  на
следующее.  Изучение  при¬
тока  и  оттока  радиацион
ной  энергии  на  гребнях  и  -0,2-
на  ровном  поле  убеждает
нас  в  том,  что  в  этом  от¬
ношении  нет  разницы  ме¬
жду  двумя  полями,  и  ра¬
диационный  баланс  прак¬
тически  у  них  одинаков
(рис.  194).
 В  самом  деле,  альбедо  'гребнистой  поверхности  несколько
меньше,  а  эффективное  излучение  в  такой  же  мере  несколько
больше,  чем  на  ровном  поле.  Ввиду  того,  что  приход  коротко¬
волновой  и  длинноволновой  радиации  к  обоим  полям  одинаков,
в  результате  на  них  устанавливается  примерно  одинаковый
суточный  радиационный  баланс.  Вследствие  уменьшенного  ис¬
парения  с  вершин  гребней  температура  поверхности  гребней
выше,  чем  температура  ровного  поля.  Эта  повышенная  темпе¬
ратура  передается  вглубь  почвы,  как  по  материалу,  имеющему
больший  коэффициент  температуропроводности  k,  чем  почва
ровного  поля.
 Большее  k  на  гребнях  получается  из-за  того,  что  теплоем¬
кость  почвы  гребня  особенно  в  верхнем  его  слое  (как  более
рыхлой  и  сухой)  меньше,  а  теплопроводность  по  глубине  гребня
 Рис.  194.  Ход  радиационного  баланса  и  его
элементов  на  гребнистой  (пунктир)  и  ровной
(сплошные  кривые)  поверхности.
 1  —  приход  суммарной  радиации;  2,3—  баланс  коротко¬
волновой  радиации;  4,  5  —радиационный  баланс;
6,  7  —  эффективное  излучение.

644
 ВОДНЫЕ  СВОЙСТВА  ПОЧВЫ  И  ИХ  ФИЗИЧЕСКАЯ  ПРИРОДА  [ГЛ.  I
 второго  адсорбированного  слоя,  то  простейшее  уравнение  Лэнг-
мюра  не  соблюдается.
 Существует  ряд  теорий  (потенциальная,  поляризационная,
капиллярной  конденсации  и  др.),  стремящихся  с  разных  точек
зрения  объяснить  многообразные  явления,  наблюдающиеся  при
физической  адсорбции  и  находящие,  выражение  в  разнообраз¬
ных  формах  изотерм  адсорбции.  Мы  не  будем  их  разбирать  и
интересующихся  читателей  отсылаем  к  книге  Брунауэра  (1948)
и  приложениям  к  ней,  в  которых  дано  объективное  и  подробное
изложение  состояния  учения  о  физической  адсорбции.  Укажем
лишь,  что  за  последние  годы  получила  широкое  распространение
теория  полимолекулярной  адсорбции  (теория  БЭТ,  названная
так  по  первым  буквам  фамилий  ее  авторов  —  Брунауэр,  Эммет
и  Теллер).  Эта  теория,  находящая  применение  и  к  почвам,  пы¬
тается  дать  единую  теорию  физической  адсорбции  и  описать
одним  уравнением  все  многообразные  случаи  адсорбции  паров
во  всей  области  относительных  давлений  —  от  нуля  до  насыще¬
ния.  Уравнение  Лэнгмюра  является  одним  из  частных  случаев
уравнения  БЭТ.
 Теория  БЭТ  (подробнее  см.  у  А.  В.  Киселева,  1945)  осно¬
вана  на  том,  что  молекулы  могут  задержаться  у  адсорбента  не
только  тогда,  когда  они  попадают  на  еще  незанятую  поверх¬
ность  самого  адсорбента,  но  и  тогда,  когда  они  попадают  на
поверхность  Si,  занятую  первым  слоем  адсорбированных  моле¬
кул,  S2  —  занятую  вторым  слоем,  и  т.  д.  вплоть  до  /-го  слоя,  где
/  =  оо,  что  соответствует  обычной  конденсации  при  упругости
пара  равной  упругости  насыщенного  пара  <^s.  Теория  БЭТ
исходит  из  предположения,  что,  при  данном  давлении  паров,
в  состоянии  равновесия,  в  среднем  степень  заполнения  этих
поверхностей  сохраняет  свою  величину,  т.  е.  скорости  адсорбции
и  десорбции  одинаковы.  Делая  два  важных  допущения:  о  том,
что  теплота  адсорбции  во  втором  и  следующих  слоях  не  зави¬
сит  от  числа  молекул,  уже  адсорбированных  в  первом  слое,  и
о  том,  что  условия  испарения  и  конденсации  во  втором  и  по¬
следующих  слоях  те  же,  что  и  в  нормальной  жидкости,  авторы
приходят  к  уравнению:
 где  W  —  количество  пара,  поглощенного  при  давлении  <^,
количество  адсорбированного  вещества,  образующее
монослой,  а  —  постоянная,  характеризующая  среднюю  теплоту
адсорбции  монослоя.
 Экспериментальная  проверка  показала,  что  это  уравнение
хорошо  оправдывается  только  для  процесса  адсорбции  в  об¬
ласти  относительных  давлений  (<^7еР8)  от  0,05  до  0,3—0,5.

§  1]. 	ОБ  АДСОРБЦИИ  ГАЗОВ  И  ПАРОВ  ПОЧВАМИ 	645
 Как  мы  видели  выше,  количество  газа  или  пара,  адсорби¬
рованного  при  равновесии  единицей  массы  данного  адсорбента,
является  функцией  только  двух  переменных  —  равновесного
давления  и  температуры:
 W=f(^9  Т),
 где  W—количество  газа,  адсорбированного  1  г  (или  1  см3)
адсорбента.  Количество  адсорбированного  газа  или  шара  обычно
определяют  экспериментально  в  зависимости  от  равновесного
давления  <^\  сохраняя  постоянной  температуру  опыта.  Графи¬
чески  удобно  изобразить  количество'  адсорбированного  газа
изотермой  адсорбции:
 W=f(oP)  или  V=f(oP)  при  Т  =  const.
 На  ординате  принято  откладывать  весовое  количество  W  или
объем  V  адсорбированнрго  газа  или  пара,  пересчитанный  на
нормальные  условия  (т.  е.  при  7  =  0°  С  и  <^°  =  760  мм  рт.  ст.),
отнесенные  к  единице  массы  или  объема  адсорбента;  на
абсциссе  —  давление  газа  или  отношение  давления  в  усло¬
виях  опыта  к  давлению  насыщения  при  температуре  опыта
Однако  изотермы  в  таких  координатах  дают  лишь
относительное  представление  о  величине  адсорбции,  что  затруд¬
няет  сравнение  результатов  для  различных  по*  величине^  по¬
верхностей.  Сравнимые  абсолютные  величины  адсорбции  полу¬
чаются  при  отнесении  количества  адсорбированного  вещества
к  единице  поверхности.  Такие  абсолютные  изотермы  адсорбции
были,  например,  построены  группой  авторов  (Н.  Н.  Авгуль
и  др.,  1951)  для  молотого  кварца  и  силикагеля  —  адсорбентов
одной  и  той  же  химической  природы,  но  резко  различных  по
структуре.  Сравнение  этих  изотерм  позволило  авторам  пока¬
зать  экспериментально,  что  между  адсорбцией  на  кварце
с  удельной  поверхностью  6,2  м2\г  и  на  силикагеле  с  удельной
•поверхностью  420  м2/г  существует  полная  аналогия  вплоть  до
(см.  ниже,  рис.  202),  когда  адсорбция  в  тонкопори¬
стом  адсорбенте  (силикагеле)  начинает  дополняться  новым
процессом  —  капиллярной  конденсацией,  т.  е.  конденсацией  во¬
дяных  паров  над  вогнутыми  менисками  жидкости  в  капилляр¬
ных  порах  (подробнее  ниже).
 На  рис.  198  приведена  типичная  изотерма  адсорбции  водя¬
ного  пара  и,  для  сравнения,  на  рис.  199  —  изотерма  адсорбции
углекислого  газа  почвой  (по  данным  Курона,  1930).  Различие
между  кривыми  очевидно.
 Изотерма  адсорбции  углекислого  газа  показывает,  что  за
начальным  периодом  интенсивной  адсорбции  следует  период
постепенного  затухания  по  мере  приближения  кk  равновесию
(кривая  имеет  параболическую  форму).  Такого  типа  изотермы

622  ОЦЕНКА  И  РЕГУЛИРОВАНИЕ  ТЕПЛОВОГО  РЕЖИМА  С.-Х.  ПОЛЯ  [  Г  Л.  V
 в  среднем  мало  отличается  (в  верхнем  высушенном  слое  она
несколько  меньше,  а  в  нижнем  влажном  и  плотном  несколько
больше)  от  таковой  для  ровного  поля.
 Поскольку  температура  в  любой  точке  почвы  определяется
как  функция  двух  величин:  температурной  амплитуды  на  по¬
верхности  и  коэффициента  температуропроводности,  а  обе  эти
величины  на  гребне  больше,  чем  на  ровном  поле,  то  легко
понять  термический  эффект  дополнительного  прогревания  греб¬
ней.
 §  5.  Тепловой  режим  почвы  при  различных
способах  обработки
 Разными  авторами  были  высказаны  в  разное  время  сообра¬
жения,  а  также  проведены  наблюдения,  которые  иллюстрируют
наличие  воздействия  агротехнических  мероприятий,  в  частности
обработки  почвы,  на  ее  температурный  режим.  Однако  до  сих
пор  не  существует  физической  теории  влияния  методов  обра¬
ботки  на  интенсивность  прогревания  или  охлаждения  почвы.
Между  тем  этот  вопрос  является  особенно  актуальным  для
весеннего  периода,  когда  температура  оказывает  существенное
влияние  на  развитие  сельскохозяйственных  растений.  Ниже  из¬
лагается  краткое  существо  «подобной  теории,  развитой  нами
совместно  с  М.  А.  Кагановым.
 Из  общих  соображений,  понятно,  что  температурное  поле
в  почве,  т.  е.  распределение  температур  во  .времени  и  по  глу¬
бине,  зависит  от  хода  температуры  на  поверхности,  от  значения
совокупности  термических  характеристик  и  их  изменения  с  глу¬
биной.
 В  простейшем  случае  однородной  по  глубине  почвы  можно
считать,  что  на  температурное  поле  оказывает  влияние,  помимо
температуры  поверхности  почвы,  только  коэффициент  темпера¬
туропроводности.  Такой  подход  развивался  нами  при  решении
многих  задач,  однако  он  оказы«вается  неприемлемым  «в  случае,
когда  благодаря  обработке  создается  резкая  неоднородность
свойств  почвы  по  глубине.  В  частности,  при  обработке  изме¬
няется  плотность  и  влажность  верхнего  слоя  почвы,  что  вызы¬
вает  соответствующие  изменения  как  в  абсолютных  величинах,
так  и  в  ходе  по  глубине  коэффициентов  теплопроводности  X,
теплоемкости  с,  теплоусвояемости  Yкср  и  коэффициента  темпе¬
ратуропроводности  k.
 Что  касается  температуры  на  поверхности  почвы,  то  она
зависит  от  соотношения  между  составными  частями  теплового
баланса.
 Обработка  почвы,  изменяя  элементы  теплового  баланса  и  их
соотношение,  меняет  тем  самым  ход  температуры  на  поверхно¬

§  5)
 ТЕПЛОВОЙ  РЕЖИМ  ПОЧВЫ  И  СПОСОБЫ  ОБРАБОТКИ
 625
 сти.  Рассмотрим,  какое  влияние  могут  оказать  методы  обра¬
ботки  верхнего  слоя  почвы  на  отдельные  компоненты  теплового
баланса  в  ранневесенний  период.  Сравним  для  этого  балансы
на  двух  участках  оголенной  почвы  с  различными  термическими
характеристиками,  сложившимися  в  результате  различной  обра¬
ботки  их.
 Тепловой  баланс,  как  известно,  пишется  в  форме:
 Известно,  что  при  достаточном  увлажнении  поверхностных  слоев
почвы  (влажность  выше  максимальной  полевой  влаго-
емкости),  имеющем  место  в  весеннее  время  на  большой  терри¬
тории  СССР,  величина  испарения  не  зависит  от  влажности
почвы.  Это  обстоятельство  многократно  проверено  в  полевых
условиях,  а  также  в  лаборатории.
 В  этих  условиях  интенсивность  испарения  с  поверхности
почвы  не  зависит  от  влажности  и  других  свойств  почвы,  а  все¬
цело  определяется  температурой  поверхности  и  внешними  усло¬
виями,  определяющими  диффузию  водяного  пара  в  воздухе.
 Что  касается  теплоотдачи  в  воздух  QK  и  радиационного
баланса  Qe,  то  их  изменение  связано  при  одинаковых  внешних
условиях  только  с  изменением  температуры  поверхности  почвы.
Последний  элемент  теплового  баланса,  а  именно  тепловой  поток
в  почву  Qn,  как  уже  указывалось  выше,  определяется  как  теп¬
ловыми  характеристиками  почвы,  так  и  температурой  на  ее
поверхности.
 Таким  образом,  в  весеннее  время  изменения  всех  элементов
теплового  баланса,  вызванные  обработкой  почвы,  определяются
изменением  температуры  поверхности.  Однако  можно  показать,
что  изменения  температуры  поверхности,  вызванные  самыми
мощными  средствами  обработки,  весьма  незначительны.  Дока¬
зательство  этого  положения  вкратце  сводится  к  следующему.
Напишем  для  двух  участков  выражения  для  теплового  баланса
на  их  поверхности,  учитывая,  что  они  подвергнуты  различной
обработке.  Тогда  для  первого  участка:
 Qe  —  Qn  “Ь  Qk  -\-  Qt
 (1>
 (2>
 для  второго  участка:
 (3)
 Величина  радиационного  баланса  Q«  может  быть  представлена
в  виде  разности  двух  членов,  из  которых  один  представляет
излучение  поверхности  сТ4  =  Qelf  а  другой  —  все  остальное.

646
 ВОДНЫЕ  СВОЙСТВА  ПОЧВЫ  И  ИХ  ФИЗИЧЕСКАЯ  ПРИРОДА  [ГЛ.  I
 характеризуют  простейшую  мономолекулярную  ван-дер-вааль-
сову  адсорбцию,  подчиняющуюся  вышеприведенному  уравне¬
нию  Лэнгмюра.
 Более  сложная  S-образная  изотерма  адсорбции  водяных  па¬
ров  может  быть  частично  описана  уравнением  БЭТ.  На  кривой
(рис.  198)  ясно  выделяются  три  области  (П.  В.  Вершинин,  1953):
 Рис.  198.  Изотерма  адсорбции
водяного  пара  мощным  тяже¬
лосуглинистым  чернозёмом  (по
данным  П.  В.  Вершинина).
 7—  область  мономолекулярной  адсорб¬
ции;  //  —  область  образования  поли-
молекулярного  слоя;  ///—область  ка¬
пиллярной  конденсации.
 Рис.  199.  Изотермы  адсорбции
углекислоты  почвами  различ¬
ного  механического  состава.
 /  —  глина;  2,  3,  4—  бурые  почвы;  5  —
садовая  земля.
 область  I—характерная  для  мономолекулярной  адсорбции;
область  II  —  .при  средних  давлениях,  обычно  .приписываемая
образованию  полимолекулярного  слоя;  область  III  —  свидетель¬
ствующая  о  начале  нового  процесса  (капиллярной  конденса¬
ции),  быстро  нарастающего  по  мере  приближения  давления
водяного  пара  к  давлению  насыщения  при  данной  температуре.
 Капиллярной  конденсацией  называется  процесс  сгущения
пара  над  вогнутой  поверхностью  раздела  жидкость  —  газ,  ха¬
рактерной  для  менисков  смачивающей  жидкости  в  капиллярах
и  тонких  порах.  Конденсация  над  вогнутой  поверхностью  про¬
исходит  потому,  что  над  ней  упругость  пара  меньше,  чем  над
плоской  поверхностью.  Это  явление  было  открыто  Кельвином
(Томсоном),  который  выразил  его  широко  известным  уравне¬
нием,  носящим  его  имя:
 <*>„  _ 	2Ш
 * 	рTrt  ’
 (3)
 где  «П  и  —  соответственно  упругость  насыщенного  пара  над
плоской  поверхностью  и  над  вогнутым  мениском  при  темпера-

§1] 	ОБ  АДСОРБЦИИ  ГАЗОВ  И  ПАРОВ  ПОЧВАМИ 	647
 туре  Т,  о  —  коэффициент  поверхностного  натяжения,  М  —  мо¬
лекулярный  вес  жидкости,  р  —  ее  плотность,  R  —  универсальная
газовая  постоянная,  г  —  средний  радиус  кривизны  поверхности,
связанный  с  двумя  главными  радиусами  кривизны  г\  и  г2  урав¬
нением:
 Это  уравнение  является  общим  для  любой  криволинейной
поверхности  раздела  жидкость  —  газ;  в  нем  значение  г  положи¬
тельно,  если  поверхность  выпукла  по  отношению  к  жидкости,
и  отрицательно,  если  поверхность  вогнута.  Поэтому  для  сфери¬
ческой  капли  >  <^о.
 В  дисперсных  телах  капиллярной  конденсации  всегда  должна
предшествовать  адсорбция,  создающая  условия,  при  которых
может  начаться  капиллярная  конденсация.
 В  точках  контактов  между  частицами  образуются  клиновид¬
ные  «закрытые»  V-образные  поры,  узкие  концы  которых  имеют
весьма  малое  сечение.  Образовавшиеся  на  противоположных
стенках  таких  тончайших  щелей  адсорбционные  слои  сливаются,
образуя  на  смачивающихся  поверхностях  вогнутый  мениск.  Так
как  давление  пара  над  ним  ниже  равновесного  давления  над
плоской  поверхностью,  как  это  следует  из  уравнения  Кельвина,
то  на  мениске  начинает  конденсироваться  пар,  и  капилляр  или
пора  постепенно  заполняются.
 Кроме  того,  в  тонкодисперсных  телах  имеются  тончайшие
поры  и  другой  формы  —  в  виде  бутылок  и  открытых  с  обоих
концов  канальцев;  в  них  также  образуются  мениски,  когда
адсорбционные  пленки  становятся  достаточно  толстыми,  чтобы
перекрыть  пору  в  самом  узком  месте.  Чем  выше  относительное
давление  адсорбируемого  пара,  тем  меньше  кривизна  менисков,
на  которых  может  происходить  капиллярная  конденсация.
Однако  чем  меньше  кривизна  мениска,  тем  меньше  и  разница
в  упругости  пара  над  ним  и  над  плоской  поверхностью.  При
радиусах  капилляров  или  пор,  приближающихся  к  10-5  см,
упругость  пара  над  вогнутым  мениском  быстро  приближается
к  упругости  пара  над  плоской  поверхностью,  и  капиллярная
конденсация  практически  не  заметна.
 Капиллярная  конденсация  в  ряде  случаев  является  необра¬
тимым  процессом;  это  означает,  что  при  десорбции  количество
адсорбированных  паров  при  данном  относительном  давлении  ока¬
зывается  иным,  а  именно  большим,  чем  при  адсорбции.  Это  явле¬
ние  называется  гистерезисом  и  отчетливо  видно  из  рис.  200*).
 *)  На  рис.  200  (и  дальше)  через  wB  обозначена  влажность  почвы
в  весовых  процентах.

624  ОЦЕНКА  И  РЕГУЛИРОВАНИЕ  ТЕПЛОВОГО  РЕЖИМА  С.-Х.  ПОЛЯ  [ГЛ.  V
 Qс0  является  суммой  баланса  коротковолновой  радиации  и  про¬
тивоизлучения  атмосферы
 С?б  =  С?б0  —  Qtr
 Подобное  представление  величины  Qe  удобно  по  той  причине,
что  слагаемое  Qen  можно  для  обеих  площадей  считать  одинако¬
вым.  При  этом  делается  правдоподобное  допущение  о  равен¬
стве  величин  альбедо  обеих  площадей.  Вычитая  из  (2)  выра¬
жение  (3),  найдем:
 AQn  +  AQT  AQK  -b  AQo,—0. 	(4)
 A  —  соответствующая  разность  однородных  величин.
 Учитывая,  что  нас  интересует  разница  в  температуре  поверх¬
ности  (до  появления  всходов),  приведем  вычисление  средней
разности  температуры  поверхности  за  этот  период  /2—1\  =  1—2
месяца.  Запишем  равенство  (4)  в  форме:
 t<x
 J  (AQn  +  AQX  -|-AQK  -j-AQ6j)  dt  =  0. 	(5)
 ti
 Примем,  как  это  делается  обычно,  что  температура  поверхности
почвы  в  годовом  ходе  может  быть  выражена  периодической
функцией  с  одной  гармоникой  вида
 Т=  Т0  sin  v>t, 	(6)
 rp 	J 	2rc
 где  Г0  —  годовая  температурная  амплитуда,  t—время;  «>  =  —,
 где  то  —  период,  равный  одному  году.
 Представим  слагаемые,  входящие  в  выражение  (5),  через
температуру  поверхности,  тогда  найдем,  что:
 ДС?В  =  pcpD  Д7\
 (7)
 &QT  =  L$DQ'  Д7\
 (8)
 AQ«,  =  4о  (Г+273)3  Д7\
 (9)
 где  р,  ср  —  средняя  плотность  и  теплоемкость  воздуха;  L  —
скрытая  теплота  парообразования;  с—  константа  излучения
почв;  D  —  интегральная  характеристика  турбулентного  обмена;
Q'  —  производная  удельного  влагосодержания  воздуха  по  тем¬
пературе;  АТ  —  искомая  разность  температур  поверхности  обеих
площадок
 Д7*  =  (То]  —  Го0sin  шt\
 ПО)

ТЕПЛОВОЙ  РЕЖИМ  ПОЧВЫ  И  СПОСОБЫ  ОБРАБОТКИ
 625
 §  5]
 Г*,1*  и  Г<2>—температурные  амплитуды  на  поверхности
обеих  площадок.
 Р  —  отношение  длительности  периода,  в  течение  которого
происходит  теплоотдача  в  воздух  и  испарение,  к  общей  дли¬
тельности  периода  осреднения.
 Что  касается  величины  теплового  потока  в  почву  Qn,  то  она,
с  учетом  (6),  при  решении  дифференциального  уравнения  тепло¬
проводности  дает
 Qn  =  Vод'СТц  sin 	^  , 	(11)
 AQn  =  [V*hC[  Л1)  - 	42)]  sin  («*  +  -J-). 	(12)
 Подставляя  (7)  —  (9)  и  (12)  в  выражение  (5),  найдем
[4а  (7*  -|-  273)3  -\-LpDQ'  4-  $cpD\  (7ф  -  if*)  +
 tz
 +  f  sinwdt-j-V* 	—  />А  То*)  -I-
 tl
 t<i
 +  /$Цш*  +  -?-)л  =  0. 	(13)
 tl
 Выражение  (13)  легко  преобразуется  в  следующее:
 (4з  (Г-1-273)3 	р  (П1*  —
 Hr  /  sin  (ш  -Ц^-4-  т) 	Til)  -  Vhp2  Tl2))  at.
 ti
 Отсюда  вычисляем  соотношение  между  амплитудами  (годовыми)
температурной  волны  на  поверхности  двух  участков:
 П‘>  _  а  +  уиа 	,  Уна—У  А
 if  A  +  VhCi  ^  А
 (14)
 где  через  А  обозначено
А  =  [4а  (Г+273)34^/Х?'  4-  KD)J=
 у  а>
 sin  а)
 h  -f-  U
2
 Sin  (  а>
 ti  +■  t
 2
 (15)
 Оценим  численное  значение,  величины  А.  Учитывая  величины
ряда  констант  и  реальные  значения  температуры  почвы  (10°С),
получим:
 40  Зак.  195.

648
 ВОДНЫЕ  СВОЙСТВА  ПОЧВЫ  И  ИХ  ФИЗИЧЕСКАЯ  ПРИРОДА  [ГЛ.  J
 Гистерезис  почти  всегда  сопутствует  капиллярной  конденса¬
ции  и  вызывается  рядом  причин.  Одна  из  них  заключается  в  за¬
грязнении  поверхности  адсорбента  молекулами  посторонних
газов,  которые  вытесняются  лишь  при  относительно  высоких
давлениях  адсорбируемых  паров.  Эта  причина  обуславливает
так  называемый  необратимый  гистерезис;  это  означает,  что  при
повторении  процесса  адсорбции  и  десорбции  десорбционная
ветвь  изотермы  не  воспроизводит  таковую  предыдущего  опыта.
 Рис.  200.  Типичная  изотерма  ад¬
сорбции  и  десорбции  водяных  па¬
ров  почвами.
 1  —  ветвь  адсорбции,  2—ветвь  десорбции.
 Рис.  201.  Обратимый  и  необратимый
гистерезис  при  адсорбции  паров.  ^
 1  —  изотерма  необратимого''процесса  адсорбции-
десорбции;  2,  3,  4  —изотермы  обратимого  процесса
адсорбции-десорбции,  —  соответственно  второго,
третьего  и  девятнадцатого  циклов  адсорбции-де¬
сорбции.
 Обратимый  гистерезис,  при  котором  изотермы  адсорбции  и
десорбции  даже  при  многократном  повторении  процесса  воспрог
изводятся  совершенно  точно  (рис.  201),  объясняется  различ*
ными  исследователями  по-разному.  Его  связывают  с  различной
величиной  краевых  углов  при  натекании  и  стекании,  с  запаздыг
ванием  образования  менисков  в  свободных  от  конденсата  от¬
крытых  порах,  а  также  с  наличием  имеющих  расширения  и
сужения  «бутылочных»  пор,  в  которых  при  адсорбции  в  первую
очередь  заполняются  расширения  при  больших  давлениях,
а  при  десорбции  опоражниваются  сужения  при  меньших  давле¬
ниях,  так  как  мениск  в  них  имеет  большую  кривизну.  V-образ-
ные  поры,  образующиеся  в  местах  контакта  частиц,  запол¬
няются  и  опоражниваются  обратимо  и  в  гистерезисе  не  уча*
ствуют.
 Экспериментальное  исследование  адсорбции  водяных  паров
песками  и  почвами,  проведенное  П.  В.  Вершининым  и  В.  П.  Кон¬
стантиновой  (1935),  подтвердило  мономолекулярный  характер
адсорбции  при  низких  упругостях  водяного  пара.  По  данным
этих  авторов,  образование  мономолекулярного  слоя  воды  за¬
канчивается  при  относительном  давлении  паров 	равном
 примерно  0,1.  Произведенные  ими  геометрическим  методом  вьь

ОБ  АДСОРБЦИИ  ГАЗОВ  И  ПАРОВ  ПОЧВАМИ
 649
 §  1]
 числения  удельной  поверхности*)  различных  фракций  песка
дали  хорошую  сходимость  с  величиной  удельной  поверхности,
определенной  по  количеству  адсорбированного  водяного  пара,
пересчитанному  на  мономолекулярный  слой.
 Применение  уравнения  БЭТ  для  определения  относитель¬
ного  давления,  при  котором  заканчивается  формирование  мо¬
нослоя  при  адсорбции  воды  почвами  (см.  Орчистон,  1952),  дало
величину  <^V<^%  =  0,21.  Такие  же  давления  приводит  для  почв
Квирк  (1955),  чьи  данные  для  коллоидных  фракций,  выделен¬
ных  из  почв,  приведены  в  табл.  151.
 Таблица  151
 Сравнение  величин  удельной  поверхности  почв,  определенных
по  адсорбции  водяных  паров  (£Ыз0)  и  по  низкотемпературной
адсобции  азота  (SNa)
 Материал
 Основной
 глинистый
 минерал
 Sh,o
 Mt/Z
 Sn,>
 м^/г
 *1*4
 завер¬
шения
формиро¬
вания
моно¬
слоя  по
БЭТ
 Суглинок  легкий  (Сесиль)  .  .  .
 Каолин
 70
 44
 0,25
 Суглинок  тяжелый  (Миами)  ....
 Иллит
 127
 72
 0,19
 Суглинок  средний,  фракция<0,3  мк
 (Каррингтон)
 194
 74
 0,21
 Суглинок  средний,  фракция<0,3  мк
 (Барнес)
 Монтмо¬
 303
 71
 0,17
 *•
 риллонит
 Na  —  каолинит  фракция  <0,5  мк
 (Пирлесс)
 —
 18,2
 18,6
 0,20
 Са  —  каолинит  (Пирлесс)
 —
 23,5
 17,6
 0,20
 Са  —  каолинит,  фракция  <0,5  мк  .
 —
 28,3
 27,6
 0,20
 В  табл.  151  обращает  на  себя  внимание  резкое  расхождение
между  величинами  удельной  поверхности,  вычисленными  по
адсорбции  азота  и  воды.  Это  расхождение  объясняется  отме¬
ченными  ранее  особенностями  адсорбции  диполей  воды  на  ион¬
ных  адсорбентах,  занимающей  промежуточное  положение  между
хемосорбцией  и  физической  адсорбцией,  и  говорит  о  бесполез¬
ности  попыток  определить  удельную  поверхность  любых  почв
 *)  Т.  е.  поверхности,  отнесенной  к  1  г  или  1  см3  адсорбента.

626  ОЦЕНКА  И  РЕГУЛИРОВАНИЕ  ТЕПЛОВОГО  РЕЖИМА  С.-Х.  ПОЛЯ  [ГЛ.  V
 при  о=1,37-10  кал  см2  сек  град4;  р=1,29-10'3  г/см3;  ср  =
=0,^4  кал/г  град;  Q'  =  6,23-10  Е;  Е=  1  мб  град;  D=  1  см  сек;
 откуда
 Отношение
 у  =  (О
 U  +  и
 д  т
 2
 А  =  0,4.
 :  2,5 	—  VKC~i)-
 (16>
 Учитывая  реальное  значение 	найдем
 -LI.  <•  ю-2
 АТ  ^ 	9
 и  если  70  =  20°,  а  Д70  =  0,2°,  то  АТ  =  0,12.
 Таким  образом,  среднесуточные  разности  температур  по¬
верхности,  вызванные  различием  в  термических  характеристи¬
ках  на  обеих  площадях,  практически  незаметны.
 Приняв  во  внимание  это  обстоятельство,  можно  подойти
к  вопросу  о  том,  как  будет  отражаться  на  температуре  почвы
в  весеннее  время  наличие  поверхностного  слоя  с  отличными  от
остальной  почвы  термическими  характеристиками.
 Рассмотрим  температурное  поле  в  среде,  состоящей  из  двух
слоев  и  с  термическими  характеристиками  k\9  С\,  рь  \\  первого
слоя  толщиной  d  и  второго  слоя,  простирающегося  от  d  до  бес¬
конечности,  с  тепловыми  характеристиками  &2,  Сг,  рг,
 Решая  уравнение  теплопроводности
 ,  д'-Т  __  дТ
*  dZ'~  —  dt
 при  периодическом  ходе  температуры  на  поверхности
 Т  =  Т0sin  (о)t—  ср),
 где  <р  —  сдвиг  фазы,  найдем  температуру  на  любой  глубине
в  первом  и  втором  слоях  в  виде
 Т=  7-olsin 	уЩРSin  (.<-  ,  +i)]  ,  (17)
 (О  <  Z  <  d)
 T  =  Го  sin  (wt  —  tp)  (Z>d).
 (16)  и  (17)  являются  приближенными  решениями  уравне¬
ния  (15)  и  справедливы  при  ^|/~-^-<1  и  Z  ]/"-^-<1.
Эти  решения  написаны  в  виде  суммы  двух  членов  ряда.

ТЕПЛОВОЙ  РЕЖИМ  ПОЧВЫ  И  СПОСОБЫ  ОБРАБОТКИ
 627
 §  5]
 Рассмотрим  на  основании  полученных  закономерностей  тем¬
пературные  условия  в  пахотном  горизонте.  Благодаря  меньшей
 плотности  почвы  значение  V%CiPi  в  пахотном  слое  меньше,
чем  в  нижележащих  слоях  почвы.  Это  обстоятельство,  наряду
с  уменьшением  коэффициента  температуропроводности  k\,
должно  способствовать  относительному  уменьшению  темпера¬
тур  в  пахотном  слое  по  сравнению  с  целиной.  Температура
однородного  слоя  при  тех  же  граничных  условиях  имеет  вид:
 Г=  7*0  [sin  К—  о)  —  Zj/~  -£sin(«*——9)]. 	(18)
 Эмпирически  подтвержден  факт  уменьшения  средней  суточ¬
ной  температуры  в  пахотном  слое  по  сравнению  с  целиной  на
соответствующих  глубинах.
 На  основании  формулы  (17)  видно,  что  увеличение  темпера¬
туры  в  пахотном  слое  в  весеннее  время  может  быть  достигнуто
увеличением  плотности  почвы.  Различные  способы  обработки,
которые  создают  различные  физические  свойства  почвы,  также
могут  быть  рассмотрены  с  изложенной  точки  зрения.
 С  этих  позиций  рассмотрим  влияние  различных  способов
обработки  на  температурный  режим  почвы.
 В  1955  г.  сравнивались  температуры  на  одинаково  ориенти¬
рованных  и  ровных  участках  трех  систем  обработки:  1)  куль¬
турная  вспашка,  2)  глубокое  безотвальное  рыхление  почвы,
3)  поверхностное  рыхление  дисковыми  орудиями.  Наиболее
резко  по  температурам  отличались  участки  с  культурной  и  глу¬
бинной  вспашкой.
 Температурный  режим  верхних  слоев  с  глубоким  рыхлением
может  рассчитываться  с  помощью  формулы  (18),  как  в  одно¬
родной  среде,  а  температурный  режим  пахотного  слоя  поля
с  культурной  .вспашкой  может  быть  рассчитан  то  формуле  (17),
как  для  случая  составной  двухслойной  среды.
 Сравнивая  выражения  (16)  и  (17),  найдем  на  данной  глу¬
бине  Z  в  пахотном  слое  величину  разности  температур  АТ  для
обоих  полей:
 АТ=  Т* 	Гв
 т0  Г  1  АоС«*Рз
 7Z
 т
 ]•
 (19)
 Из  формулы  (19)  видно,  что:
 1) 	на  температурный  режим  поля  с  глубоким  рыхлением
оказывает  влияние  лишь  коэффициент  температуропроводности
верхнего  слоя;
 2) 	на  температурный  режим  пахотного  поля  с  культурной
вспашкой  воздействует,  помимо  коэффициента  температуро-

650 	ВОДНЫЕ  СВОЙСТВА  ПОЧВЫ  И  ИХ  ФИЗИЧЕСКАЯ  природа  [гл.  I
 по  числу  адсорбированных  молекул  воды.  Так  же  бесполезно
пытаться  решить  обратную  задачу:  зная  примерную  поверхность
почвы,  вычислить  по  количеству  адсорбированной  воды  число
слоев  воды  на  почвенной  частице.  Такие  попытки,  предприни¬
мавшиеся  различными  авторами,  неизменно  приводили  к  боль¬
шому  разбросу  результатов;  так,  по  Цункеру  (1930)  число
сорбированных  слоев  достигает  1000,  по  Фагелеру  (1938)  —200,
по  Курону  (1932)  —  10,  по  П.  В.  Вершинину  и  В.  П.  Константи¬
новой  (1935)  —  1.
 На  получение  достоверных  данных  и  на  хорошую  сходи¬
мость  между  геометрической  и  адсорбционной  поверхностью
можно  рассчитывать  только  для  кварцевого  песка,  в  котором
нет  коллоидных  примесей  и  который  не  имеет  обменных  катио¬
нов.  Но  если  почва  обладает  поглощающим  комплексом,  т.  е.
является  ионным  адсорбентом,  то  представление  о  воде  на  по¬
верхности  почвенной  частички  в  виде  монослоя,  в  котором
молекулы  расположены  в  плотной  гексагональной  упаковке,
теряет  физический  смысл.  Рентгенографическое  исследование
глинных  минералов  (Матиесон  и  Уокер,  1954)  показало,  что,
например,  в  магниевом  вермикулите  каждый  ион  магния  свя¬
зан  с  12  молекулами  воды,  в  натриевом  каолините  —  с  8  моле¬
кулами  и  т.  д.  Вода  удерживается  обменными  катионами,
вокруг  которых  молекулы  воды  собираются  роями,  стремясь
образовать  гидратные  оболочки.  Различной  гидратацией  катио¬
нов  объясняется  различие  в  сорбции  воды  черноземом,  насы¬
щенным  различными  катионами,  как  это  было  показано
И.  Н.  Антиповым-Каратаевым  (табл.  150).
 Почвы  по  минералогическому  составу  представляют  неодно¬
родные  системы,  в  которых  имеются  глинные  минералы,  осколки
кварца,  слюды,  полевого  шпата  и  т.  п.  Поэтому  адсорбция  воды
почвами,  даже  и  при  малых  упругостях  водяного  пара,  должна
рассматриваться  как  сложный  процесс,  при  котором  происходит
образование  монослоя  воды  на  неколлоидных  фракциях  почвы
одновременно  с  гидратацией  обменных  катионов  глинных  мине¬
ралов  почвы.  Не  только  от  поверхности  почвы,  но  и  от  природы
катиона  зависит  в  данном  случае  количество  адсорбированной
воды.
 Продолжим  рассмотрение  изотермы  адсорбции  воды  почвами
(рис.  198)  и  остановимся  на  прямолинейном  участке,  приходя¬
щемся  на  относительное  давление  водяных  паров  порядка  от  0,2
до  0,5,  который  обычно  связывают  с  процессом  полимолекуляр-
ной  адсорбции  (область  //).
 Многочисленными  исследованиями  последних  лет,  в  том
числе  и  советских  ученых,  было  показано,  что  полимолекуляр-
ная  адсорбция  паров  приводит  к  образованию  слоев,  толщина
которых  не  превышает  2—3  молекул,  даже  при  давлении,  близ¬

ОБ  АДСОРБЦИИ  ГАЗОВ  И  ПАРОВ  ПОЧВАМИ
 651
 §  II
 ком  к  давлению  насыщения  (<^7<^%  =  0,9  и  выше).  Распростра¬
ненное  ранее  представление  о  толстых  адсорбционных  слоях
в  настоящее  время  опровергается  рядом  экспериментальных
работ,  в  Kofdpbix  была  применена  новая  и  более  совершенная
методика  исследования.  Б.  В.  Дерягин  и  3.  М.  Зорин  (1955)
использовали  для  определения  толщины  адсорбционных  слоев
микрополяризационный  метод,  основанный  на  изменении  пара¬
метров  эллиптической  поляризации  света,  отраженного  под  ко¬
сым  углом.  Метод  позволяет  измерять  толщину  пленки  с  точ-
 о
 ностью  до  +5А.  В  процессе  измерений  можно  наблюдать  за
адсорбционной  пленкой  в  микроскоп,  контролировать  ее  одно¬
родность  и  следить  за  процессом  конденсации  в  насыщенных
и  ненасыщенных  парах.
 Этот  метод  авторы  применили  к  исследованию  адсорбции
различных  полярных  и  неполярных  соединений  на  оптически
полированной  поверхности  стекла,  исключив  таким  образом
явление  капиллярной  конденсации,  неизбежное  при  адсорбции
на  пористых  адсорбентах.  Изотермы  были  построены  в  коорди¬
натах  h  (толщина  слоя  в  А)  — 	(относительное  давление)
 для  опытов,  проведенных  в  вакууме  и  в  атмосфере  водорода.
Изотермы  показывают,  что  лишь  вблизи  точки  насыщения
(^7<^s  =  0,96—0,97)  адсорбционные  слои  достигают  толщины
до  100  А;  во  всем  же  интервале  относительных  давлений  от
=  0  и  до 	=  0,96—0,97  адсорбция  ведет  к  образо¬
 ванию  моно-  или  бимолекулярных  слоев.
 Изотермы  адсорбции  неполярных  веществ  —  бензола,  четы¬
реххлористого  углерода,  насыщенных  углеводородов  —  прибли¬
жаются  к  ординате  насыщения  (^/<2rs=l)  асимптотически,
т.  е.,  по  мере  приближения  упругости  паров  к  насыщению,  тол¬
щина  адсорбционного  слоя  возрастает  весьма  быстро  до  тол¬
щины,  соответствующей  многим  микронам.  При  этих  значениях
толщины  свойства  адсорбционного  слоя  не  отличаются  от
свойств  объемной  фазы,  которая  появляется  в  результате  не¬
прерывного  утолщения  адсорбционного  слоя.
 Совершенно  иначе  протекает  переход  к  объемной  жидкой
фазе  в  случае  адсорбции  полярных  веществ..
 Все  изотермы  адсорбции  полярных  веществ  пересекают
ординату  насыщения;  другими  словами,  адсорбционные  слои
имеют  конечную  величину  (вода,  например,  образует  слой  тол¬
щиной  в  25—27  молекул),  и  переход  к  объемной  жидкой  фазе
происходит  не  постепенно,  а  скачкообразно.  Даже  в  атмосфере
пересыщения  паров  не  наблюдается  утолщения  адсорбционного
слоя,  и  конденсация  паров  протекает  на  нем  с  образованием
микролинз,  не  растекающихся  по  слою.  В  темном  поле  микро¬
скопа  микролинзы  появляются  сначала  в  виде  светлых  точек,

628  ОЦЕНКА  И  РЕГУЛИРОВАНИЕ  ТЕПЛОВОГО  РЕЖИМА  С.-Х.  ПОЛЯ  [ГЛ.  V
 то©  теплоуевояемости  подпахотного  слоя  к  пахотному
 проводности  пахотного  слоя  ft,  также  соотношение  коэффициен¬
та
 7Щ?1;
 3) 	величина  ДТ  по  формуле  (19)  пропорциональна  глу¬
бине  Z.
 Однако  следует  иметь  в  виду,  что  решение  (19)  является
приближенным.  Учет  членов  второго  порядка  позволяет  уточ¬
нить  этот  вывод.  Учет  реальных  значений  величин,  входящих
в  формулу  (19),  показывает,  что  среднесуточное  значение  АТ  —
разности  температур  на  глубине  5—10—15  см  может  выра¬
жаться  несколькими  градусами  в  зависимости  от  той  или  иной
глубины  обработки.
 Данные,  относящиеся  к  опытам,  проведенным  в  совхозе
«Детскосельский»  Ленинградской  обл.,  показывают,  что  во  вто¬
рой  половине  мая  разность  температур  на  участках  с  глубин¬
ной  и  культурной  вспашкой  достигала  2—4°  на  глубинах  5—
10  см.  Измерения  показали,  что  плотность  и  влажность  верхних
слоев  почвы  в  этот  период  на  обоих  участках  была  примерно
одинакова.
 Таким  образом,  величина  коэффициента  ft,  входящего  в  фор¬
мулу  (19),  была  также  одинакова  на  обоих  участках.  Однако
соотношение  между  коэффициентами  теплоусвоения  подпахот¬
 ного  и  пахотного  слоев
 VhC^i
 в  этот  период,  определяемое
 влажностью  и  плотностью,  было  больше  единицы,  что  опреде¬
ляет  наблюдаемый  эффект  увеличения  температуры  на  полях
с  глубинной  вспашкой.
 Следует  отметить,  что  изложенная  теория,  являющаяся  пер¬
вой  попыткой  количественной  оценки  влияния  обработки  почвы
на  ее  температурный  режим,  может  быть  положена  в  основу
анализа  и  расчета  тепломелиоративного  эффекта  при  примене¬
нии  различных  агротехнических  мероприятий  (рыхление,  уплот¬
нение,  осушение  и  т.  д.).
 В  качестве  иллюстрации  отметим,  что  развитая  здесь  теория
позволяет  количественно  оценить  температурный  эффект,  свя¬
занный  с  прикатыванием  почвы.  Как  показывает  расчет,  согла¬
сующийся  с  наблюдениями  некоторых  авторов  (Ф.  Е.  Колясев,
Е.  А.  Герасимов),  прикатывание  верхнего  слоя  может  вызвать
повышение  среднесуточной  температуры  на  3—5°  в  10-санти¬
метровом  слое.  Это  повышение  температуры  обусловлено  уве¬
личением  плотности  в  верхнем  слое  пахотного  горизонта  на
10—15°,  а  следовательно,  и  увеличением  коэффициента  тепло¬
проводности  Я.  Действительно,  -как  следует  из  формулы  (17),
температура  слоя  в  пахотном  горизонте,  лежащем  ниже  уплот*

§  6)  МУЛЬЧИРОВАНИЕ  КАК  ТЕПЛОМ  ЕЛИОРАТИВН.  ВОЗДЕЙСТВИЕ  НА  ПОЧВУ  629
 ненной  прослойки  (Z>d),  возрастает  с  увеличением  коэффи¬
циента  теплопроводности  верхнего  уплотненного  слоя.
 Из  рассматриваемых  соображений  ясно,  что  наличие  на  по¬
верхности  почвы  малотеплопроводного  слоя  препятствует  про¬
греванию  почвы  в  весеннее  время,  причем  по  приведенным  фор¬
мулам  можно  рассчитать  получающийся  температурный  эффект,
зная  тепловые  характеристики  и  толщину  этого  верхнего  слоя
и  его  основания.
 Важно  отметить,  что  появляется  возможность  сознательного
регулирования  температурного  режима  в  весеннее  время  на
базе  использования  изложенной  теории.
 §  6.  Мульчирование  как  тепломелиоративное  воздействие
 на  почву
 Влияние  разного  рода  мульчи  на  температуру  почвы  отме¬
чалось  в  литературе  неоднократно.  Акад.  А.  Ф.  Иоффе  в  1932  г.
высказал  мысль  о  возможности  целесообразного  изменения  тем¬
пературы  почвы  путем  воздействия  на'  радиационный  баланс
ее  поверхности  методом  покрасок,  покрытий  и  т.  д.  При  этом
имелось  в  виду  с  помощью  указанных  мер  изменять  два  эле¬
мента  радиационного  баланса  —  отражательную  и  излучатель¬
ную  способность,  или,  точнее,  альбедо,  и  константу  излучения
поверхности  почвы.
 Совершенно  справедливо  А.  Ф.  Иоффе  отмечал,  что  соответ¬
ствующим  подбором  окрасок  удастся  во  многих  случаях  воз¬
действовать  лишь  на  альбедо,  ввиду  того  что  краситель  или
тонкая  пленка  мало  могут  прибавить  к  оптической  черноте
самой  почвы.
 По-видимому,  в  более  редких  случаях  стоял  вопрос  об  одно¬
временном  влиянии  нанесенного  на  поверхность  слоя  на  оба
упомянутых  расходных  компонента  радиационного  баланса.
 С  точки  зрения  физики  дело  обстоит  следующим  образом.
Допустим,  что  мы  покрыли  поверхность  почвы  черной  краской
и  при  этом  весьма  тонким  слоем.  По-видимому,  константа  из¬
лучения  возрастает,  что  должно  увеличить  излучательную  спо¬
собность  почв  и  привести  к  эффекту  охлаждения  их.  В  действи¬
тельности  дело  обстоит  обратным  образом,  так  как  окраска  не
может  заметным  образом  изменить  степень  черноты,  а  значит,
и  величину  константы  излучения  почвы,  поскольку  почвы  и  так
достаточно  близки  к  абсолютно  черным  телам  (см.  гл.  I  книги).
Таким  образом,  черная  окраска  изменит  лишь  альбедо,  умень¬
шив  последнее  на  10—15%,  что  приведет  к  уменьшению  отра¬
жательной  способности  и  к  нагреванию  почвы.  Следует  отме¬
тить,  что  любая  окраска  и  мульча  действуют  >не  только  на  эле¬
менты  радиационного  баланса,  но  и  на  распределение  других

652 	ВОДНЫЕ  СВОЙСТВА  ПОЧВЫ  И  ИХ  ФИЗИЧЕСКАЯ  ПРИРОДА  [гл.  I
 которые  в  дальнейшем  превращаются  в  светлые  пятнышки,
а  затем  вырастают  в  хорошо  видимые  капли.
 Если  адсорбционный  слой  соприкасается  с  пересыщенным
паром,  то  конденсация,  несомненно,  происходит  как  на  поверх¬
ности  микролинз,  так  и  на  адсорбционном  слое,  но  дополни¬
тельно  конденсирующееся  вещество  переносится  вдоль  поверх¬
ности  к  очагам  роста,  и  образование  объемной  жидкой  фазы
происходит  путем  слияния  капелек.  Б.  В.  Дерягин  и  3.  М.  Зо¬
рин  объяснили  термодинамически  равновесное  сосуществование
адсорбционного  слоя  и  микролинз  с  особой  ориентированной
структурой  адсорбционного  слоя,  Они  высказали  предположе¬
ние,  что  эта  ориентация,  обусловливающая  фазовое  отличие
тонкого  слоя  жидкости  близ  твердой  стенки  от.  жидкости,  обла¬
дающей  обычными  объемными  свойствами,  может  распростра-
 о 	...
 няться  на  глубину  до  100  А.  Молекулярно-поверхностные  силы
изменяют  и  другие  термодинамические  свойства  тонких  слоев;
например,  под  их  воздействием  понижается  упругость  паров  и
проявляется  расклинивающее  давление  (см.  стр.  687).
 Несмотря  на  то,  что  экспериментальные  наблюдения  над
адсорбцией  полярных  и  неполярных  веществ  были  проведены
Б.  В.  Дерягиным  и  3.  М.  Зориным  на  .гладких  поверхностях,
полученные  ими  результаты  представляют  прямой  интерес  для
развития  наших  представлений  о  поведении  влаги  в  почве.
 Мы  тем  более  имеем  право  распространить  эти  результаты
на  почвы,  что  имеются  многочисленные  экспериментальные
исследования,  доказывающие  отсутствие  принципиальных  раз¬
личий  в  механизме  адсорбции  на  гладких  поверхностях  и  в  по¬
ристых  телах  при  низких  и  средних  относительных  давлениях
адсорбируемых  паров.
 Исключительно  наглядные  доказательства  представлены
в  работе  группы  авторов  (Н.  Н.  Авгуль,  О.  М.  Джигит,
П.  А.  Древинг,  М.  В.  Гурьев,  А.  В.  Киселев,  О.  А.  Лихачева,
1951),  в  которой  приведены  абсолютные  изотермы  адсорбции
паров  спирта  на  адсорбентах  одной  и  той  же  химической  при¬
роды,  но  резко  различных  по  структуре.  Исследования  проводи¬
лись  на  молотом  кварце  с  удельной  поверхностью  6,2  м2/г  и  на
двух  силикагелях  —  К  и  Е  —  с  удельной  поверхностью  соответ¬
ственно  320  м2/г  и  420  м2/г.  Из  рис.  202  видно,  что  абсолютные
изотермы  (на  которых  количество  адсорбированных  паров  а
в  микромолях  отнесено  не  к  единице  веса  или  объема  адсор¬
бента,  а  к  единице  его  поверхности  S)  всех  трех  адсорбентов
практически  совпадают  вплоть  до  начала  капиллярной  конден¬
сации,  хотя  их  удельные  поверхности,  а  следовательно,  и  опыт¬
ные  относительные  величины  адсорбции,  отличаются  почти  на
два  порядка.  Не  только  мономолекулярная,  но  и  полимолеку¬

ОБ  АДСОРБЦИИ  ГАЗОВ  И  ПАРОВ  ПОЧВАМИ
 653
 §  1]
 лярная  адсорбция  на  всех  трех  адсорбентах  протекает  одина¬
ково,  сменяясь  в  случае  силикагелей  капиллярной  конденса¬
цией  при  относительном  давлении  (порядка  0,6.
 На  рис.  203  приведены  абсолютные  изотермы  адсорбции
паров  бензола  на  кварцевом  стекле  и  на  силикагеле  £;  совпаде¬
ние  абсолютных  изотерм  и  здесь  наблюдается  во  всей  адсорб¬
ционной  области,  вплоть  до  начала  гистерезиса.  Из  рисунков
 202  и  203  следует,  что  толщина
адсорбционных  пленок  при  по-
 а  мкмоль
 Рис.  202.  Абсолютные
изотермы  адсорбции  па¬
ров  спирта  на  молотом
кварце  и  силикагеле.
 /  —  кварц;  2  —силикагель  К;
3  —  силикагель  Е.
 Рис.  203.  Абсолютные  изотермы  адсорб¬
ции  паров  бензола  на  кварце  и  силика¬
геле.
 /  —  кварц;  2—силикагель  Е.  (Для  наглядности  на*
чальный  участок  изотерм  приведен  в  увеличен¬
ном  виде  на  малом  графике).
 лимолекулярной  адсорбции  на  грубо-  и  тонкодисперсных  телах
одинакова;  вычисление  толщины  пленок  (по  количеству  адсор¬
бированных  паров  и  поверхности  адсорбента)  показывает,  что
она,  так  же,  как  и  на  гладких  поверхностях,  не  превышает
2—3  молекулярных  слоев.  Различие  между  адсорбцией  на
грубодисперсных  и  тонкодисперсных  телах  целиком  обуслов¬
лено  явлением  капиллярной  конденсации,  которая  отсутствует
в  грубых  порах.

630  ОЦЕНКА  И  РЕГУЛИРОВАНИЕ  ТЕПЛОВОГО  РЕЖИМА  С.-Х.  ПОЛЯ  [ГЛ.  V
 компонентов  теплового  баланса  (испарение,  теплоаккумуляцию
и  т.  п.).  Поэтому  предыдущее  рассуждение  является  прибли¬
женным  и  требует  дополнительного  анализа.
 Допустим,  что  окрашивание  поверхности  черной  краской
дает  снижение  альбедо  на  20%,  а  следовательно,  в  силу
этого  —  увеличение  радиационного  баланса  на  ту  же  вели¬
чину.  Как  это  отзовется  на  остальных  элементах  теплового
баланса?
 Поскольку  увеличение  радиационного  баланса  приводит
к  увеличению  температуры,  то  повысится  относительная  роль
 излучения  почвы.  Это  про¬
изойдет  не  по  причине  измене¬
ния  а,  а  в  силу  роста  7\  по¬
скольку  Q.i3=c7'4.  Каждый
прирост  температуры  на  1°
даст  увеличение  излучатель¬
ной  способности  (при  25°  С)
на  7—8%.  Кроме  этого,  увели¬
чится  расход  на  испарение  и
турбулентную  теплоотдачу,  что
приведет  к  установлению  рав¬
новесия,  т.  е.  к  нулевому  теп¬
ловому  балансу  (на  более  вы¬
сокой  температурной  основе).
Белое  покрытие,  наоборот,
увеличивает  альбедо  и  понизит
излучение  из-за  уменьшения
температуры,  снизит  расходы
тепла  на  испарение  и  теплоот¬
дачу  по  той  же  причине.  Эти
же  процессы,  в  свою  очередь,
вызовут  дальнейшее  пониже¬
ние  температуры.  Таким  обра¬
зом,  белая  окраска  может
служить  средством  для  сниже¬
ния  избыточного  нагревания  в
жарких  районах.
 В  АФИ  в  1934  г.  Н.  Н.  Банасевич  провел  интересные  опыты
в  Ленинградской  обл.  с  такими  красителями  как  нигрозин,  мел,
битум.  Результаты  его  измерений  представлены  на  рис.  195.
Ясно,  что  в  южных  районах  интенсивной  инсоляции  и  на  более
светлых  почвах  (у  Н.  Н.  Банасевича  почвы  были  относительно
темного  цвета)  эффект  был  бы  значительно  более  мощным.
Но  и  в  отмеченных  неблагоприятных  условиях  следует  заметить,
что  мел  снижает  по  сравнению  с  контролем  в  дневные  часы
температуру  на  4°,  а  битум  —  даже  на  12°.
 Рис.  195.  Влияние  покрытий  на  тем¬
пературу  почвы.
 1  —  битум;  2  —  нигрозин;  3—  контроль;  4  —  мел.

§  6]  МУЛЬЧИРОВАНИЕ  КАК  ТЕПЛОМЕЛИОРАТИВН.  ВОЗДЕЙСТВИЕ  НА  ПОЧВУ  631
 Другой  опыт  проведен  в  Научно-исследовательском  инсти¬
туте  хлопководства  с  угольной  пылью  в  качестве  покраски.
Результаты  его  даны  в  табл.  148.
 Таблица  148
 Влияние  покраски  на  сроки  развития  растения
 Фактор  окраски
 Дата
 посева
 Всходы
 Бутони¬
 зация
 Цвете¬
 ние
 Раскры¬
тие  ко¬
робочки
 Уро¬
 жай,
 ц/га
 Контроль
 15/1V
 18/V
 ,  21/VI
 27/VII
 11/IX
 17,6
 Окрашивание  почвы
в  черный  цвет  от
посева  до  про¬
полки
 15/1V
 15/V
 18/VI
 24/VII
 8/1X
 20,3
 Сокращение  сроков  развития  на  всех  этапах  вегетационного
периода  и  лучший  урожай,  безусловно,  связаны  с  уменьшением
температуры  и  расходов  на  испарение.  Этот  опыт  проведен
в  чисто  агрономическом  аспекте  и  не  сопровождался  измерением
температуры  и  теплового  баланса.  Особый  интерес  представ¬
ляют  результаты  Н.  И.  Макаревского  (1937),  проводившего
•в  АФИ  опыты  по  выяснению  влияния  некоторых  видов  мульчи
на  температурный  и  тепловой  режимы  почв.  Наблюдения  про¬
изведены  на  делянках,  покрытых  ацетилцеллюлозной  пленкой
АС1  с  примесью  до  15%  трикрезилфосфата,  черной  и  белой
.мульч-бумаги.  Результаты,  полученные  Н.  И.  Макаревским  со¬
вместно  с  работниками  АГМИ  и  ЛПОМ  в  1933  г.  в  Ленинград¬
ской  области,  -представлены  на  рис.  196.  Основные  выводы  из
этой  работы  следующие. 	,
 1. 	Белая  мульч-бумага  приводит  к  уменьшению  до  2°  С  днев¬
ных  максимумов  температуры  по  сравнению  с  контролем  на
глубинах  5—10  см,  к  запаздыванию  последних  до  2  часов.
С  увеличением  глубины  этот  эффект  снижается.
 2. 	ACl-пленка  приводит  к  увеличению  суточных  максимумов
температуры  по  сравнению  с  контролем  до  10°  С  на  глубине
5  см  и  до  6Э  С  на  глубине  20  см.
 3. 	Предыдущие  выводы  относятся  к  ясной  погоде.  В  пасмур¬
ную  погоду  эффект  уменьшается  приблизительно  на  60%  по
сравнению  с  ясной  погодой.
 4. 	Возрастание  температуры  почвы  под  воздействием  АС1-
пленки,  битума,  черной  бумаги  имеет  место  круглые  сутки,  хотя
этот  эффект  значительно  ослаблен  в  пасмурную  погоду.
 5. 	Суточные  температурные  амплитуды  имеют  меньшие  зна¬
чения  на  почвах  .под  мульчей  всех  видов  (за  исключением

654
 ВОДНЫЕ  СВОЙСТВА  ПОЧВЫ  И  ИХ  ФИЗИЧЕСКАЯ  ПРИРОДА  [ГЛ.  I
 §  2.  Гигроскопичность  и  максимальная  гигроскопичность  почв
 Прямолинейный  участок  изотермы  адсорбции  (рис.  198)  от¬
носится  к  тем  средним  упругостям  водяного  пара,  характерным
для  нормальных  комнатных  условий,  при  которых  образцы
почвы  находятся  в  обычных  лабораторных  условиях.  Выше
было  указано,  что  этот  участок  отражает  образование  поли-
молекулярного  слоя,  толщиною  в  2—3  молекулы.  Таким  обра¬
зом,  по  окончании  формирования  мономолекулярного  слоя  и
гидратации  обменных  катионов  почвы,  протекающих  при  низ¬
ких  отношениях  <^7<^s,  на  поверхности  почвенных  частиц,  как
и  на  поверхности  других  дисперсных  тел,  идет  образование  слоя
воды,  толщиною  в  2—3  молекулы,  заканчивающееся  при  зна¬
чениях  <^/^s  порядка  0,5.  Такое  состояние  влажности  почвы,
находящейся  в  «воздушносухом  состоянии»,  называется  «гигро¬
скопической  влажностью»  или  «гигроскопичностью»  почвы  и
выражается  в  процентах  к  весу  (или  объему)  абсолютно  сухой
почвы.
 Как  уже  указывалось  выше,  количество  адсорбированных
паров  зависит  не  только  от  упругости  паров,  но  и  от  темпера¬
туры  среды,  а  также  и  поверхности  адсорбента,  т.  е.  в  данном
случае  от  механического  состава  почвы.
 Гигроскопическая  влажность  данной  почвы  не  является
постоянной  величиной;  она  испытывает  некоторые  колебания,
повышаясь  с  уменьшением  температуры  среды  и  увеличением
относительной  влажности  воздуха.
 Для  иллюстрации  влияния  упругости  паров  и  механического
состава  почвы  на  количество  адсорбированной  влаги  приводим
в  табл.  152  данные  Курона  (1930).
 Изменением  механического  состава  объясняется  часто  на¬
блюдаемое  в  природе  изменение  гигроскопической  влажности
 Таблица  152
 Гигроскопичность  почвы  в  зависимости  от  влажности  воздуха
 Гигроскопическая  вода,  %
 мм
 в  механических  фракциях
 в  исходной  почве
 >  0,002  мм
 0,002—
0,020  мм
 0,006—
0,020  мм
 <  0,06  мм
 по  сумме
воды  во
фракциях
 по  непосред¬
ственным
определе¬
ниям
 0,6
 2,83
 2,19
 1,28
 0,25
 0,99
 0,88
 1,2
 3,49
 3,04
 1,80
 0,35
 1,26
 1,21
 3,1
 5,45
 4,70
 2,84
 0,54
 1,97
 1,97
 5,7
 8,00
 6,72
 4,17
 0,82
 2,88
 2,91

§  2]  ГИГРОСКОПИЧНОСТЬ  И  МАКСИМАЛЬНАЯ  ГИГРОСКОПИЧНОСТЬ  почв  655
 по  профилю  почвы,  как  это  было  впервые  (1930)  показано
Н.  А.  Качинским  (табл.  153).
 Аналогичные  данные  были  получены  для  суглинистых  ка¬
штановых  почв  (Энгельсская  опытно-мелиоративная  станция  на
левом  берегу  р.  Волги),  образовавшихся  на  лессовидных  кар-
 Таблица  153
 Влияние  механического  состава  среднеоподзоленной
тяжелосуглинистой  почвы  на  количество  гигроскопической  воды
 (Количество  частиц  в  процентах  на  абсолютно  сухую  навеску)
 Диаметр  частиц,  мм
 Г  игроскопи¬
ческая  вода
 Г  оризонт
 Глубина,  сл
 А
 1—0,25
 0,25—0,01
 0,01—0,005
 0,005—0,001
 8
 О
 V
 Ао
 1—13
 7,13
 15,80
 37,02
 36,18
 3,48
 0,39
 2,66
 А2
 15—22
 15,93
 14,19
 35,98
 27,91
 4,94
 1,10
 2,74
 Aj/Bj,  бурая
часть
 22—31
 5,53
 16,92
 29,55
 29,97
 4,76
 13,27
 4,53
 A2/Bj,  белесая
часть
 22-31
 5,65
 15,70
 27,20
 30,30
 6,50
 14,65
 5,35
 Blt  сильнооподзо-
ленная  часть  .
 31—36
 2,70
 15,80
 28,50
 30,70
 5,90
 16,40
 5,79
 в,
 31—38
 1,80
 25,20
 24,16
 27,20
 5,80
 15,90
 5,89
 В2
 48—58
 1,80
 12,90
 24,10
 30,10
 7,50
 23,60
 7,58
 ^2
 71-81
 1,90
 13,00
 24,90
 29,10
 7,30
 23,80
 7,66
 бонатах  суглинках  (М.  К.  Мельникова,  1954).  Эти  данные  при¬
ведены  в  табл.  154.
 Из  определения  понятия  о  гигроскопической  влажности
почвы  вытекает  и  методика  ее  определения,  которая  сводится
к  определению  влажности  воздушносухого  образца  весовым
методом  при  высушивании  его  при  105°  С  или  любыми  другими
известными  методами,  описанными  в  ряде  соответствующих  по¬
собий  (К.  К.  Гедройц,  1955;  П.  И.  Андрианов,  1946;  С.  В.  Аста¬
пов,  1947;  А.  А.  Кудрявцева,  1936,  и  др.).  Чтобы  иметь  возмож¬
ность  надежно  сравнивать  определения,  произведенные  в  раз¬
личное  время,  следует  указывать  температуру  и  относительную
влажность  воздуха  в  момент  отбора  образца  для  анализа  его
влажности.
 Однако  гигроскопическая  влажность  почвы  сравнительно
мало  зависит  от  атмосферных  условий.  Это  объясняется  поло¬
жением,  которое  гигроскопическая  влажность  занимает  на

632  ОЦЕНКА  И  РЕГУЛИРОВАНИЕ  ТЕПЛОВОГО  РЕЖИМА  С.-Х.  ПОЛЯ  [ГЛ.  V
 Ь)
 6)
 Рис.  196.  Средний  суточный  ход  температуры  почвы  на  различных  глубинах.
 а  —  в  ясную  поголу;  о  —в  пасмурную  погоду.
 1  —  ацети.шеллюлозная  пленка;  2  —  черная  бумага,  3  —  белая  бумага;  4—контроль  (подзол);
 5  —  битум.

ЛИТЕРАТУРА
 633
 АС1-<пленки  и,  лишь  в  ясную  «погоду,  на  небольших  глубинах).
Величины  этих  снижений  —  порядка  десятых  долей  градуса,  за
исключением  белой  мульч-бумаги,  где  оно  достигает  2,5°  и  бо¬
лее  для  глубины  20  см.
 Вместе  с  тем  среднесуточные  значения  температуры  выше
на  делянках  под  всеми  пленками,  по  сравнению  с  контролем,  за
исключением  небольших  отклонений  под  белой  мульч-бумагой
в  ясную  погоду.
 Действие  АС1  на  температуру  почвы  легко  объяснить  ее  спо¬
собностью  почти  полностью  пропускать  видимую  часть  солнеч¬
ного  спектра  и  лишь  частично  выпускать  обратно  длинноволно¬
вое  излучение  почвы.  Вследствие  этого  ее  действие  может  рас¬
сматриваться  как  аналогичное  парниковому.
 Белая  мульч-бумага  обладает  значительным  альбедо  так,  что*
она  днем  отражает  в  4—5  раз  больше,  чем  почва,  битум,  чер¬
ная  мульч-бумага.  Ночью  и  в  пасмурную  погоду  она  защищает
поверхность  почвы  от  потерь  тепла  на  излучение  и  уменьшает
в  жаркие  ночи  испарение.  Это  и  объясняет  снижение  суточных
температур,  которое  она  дает  по  сравнению  с  контролем,  и  по¬
вышение  температур  под  ней  в  ночные  периоды.  Практические
рекомендации  из  выполненных  работ  напрашиваются  сами
собой.
 Во-первых,  белая  мульч-бумага  явится  прекрасным  покры¬
тием  для  жарких  засушливых  районов,  где  требуется  борьба
с  излишним  нагревом  почвы  и  ее  испарением  в  дневное  время,,
где  желательно  умерить  суточный  температурный  размах,  ам¬
плитуду;
 во-вторых,  битум  и  черная  мульч-бумага  пригодны  для  хо¬
лодных  мест  с  охлажденными  почвами,  где  требуется  скопить
тепло  днем  и  не  дать  ему  израсходоваться  ночью.
 Пленка  удобна  во  всех  случаях,  где  необходимо  создание
условий,  близких  к  парниковым.
 ЛИТЕРАТУРА
 Бонасевич  Н.  Н.  Труды  ФАИ,  №  1.  Сельхозгиз,  1937.
 Б  и  к  и  с  Л.  О.  Вопросы  агрономии  и  механизации  сельского  хозяйства..
Труды  Латвийской  с.-х.  академии.  Рига,  1955.
 Богомолов  В.  3.  Сб.  работ  по  агроном,  физике,  №  3.  Сельхозгиз,.
1941.
 Б  е  р  л  я  н  д  М.  Е.,  Л  а  й  х  т  м  а  н  Д.  Л.  Динамическая  метеорология.
Гидрометеоиздат,  1956.
 Б  уды  ко  М.  И.  Испарение  в  естественных  условиях.  Гидрометеоиздат^
1948.
 Будыко  М.  И.  Тепловой  баланс  земной  поверхности.  Гидрометеоиздат^
1956*
 Будыко  М.  И.  (под  редакцией).  Атлас  теплового  баланса.  Гидрометео¬
издат,  1955.

656
 ВОДНЫЕ  СВОЙСТВА  ПОЧВЫ  И  ИХ  ФИЗИЧЕСКАЯ  ПРИРОДА  [ГЛ.  I
 Таблица  154
 Водные  свойства  и  механический  состав  суглинистой
каштановой  почвы  и  подстилающего  грунта
 Глубина,  см
 Сумма  частиц
<0,01  мм,
 %
 Г  игроскопическая
влажность  в  %  от
веса
 Полевая  влаго-
емкость  в  %  от
объема
 50—75
 35,46
 3,61
 31,2
 75—100
 33,29
 3,18
 28,3
 100—150
 22,75
 2,54
 27,2
 150—200
 24,69
 2,67
 26,3
 200—250
 28,36
 2,74
 —
 250—300
 32,39
 3,16
 27,5
 изотерме  адсорбции.  Она  приходится  на  область  прямолинейного
участка  изотермы,  характеризующего  2—3-слойную  полимоле-
кулярную  адсорбцию,  в  которой  количество  адсорбированного
почвой  водяного  пара  лишь  мало  изменяется  с  изменением
давления  пара  в  окружающей  среде  (рис.  198).
 При  более  высоких  относительных  давлениях  влажность
почвы  начинает  быстро  возрастать,  но  это  происходит  не  за
счет  утолщения  адсорбционных  слоев,  а  за  счет  процесса  ка¬
пиллярной  конденсации,  в  котором  участвуют  не  только  адсорб¬
ционные  силы.
 Почвы  в  подавляющем  большинстве  смачиваются  водой,
поэтому  в  них  преобладают  вогнутые  мениски,  а  так  как  упру¬
гость  водяных  паров  в  атмосфере  соответствует  упругости  над
плоской  поверхностью  водоемов,  то  в  почве  создаются  благо¬
приятные  условия  для  капиллярной  конденсации.  Последняя
протекает  тем  интенсивнее,  чем  тоньше  поры  и  чем  их  больше.
Поэтому  в  песках  и  легких  почвах  капиллярная  конденсация
выражена  значительно  слабее,  чем  в  тяжелых  почвах  и  глинах.
Из  рис.  204  видно,  что,  по  мере  увеличения  количества  тонкой
фракции,  все  круче  становится  ветвь  изотермы  адсорбции,  ха¬
рактеризующая  капиллярную  конденсацию.
 Для  почв  характерно  и  явление  гистерезиса,  обычно  сопут¬
ствующего  капиллярной  конденсации.  Гистерезис  в  почвах  на¬
блюдается  не  только  при  капиллярной  конденсации  водяных
паров,  но  и  при  капиллярном  впитывании  жидкой  влаги:  влаж¬
ность  почвы  всегда  выше  после  стекания  избытка  жидкой  влаги,
чем  при  капиллярном  насыщении.
 Сорбционный  гистерезис  в  почвах  был  исследован  весьма
подробно  Куроном  (1930),  данные  которого  вошли  во  все  моно¬
графии  по  почвенной  влаге  (см.  А.  А.  Роде,  1952).  Разбирая

§  2]  ГИГРОСКОПИЧНОСТЬ  И  МАКСИМАЛЬНАЯ  ГИГРОСКОПИЧНОСТЬ  почв  657
 явление  гистерезиса,  Курон  пришел  к  выводу,  что  одной  из  его
причин  могут  служить  необратимые  изменения,  претерпеваемые
поверхностью  почвенных  частиц  при  высушивании.  Гистерезис
при  десорбции  влаги  из  почв  был  также  показан  Пьюри,  Кроу-
 Рис.  204.  Капиллярная  конденсация
в  различных  по  механическому  со¬
ставу  почвах.
 У  кривых  указано  содержание  в  почве  ча¬
стиц  диаметром  меньше  0,01  мм.
 зером  и  Кином  (1925),  дан¬
ные  которых  приведены  на
рис.  205.
 С  капиллярной  конденса¬
цией  непосредственно  связана
 Рис.  205.  Сорбционный  гистерезис
в  почвах.
 1  —  изотерма  адсорбции;  2—изотерма  десорб¬
ции.
 одна  из  наиболее  распространенных  водных  характеристик
почвы,  а  именно  —  так  называемая  максимальная  гигроскопиче¬
ская  влажность  почв.  Она  прочно  вошла  в  практику  почвенных
лабораторий  и  используется,  с  одной  стороны,  для  косвенного
суждения  о  механическом  составе  почв,  а  с  другой  —  для  сужде¬
ния  о  количестве  недоступной  растению  влаги  в  почве,  ибо  из¬
вестно,  что  растение  гибнет  от  недостатка  влаги,  если  количество
ее  всего  в  1,5—2  раза  больше,  чем  максимальная  гигроскопич¬
ность.
 Максимальная  гигроскопичность  (К.  К.  Гедройц,  1955;
 А. 	А.  Кудрявцева,  1936;  С.  В.  Астапов,  1947;  Е.  А.  Домрачева,
1939,  и  др.)  определяется  путем  насыщения  почвы  до  постоян¬
ного  веса  водяным  паром  в  закрытом  эксикаторе  над  раство¬
ром  10%  серной  кислоты  (метод  Мичерлиха)  или  над  насыщен¬
ным  раствором  сернокислого  калия  (метод  А.  Н.  Николаева).
В  обоих  случаях  относительное  давление  водяного  пара
 42  Зак.  196.

658 	ВОДНЫЕ  СВОЙСТВА  ПОЧВЫ  И  ИХ  ФИЗИЧЕСКАЯ  ПРИРОДА  [гл.  1
 близко  к  насыщению  и  имеет  величину  порядка  0,96—0,98.  На
изотерме  адсорбции  водяного  пара  (например,  рис.  205)  макси¬
мальная  гигроскопическая  влажность,  в  зависимости  от  усло¬
вий  определения,  будет  представлена  точкой  на  круто  подни¬
мающейся  ветви  изотермы  адсорбции,  т.  е.  на  той  ее  части,
которая  характерна  для  капиллярной  конденсации.
 Воздушная  гигроскопичность  почвы,  как  мы  видели,  харак¬
теризует  ее  сорбционную  способность  при  средних  упругостях
пара,  при  которых  закончены:  формирование  монослоя,  гидра¬
тация  обменных  катионов  почвы  и  процесс  полимолекулярной
адсорбции.  Максимальная  же  гигроскопическая  влажность  от¬
вечает  сорбционной  способности  почвы  при  упругостях  водя¬
ного  пара,  близких  к  насыщению,  когда,  помимо  образования
полимолекулярных  адсорбционных  слоев,  идет  капиллярная
конденсация  в  порах  с  поперечником  меньше  10"5  см.  Обе  вели¬
чины—  воздушная  гигроскопичность  и  максимальная  гигроско¬
пичность—  являются  точками  одной  изотермы  и  обе  зависят  от
температуры,  от  упругости  водяного  пара  и  от  величины  по¬
верхности,  т.  е.  от  механического  состава  почвы.
 Таблица  /55
 Максимальная  гигроскопичность  (w*.  г)  дерново-подзолистой  почвы
 (В  процентах  на  абсолютно  сухую  навеску)
 Г  оризонт
 А0
 А0
 а2
 а2
 В,
 В,
 в2
 Во
 В,
 Глубина,  см
 8
 17
 20
 41
 42
 52
 53
 68
 69
 89
 «Vr>  %
 6,2
 4,7
 2,9
 2,7
 6,3
 7,2
 7,1
 6,1
 7,6
 7,0
 Н.  А.  Качинским  (1930)  были  произведены  подробные
исследования  максимальной  гигроскопичности  wM.  г  дерново-
подзолистой  почвы  и  было  установлено  изменение  этой  вели¬
чины  по  профилю  почвы  (табл.  155),  а  также  влияние  на  нее
условий  определения.  Им.  было  показано,  что  прокаливание
почвы  при  105°  С  уменьшает  величину  максимальной  гигроско¬
пичности  (табл.  156),  оказывая  влияние  на  коллоидную  фрак¬
цию  почвы.  В  то  же  время  механическое  разрушение  (истира¬
ние)  образцов  не  влияет  на  максимальную  гигроскопичность
(табл.  157),  так  как  грубое  изменение  величины  зерен  оказы¬
вает  ничтожное  влияние  на  величину  поверхности  почвы,  от  ко¬
торой,  по  существу,  главным  образом  и  зависит  ее  адсорбцион¬
ная  способность.

§  2]  ГИГРОСКОПИЧНОСТЬ  И  МАКСИМАЛЬНАЯ  ГИГРОСКОПИЧНОСТЬ  почв  659
 Аналогичные  данные  были  получены  М.  К.  Мельниковой
при  исследовании  водных  свойств  почв  методом  кривых  ско¬
рости  сушки  v(. 	(Ф.  Е.  Колясев  и  М.  К.  Мельникова,  1949).
 Для  опыта  был  взят  структурный  образец  тяжелосуглинистой
 Таблица  156
 Влияние  предварительного  высушивания  на  величину
максимальной  гигроскопичности
 (В  процентах  на  абсолютно  сухую  навеску)
 Горизонт  и  название  образца
 и/м  г  образцов  почвы
 не  подвергавшихся
высушиванию
 высушенных  при
105°  С
 А0—пахотный  слой
 6,2
 3,0
 В2  —  подгоризонт  2,  уплотненный  .  .
 9,0
 6,0
 В3  —  подгоризонт  3,  уплотненный  .  .
 6,7
 5,3
 Ао  с  ортштейнами
 3,7
 2,8
 А2  без  ортштейнов
 2,2
 1,7
 Ортштейны
 7,7
 6,6
 дерново-подзолистой  почвы.  Кривые  скорости  сушки  были
сняты  для  агрегатов  и  для  растертого  образца.  Из  кривых  /  и  3
на  рис.  206  ясно,  что  разрушение  агрегатов  внесло  изменения
 Таблица  157
 Влияние  предварительного  разрушения  на  величину
максимальной  гигроскопичности
 (В  процентах  на  абсолютно  сухую  навеску)
 Г  оризонт
 Глубина,  см
 "и.  г  1
 почвы
 с  ненарушенной
структурой
 с  нарушенной
структурой
 Ао
 7
 4,1
 4,0
 А*»
 23
 2,4
 2,5
 вГ
 40
 5,7
 5,9
 в.
 70  4
 8,3
 8,2
 В,
 100
 9,8
 9,6
 только  в  скорость  отдачи  воды,  но  не  в  положение  переломных
точек  на  кривых,  характеризующих  водные  свойства.
 Разделение  образца  на  различные  механические  фракции
путем  размучивания  (резко  изменило  именно  положение

660 	ВОДНЫЕ  СВОЙСТВА  ПОЧВЫ  И  ИХ  ФИЗИЧЕСКАЯ  ПРИРОДА  [ГЛ.  I
 переломных  точек  (кривые  2  и  4),  указывают  на  зависимость
водных  свойств  от  механического  состава.
 При  определении  максимальной  гигроскопичности  по  обще¬
принятой  методике  (стр.  658),  при  которой  относительная
влажность  воздуха  несколько  меньше  100%,  почва  приобретает
некоторую  конечную  влажность,  значительно  меньшую,  чем
полная  влагоемкость.  Лишь  в  особых  условиях  почва  может
насытиться  влагой,  поглощенной  из  воздуха.  К  таким  условиям
относится,  например,  высокая  засоленность  почвы,  при  кото-
 Рис.  206.  Кривые  скорости  сушки  vc  для  чернозема
и  выделенных  из  него  фракций.
 /  —  агрегаты;  2  —  илистая  фракция;  3  —  растертые  агрегаты;  4  —
грубая  фракция.
 рой  упругость  паров  воды  над  почвенным  раствором  сильно
понижена  в  соответствии  с  его  высоким  осмотическим  давле¬
нием  (табл.  165).
 Другим  примером  могут  служить  глинистые  грунты  с  нераз¬
витой  структурой,  в  которых  плотность  близка  к  2  г/смг.
Б.  Н.  Мичурин  (1956)  вычислил,  что  при  такой  плотности  раз¬
меры  пор  в  глинах  лежат  между  3  •  10”6—1,5*10-7  см.  Факти¬
чески  в  такой  системе  вода  будет  находиться  в  зоне  радиуса
действия  поверхностных  сил  и  окажется  распределенной  между
тонкими  пленками.  Полная  влагоемкость  такой  плотной  почвы,
составляющая  примерно  13%  по  весу  (или  26%  к  объему),
может  быть  достигнута  за  счет  адсорбции  водяных  паров  из
воздуха.  Но  при  этом  вся  влага  будет  недоступна  растениям,
так  как  капиллярные  силы  в  столь  малых  порах  достигают
сотен  атмосфер,  а  сосущая  сила  культурных  растений  не  превы¬

§  2]  ГИГРОСКОПИЧНОСТЬ  И  МАКСИМАЛЬНАЯ  ГИГРОСКОПИЧНОСТЬ  почв  661
 шает  нескольких  десятков  атмосфер.  Из  практики  известно,  что
аллювиальные  горизонты  подзолистых  почв  и  солонцов,  глеевые
горизонты  болотных  почв,  характеризующиеся  плотностью
 Таблица  158
 Влажность  почвы  (w)  и  относительная  влажность  почвенного
воздуха  (<^7<^в)
 Почва
 Wy  %
 <?/■?„,  %
 Почва
 W,  %
 16,21
 100
 12,51
 100
 12,97
 100
 8,45
 100
 Лёсс
 9,44
 100
 Подзол
 5,13
 100
 «V  г  =  7-9%
 8,22
 100
 *\с.  г  =3,18%
 3,32
 100
 7,80
 96
 3,07
 95
 6,52
 75
 2,16
 73
 13,38
 100
 15,27
 100
 8,15
 100
 11,44
 100
 Чернозем
 6,20
 100
 Чернозем
 8,07
 100
 w«.  Г  =5,12%
 4,87
 94
 «V  г  =  7>35%
 7,10
 94
 4,60
 89
 5,62
 68
 4,07
 68
 4,43
 49
 4,02
 100
 8,15
 100
 1,89
 100
 5,79
 100
 Дюнный  песок
 1,21
 100
 Дюнный  песок
 2,21
 100
 дам.  г  =  °'33%
 0,52
 100
 дам  г  =  0,41  %
 1,34
 100
 0,25
 62
 0,62
 100
 0,32
 69
 около  2  г/см3  и  пористостью,  близкой  к  26%  от  объема,  почти
не  содержат  доступной  для  растений  влаги  *).
 Микроструктурные  почвы  и  грунты  (лёссы,  лёссовидные  су¬
глинки)  представляют  собой  системы  микроагрегатов,  преиму¬
 *)  Отметим,  что  гигроскопичность  и  максимальная  гигроскопичность,
определенные  в  весовых  процентах,  не  зависят  от  сложения  почвы  и
являются  функцией  ее  механического  состава.  Иначе  обстоит  вопрос,  если
водные  свойства  выражать  в  процентах  от  объема,  как  это  делает  Б.  Н.  Ми¬
чурин.  В  некоторых  случаях  объемные  характеристики  позволяют  выявить
особенности  почвенных  условий,  не  находящие  отражения  в  весовых  про¬
центах.

662
 ВОДНЫЕ  СВОЙСТВА  ПОЧВЫ  И  ИХ  ФИЗИЧЕСКАЯ  ПРИРОДА  [ГЛ.  I
 щественно  с  диаметром  5*  10~3—10_3  см.  При  плотной  упаковке
таких  микроагрегатов  между  ними  образуются  поры,  величина
которых  колеблется  от  4  •  10~4  до  2,25  •  10~4  см.  При  глубоком
залегании  грунтовых  вод  (ниже  15  м)  до  11%  порового  про¬
странства  в  таких  почвах  свободно  от  воды  (Б.  Н.  Мичурин,
1956),  так  как  путем  капиллярной  конденсации  поры  с  таким
поперечником  нацело  заполниться  не  могут  —  в  них  будут  на¬
ходиться  скопления  воды  лишь  в  местах  стыка  частиц.
 По  существу  своему  почвы  по  преимуществу  являются  ма¬
кропористыми  системами  и  в  них  значительная  доля  порового
пространства  приходится  на  крупные  поры  (с  поперечником
больше  10~5  см),  в  которых  капиллярная  конденсация  не  про¬
исходит.  Поэтому  в  природных  условиях  в  большинстве  случаев
почвы  лишь  незначительно  насыщаются  влагой  за  счет  адсорб¬
ции  и  капиллярной  конденсации,  несмотря  на  высокую  относи¬
тельную  влажность  воздуха.
 Как  показали  классические  исследования  А.  Ф.  Лебедева
(1936),  относительная  влажность  почвенного  воздуха  всегда
близка  к  100%,  если  влажность  почвы  выше  максимальной
гигроскопической  (не  следует  забывать,  что  последнюю  опре¬
деляют  при  относительной  влажности  воздуха  равной  96—98%).
Однако  из  его  же  данных  следует  (табл.  158),  что  при  такой
относительной  влажности  почвенного  воздуха  почвы  еще  далеко
не  насыщены  влагой.  Вода  может  нацело  заполнить  макропоры
только  при  поступлении  ее  в  почву  в  достаточном  количестве
в  виде  объемной  жидкой  фазы.  Исключением  могут  являться
сильно  засоленные  почвы,  в  которых  почвенный  раствор  имеет
достаточно  высокую  солевую  концентрацию  и,  соответственно,
пониженную  упругость  водяных  паров  над  раствором.
 §  3.  Влажность  устойчивого  завядания  растений
 Вернемся  еще  раз  к  изотерме  адсорбции  воды  почвами,  но
остановимся  на  этот  раз  на  рис.  205,  на  котором  приведена  не
только  адсорбционная,  но  и  десорбционная  ветвь  изотермы.
Последняя  имеет  важное  значение,  так  как  в  природных  усло¬
виях  мы  чаще  встречаемся  при  малых  влажностях  почвы  не
с  адсорбцией,  а  с  десорбцией  водяного  пара  из  высыхающей
почвы.  Лишь  при  высокой  температуре  и  низкой  относительной
влажности  воздуха,  при  сильном  перегреве  поверхности  почвы,
верхние  горизонты  ее  высыхают  до  влажности,  меньшей  чем
максимальная  гигроскопическая.  Тогда,  при  увеличении  отно¬
сительной  влажности  воздуха,  происходит  адсорбция  водяного
пара  высушенными  слоями  почвы,  но  образуется  малый  запас
влаги,  недоступный  для  растения.  Гораздо  чаще  в  течение  веге¬

§  3] 	ВЛАЖНОСТЬ  УСТОЙЧИВОГО  ЗАВЯДАНИЯ  РАСТЕНИЙ 	663
 тационного  сезона,  особенно  в  корнеобитаемых  горизонтах,  мы
имеем  дело  с  высыхающей  почвой.
 Выше  мы  видели,  что  для  почв  характерно  явление  гистере¬
зиса;  это  означает,  что  при  одинаковых  давлениях  водяного
пара  и  температуре  в  атмосфере  равновесная  влажность  почвы
при  десорбции  выше,  чем  при  адсорбции.  Поэтому  на  десорб-
ционной  ветви  изотермы  относительной  упругости  паров 	=
 =  96—98%  будет  соответствовать  не  та  величина,  которую
условились  называть  максимальной  гигроскопической  влаж¬
ностью,  а  другая,  заметно  большая.
 В. 	А.  Францессон  (1951)  на  основании  большой  серии  опы¬
тов  показал,  что  эта  большая  величина  отвечает  чрезвычайно
важной  водной  характеристике  почвы,  называемой  влажностью
устойчивого  завядания  растений.  Смысл  этой  величины  ясен  из
самого  ее  названия,  и  запас  влаги  при  такой  влажности  боль¬
шинством  исследователей  считается  совершенно  недоступным
растениям.
 Возможно  точное  определение  влажности  устойчивого  завя¬
дания  имеет  важное  практическое  значение  для  определения
в  почве  доступного  растениям  запаса  воды,  за  который  прини¬
мается  разность  между  фактическим  запасом  воды  в  почве
и  запасом  при  влажности  устойчивого  завядания.  В  табл.  159—
162  приведены  данные  о  запасах  доступной  влаги  для  четырех
почвенных  разностей  при  влажности,  соответствующей  полевой
(или  наименьшей)  влагоемкости.
 Для  суждения  о  количестве  доступной  растению  влаги
в  почве  часто  используется  максимальная  гигроскопическая
влажность.  Для  этого  запас  влаги  при  этой  влажности  умно¬
жают  на  эмпирический  числовой  коэффициент,  чаще  всего  на
 1,5 	или  2,0,  и  полученную  расчетную  величину  принимают  за
количество  недоступной  растению  влаги.  Различными  авторами
предлагались  разные  коэффициенты  —  от  1,13  до  3,5  и  выше;
значения  эти  в  большей  или  меньшей  степени  случайны  и  зави¬
сят  главным  образом  от  вида  почвы,  с  которой  работал  тот
или  иной  автор,  и  от  экспериментальных  методов  определения
влажности  устойчивого  завядания,  с  которой  сравнивалась  рас¬
четная  величина.  Часто  для  определения  влажности  завядания
используется  метод  проростков,  заключающийся  в  определении
фактической  влажности  почвы,  при  которой  растение  необра¬
тимо  завядает;  в  США  широко  применяют  для  этой  цели  опре¬
деление  сосущей  силы  почвы  и  т.  д.  (подробно  см.  у  Д.  В.  Федо¬
ровского,  1953,  а  также  у  С.  И.  Долгова,  1948).
 В. 	А.  Францессон  (1951)  определял  остаточную  равновес¬
ную  влажность  сырой  почвы  при  высушивании  ее  над  10%-й
серной  кислотой  и  дополнительном  насыщении  в  эксикаторе  над
3%  H2SO4.  В  этих  условиях  влажность  почвы  по  достижении

664 	ВОДНЫЕ  СВОЙСТВА  ПОЧВЫ  И  ИХ  ФИЗИЧЕСКАЯ  ПРИРОДА  [ГЛ.  I
 равновесия  оказывается  примерно  в  полтора  раза  больше,  чем
при  адсорбции  над  10% 	H2S04  (см.  табл.  163,  данные
 В. 	А.  Францессона,  1951).
 Таблица  159
 Водные  свойства  и  запас  доступной  влаги  обыкновенного  чернозема
 (По  данным  Е.  А.  Афанасьевой  и  др.,  1955)
 Г  лубина,
см
 сс
 *
 О
 сС
 W
 Р.%
 Влажность
 завядания
 Полевая
 влагоемкость
 Запас  доступ¬
ной  влаги,
мм
 от  веса
 от
 объема
 %  от
веса
 СО
 М
 запас,
 мм
 %  от
веса
 %  от
объема
 запас,
 мм
 0—50
 1,12
 13,4
 15,0
 17,3
 19,4
 97
 34,2
 38,2
 191
 94
 50—100
 1,37
 12,5
 16,1
 19,0
 22,0
 110
 25,5
 35,0
 175
 65
 100—150
 1,41
 11,6
 16,4
 13,8
 19,5
 98
 24,5
 34,6
 173
 75
 150—200
 1,47
 11,1
 16,3
 13,4
 19,7
 98
 21,3
 31,3
 157
 59
 200—250
 1,50
 1-0,6
 15,8
 12,9
 19,4
 97
 21,3
 31,6
 158
 61
 250—300
 1,50
 —
 —
 13,3
 19,8
 99
 21,3
 31,6
 158
 59
 Таблица  160
 Водные  свойства  дерново-подзолистой  глеевой  почвы,  развитой
на  ленточной  глине,  пахотной
 (По  данным  Б.  Н.  Мичурина,  1954)'
 Глубина,
 см
 л
 *
 CSi
 а!
 Влажность
 завядания
 Полевая
 влагоемкость
 Запас  доступ¬
ной  влаги,  мм
 %  от
веса
 %  от
объема
 запас,
 мм
 %  от
веса
 %  от
объема
 запас,
 мм
 0—10
 1,05
 10,0
 10,5
 10,5
 33,5
 35,2
 35
 24,7
 10—20
 1,29
 11,2
 14,5
 14,5
 26,2
 33,8
 33,8
 19,3
 20—30
 1,80  .
 13,1
 23,6
 23,6
 18,2
 32,8
 32,8
 9,2
 30—40
 1,65
 13,1
 21,8
 21,8
 19,2
 31,7
 31,7
 9,9
 40—50
 1,58
 13,0
 20,6
 20,6
 29,3
 38,4
 38,4
 17,8
 50—60
 1,49
 13,5
 20,2
 20,6
 28,0
 41,8
 41,8
 21,6
 60—70
 1,49
 13,0
 19,4
 19,4
 29,4
 42,2
 42,2
 22,8
 70—80
 1,46  *
 13,9
 20,3
 20,3
 27,0
 39,5
 39,5
 19,2
 80—130
 1,46
 13,3
 19,4
 97,0
 27,4
 40,0
 200,0
 103,0
 130—150
 1,46
 13,5
 19,7
 39,4
 28,1
 41,0
 82,0
 42,6

§  3J 	ВЛАЖНОСТЬ  УСТОЙЧИВОГО  ЗАВЯДАНИЯ  РАСТЕНИЙ 	665
 В. 	А.  Францессон  определил  влажность  устойчивого  завяда-
ния  (w  )  методом  проростков  ячменя  и  сравнил  ее  с  влаж¬
ностью  (г0с),  полученной  при  высушивании  образца  влажной
почвы  над  10%  H2S04;  он  получил  почти  полное  совпадение
этих  двух  величин,  как  это  следует  из  табл.  164.
 Таблица  161
 Водные  свойства  и  запас  доступной  влаги  южного  чернозема,
развитого  на  тяжелом  суглинке  (лессовидном),  11  терраса
р.  Дон,  пос.  Усьман
 (По  данным  Б.  Н.  Мичурина,  1954)
 Г  оризонт
 Глубина,
 см
 еп
 ч
 о
 <\>
 сх.
 Влажность
 завядания
 Полевая
 влагоемкость
 Запас  доступ¬
ной  влаги,  мм
 %  от
веса
 %  от
объема
 запас,
 мм
 %  от
веса
 %  от
объема
 запас,
 мм
 А
 0—10
 1,20
 15,0
 18,0
 18,0
 32,5
 39,0
 39,0
 21,0
 10—20
 1,12
 13,4
 15,0
 15,0
 32,9
 35,7
 35,7
 20,7
 20—30
 U2
 13,7
 15,4
 15,4
 30,0
 33,6
 33,6
 18,2
 30—40
 1,13
 14,7
 16,6
 16,6
 29,0
 32,9
 32,9
 16,3
 40—50
 1,26
 14,1
 17,7
 17,7
 24,8
 33,8
 33,8
 16,1
 АБ
 50—60
 1,35
 14,1
 19,0
 19,0
 24,0
 32,4
 32,4
 13,4
 60—70
 1,37
 14,3
 19,7
 19,7
 24,1
 33,1
 33,1
 13,4
 70—80
 1,47
 14,3
 21,0
 21,0
 23,2
 34,1
 34,1
 13,1
 80—90
 1,49
 14,5
 21,6
 21,6
 23,3
 34,5
 34,5
 12,9
 ВС
 90—100
 1,48
 13,9
 20,6
 20,6
 23,3
 34,5
 34,5
 13,9
 100—110
 1,56
 13,9
 21,8
 21,8
 21,8
 34,0
 34,0
 12,2
 110—120
 1,56
 13,9
 21,8
 21,8
 21,7
 33,8
 33,8
 12,0
 120—130
 1,57
 13,9
 21,8
 21,8
 21,2
 33,3
 33,3
 11,5
 С
 140—160
 1,57
 13,2
 20,8
 41,6
 20,5
 32,3
 64,6
 23,0
 160—180
 1,56
 14,0
 22,8
 45,6
 20,3
 32,0
 64,0
 18,4
 180—200
 1,58
 12,5
 19,7
 39,4
 21,4
 33,8
 67,6
 28,2
 Как  видно  из  табл.  164,  для  29  образцов  отношение  двух,
определенных  столь  различными  экспериментальными  мето¬
дами,  величин  составляет  0,999.
 Предложенный  В.  А.  Францессоном  метод  определения  влаж¬
ности  устойчивого  завядания  растений  *)  путем  высушивания
 *)  Не  следует  только  называть  его  методом  определения  максимальной
гигроскопической  влажности  почвы,  поскольку  с  этим  условным  названием
уже  прочно  связано  представление  о  насыщении  почвы  водяными  парами
над  раствором  серной  кислоты  или  сернокислого  калия.

666 	ВОДНЫЕ  СВОЙСТВА  ПОЧВЫ  И  ИХ  ФИЗИЧЕСКАЯ  ПРИРОДА  [ГЛ.  I
 влажной  почвы  при  высокой  относительной  влажности  воздуха,
т.  е.  использование  десорбционной  ветви  изотермы  адсорбции  —
десорбции  водяного  пара  почвами,  отвечает  природным  условиям
иссушения  почвы  при  низких  ее  влажностях  и  должен  быть  при¬
знан  весьма  целесообразным  для  суждения  о  недоступном  расте¬
нию  запасе  почвенной  влаги.
 Таблица  162
 Водные  свойства  дерново-подзолистой  пахотной  почвы,  развитой
на  тяжелом  покровном  суглинке
 (По  данным  С.  И.  Васильева,  1950)
 Г  лубина,
см
 СО
 ч
 <о
 сС
 Г  игроско-
пичность,  %
 Влажность
 завядания
 Полевая
 влагоемкость
 Запас  доступ¬
ной  влаги,  мм
 от  веса
 от
 объема
 %  от
веса
 %  от
объема
 запас,
 мм
 %  от
веса
 %  от
объема
 запас,
 мм
 0—5
 1,16
 4,1
 4,8
 5,6
 6,6
 33
 27,6
 32,0
 160
 127
 5—10
 1,23
 4,0
 4,9
 8,7
 7,1
 35
 27,4
 34,0
 170
 135
 10—20
 1,21
 4,0
 5,0
 6,0
 7,3
 73
 24,4
 30,0
 300
 227
 20-25
 1,45
 4,3
 6,3
 5,8
 8,4
 42
 23,2
 34,0
 170
 128
 25-30
 1,44
 5,5
 7,9
 6,8
 9,8
 49
 22,6
 33,0
 165
 116
 30—40
 1,38
 7,1
 9,8
 9,5
 13,1
 131
 21,7
 30,0
 300
 169
 40—50
 1,43
 7,5
 10,7
 10,5
 16,5
 165
 21,5
 31,0
 310
 145
 50—60
 1,45
 8,1
 11,8
 10,0
 14,5
 145
 21,9
 32,0
 320
 175
 Недоступность  этого  запаса  вытекает  из  условий  его  обра¬
зования.  Мы  уже  видели,  что  в  условиях,  близких  к  насыщению
паров,  могут  быть  заполнены  только  те  поры  и  капилляры,  диа¬
метры  которых  меньше  10~5  см.  Капиллярное  давление  в  таких
порах  имеет  порядок  15  атм,  а  в  порах  с  диаметром  10_6  см  —
уже  150  атм  и  т.  д.  Даже  если  бы  растение,  увеличивая  осмоти¬
ческое  давление  клеточного  сока,  могло  конкурировать  с  почвой
за  влагу,  удерживаемую  силами  в  десятки  и  сотни  атмосфер,
то  корневые  волоски,  имеющие  диаметры  порядка  10~4  см
(Н.  А.  Максимов,  1944),  не  могли  бы  проникнуть  в  такие  поры.
Следовательно,  после  того,  как  влага  будет  отсосана  из  доступ¬
ных  растению  пор,  находящихся  в  непосредственной  близости
от  корня,  движение  влаги  к  корню  будет  затухать  и  затем  пре¬
кратится  из-за  уменьшения  величины  градиента  влаги.  Для
дальнейшего  получения  влаги  необходимо  новое  продвижение
корневых~волосков  в  глубь  пор,  к  месту  большего  запаса  влаж¬
ности.  Если  это  не  может  осуществиться  из-за  ограниченного
размера  пор,  то  поступление  воды  к  корню  прекратится.

ВЛАЖНОСТЬ  УСТОЙЧИВОГО  ЗАВЯДАНИЯ  РАСТЕНИЙ
 667
 §  3]
 Таблица  163
 Влажность  почвы  при  адсорбции  и  десорбции  паров  воды
 Влажность
 Почва  и  место  взятия  образца
 Г  лубина,
см
 воздушно¬
сухой  поч¬
вы,  увлаж¬
ненной  над
10%
 HoS04(a/M  г)
 сырой  поч¬
вы,  высу¬
шенной  над
 10%  h2so4
 и  увлажнен¬
ной  затем
над  3%
 h2so4
 Слабоосолоделый  глинистый  черно-
 5-20
 11,79
 17,68
 зем.  Кузнецкая  опытная  станция
 20—30
 13,08
 19,12
 Пензенской  области.
 40—50
 12,31
 18,46
 55-65
 11,86
 17,79
 Мощный  чернозем  среднесуглини-
 0—20
 7,55
 10,90
 стый.  Сумская  опытная  станция
 20—30
 7,47
 10,71
 УССР
 Лугово-черноземная  почва  тяжело¬
 0—10
 10,00
 14,73
 суглинистая.  Серебряно-Прудский
район  Московский  области
 Выщелоченный  чернозем  тяжело¬
 0—20
 10,63
 14,90
 суглинистый.  Воронежская  опыт¬
ная  станция  (Орловка)
 Лугово-черноземная  почва  тяжело¬
суглинистая  из  Барабинской  степи
 0—12
 8,61
 12,08
 Светло-каштановая  тяжелосугли¬
 0—10
 6,21
 8,93
 нистая.  Сталинградская  опытная
 10—25
 10,32
 13,78
 станция
 Столбчатый  солонец  тяжелосуглини¬
 0—6
 4,06
 5,78
 стый.  Там  же
 6—24
 12,14
 16,28
 Подзолистая  почва  тяжелосуглини¬
 0—10
 4,67
 6,68
 стая.  Барыбино,  Московской  обл.
 13—23
 2,88
 4,45
 75—85
 7,54
 9,74
 120—130
 9,14
 12,23

668
 ВОДНЫЕ  СВОЙСТВА  ПОЧВЫ  И  ИХ  ФИЗИЧЕСКАЯ  ПРИРОДА
 [гл.
 Таблица  164
 Влажность  завядания  по  методу  десорбции  и  методу  проростков
 Почва  и  место  взятия  образца
 Г  лубина,
см
 wc
 w3
 и//да3
 Слабоосолоделыйглинистый  чернозем.
 0—20
 16,40
 16,33
 1,00
 Кузнецкая  опытная  станция  Пензен-
 20—30
 19,50
 16,85
 0,98
 ской  области  (разрез  №  2)
 40—50
 18,92
 16,15
 0,99
 55—65
 18,03
 18,69
 0,96
 80—90
 17,71
 17,86
 0,99
 100—110
 16,56
 16,17
 1,02
 Слабосолонцеватый  выщелоченный
 0—5
 16,92
 16,98
 0,99
 чернозем  глинистый.
 20—30
 18,60
 18,91
 0,98
 Кузнецкая  опытная  станция  Пензен-
 40—50
 18,05
 18,64
 0,97
 ской  области  (разрез  №  12)
 55—65
 17,47
 17,55
 0,99
 80—90
 17,57
 17,84
 0,98
 110—120
 15,45
 15,25
 1,01
 Мощный  чернозем  среднесуглини¬
 0—20
 10,60
 10,51
 1,01
 стый.
 Сумская  опытная  станция  Сумской
 20—40
 10,92
 10,72
 1,02
 области  (разрез  №  312)
 То  же  (разрез  №  38)
 0—20
 10,47
 10,54
 0,99
 20—40
 10,89
 10,36
 1,05
 То  же  (разрез  №  322)
 0—20
 10,24
 10,22
 1,00
 20—40
 11,70
 12,12
 0,96
 Мощный  чернозем  легкосуглинистый.
 10—20
 8,75
 8,00
 1,09
 Яготин  (УССР)
 21—31
 8,10
 8,23
 0,98
 55—65
 8,68
 '  8,44
 1,03
 Обыкновенный  чернозем  глинистый.
 0—18
 17,79
 17,33
 1,03
 Таловая  Воронежской  области
 30—40
 18,10
 18,04
 1,00
 Карбонатный  чернозем  (старо-
вспашка).
 7—20
 16,68
 16,82
 0,99
 Буздняк  Башкирской  АССР
 20—40
 16,65
 16,13
 1,03

ВЛАЖНОСТЬ  УСТОЙЧИВОГО  ЗАВЯДАНИЯ  РАСТЕНИЙ
 669
 §  3]
 (Продолжение  табл.  164)
 Почва  и  место  взятия  образца
 Глубина,
 см
 w,
 «а
 wc!w*
 То  же  целина
 •  0—20
 16,17
 16,68
 0,97
 20—40
 16,34
 17,16
 0,95
 Тучный  чернозем.
 7—20
 19,89
 20,05
 0,99
 Буздяк  Башкирской  АССР
 20—40
 15,84
 16,71
 0,95
 Среднее  .  .  .
 0,999
 В  пористых  телах  все  поры  соединяются  друг  с  другом.
Жидкость  в  них  будет  перераспределяться  путем  перегонки
пара  и  перетекания  пленок  до  тех  пор,  пока  во  всем  объеме  не
установится  одинаковая  кривизна  менисков,  при  которой  пар
над  мениском  будет  находиться  в  равновесии  с  паром  в  окру¬
жающей  среде.
 Поэтому  в  почве,  при  влажности  устойчивого  завядания
влага  будет  находиться  не  только  в  виде  адсорбционных  слоев
и  нацело  заполненных  мельчайших  пустот,  но  и  в  крупных  по¬
рах  в  виде  кольцевых  манжет  вокруг  точек  соприкосновения
почвенных  частиц.  Мениски  этих  манжет  будут  иметь  ту  же
кривизну,  что  и  мениски  в  «нацело  заполненных  пустотах,  и
будут  удерживаться  в  своих  клинообразных  углублениях  капил¬
лярными  силами  такой  же  величины.
 При  высыхании  почвы  и  приближении  к  влажности  завяда¬
ния  со  стороны  «влажного  конца»  содержание  влаги  в  почве,
вследствие  гистерезиса,  будет  несколько  большим.  При  этом
окажутся  заполненными  поры  с  диаметром  порядка  10"5  см,
в  которых  капиллярное  давление,  вычисленное  по  уравнению
Лапласа,  составляет  около  15  атм.  Такую  же  величину  для
влажности  завядания  получил  Ричардс  (1928),  производивший
экспериментальные  определения  водоудерживающей  силы  раз¬
ных  почв  при  влажности  устойчивого  завядания.
 Доступная  растению  влага  в  почвах  может  появиться  лишь
при  поступлении  ее  в  капельно-жидком  виде,  притом  в  количе¬
стве,  достаточном  для  заполнения  не  только  тончайших  пор,
но  и  таких,  которые  по  своим  размерам  доступны  для  проник¬
новения  корневых  волосков.

670 	ВОДНЫЕ  СВОЙСТВА  ПОЧВЫ  И  ИХ  ФИЗИЧЕСКАЯ  природа  [гл.  I
 В  незасоленных  почвах  концентрация  солей  в  почвенном
растворе  настолько  мала,  что  при  разборе  условий  впитывания
влаги  растениями  мы  можем  не  принимать  во  внимание  ника¬
ких  других  сил,  препятствующих  этому  процессу,  кроме  адсорб¬
ционных  и  капиллярных,  обуславливающих  водоудерживаю¬
щую  силу  почвы.  Иначе  обстоит  дело  в  засоленных  почвах,
в  которых  почвенный  растворив  зависимости  от  концентрации
в  нем  солей,  характеризуется  большей  или  меньшей  величиной
осмотического  давления.  В  соответствии  с  законом  Рауля,
упругость  водяных  паров  над  растворами  ниже,  чем  над
чистым  растворителем.  Поэтому  в  засоленных  почвах,  при
одинаковой  относительной  влажности  воздуха,  окажутся  запол¬
ненными  водой  поры,  более  крупные  чем  в  почвах  незасоленных.
Присутствие  солей  столь  значительно  повышает  капиллярную
конденсацию,  что  засоленные  почвы  могут  увлажниться  за  счет
водяных  паров  воздуха  до  полной  влагоемкости,  особенно  при
высоких  относительных  влажностях  воздуха.  Для  иллюстрации
приводим  табл.  165,  заимствованную  у  Пьюри,  Краузера  и
Кина  (1925).
 Таблица  165
 Поглощение  паров  воды  (в  процентах  по  весу)  почвами,
обработанными  растворами  солей
 NfloCOg,  %
 КС1,  %
 %
 0
 1
 2
 3
 4
 5
 1
 2
 3
 4
 5
 89,6
 6,89
 8,46
 8,77
 9,74
 10,32
 9,91
 7,34
 8,92
 11,60
 14,68
 18,40
 69,0
 5,20
 5,54
 5,79
 6,33
 7,32
 8,54
 4,96
 5,25
 5,84
 5,83
 5,84
 40,3
 3,39
 2,93
 2,43
 3,18
 3,49
 3,74
 2,93
 3,06
 —
 3,16
 3,17
 19,7
 2,15
 1,87
 1,73
 2,08
 2,37
 2,59
 1,86
 1,82
 1,84
 1,84
 1,84
 10,4
 1,53
 1,43
 1,18
 1,49
 1,74
 1,97
 1,25
 1,15
 1,15
 1,15
 U4
 1,8
 0,66
 0,46
 0,22
 0,53
 0,65
 0,97
 0,46
 0,34
 0,38
 0,38
 0,42
 Это  свойство  почвенного  раствора  использовали  Ф.  Е.  Ко-
лясев  (1952),  Ф.  Е.  Колясев  и  Р.  С.  Кондакова  и  Н.  С.  Расте-
гаев  (1956),  предложившие  вносить  в  почву  удобрения  в  виде
крупных  гранул*  в  которых  перегной  и  торф  смешаны  с  легко
растворимыми  минеральными  удобрениями.  Последние  погло¬
щают  из  воздуха  водяной  пар  и  образуют  в  грануле  насыщен¬
ный  раствор,  над  которым  конденсируются  пары  почвенной
влаги,  создавая  очаг  минерального  питания.
 Г1о  многочисленным  литературным  данным  (подробнее  см.,
например,  у  Шоу,  1955),  давление  клеточного  сока  зависит

§  3] 	ВЛАЖНОСТЬ  УСТОЙЧИВОГО  ЗАВЯДАНИЯ  РАСТЕНИЙ 	671
 главным  образом  от  условий,  в  которых  произрастает  растение;
чем  больше  физиологическая  недостаточность  воды,  тем  больше
давление  клеточного  сока,  независимо  от  причин,  вызывающих
эту  недостаточность:  будь  то  высокое  осмотическое  давление
почвенного  раствора  или  высокая  водоудерживающая  сила
почвы.
 По  данным  Харриса  (цитируется  по  Шоу,  1955),  Atriplex
nutallii,  растущая  на  засоленных  почвах,  развивает  давление
клеточного  сока  от  38  до  169  атм,  в  зависимости  от  сезонных
изменений  концентрации  почвенного  раствора  и  колебаний  дру¬
гих  физических  свойств  окружающей  среды.  В  течение  дня
осмотическое  давление  клеточного  сока  под  действием  внешней
среды  меняется,  по  наблюдениям  Геррика  (1933)  над  Ambrosia
trifida,  от  12,5  до  16,3  атм.
 Таким  образом,  растение,  приспосабливаясь  к  конкретным
условиям  своего  произрастания,  может  в  широких  пределах
изменять  сосущую  силу  корневой  системы.  Поэтому  существо¬
вание  в  почве  недоступного  растению  запаса  влаги,  характери¬
зуемого  влажностью  устойчивого  завядания,  обусловлено,  как
нам  кажется,  не  только  водоудерживающей  силой  почвы,  но
и  диаметром  заполненных  при  этой  влажности  пор,  несоизме¬
римых  с  диаметром  корневого  волоска.
 Некоторые  исследователи  (см.  у  С.  И.  Долгова,  1948)
склонны  объяснять  возникновение  влажности  устойчивого  завя¬
дания  главным  образом  малой  подвижностью  в  этих  условиях
почвенной  влаги,  не  успевающей  переместиться  к  зоне  корне¬
вого  иссушения  со  скоростью,  обеспечивающей  потребности
растения.  Нам  такое  объяснение  кажется  недостаточным.
 Растение  с  огромной  быстротой  образует  новые  корни.
Крамер  и  Койл  (1940),  например,  нашли,  что  растение  ржи
в  течение  4  месяцев  ежедневно  образовывало  в  среднем  4,99  км
новых  корней.  В  большинстве  своем  корни  имели  диаметр
120—250  мк  и  были  покрыты  корневыми  волосками,  длина  ко¬
торых  составляла  700—800  мк.
 Приспособленное  развитие  корневой  системы,  в  зависимости
от  условий  произрастания,  является  еще  одной  возможностью
растения  обеспечивать  себя  водой.  Так,  по  данным  Т.  К.  Пав-
личенко  (1937),  одиночное  зрелое  растение  пшеницы  сорта
Маркиз  имело  71  км  корней,  а  контрольное  растение,  выращен¬
ное  в  почве  с  15-сантиметровыми  междурядьями,  имело  всего
0,86  км  корней.  Обладая  такой  огромной  возможностью  при¬
спосабливать  корневую  систему  к  условиям  произрастания,
растение,  безусловно,  могло  бы  бороться  с  последствиями  ма¬
лой  подвижности  почвенной  влаги,  интенсивно  развивая  и  рас¬
пространяя  свою  корневую  систему.  Исключительно  интерес¬
ными  с  этой  точки  зрения  являются  опыты  Дитмера  (1937),

672 	ВОДНЫЕ  СВОЙСТВА  ПОЧВЫ  И  ИХ  ФИЗИЧЕСКАЯ  ПРИРОДА  [гл.  I
 который  на  большом  количестве  образцов  озимой  ржи  показал,
что  в  возрасте  4  месяцев  это  растение  имело  около  13  800  000
корней  общей  длиной  свыше  614  км  с  площадью  поверхности
приблизительно  240  м2\  корневых  волосков  насчитывалось  при¬
близительно  14-109,  общей  длиной  свыше  10  621  км  и  площадью
поверхности  около  390  м2.  Тем  не  менее,  существование  недо¬
ступного  растению  запаса  почвенной  влаги  является  неопровер¬
жимым  фактом.
 Долгое  время  в  литературе  господствовало  мнение,  что
влажность  устойчивого  завядания  зависит  главным  образом  от
механического  состава  почвы.  Вышеприведенные  соображения,
как  будто,  поддерживают  эту  точку  зрения,  связывая  влаж¬
ность  завядания  с  поперечником  микроскоплений  воды.  Однако
нет  сомнений,  что  доступность  почвенной  влаги  определяется
также  рядом  физиологических  факторов,  таких,  как  фаза  раз¬
вития  и  состояние  растения,  величина  тургора,  корневая  си¬
стема,  засухоустойчивость.  Это  подтверждается  более  новыми
и,  возможно,  методически  более  правильными  работами  (см.
у  Д.  В.  Федоровского,  1953),  которые  показали,  что  влажность
устойчивого  завядания  меняется  в  течение  вегетационного
сезона,  т.  е.  зависит  не  только  от  почвы,  но  и  от  растения.  При¬
мером  может  служить  табл.  166,  взятая  из  обширного  исследо¬
вания  Д.  В.  Федоровского.
 Таблица  166
 Влияние  возраста  растений  на  степень  иссушения  почвы
 (при  устойчивом  завядании)
 Фазы  развития  растений
 Показатели
 кущение,
3  листа
 начало  вы¬
хода  в  труб¬
ку,  5  ли¬
стьев
 выкола-
 шивание
 цветение
 конец
 молочной
 спелости
 Возраст,  дней
 16
 27
 43
 48
 62
 Высота,  см
 20
 29
 47
 56
 57
 Вес  сухой  массы,  г  .  .
Влажность  завядшей
 0,8
 2,38
 5,62
 8,1
 11,7
 массы,  %
 79
 75
 52
 51
 48
 Вес  корней,  г
 Влажность  завядания
 0,33
 0,99
 1,45
 1.60
 1,76
 в  %  от  веса  почвы  .
 9,40
 8,16
 6,61
 7,23
 10,6
 Нам  кажется,  что  объяснение  этому  факту  в  первую  очередь
надо  искать  в  различном  состоянии  корневой  системы  в  зависи¬
мости  от  фазы  развития  растения.  Известно  из  опыта,  что  до

ВЛАЖНОСТЬ  УСТОЙЧИВОГО  ЗЛВЯДАНИЯ  РАСТЕНИЙ
 673
 §  3]
 стадии  цветения  растение  интенсивно  развивает  корневую
систему,  которая  в  этот  период  имеет  огромное  количество  кор¬
невых  волосков  с  поверхностью  в  сотни  квадратных  метров.
 В  последующие  стадии  развития  растения  количество  кор¬
невых  волосков,  а  следовательно,  и  поверхность  корневой
системы  резко  сокращаются.  Если  корни  и  корневые  волоски
обладают  способностью  поглощать  пары  воды  из  окружаю¬
щего  их  насыщенного  влагой  воздуха,  то  почвенный  воздух,
всегда  имеющий  относительную  влажность  100%,  может
явиться  дополнительным  источником  снабжения  растения  вла¬
гой.  Тогда  становится  понятным,  что  именно  в  те  фазы  разви¬
тия,  когда  поверхность  корневых  волосков  максимальна,  расте¬
ние  может  просуществовать  некоторое  время  в  почве,  практи¬
чески  не  содержащей  запаса  доступной  растению  влаги.
 Таблица  167
 Влажность  устойчивого  завядания  растений  расчетная  (w3  р)  и
фактическая  (w3  ф)
 Почва
 W  ")
 w3.  р  >
 а’з.  Ф
 ,  %
 1  цикл
 2  цикл
 3  цикл
 4  цикл
 1
 7,55
 2,85
 2,87
 2,90
 2,93
 2
 21,27
 5,32
 5,35
 5,40
 5,50
 *)  Эквивалент  влажности,  умноженный  на  1,84.
 Такая  точка  зрения  подтверждается  работами  Брезиля,
Макджорджа  и  Брезиля  (1951а),  которые  выращивали  расте¬
ния  томатов  без  какого-либо  притока  влаги,  если  не  считать
водяных  паров,  содержавшихся  в  воздухе  при  относительной
влажности  92%.  Опыты  проводились  в  больших  вегетационных
сосудах,  имевших  боковые  отверстия  для  отбора  почвенных
проб  и.  перфорированный  диск  в  нижней  части  сосуда,  чтобы
выделить  в  нем  воздушную  камеру.  Поверх  диска  была  насы¬
пана  почва,  в  которой  в  течение  месяца  выращивали  томаты
при  влажности,  равной  полевой  влагоемкости.  По  истечении
этого  срока  подача  воды  в  сосуд  была  прекращена,  и  через
почву  начали  продувать  воздух,  насыщенный  водяными  парами
(над  раствором  NH4H2PO4)  до  относительной  влажности  90%.
Через  месяц  растения  начали  проявлять  признаки  устойчи¬
вого  завядания.  После  отбора  пробы  на  влажность  почва
 43  Зак.  196.

674
 ВОДНЫЕ  СВОЙСТВА  ПОЧВЫ  И  ИХ  ФИЗИЧЕСКАЯ  ПРИРОДА  [ГЛ.  I
 в  сосуде  была  опять  доведена  прибавлением  воды  до  полевой
влагоемкости  и  через  нее  снова  начали  продувать  воздух  с  от¬
носительной  влажностью  90%;  этот  цикл  был  повторен  четыре
раза.  Каждый  раз  растение  завядало  при  одной  и  той  же
 влажности  (табл.  167).
 Из  табл.  167  видно,  что  ра¬
стение  вегетировало  в  почве,
влажность  которой  была  почти  в
три  раза  меньше  влажности  за-
вядания.  При  продувании  через
те  же  почвы  сухого  воздуха  ра¬
стения  завядали  через  17  дней,
и  влажность  почвы  оказалась
равной  расчетной  влажности  за-
вядания,  т.  е.  соответственно
7,75%  и  11,38%.  Анализ  почвы
по  высоте  сосуда  показал,  что
влага  равномерно  распределена
во  всех  горизонтах.
 При  помещении  корневой  си¬
стемы  растений  в  пустую  колбу
и  продувании  через  нее  влажно¬
го  воздуха  (92%  относительной
влажности)  растения  развива¬
ли  корневую  систему  (до
10  мм/день)у  но  увядали  через
5—6  дней,  однако  восстанавли¬
вали  тургор  при  увлажнении.
В  атмосфере  сухого  воздуха  они
завядали  через  3  часа  и  не  ожи¬
вали  при  увлажнении  почвы.
 Весьма  интересные  опыты  бы¬
ли  произведены  теми  же  авто¬
рами  по  впитыванию  водяною
тумана  и  водяных  паров  надзем¬
ной  частью  растений  (19516).
Свои  опыты  они  проводили  на
томатах  в  'сосудах  с  сухой  поч¬
вой  и  в  пустых  колбах,  изолируя  поверхность  почвы  и  горлышко
•колбы  (рис.  207)  водонепроницаемой  замазкой.  В  некоторых
опытах  на  нижнюю  часть  стебля,  как  это  -показано  на  рис.  207,
надевали  стеклянную  муфту,  в  которую  насыпали  сухую  почву.
 Эти  опыты  показали,  что  растение  жадно  поглощает  влагу,
как  попавшую  на  листья  в  виде  мельчайших  капелек  тумана,
так  и  соприкасающуюся  с  листьями  в  виде  паров.  При  этом
часть  влаги  растение  выделяло  в  сухую  почву,  доводя  ее  влаж¬
 Рис.  207.  Опыт  выращивания  рас¬
тений  в  пустой  колбе,  при  поме¬
щении  листьев  в  атмосферу  влаж¬
ного  воздуха.
 1  —  замазка;  2  —  почва;  3  —  стеклянная  муф¬
та;  4  —парафино-восковая  замазка.

ВЛАГОЕМКОСТЬ
 675
 §  4]
 ность  в  сосуде  до  полевой  влагоемкости.  В  таких  сосудах  за
12  недель  пребывания  в  атмосфере  насыщенного  влагой  воз¬
духа  растения  перешли  к  цветению  и  плодоношению.  При  от¬
сутствии  почвы  жидкая  влага,  содержавшая  ионы  К,  Na  и  др.,
выделялась  корнями  в  колбу;  за  3  недели  растение  выделило
83,3  мл  воды  при  поглощении  ее  из  тумана  и  26,5  мл  при  по¬
глощении  ее  из  влажного  воздуха.
 В  опытах  с  муфтой  вокруг  стебля  растения  также  сначала
выделяли  влагу  в  колбу;  через  2  недели  в  муфтах  появились
корни,  которые  увлажнили  в  ней  первоначально  сухую  почву
до  полевой  влагоемкости.  За  счет  питательных  веществ  почвы
в  муфтах  и  влаги  из  воздуха  растения  отлично  вегетировали  и
развивались.  Через  месяц  в  колбах  набралось  воды  от  160
до  185  мл,  а  влажность  почвы  в  муфтах  с  9,1%  (влажность  за-
вядания)  поднялась  до  30,1—35,2%.
 Описанные  опыты  просто,  убедительно  и  остроумно  демон¬
стрируют  способность  растения  использовать  атмосферную
влагу  в  качестве  дополнительного  источника  водного  питания.
Поэтому  при  полевых  определениях  влажности  устойчивого  за-
вядания  необходимо  учитывать  влияние  на  растения  росы,  ко¬
торая,  вопреки  господствующему  мнению  о  поступлении  воды
в  растение  только  через  почву,  несомненно,  поддерживает  рас¬
тение  в  периоды  почвенной  засухи.  Отсутствие  признаков  за-
вядания  у  растения  при  более  низкой  влажности  почвы,  чем
влажность  завядания,  определенная  методом  проростков  (см.
у  С.  И.  Долгова,  1948),  методом  В.  А.  Францессона,  расчетным
по  максимальной  гигроскопичности  или  другим,  еще  не  говорит
о  способности  растения  отобрать  воду  у  почвы  при  такой  низ¬
кой  влажности.  Оно  может  свидетельствовать  о  другом  меха¬
низме  водного  питания,  используемом  растением  по  мере  вы¬
сыхания  почвы.
 §  4.  Максимальная  молекулярная  влагоемкость;  полевая
влагоемкость;  капиллярная  влагоемкость
 В  предыдущих  параграфах  мы  рассмотрели  физические  силы,
благодаря  которым  создается  в  почве  запас  недоступной  расте¬
ниям  влаги,  адсорбируемой  почвами  из  влажного  воздуха.
 Теперь  попытаемся  установить  участие  физических  сил
в  создании  того  запаса  почвенной  влаги,  за  счет  которого
живет  и  развивается  растение.
 Рассмотрим  закрытый  от  испарения  ограниченный  объем
абсолютно  сухой  однородной  почвы,  на  поверхность  которой
поступает  капельно-жидкая  вода.
 Пусть  в  почву  .поступит  сначала  столько  воды,  сколько
соответствует  количеству  адсорбированных  водяных  паров

676 	ВОДНЫЕ  СВОЙСТВА  ПОЧВЫ  И  ИХ  ФИЗИЧЕСКАЯ  ПРИРОДА  [ГЛ.  I
 в  первой  точке  перегиба  на  изотерме  адсорбции  (рис.  198).  При
такой  влажности  поверхность  всех  почвенных  частиц  покроется
мономолекулярной  пленкой  воды,  а  ионы  на  поверхности  глин¬
ных  минералов,  кроме  того,  будут  окружены  более  толстой
водной  оболочкой.  Произойдет  адсорбция  жидкой  влаги  за  счет
неуравновешенных  сил  на  поверхности  почвенных  частиц,  ана¬
логично  тому,  как  происходит  адсорбция  паров  из  воздуха.
Никаких  принципиальных  различий  между  свойствами  и  пове¬
дением  воды,  адсорбированной  из  воздуха  или  из  жидкой  фазы,
не  будет.  Лишь  теплота  адсорбции  будет  меньше,  так  как
в  нее  не  войдет  теплота  конденсации,  выделяющаяся  при
уплотнении  паров  на  поверхности  твердого  тела.
 Никаких  местных  скоплений  воды  в  однородной  почве  при
этом  не  будет  образовываться,  так  как  в  почве,  как  и  в  других
пористых  телах,  все  поры  соединены  и  переплетаются  и  влага
будет  перемещаться  либо  путем  перетекания  пленок,  либо
путем  перегонки  пара  —  до  тех  пор,  пока  во  всем  объеме  пары
не  приобретут  одинаковое  давление,  пленки  —  одинаковую  тол¬
щину,  мениски  —  одинаковую  кривизну.
 При  дальнейшем  добавлении  воды  начнут  утолщаться  вод¬
ные  пленки,  а  затем  заполняться  мельчайшие  промежутки  и
угловые  поры,  как  это  происходит  при  адсорбции  по  мере
увеличения  относительного  давления  паров  и  переходе  к  про¬
цессу  капиллярной  конденсации.  Но  причина  заполнения  пор
будет  иная.  Капиллярная  конденсация  возникает  в  узких  про¬
светах  и  угловых  порах  благодаря  смыканию  адсорбционных
слоев  и  образованию  криволинейной  поверхности  раздела
вода  —  воздух,  над  которой  понижена  упругость  паров.  Про¬
никновение  же  жидкости  в  пористые  твердые  тела  управляется
адгезией,  и  эффективное  давление,  вгоняющее  жидкость  в  поры,
определяется  относительными  величинами  адгезии  между  мо¬
лекулами  твердого  тела  и  жидкости  и  когезии  между  молеку¬
лами  жидкости.
 Капиллярная  пропитка  возникает  при  наличии  границы
раздела  трех  фаз  —  твердой,  жидкой  и  газообразной  —  благо¬
даря  существованию  на  поверхности  раздела  твердой  и  жидкой
фазы  с  воздухом  свободной  поверхностной  энергии,  проявляю¬
щейся  в  поверхностном  натяжении.  Как  известно,  процессы,
ведущие  к  уменьшению  свободной  энергии,  протекают  само¬
произвольно.  Таким  процессом  является  исчезновение  поверх¬
ностей  раздела  твердое  тело  —  газ  и  жидкость  —  газ  и  образо¬
вание  новой  поверхности  раздела  твердое  тело  —  жидкость,
если  последняя  «смачивает»  твердое  тело.  Смачивание,  заклю¬
чающееся  в  распространении  жидкости  по  поверхности  твер¬
дого  тела,  происходит  в  том  случае,  когда  притяжение  между

ВЛАГОЕМКОСТЬ
 677
 §  4]
 молекулами  твердого  тела  и  жидкости  (адгезия)  больше,  чем
между  молекулами  жидкости  (когезия).
 Когда  жидкость  входит  в  капилляр  с  малым  радиусом,  то
вследствие  смачивания  образуется  мениск,  кривизна  которого
меняет  поверхностное  давление  жидкости.
 Молекула  т  (рис.  208),  находящаяся  в  поверхностном  слое,
под  вогнутой  поверхностью  испытывает  большее,  а  под  вы¬
пуклой  поверхностью  —  меньшее  притяжение  /  вглубь,  чем  под
плоской  поверхностью  АВ,  так  как  в  первом  случае  молекула
имеет  наибольшее,  а  во  втором  —  наименьшее  число  «соседей»,
втягивающих  ее  внутрь  фазы.  Поэтому  поверхностное  давле¬
ние  под  вогнутым  мениском  больше,  а  под  выпуклым  —  меньше,
чем  под  плоской  поверхностью.  Количественная  зависимость
величины  поверхностного  давления
от  формы  поверхности  дается  класси¬
ческим  уравнением  Лапласса:
 <^1—<^>о-и(-1  +  -1); 	(4)
 ление  при  плоской  и  искрив¬
ленной  поверхностях.
 где  о  —  коэффициент  поверхностного
натяжения,  г\  и  г2  —  главные  радиусы
кривизны  поверхности  (положитель¬
ные,  если  поверхность  выпуклая,  от¬
рицательные,  если  она  вогнутая),  Рис.  208.  Капиллярное  дав
<^о  —  давление  при  плоской  поверхно¬
сти,  —  давление  при  рассматривае¬
мой  поверхности.
 Радиус  кривизны  г  и  радиус  цилиндрического  капилляра  а,
в  котором  образовался  мениск,  связаны  следующей  зависи¬
мостью
 r  =  cos0  *
 где  6  —  краевой  угол  смачивания.
 Разность  поверхностных  давлений  и  является  той  движущей
силой,  которая  вгоняет  жидкость  в  капилляр.  Для  капилляра
с  кольцевым  сечением  и  радиусом  а  «всасывающее  давление»
будет:
 =  (6)
 Основное  уравнение,  связывающее  работу  адгезии  Лтж  (ко¬
торую  надо  затратить  для  разделения  единицы  поверхности
находящихся  в  соприкосновении  жидкости  и  твердого  тела)
с  поверхностными  натяжениями  на  границах  раздела  твердое
тело  —  газ  (ст,г),  жидкость  —  газ  (с*,  г),  твердое  тело  —  жид¬
кость  (от,ж),  известно  как  уравнение  Дюпре:
 ATt  ж  ==  ат,  Г  аж,  Г  	 ат,  ж»
 (7)

678
 ВОДНЫЕ  СВОЙСТВА  ПОЧВЫ  И  ИХ  ФИЗИЧЕСКАЯ  ПРИРОДА 	[ГЛ.  I
 Из  этого  уравнения  и  уравнения  для  равновесия  жидкости
ча  твердой  поверхности  при  краевом  угле  смачивания  0:
 аг,  г  °т,  ж 	г  COS  0 	(8)
 получаем  важное  уравнение  Юнга  (1805  г.);
 Ат,  ж  —  аж,  г  (1  Н—  cos  0). 	(9)
 Последнее  дает  основную  зависимость  между  адгезией  жид¬
кости  к  твердому  телу  и  краевым  углом  смачивания,  показывая,
что  конечный  угол  существует  при  условии,  что  адгезия  жидко¬
сти  к  твердому  телу  Ат>  ж  меньше,  чем  самокогезия  жидкости
2аж,г.  Краевой  угол  равен  нулю,  если  адгезия  равна  или
больше  когезии.
 Угол  смачивания  изменяется  при  движении  жидкости  вдоль
твердой  поверхности,  достигая  максимума  при  движении  по
сухой  поверхности.  Если  обозначить  угол  натекания,  образую¬
щийся  при  медленном  втекании  жидкости  в  капилляр,  через  0„,
го  давление,  вызывающее  самопроизвольное  втекание  жидкости
в  капилляр  круглого  сечения  со  стенками,  параллельными  оси,
будет:
 <^к  =  2а
 cos  01(
а
 (10)
 с^к  положительно,  когда  мениск  вогнутый,  т.  е.  когда  0Н  <  90°.
 При  капиллярной  пропитке  решающим  является  угол  нате¬
кания,  т.  е.  0„.  При  выталкивании  жидкости  из  капилляра  угол
смачивания  изменится,  так  как  жидкость  будет  проходить  по
ранее  смоченной  поверхности.  Опыт  показывает,  что  угол  сте¬
нания  0с  всегда  меньше,  чем  угол  натекания  0„.  Давление,  тре¬
бующееся  для  выталкивания  жидкости  из  капилляра
 ^B  =  23i2i^L, 	(11)
 а
 больше,  чем  давление  всасывания  <^к,  так  как  0к>0с.
 Различие  между  0*  и  0С,  или  так  называемый  «гистерезис»
угла  смачивания,  может  достигать  60°  на  гладких  поверхностях
и  значительно  больше  на  шероховатых.  Поскольку  всегда
0ц>0о  то  формула  (9)  показывает,  что  адгезия  жидкости
к  предварительно  смоченной  поверхности  больше,  чем  к  сухой
(Адам,  1948а).
 Следует  отметить,  что  углы  смачивания  при  натекании  и
стекании  резко  отличаются  от  статического  краевого  угла  сма¬
чивания,  образуемого  неподвижной  жидкостью.  Для  гидро¬
фильных  поверхностей,  для  которых  статический  угол  равен
или  близок  к  нулю,  угол  натекания  может  иметь  значения  по¬
рядка  60°  и  больше  (Адам,  1948).  Как  было  показано  экспери¬
ментально  (Б.  В.  Дерягин,  М.  К.  Мельникова,  В.  И.  Крылова,

ВЛАГОЕМКОСТЬ
 679
 §  4]
 1952),  краевые  углы  натекания  полярных  и  неполярных  жидко¬
стей  при  капиллярной  пропитке  различных  почв  имеют  вели¬
чину  от  55  до  84°  (табл.  168).
 Таблица  168
 Углы  натекания  0|г  полярных  и  неполярных  жидкостей
при  капиллярной  пропитке  песка  и  некоторых  почв
 Образец
 Жидкость
 о„.
 град.
 Образец
 Жидкость
 о,,
 град.
 Кварцевый  пе¬
 Вода
 67
 Обыкновенный
 Вода
 84
 сок  .
 Четыреххлори¬
 тяжелосугли  -
 Керосин
 68
 стый  углерод
 55
 нистый  чер¬
 Четыреххлори¬
 нозем
 стый  углерод
 65
 Тяжелосугли¬
 Вода
 84
 Легкосуглини¬
 Вода
 83
 нистая  под¬
 Этиловый  спирт
 75
 стая  средне¬
 Керосин
 71
 золистая
 Керосин
 70
 подзолистая
 Четыреххлори¬
 почва
 Четыреххлори¬
 почва
 стый  углерод
 67
 стый  углерод
 65
 По  мере  капиллярного  впитывания  все  больших  и  больших
количеств  жидкой  воды  почва  пройдет  через  влажность  устой¬
чивого  завядания  растений,  когда  заполненными  окажутся  про¬
межутки  и  узкие  концы  угловых  пор  с  просветом,  не  превышаю¬
щим  10~5  см,  и,  наконец,  достигнет  той  влажности,  при  которой
равномерное  распределение  влаги  по  профилю  почвы  становится
невозможным:  вода  начинает  стекать  из  верхних  горизонтов,
стремясь  к  определенному  распределению  по  профилю.
 В  природных  условиях,  если  почвенно-грунтовая  толща
имеет  однородный  профиль,  просачивающаяся  влага  достигнет
грунтовых  вод.  Если  на  пути  движения  воды  встретится  водо¬
непроницаемая  прослойка,  начнется  образование  нового  уровня
грунтовых  вод.  При  подстилании  тяжелого  грунта  более  легким
по  механическому  составу  в  толще  грунта  появится  слой  с  вы¬
сокой  влажностью,  обусловленной  «подвешенной»  водой.
 Распределение  и  поведение  влаги  при  поступлении  ее  в  почву
в  количестве,  недостаточном  для  заполнения  всех  пор,  весьма
наглядно  можно  показать  при  помощи  микрофотосъемок  на
модельной  почве,  сформированной  из  мельчайших  одинаковых
шариков.  На  такой  модели  удобно  также  рассмотреть  и  те  фи¬
зические  закономерности,  которые  приводят  к  определенному
распределению  влаги  по  профилю  почвы.
 Соответствующая  модель  была  создана  (М.  К.  Мельникова
и  С.  В.  Нерпин,  1956а)  при  помощи  «щелевых»  колонок
(рис.  209),  в  которых  шарики,  частицы  песка  или  мелкие

680
 ВОДНЫЕ  СВОЙСТВА  ПОЧВЫ  И  ИХ  ФИЗИЧЕСКАЯ  ПРИРОДА  [ГЛ.  I
 агрегаты  почвы  укладывались  в  один  ряд;  такая  колонка  позво¬
ляет  наблюдать  за  состоянием  почвы  и  воды  при  помощи  микро¬
скопа  и  производить  микрофотосъемки  и  прямые  измерения
(М.  К.  Мельникова  и  С.  В.  Нерпин,  19566).
 На  рис.  210  показано  распределение  влаги  в  колонке  с  мо¬
дельной  почвой  при  малой  влажности.  Вода  рассосалась  по
всей  колонке  и  образовала  между  всеми  частицами  крошечные
 Рис.  209.  Щелевая  колонка.
 манжеты,  которые  связаны  пленками  воды.  На  рис.  211  зафик¬
сирован  самый  процесс  образования  манжет  в  момент  отекания
из  колонки  избытка  воды:  видны  поры,  еще  нацело  заполненные
водой  (в  нижней  части  фото);  поры  круглой  формы,  из  которых
не  закончилось  стекание,  и,  наконец,  треугольные  поры,  кото¬
рые  характерны  для  зоны  закончившегося  стекания.  Вокруг
точек  соприкосновения  частиц  находятся  стыковые  манжеты,
ограниченные  менисками  двоякой  кривизны.
 Микрофотография  на  рис.  212  представляет  распределение
воды  в  верхнем  слое  песка,  после  стекания  ее  из  высокой  песча-

ВЛАГО  ЕМКОСТЬ
 681
 §  4]
 Рис.  210.  Микрофотография  распределения  влаги
в  модельной  почве  при  малой  влажности  (увели¬
чение  1  :  18).
 Рис.  211.  Микрофотография  стека-
ния  влаги  из  колонки  с  модельной
почвой  (увеличение  1  :30).

682
 ВОДНЫЕ  СВОЙСТВА  ПОЧВЫ  И  ИХ  ФИЗИЧЕСКАЯ  ПРИРОДА  [ГЛ.  I
 кой  колонки.  Влажность  этого  слоя  1,42%,  т.  е.  близкая  к  «ма¬
ксимальной  молекулярной  влагоемкости»  песка,  определенной
!в  аналогичных  условиях  А.  Ф.  Лебедевым  (1,68%).  На  микро¬
фотографии  ясно  видно,  что  при  такой  влажности  максималь¬
ная  часть  влаги  находится  в  скоплениях,  расположенных  в  угло¬
вых  порах,  образованных  местами  соприкосновения  частиц.
 По  профилю  колонки  или  почвенного  монолита,  как  это
было  уже  показано  А.  Ф.  Лебедевым  (1936),  В.  П.  Поповым
 Рис.  212.  Микрофотография  распре¬
деления  влаги  в  песке  при  влажно¬
сти,  равной  максимальной  молекуляр¬
ной  влагоемкости  (увеличение  1  :  45).
 (1948)  и  другими,  влажность  не  одинакова  после  стекания,  а  по¬
степенно  увеличивается  книзу,  по  мере  приближения  к  зеркалу
воды,  если  влага  в  почве  «подперта»,  или  к  границе  раздела
почва  —  воздух,  если  влага  «подвешена».  Увеличение  влаж¬
ности,  как  это  видно  из  микрофотографий,  происходит  за  счет
увеличения  манжет  и  утолщения  пленок,  сопровождаемого  из¬
менением  величины  и  формы  просветов  пор,  заполненных  воз¬
духом  (рис.  213).
 Постараемся  показать,  какие  закономерности  лежат  в  основе
такого  неравномерного  распределения  воды  после  стекания  ее
избытка  из  столба  почвы.  Для  этого  воспользуемся  выведен-

ВЛАГОЕМКОСТЬ
 683
 §  4]
 Рис.  213.  Микрофотография  манжет  и  пор  в  ко¬
лонке  с  модельной  почвой.
 а  —в  верхней  части;  б—  в  средней  части;  в  —  над  капилляр¬
ной  каймой  (увеличение  1  :30)

684
 ВОДНЫЕ  СВОЙСТВА  ПОЧВЫ  И  ИХ  ФИЗИЧЕСКАЯ  ПРИРОДА  [ГЛ.  I
 ными  ранее  доказательствами  (С.  В.  Нерпин  и  М.  К.  Мельни¬
кова,  1956).
 Мы  видели,  что  вода,  если  ее  недостаточно  для  заполнения
всех  пор  в  почве,  находится  в  ней  в  виде  манжет,  соединенных
пленками.  Как  это  видно  из  рис.  214,  стыковые  манжеты  огра¬
ничены  менисками  двоякой  кривизны:  в  сечениях,  проведенных
вдоль  шейки  капли,  поверхности  мениска  вогнутые  (по  рисунку
радиус  их  кривизны  будет  dn/2),  а  -в  сечениях,  проведенных
поперек  шейки,  они  «выпуклые  (на  рисунке  «радиус  кривизны
 будет  ~2  »  «где  д  —  кривизна  шейки  элемента  стыковой  влаги).
 При  рассмотрении  условий  равновесия  между  стыковой  и
пленочной  влагой  мы  будем  пользоваться  геометрическими  со¬
отношениями  для  почвенной  модели,  составленной  из  сфер
одинакового  диаметра  изображенной  на  рис.  214;  это  позволяет
не  только  дать  математическое  выражение  условий  совместного
существования  менисков  и  пленок  в  общем  виде,  но  и  произве¬
сти  точные  вычисления,  которые  могут  быть  в  целях  проверки
теории  сопоставлены  с  экспериментальными  данными.  Принци¬
пиальная  сторона  получаемых  при  этом  выводов  остается  спра¬
ведливой  и  для  реальных  частиц  почв  и  грунтов,  отличающихся
по  форме  от  рассматриваемых  схематизированных  частиц.
 В  элементе  стыковой  влаги  давление  ниже,  чем  в  окружаю¬
щей  газовой  фазе.  Это  понижение  давления  обусловлено  капил¬
лярным  давлением  и  может  быть  выражено  уравнением  Лап¬
ласа:
 А<^  =  а
 (12)
 д 	dn
 где  г2  =  у  и  гх  =  ~2".
 Принимая,  что  вогнутый  мениск  очерчен  по  дуге  круга,  ка¬
сающейся  поверхности  частиц,  можем  из  простых  геометриче¬
ских  соотношений  написать:
 <13>
 Здесь  г—радиус  шара,  изображающего  частицу  грунта.  Под¬
ставляя  Г\  из  формулы  (13)  в  формулу  (12),  получим"
 Д^  =  4-(Зг2  —2г).
 Г  9
 (14)

ВЛАГОЕМКОС'ГЬ
 685
 §  4]
 Из  выражения  (14)  вытекает,  что  предельным  условием  на¬
личия  пониженного  давления  в  стыковой  влаге  (по  сравнению
с  окружающей  средой)  является:
 Гг<  V- 	(15)
 При  ^2>2/з^  пора,  как  это  ясно  из  *рис.  214  оказывается  за¬
литой  водой.
 Если  тонкие  пленки,  соединяющие  мениски,  ограничивающие
элементы  стыковой  влаги,  Находятся  в  состоянии  хотя  бы  вре¬
менного  механического  равновесия  с  элементами  стыковой
влаги,  то  (если  жидкость  в  пленке  подчиняется  закону  Па¬
скаля),  давление  в  соседних  элементах  жидкости,  для  которых
потенциал  гравитационного  поля  может  считаться  одинаковым,
должно  быть  также  одинаково.
 Рис.  214.  Геометрические  соотноше¬
ния  в  модельной  почве.
 Если  жидкость  в  пленке  обладает  существенной  сдвиговой
упругостью  (а  следовательно,  не  подчиняется  строго  закону
Паскаля),  то  и  при  различных  давлениях  в  стыковой  влаге  и
пленке  может  существовать  механическое  равновесие,  носящее,
однако,  временный  характер.
 Основываясь  на  современных  представлениях  о  свойствах
тонких  слоев  жидкости,  мы  имеем  все  основания  считать,  что
в  рассматриваемых  нами  пленках,  имеющих  по  примерным
расчетам,  основанным  на  величине  удельной  поверхности  рас¬
смотренных  систем,  толщину  порядка  10_6—10"5  см,  жидкость
в  большей  своей  части  обладает  нормальной  текучестью.  Как
было  показано  Б.  В.  Дерягиным  (1952),  В.  В.  Карасевым  и

686
 ВОДНЫЕ  СВОЙСТВА  ПОЧВЫ  И  ИХ  ФИЗИЧЕСКАЯ  ПРИРОДА  [ГЛ.  I
 Б.  В.  Дерягиным  (1953),  Б.  В.  Дерягиным  и  3.  М.  Зориным
(1955)  на  основании  обобщения  многочисленных  эксперимен¬
тальных  работ,  только  ближайший  к  поверхности  твердого  тела
слой  толщиной  в  10—15  молекул  (10~7  см)  обладает  аномаль¬
ными  механическими  свойствами  —  повышенной  вязкостью,
сдвиговой  упругостью  (т.  е.  упругостью  формы).  Только  этот
слой  и  может  рассматриваться  как  особая  фаза  жидкости,
имеющая  резкую  границу  с  остальной  ее  частью,  обладающей
обычными  свойствами  жидкости  в  объеме.  Поэтому  мы  вправе
принять,  что  жидкость  в  пленках,  соединяющих  мениски,  под¬
чиняется  закону  Паскаля  в  той  же  степени,  что  и  жидкость
в  объеме.
 Если  обозначить  давление  в  элементе  стыковой  влаги,  огра¬
ниченном  криволинейными  менисками,  через  <^м,  а  давление
в  жидкости,  заключенной  в  пленке,  —  через  <^Vi,  то  в  случае
равновесия  между  менисками  и  пленками,  можно  написать:
 ^1  =  ^м. 	(16)
 Давление  в  жидкости  вблизи  поверхности  раздела  жид¬
кость—  газ  может  быть  представлено  как  сумма  двух  слагае¬
мых:  давления  в  газовой  среде  у  граничной  поверхности  *Ps  и
перепада  давления  при  переходе  к  жидкости  через  границу
раздела  между  ней  и  газом  Д<^°ж:
 ъРас  = 	-(—  Д<^ж.
 Используя  это  выражение,  можем  написать:
 <^11,  =  qPsk  4“ 	л.|  И  оРм  =  еРs*  4“ 	м*
 где  Д^п,,  и  Д^м  —  перепады  давления  при  переходе  от  газовой
среды  к  жидкой  фазе  соответственно  в  случае  пленки  и  мениска.
 С  учетом  этих  выражений  вместо  (16)  получим:
 *Р  st  Н“  Д<^  ил  =  еР$й 	м*
 Так  как  давление  в  газовой  среде  у  поверхности  мениска
еРзх  и  у  поверхности  соседней  с  ним  пленки  ePs.  одинаково,
то  условие  равновесия  пленки  и  стыковой  влаги  примет  сле¬
дующий  вид:
 Д<^  лл  =  Д<^  м-. 	(16а)
 Таким  образом,  если  стыковая  влага  находится  в  равно¬
весии  с  пленочной  влагой,  то  перепад  давлений  при  переходе
от  газовой  среды  к  жидкости  должен  быть  одинаковым  незави¬
симо  от  того,  осуществляется  такой  переход  через  поверхность
раздела,  ограниченную  криволинейными  менисками,  или  через
поверхность  пленки,  которая  может  иметь  совершенно  иную
кривизну  поверхности  или,  в  частном  случае,  может  быть

ВЛАГОЕМКОСТЬ
 687
 §  4]
 плоской.  Если,  например,  в  стыковой  влаге  перепад  давления  от¬
рицателен,  т.  е.  в  жидкости  давление  ниже,  чем  в  атмосфере,
то  и  в  пленке  должно  быть  давление  ниже  атмосферного.
В  стыковой  влаге  перепад  давления  <^\,  связан  с  кривизной
поверхностей  менисков  и  определяется  формулой  Лапласа.
В  пленочной  же  влаге  этот  перепад  создается  не  только  за
счет  криволинейности  поверхности  раздела,  которая  может
быть  и  плоской,  но  и  за  счет  влияния  твердой  подкладки,  на
которой  покоится  слой  малой  толщины.
 Для  тонких  пленок,  находящихся  в  равновесии  с  объемной
жидкостью  и  воспринимающих  положительное  давление,  дей-
 Рис.  215.  Условия  равновесия  между  плен¬
кой  и  объемной  фазой  жидкости.
 сгвующее  «на  их  поверхность  или,  иначе  говоря,  оказывающих
!на  граничащую  с  ними  фазу  положительное  давление,  перепад
давления  при  переходе  через  «поверхность  раздела  газ  —  пленка
оказывается  отрицательным,  т.  е.  давление  в  такой  .пленке  ниже,
Чем  в  граничащей  с  ней  газовой  фазе.  В  связи  с  этим  «рас¬
клинивающее»  действие  этих  пленок,  стремящееся  раздвинуть
ограничивающие  их  твердые  тела  и  утолщить  разделяющую  их
прослойку  жидкости,  считается  положительным.  В  пленках  же,
расклинивающее  действие  которых  считается  отрицательным
и  которые  стремятся  самопроизвольно  утоньшиться,  давление
оказывается  выше,  чем  в  граничащей  с  ними  фазе.
 Это  —  чрезвычайно  важное  обстоятельство,  без  которого,
в  частности,  невозможно  понять  причины  равновесия  между
стыковой  и  пленочной  влагой,  впервые  было  отмечено  С.  В.  Нер-
пиным  (С.  В.  Нерпин  и  М.  К.  Мельникова,  1956).
 Правильность  этого  положения  может  быть  показана,  на¬
пример,  при  рассмотрении  условий  равновесия  между  объем¬
ной  частью  жидкости  и  пленкой,  отделяющей  погруженный
в  жидкость  газовый  пузырек  от  твердой  подкладки.  Этот  случай
(рис.  215)  был  экспериментально  исследован  Б.  В.  Дерягиным
и  М.  М.  Кусаковым  (1937).

688
 ВОДНЫЕ  СВОЙСТВА  ПОЧВЫ  И  ИХ  ФИЗИЧЕСКАЯ  ПРИРОДА  [ГЛ.  I
 Напишем  условие  равновесия  для  двух  точек  жидкости  1
и  2,  первая  из  которых  находится  в  тонком  слое,  а  вторая  —
в  основном  объеме  жидкости.
 В  точке  1  общее  давление^  складывается  из  давления,  дей¬
ствующего  на  поверхность  слоя  со  стороны  газового  пузырька
<^2>  и  некоторого  пока  неизвестного  нам  давления  еРЛ9  связан¬
ного  с  влиянием  твердой  подкладки. 	Давление  в  пузырьке
 равно  гидростатическому  давлению,  действующему  в  основном
объеме  жидкости  е^г,  и  лапласовскому  давлению  <^л,  вызван¬
ному  кривизной  поверхности  пузырька,  обращенной  в  сторону
объемной  жидкости:
 —  ^>2“Ь<^х=<^>г“Ь<^>Л-Ь^>х* 	(17)
 Для  второй  точки
 <^2  =  <^г. 	(17а)
 Приравнивая  давления  *РХ  и  <^2>  найдем:
 <^х  =  —  ^л. 	(176)
 Но  из  формулы  (17)  видно,  что  величина  *Рх  представляет
собой  перепад  давления  Д<^Лл  при  переходе  через  межфазную
поверхность  от  газообразной  фазы  в  пузырьке  к  жидкости
в  пленке:
 Рх  =  кор  п=  *Р  i  —  <^2-
 Следовательно:
 Рх  =  LqP  пл  =  —  £Р  л.
 Так  как  дл5г  пузырька  главные  радиусы  кривизны  гх=г2  =  гу
где  г  —  радиус  пузырька,  то
 и,  следовательно,
 Если  переходить  через  межфазную  поверхность  не  от  газовой
фазы  к  пленке,  а  наоборот  —  от  пленки  к  газовой  фазе,  то,  оче¬
видно,  перепад  давления  оказывается  положительным:
 Д<^г  =  £Р2  —  £Р  1  =  —у  .
 Именно  это  дополнительное,  по  сравнению  с  гидростатиче¬
ским,  давление  действующее  в  фазе,  граничащей  с  пленкой
(в  рассмотренном  случае  —  в  пузырьке)  и  было  названо  по¬
ложительным  расклинивающим  давлением  (Б.  В.  Дерягин,
1955).

ВЛАГОЕМКОСТЬ
 689
 §  4]
 Таким  образом,  в  рассматриваемом  случае  мы  можем  на¬
писать  следующие  выражения  для  перепада  давления  при
переходе  через  межфазную  границу:
 Д<^г  =  Яр, 	(18)
 пл  =  —Яр, 	(18а)
 где  #р—расклинивающее  давление.
 В  случае,  если  поверхность  пленки  не  плоская,  то  необхо¬
димо  учесть  также  перепад  давления,  соответствующий  лапла¬
совскому  капиллярному  давлению:
 Д^ПЛ.  л  =  а(- 	1— 		 I» 	(19)
 \глл.  1 	глл.  2  /
 где  Гил.  1  и  Глл.  2  —  главные  радиусы  кривизны  поверхности
пленки.
 Тогда  общая  величина  перепада  давления  для  пленки
 лл  =  пл.  л  —  Яр* 	(20)
 Следовательно,  рассматривая  совместное  существование  ман¬
жет  и  пленок,  мы  должны  учитывать  перепад  давления  при
переходе  к  пленке  через  межфаз¬
ную  поверхность,  состоящий  из  двух
членов: 	лапласовского  давления
 и  расклинивающего  давления  тон¬
кого  слоя,  взятого  с  обратным  зна¬
ком.
 Величина  расклинивающего  да¬
вления  может  быть  вычислена  по
теоретическим  формулам  (С.  В.  Нер-
пин  и  Б.  В.  Дерягин,  1955),
пользование  которыми,  однако,  свя¬
зано  с  рядом  трудностей,  особен¬
но  в  случае,  когда  одной  из  со¬
прикасающихся  фаз  является  твер¬
дое  тело.  Для  практических  целей
может  быть  использована  прибли¬
женная  формула  (С.  В.  Нерпин,
 1954):
 *p  =  (w)’- 	(21)
 Здесь  Н  —  толщина  слоя  и  £  —  постоянная,  которая  может
быть  вычислена  из  изотерм  расклинивающего  давления
 Я)  ^
Л'СМг
 Рис.  216.  Изотермы  расклини¬
вающего  давления.

690
 ВОДНЫЕ  СВОЙСТВА  ПОЧВЫ  И  ИХ  ФИЗИЧЕСКАЯ  ПРИРОДА  [ГЛ.  1
 (рис.  216),  получаемых  экспериментальным  путем  (Б.  В.  Де¬
рягин  и  М.  М.  Кусаков,  1937).
 Учитывая  выражение  (20)  для  перепада  давления  при
переходе  через  межфазную  поверхность  газ  —  пленка,  можно
написать  условие  равновесия  пленок  и  элементов  стыковой
влаги  (16)  в  следующем  виде:
 А^*1|  =  Д^а1.л  —Яр. 	(22)
 В  случае,  если  левая  часть  выражения  (22)  будет  меньше
правой,  то  это  значит,  что  жидкость  из  пленок  -будет  перетекать
к  менискам  до  тех  пор,  пока  радиусы  кривизны  и  толщина
пленки  не  примут  такие  значения,  при  которых  обе  части
этого  выражения  станут  одинаковыми.  Если  левая  часть  выра¬
жения  (22)  больше  правой,  то  из  этого  следует,  что  жидкость
будет  перетекать  к  пленкам,  толщина  которых  будет  увеличи¬
ваться.  При  некоторых  условиях  это  перемещение  жидкости
от  менисков  к  пленкам  не  может,  однако,  привести  к  условиям,
при  которых  будут  равны  обе  части  уравнения  (22),  выражаю¬
щего  равновесие  между  пленками  и  стыковой  влагой;  следова¬
тельно,  равновесие  невозможно,  и  непрерывно  продолжаю¬
щееся  утолщение  пленок  приведет  к  заполнению  всех  пор
влагой.
 Используя  выражение  (21),  получим  вместо  (22):
 или
 а^-  =  Д^«.л-(4-)3.
 н=
 6
 (^пл.Л-^м)^'
 (23)
 (24)
 Таким  образом,  положительному  конечному  значению  тол¬
щины  пленок  отвечает  условие:
 Д<^„  —  Д<^пл.л<0 	. 	(25)
 или
 Д^„<Д<^ПЛ.Л. 	(25а)
 Этими  условиями,  как  мы  покажем  ниже,  определяется,
в  частности,  высота  капиллярного  подъема  влаги  в  грунтах.
 Рассмотрим  выполнение  условия  (25)  для  дисперсной  си¬
стемы,  состоящей  из  одинаковых  шариков  диаметром  d  ,  при
двух  значениях  влажности.  Предположим,  что  при  первом  зна¬
чении  влажности  мениски,  ограничивающие  элементы  стыковой
влаги,  еще  не  сомкнулись  и  кривизна  соединяющей  их  пленки
соответствует  еще  кривизне  поверхности  шариков,  однако*
участки  пленки  пренебрежимо  малы  по  сравнению  с  размерами
менисков  и  частиц.

ВЛАГОЕМКОСТЬ
 691
 §  4]
 Из  простых  геометрических  соотношений  для  случая  плот¬
ной  упаковки  (см.  рис.  214)  можно  написать:
 и
 (26)
 (27)
 Здесь  д  —  толщина  шейки  элемента  стыковой  влаги,  d  —
диаметр  шариков  и  dn—диаметр  свободных  от  влаги  просве¬
тов  пор.
 Из  уравнения  Лапласа:
 ^  =  ”(7Т  +  ^) 	<М>
 с  учетом  (26)  и  (27)  найдем:
 2а  3  Уз  —6
 а  ЗУЗ—5
 8а
 ~d  '
 (29)
 При  рассматриваемом  значении  влажности
 (30)
 Подставляя  (29)  и  (30)  в  (22),  найдем,  что  равновесие
между  пленочной  и  стыковой  влагой  в  рассматриваемом  случае
может  соблюдаться,  если
 Яр
 12а
d  '
 т.  е.  в  случае,  когда  пленка  может  развивать  положительное
расклинивающее  давление.
 Предположим,  что  при  увеличении  влажности  участки
пленки  исчезают  и  мениски  (ранее  разобщенные  пленками)
смыкаются;  следовательно,  в  точке  их  смыкания  кривизна  по¬
верхности  жидкости  будет  определяться  двумя  главными  ра¬
диусами  разного  знака:
 I  d
 Г\  = 	2~  И  г2  =  +  ~2-
 С  учетом  последних  выражений,  а  также  (27),  из  формулы
 (28) 	найдем:
 А^ил=
 4а
 d
 1  —  У^З
2—  У*3~  *
 (31)

692
 ВОДНЫЕ  СВОЙСТВА  ПОЧВЫ  И  ИХ  ФИЗИЧЕСКАЯ  ПРИРОДА  [ГЛ.  I
 Подставляя  формулу  (31)  в  выражение  (22)  и  учитывая,  что
для  Д^п  сохраняется  выражение  (29),  найдем,  что  для  сохра¬
нения  равновесия  между  пленкой  и  мениском  должно  оыть
выполнено  условие:
 _  2а
 р  d  ’  1  —  Уъ
 т.  е.  равновесие  может  быть  соблюдено  только  в  случае,  если  бы
пленка  могла  при  увеличении  ее  толщины  развивать  отрица¬
тельное  «расклинивающее»  давление.  Такое  изменение  знака
расклинивающего  давления  в  обычных  условиях  не  наблюдается
(Б.  В.  Дерягин  и  Е.  В.  Обухов,  1935).  Поэтому  при  смыкании
менисков  равновесие  между  пленочной  и  стыковой  влагой  не
может  сохраняться  и,  следовательно,  предельное  значение
влажности  грунта,  при  котором  еще  возможно  совместное  су¬
ществование  менисков  и  пленок,  соответствует  моменту  соеди¬
нения  менисков  между  собой.
 Долю  давления  в  жидкости,  обусловленную  наличием  лапла¬
совского  давления  и  расклинивающего  давления,  развиваемого
тонкими  слоями,  мы  назовем  потенциалом  влажности  системы  ф,
а  потенциал  влажности,  соответствующий  моменту  заполнения
пор,  —  критическим  потенциалом  влажности  фкр  .
 Условие  возможности  совместного  существования  пленочной
и  стыковой  влаги  может  быть  при  этом  записано  в  следующей
форме:
 Ф<Ф«р. 	' 	(32)
 Если  влажность  системы  возрастает,  то  в  момент,  когда  ее
потенциал  станет  равным  критическому  потенциалу,  должно
произойти  скачкообразное  заполнение  влагой  тех  пор,  для  ко¬
торых  условие  (32)  перестало  выполняться.
 В  случае  же,  если  поры  были  заполнены  влагой,  но  влаж¬
ность  начала  уменьшаться,  то  в  момент,  когда  начнет  выпол¬
няться  условие  (32),  должен  произойти  «разрыв  капилляров»
(М.  М.  Абрамова,  1953),  т.  е.  поры  заполнятся  воздухом.
 Рассмотрим  теперь  две  точки,  относящиеся  к  элементам
влаги,  лежащим  на  различных  уровнях,  при  условии,  что
сумма  потенциалов  влажности  ф  и  гравитационного  поля  <р  яв¬
ляется  постоянной  величиной:
 ФН-ср  =  const. 	(33)
 Расположим  начало  координат  на  уровне,  соответствующем
тому  горизонту  влаги,  который  установился  бы  в  пьезометре,
ке  имеющем  капиллярного  подъема,  и  примем,  что  одна  из
рассматриваемых  точек  лежит  на  этом  уровне.  Учитывая,  что

ВЛАГОЕМКОСТЬ
 693
 §  4]
 для  этой  точки  Дс^м  =  о  и  Д^пл^О,  можем  написать  для  вто¬
рой  точки,  лежащей  на  высоте  к  над  уровнем  первой,  следующее
условие  равновесия:
 Д<^  м 	лл  —  —  pgh 	(34)
 или
 '\>  =  —  gh> 	(35)
 Если  вторая  точка  относится  к  менисковой  влаге,  то  вместо
(34)  можем  написать:
 А^м  =  —Р  gh. 	(36)
 Условия  (34)  и  (35)  могут  быть  легко  получены  также  из
рассмотрения  равновесного  распределения  пара  в  порах  дис¬
персной  системы.
 В  общем  случае  при  наличии  перепадов  давления,  связан¬
ных  как  с  кривизной  поверхности,  так  и  с  малой  толщиной  слоя,
уравнение  Томсона  должно  быть  выражено  в  следующем  виде:
 _  £'Л7>  (Лс^м  +  Ле^л),
 где  М  —  молекулярный  ©ес,  R  —  универсальная  газовая  по¬
стоянная.  Но,  согласно  барометрической  формуле,  изменение
парциального  давления  пара  подчиняется  закону
 Igh/RT
 Комбинируя  эти  два  выражения,  опять  получим:
 Д<^  м  -(-  д^  лл  =  —  ?g  h  —  —  рф-
 Полученные  зависимости  позволяют  решить  такие  задачи,
как  определение  высоты  капиллярного  подъема  влаги,  опреде¬
ление  возможной  высоты  слоя  «подвешенной»  влаги*),  распре¬
деление  влаги  по  высоте  слоя  дисперсной  системы  и  т.  п.
 Подставляя  в  условие  (33)  значение  ф  из  формулы  (35),
найдем  высоту  капиллярного  поднятия  h  кап»  на  которой  перестает
выполняться  условие  возможности  совместного  существования
пленочной  и  стыковой  влаги  (33),  т.  е.  высоту,  на  которой  про¬
исходит  переход  от  полного  заполнения  пор  к  частичному:
 if  Акап  =  фкр»
 *)  Т.  е.  в  данном  случае  влаги,  задерживающейся  в  слое,  имеющем  бо¬
лее  тонкие  поры,  чем  подстилающий  материал.

694
 ВОДНЫЕ  СВОЙСТВА  ПОЧВЫ  И  ИХ  ФИЗИЧЕСКАЯ  ПРИРОДА  [ГЛ.  I
 откуда
 h
 кап  —
 §
 (37)
 Например,  для  случая  рассмотренных  выше
ванных  частиц,  которому,  как  это  видно  из  (29),
значение
 Фгср
 8а
 Р
 схематизиро-
 соответствует
 (38)
 найдем  следующее  выражение  для  высоты
подъема:
 и  ~  8а
 Kan  ~  ~?gd  •
 капиллярного
 (39)
 Для  проверки  этой  зависимости  были  проведены  соответ¬
ствующие  опыты  (М.  К.  Мельникова  и  С.  В.  Нерпин,  19566)
в  щелевых  колонках  с  модельными  системами  из  стальных  ша¬
риков  диаметром  1  мм  и  с  различными  фракциями  песков.
 Формула  (39)  проверялась  в  щелевой  колонке  со  стальными
шариками  на  трех  жидкостях:  этиловом  спирте,  бензоле  и  керо¬
сине,  песок  пропитывался  водой.
 а,  дн/см  р,  г/смг  d>  см  Лкап,  см
 Этиловый  спирт 	.  . 	25,5 	*) 	0,80 	0,1 	2,6
 Керосин 	 29,9 	0,82 	0,1 	3,0
 Бензол 	 28,9 	0,879 	0,16 	1,68
 На  рис.  217  приведены  фотографии  капиллярного  подъема
жидкости  для  двух  рассмотренных  случаев,  из  которых  видно
полное  согласие  теоретических  и  экспериментальных  резуль¬
татов.
 Для  фракции  нижнеднепровского  песка,  прошедшей  сито
0,5  мм  и  оставшейся  на  сите  0,25  мм,  теоретическая  величина
подъема,  если  принять  средний  диаметр  частиц  в  0,38  мм,  со¬
ставляет:
 . 	8  X  75 	.  £
 Пкт  —  1  х  980  х  0,038  СМ  ~  16  СМ'
 В  колонке  вода  поднялась  на  18  см  (нижняя  часть  колонки
на  рис.  218).
 Для  предельной  высоты  слоя  «подвешенной»**)  влаги  АПодв
можно  вывести  формулу  из  следующих  простых  соображений.
 Напишем  условие  равновесия  (33)  для  двух  точек  жидкости,
одна  из  которых  (1)  лежит  на  границе  контакта  тонкопористого
 *)  Величина  коэффициента  поверхностного  натяжения  была  определена
методом  «капиллярной  трубки».
 **)  Т.  е.  влаги,  находящейся  в  столбе  почвы,  подошва  которого  не  опи¬
рается  на  зеркало  грунтовых  вод.

ВЛАГОЕМКОСТЬ
 695
 §  4]
 Рис.  217.  Капиллярный  подъем  бензола  (а)  и  спир¬
та  (б)  в  щелевой  колонке.

696
 ВОДНЫЕ  СВОЙСТВА  ПОЧВЫ  И  ИХ  ФИЗИЧЕСКАЯ  ПРИРОДА  |ГЛ.  1
 и  крупнопористого  материалов  и  вторая  (2)  —  на  том  уровне,
где  начинается  зона  сплошного  заполнения  пор  в  тонкопористом
материале  (рис.  219):
 Рис.  218.  Подъем  воды  в  ще¬
левой  колонке  с  двумя  фрак¬
циями  песка  различной  круп¬
ности.
 Посередине  виден  темный  слой  мелкой
фракции,  насыщенной  „подвешенной*
водой.
 Рис.  219.  Условия  равновесия  на
границе  контакта  тонкопористого
и  крупнопористого  материалов.
 ИЛИ
 Ал
 с?»
 Р 	+?1—ФгЧ 	р“  +  'Н
 №  —  Ь)  +  (?*  —  <pi)  ■
 А.  2-Ал
 =  0.
 Здесь  <Ал  и  сА.  2—давление  в  газе  под  зоной  сплошного
увлажнения  и  над  ней.  Если  положить,  что  #>гл=^1>г.  2,  то  усло¬
вие  равновесия  упростится  и  примет  вид
 (ф,  _  4»,)  +  (<р2  —  <pj)  =  о.
 (40)

ВЛАГОЕМКОСТЬ
 697
 Рис.  220.  Образование  слоя  подвешенной  воды.
 а  —по  протекания  жидкости;  б—  после  протекания  жидкости.

698
 ВОДНЫЕ  СВОЙСТВА  ПОЧВЫ  И  ИХ  ФИЗИЧЕСКАЯ  ПРИРОДА  [ГЛ.  I
 Так  как  ф2  =  фкр.  i  и  ф1  =  фкр.2,  где  фкр.  i  и  фкр.  2—критические
потенциалы  влажности  для  тонкопористого  и  крупнопористого
материалов,  а  <р2  —  <pi=g(h2—  hl)=ghn0Jia,  где  h{  и  h2  —
соответственно  высота  поднятия  жидкости  в  тонко-  и  грубопори¬
стом  материале,  то  вместо  (40)  можно  написать:
 Апод.  =  -(41)
 или,  учитывая  (37),
 Аподв  :=  АКап.  1 	АКап.  2. 	(42)
 Следовательно,  максимальная  высота  слоя  «подвешенной»
влаги  равняется  разности  высот  капиллярного  подъема  в  тонко¬
пористом  и  крупнопористом  грунтах.
 Для  проверки  последней  зависимости  щелевидная  колонка
была  заполнена  шариками  двух  размеров:  в  средней  части  на¬
ходился  слой  из  шариков  диаметром  в  1  мм,  а  в  верхней  и  ниж¬
ней—  в  15/в  мм  (рис.  220а).  После  проливания  через  колонку
жидкости  (бензола)  и  стекания  ее  (рис.  2205)  в  прослойке,
состоящей  из  мелких  шариков,  часть  пор  оказалась  целиком
заполненной  бензолом.
 Принимая  для  бензола  а  =  28,9  дн/см,  р  =  0,879  г!см?,  най¬
дем  из  формулы  (39):  Акап=  1,62  см  при  диаметре  шариков
d  =  0,16  см,  Акал  =  2,63  см  три  d  =  0,1  см,  и,  следовательно,
согласно  формуле  (42)  ,  Алодв  =  2,63—1,62=  1,01  см.
 Как  видно  из  рис.  220,  вычисленные  величины  находятся
в  согласии  с  экспериментальными.
 М.  К.  Мельниковой  и  С.  В.  Нерпиным  (19566)  были  прове¬
дены  также  наблюдения  за  распределением  влаги  по  высоте
щелевой  колонки.
 Изменение  размеров  шеек  менисков  д  по  высоте  колонки
при  равновесном  распределении  влаги,  как  это  было  показано
ранее  (С.  В.  Нерпин,  1955),  выражается  формулой:
 *-йг[(‘+4£Т-«]- 	<«>
 Из  рис.  213  (микрофотография)  виден  характер  изменения
•размеров  шеек  менисков  по  высоте  системы.  В  нижней  части,
•расположенной  непосредственно  над  капиллярной  каймой,  про¬
светы  пор  имеют  круглую  форму,  что  подтверждает  правиль¬
ность  вывода  о  том,  что  критическому  потенциалу  влажности
отвечает  момент  соединения  менисков,  после  которого  совмест¬
ное  существование  пленок  и  менисков  оказывается  невозможным.
 На  рис.  221  даны  кривые  распределения  жидкости  (керо¬
сина)  по  высоте  щелевой  колонки.  За  период  около  четырех
месяцев  кривая  изменения  размера  шеек  менисков  еще  не  пол¬

ВЛАГОЕМКОСТЬ
 699
 §  4]
 ностью  приблизилась  к  теоретической  кривой.  Такой  медленный
процесс  перехода  к  равновесному  состоянию  объясняется  как
медленным  движением  влаги  по  пленкам,  соединяющим  мени¬
ски,  так  и  медленным  процессом  диффузионной  газовой  пере¬
гонки.
 Картину  распределения  влаги  после  стекания,  аналогичную
модельным  системам,  представленным  на  рис.  213,  дают
и  реальные  почвы  и  грунты.  На  микрофотографиях  песка
 Рис.  221.  Кривые  изменения  величины
манжет  по  высоте  щелевой  колонки.
 1  —  теоретическая  кривая  равновесного  рас*
пределения;  2  и  3  —  распределение,  наблю¬
давшееся  через  125  и  70  дней.
 (рис.  222)  представлено  распределение  влаги  после  стекания
из  высокой  колонки:  через  10  мин.  (рис.  222  а),  через  2  часа
(рис.  2256)  и  через  2  суток  (рис.  222в).  Сравнение  микрофото¬
графий  показывает,  что  изменения  во  влажности,  происшедшие
за  время  между  2  часами  и  2  сутками  после  стекания  под  дей¬
ствием  сил  тяжести,  весьма  незначительны,  и  манжеты  между
песчаными  частицами,  находясь  в  равновесии  с  пленочной  вла¬
гой,  не  стекают  по  профилю  колонки.  Введение  гигроскопиче¬
ского  вещества  в  нижнюю  часть  колонки  (рис.  222  г)  вызывает
заметное  уменьшение  стыковых  манжет,  что  доказывает  по¬
движность  пленочной  влаги.
 Картина  фактического  распределения  влаги  в  модельных
почвах,  а  также  в  песках,  зафиксированная  на  микрофотогра¬
фиях,  помогает  понять,  как  распределен  запас  влаги  в  почвах
при  тех  влажностях,  которые  известны  в  почвенной  гидро¬

700 	ВОДНЫЕ  СВОЙСТВА  ПОЧВЫ  И  ИХ  ФИЗИЧЕСКАЯ  ПРИРОДА  [гл.  \
 логии  как  максимальная  молекулярная  и  полевая  влаго-
емкости.
 Максимальная  молекулярная  влагоемкость,  понятие  о  кото¬
рой  было  введено  А.  Ф.  Лебедевым,  соответствует  влажности,
остающейся  в  верхних  горизонтах  почвы  (находящихся  вне
 Рис.  222.  Микрофотографии  распределения  воды  в  песке  после
стекания  ее  избытка  (увеличение  1  :30).
 а  —через  10  мин.;  б—  через  2  часа;  в  —через  2  суток;  г  —после  введения
в  нижнюю  часть  колонки  гигроскопического  материала.
 сферы  капиллярного  подъема  воды  от  зеркала  грунтовых  вод)
после  стекания  из  почвы  избытка  влаги,  поступившей  на  ее
поверхность.  На  примере  песка  мы  видели,  что  вода  при  равно¬
весном  распределении,  наступившем  после  стекания,  распола¬
гается  в  стыковых  манжетах,  соединенных  пленками  воды.  Вода
в  манжетах  и  пленках  удерживается  против  силы  тяжести
молекулярными  силами.  Последние  обуславливают  адгезию

ВЛАГОЕМКОСТЬ
 701
 §  41
 между  водой  и  почвой  и  когезию  между  молекулами  воды,
препятствуя  ее  стеканию.  Таким  образом,  предложенный
 А. 	Ф.  Лебедевым  термин,  против  которого  неоднократно  вы¬
сказывались  возражения,  правильно  отражает  физические  силы,
удерживающие  воду  в  почве  при  влажности,  названной  макси¬
мальной  молекулярной  влагоемкостью.  Неправильной  является
точка  зрения  А.  Ф.  Лебедева  на  отсутствие  подвижности  воды
в  пленках  и  на  распределение  воды  при  этой  влажности.  Как
известно,  он  считал,  что  при  максимальной  молекулярной  влаго-
емкости  вся  вода  находится  в  пленках,  окружающих  частицы
почвы.  Между  тем  в  песках,  в  легких  почвах,  в  структурных  и
микроструктурных  почвах  (между  агрегатами)  вода  после  сте¬
нания  избытка  находится  главным  образом  в  стыковых  ман¬
жетах.
 После  стенания  по  профилю  почвы  оставшаяся  в  ней  вода
неравномерно  распределяется  по  высоте  столба  почвы:  по  мере
удаления  от  поверхности  происходит  постепенное  увеличение
влажности  в  соответствии  с  формулой  (43).  В  реальном  грунте
такое  распределение  влаги  иллюстрируется  кривыми,  построен¬
ными  по  данным  А.  А.  Измаильского  (1949)  для  почти  одно¬
родной  14-метровой  толщи  лёсса  в  Полтавской  области
(см.  рис.  223,  заимствованный  из  работы  С.  В.  Нерпина,  1954;
точки  относятся  к  данным  А.  А.  Измаильского,  кривые  получены
 С. 	В.  Нерпиным  расчетным  путем).  На  рис.  223  кривая  1  отно¬
сится  к  скважине,  находившейся  на  плато,  откуда  происходил
сток  воды;  кривая  2  —  к  скважине  в  бессточной  воронке,  в  ко¬
торой  задерживался  снег  и  собирались  весенние  воды.  В  первой
скважине,  учитывая  минимальную  величину  осадков,  распре¬
деление  влаги  можно  считать  близким  к  равновесному.  Из  ри¬
сунка  видно,  что  теоретические  значения  влажности  близки
к  полевым  данным.  Равномерное  распределение  во  второй
скважине  свидетельствует  о  постоянстве  по  профилю  почвенно-
грунтовой  толщи  величины  манжет  и  толщины  пленок,  что  ха¬
рактерно  для  стекания  влаги  с  установившейся  скоростью.
Рассасывание  влаги,  которое  наступает  после  быстрого  сброса
главного  избытка  воды  и  ведет  к  равновесному  распределению
влажности  по  профилю  почвы,  происходит  медленно.
 На  примере  модельных  колонок  мы  видели,  что  через
125  дней  в  50-сантиметровой  колонке  полное  равновесие  еще
не  было  достигнуто.  В  полевых  условиях  примером  медленности
процесса  (рассасывания  влаги  может  служить  изменение  влаж¬
ности  почвы  при  определении  полевой  влагоемкости.  В  условиях
Энгельсской  опытно-мелиоративной  станции  (М.  К.  Мельникова,
•1954)  через  48  суток  после  затопления  площадок  еще  продол¬
жался  медленный  уход  влаги  из  верхних  горизонтов  в  глубокие
слои  почвенно-грунтовой  толщи.

702
 ВОДНЫЕ  СВОЙСТВА  ПОЧВЫ  И  ИХ  ФИЗИЧЕСКАЯ  ПРИРОДА  [ГЛ.  I
 Распределение  влаги  в  горизонтах,  /которые  испытывают
относительно  слабое  влияние  меняющихся  условий  на  поверх¬
ности  почвы  и  в  то  же  время  достаточно  удалены  от  уровня
грунтовых  вод,  распределение  влаги,  достигшее  условно  равно¬
весного  состояния,  отличается  удивительным  постоянством.  На
 /l.M  |
 о
 —
 о
 1
 D
 г
 о
 о
 Э
 Iе
 I
 Г
 о
 О
 О
 1
 О
 С
 О
 о
 С
 о
 о
 С
 с
 V
 5
 \
 О
 о
 \
 О
 1
 Ма
 о\
 О
 Boi
	 	1
 да
 ш06%
 о  ю  го  зо  о  ю  го  зо
 Рис.  223.  Распределение  влаги  до
уровня  грунтовых  вод  в  толще  лёсса
(по  данным  А.  А.  Измаильского).
 1  —  скважина  на  плато;  2  —скважина  в  бес¬
сточной  воронке.
 рис.  224  приведено  распределение  влажности*),  наблюдавшеес*
в  течение  двух  лет  в  полях  Энгельской  опытно-мелиоративной
станции,  расположенной  на  третьей  террасе  левого  берега
р.  Волги.  В  лёссовой  толще,  на  глубине  от  4  до  7  м  влажность
 *)  На  этом  рисунке  (и  дальше)  через  шоб  обозначена  влажность  почвы
в  объемных  процентах.

ВЛАГОЕМКОСТЬ
 703
 §  4]
 осенью  1951  г.,  весной  и  осенью  1952  г.  практически  была  оди¬
накова.  Результаты  отекания  влаги  из  поверхностных  горизонтов
сказались  на  влажности  более  глубоких  слоев,  расположенных
над  песчаной  линзой,  где  (на  глубине  10  м)  создавались  условия
 Рис.  224.  Распределение  влаги  по  профилю  почвенно-грунто¬
вой  толщи  (каштановая  среднесуглинистая  почва  на  лёссовид¬
ном  карбонатном  суглинке)  на  поле,  занятом  травами  (люцер¬
на  с  житняком).
 1  —  осенью  1951  г.;  2—весной  1952  г.;  3  —осенью  1952  г.  и  4  —осенью  1952  г.
на  паровой  площадке.
 для  образования  слоя  подвешенной  воды  (М.  К.  Мельникова,
1954).
 Точка  зрения  А.  Ф.  Лебедева  о  пленочном  удержании  влаги
верна  лишь  для  глинистых  почв  и  грунтов.  Поры  в  них  на¬
столько  тонки  (10_6—10-7  см),  что  разделение  влаги  между  ман¬
жетами  и  пленками  теряет  физический  смысл.  Такие  почвы
могут  удерживать  в  поверхностных  слоях  некоторое  количество
влаги,  которое  не  только  не  стекает,  но  даже  препятствует
дальнейшему  проникновению  в  почву  влаги,  поступающей  на  ее

704 	ВОДНЫЕ  СВОЙСТВА  ПОЧВЫ  И  ИХ  ФИЗИЧЕСКАЯ  ПРИРОДА  [гл.  I
 поверхность.  Такое  явление  создается  фракцией  пыли
0,005—0,001  мм  благодаря  наличию  мельчайших  пор,  названных
 В. 	А.  Францессоном  (1939)  «негравитационными».  Возникнове¬
нию  таких  пор  способствует  также  и  набухание  коллоидной
фракции  почвы.  Если  механический  состав  почвы  обуславли¬
вает  расположение  всей  влаги  в  негравитационных  порах,  то
почва  становится  .практически  водонепроницаемой,  и  корневая
система  растений  в  такой  почве  развивается  плохо,  несмотря
на  высокую  влажность  почвы.
 А.  Ф.  Лебедевым  (1936)  были  разработаны  способы  опре¬
деления  максимальной  молекулярной  влагоемкости  при  помощи
центрифуги  и  методом  пресса.  Оба  способа  подробно  описаны
им  в  его  классической  монографии  (А.  Ф.  Лебедев,  1936).
Однако  максимальная  молекулярная  влагоемкость,  определен¬
ная  в  лабораторных  условиях  одним  из  описанных  методов,
для  полевых  условий  почти  всегда  является  фиктивной  вели¬
чиной.  Поэтому  максимальное  количество  влаги,  фактически
удерживающееся  почвой  в  ее  естественном  залегании  и  сложе¬
нии  в  полевых  условиях  в  состоянии  равновесия  (при  устра¬
нении  испарения  и  дополнительного  притока  влаги),  получило
другое  название,  а  именно  «полевой»  или  «наименьшей  влаго¬
емкости».
 Отмечая  расхождения  между  величинами  лабораторной  ма¬
ксимальной  молекулярной  и  полевой  влагоемкости,  А.  Ф.  Лебе¬
дев  указывал,  что  совпасть  эти  величины  могут  лишь  в  идеальном
случае.  В  полевых  условиях  величина  максимальной  молеку¬
лярной  влагоемкости  неизбежно  искажается  под  влиянием
множества  различных  факторов:  пестроты  механического  со¬
става,  слоистости,  колебаний  в  плотности  почвы,  наличия
набухающей  коллоидной  фракции,  органического  вещества  и  др.
 Таким  образом,  обе  величины  характеризуют  запас  влаги,
образующейся  в  почве  после  отекания  избытка  влаги,  попав¬
шего  в  почву.  Однако  максимальная  молекулярная  влаго¬
емкость  является  лабораторной  константой,  не  представляющем
практического  интереса,  хотя  она  в  свое  время  сыграла  важ¬
ную  роль,  расширив  наши  представления  о  пленочной  влаге.
 Условия  удержания  влаги  в  грунтах  различного  механиче¬
ского  состава  в  полевых  условиях  подробно  рассмотрены
А.  А.  Роде  (1952),  который  приводит  огромный  фактический
материал  и  интересные  теоретические  соображения  по  поводу
наименьшей,  или  полевой,  влагоемкости,  характеризующей
запас  «подвешенной»  влаги  в  почве.
 Запас  «подпертой»  влаги,  образующейся  в  почве  путем  под¬
нятия  воды  от  уровня  грунтовых  вод,  характеризуется  ка¬
пиллярной  влагоемкостью.  Причины  капиллярного  поднятия
жидкостей  в  почвах  были  рассмотрены  выше.  Причиной

БЛАГОЕМКОСТЬ
 705
 §  4]
 капиллярного  всасывания  является  кривизна  менисков,  обра¬
зующихся  в  результате  проникновения  смачивающей  жидкости
в  тонкие  просветы  пористого  тела.  Кривизна  поверхности  раз¬
дела  жидкость  —  воздух  ведет  к  возникновению  разности  давле¬
ний  между  .плоской  и  криволинейной  поверхностями  жидкости,
и  последняя  поднимается  в  капиллярных  пустотах  под  дей¬
ствием  гидростатического  давления.
 Непосредственно  над  зеркалом  грунтовых  вод  практически
все  поры  в  почве  или  грунте  заполнены  водой,  и  влажность  на
некоторой  высоте  над  зеркалом  грунтовых  вод,  зависящей  от
механического  состава  почвы  или  грунта,  имеет  постоянную  ве¬
личину.  При  переходе  от  слоя  с  постоянной  влажностью  к  рас¬
положенному  над  ним  слою  с  понижающейся  влажностью  все¬
гда  наблюдается  резкое  уменьшение  .влажности.
 Этот  скачок  вызван  уже  усмотренными  выше  предельными
условиями  совместного  существования  манжет  и  пленок.  Появ¬
ление  и  исчезновение  воздушной  фазы  при  опорожнении  от  воды
или  заполнении  ею  поры  в  момент  размыкания  или  соединения
менисков,  по  условиям  равновесия  между  манжетами  и  плен¬
ками,  не  может  происходить  постепенно.  Заполнение  поры,  так
же  как  и  разрыв  сплошности  этого  заполнения,  происходят
мгновенно.
 Капиллярной  влагоемкостью  почвы  следует  считать  запас
влаги,  соответствующий  слою  с  постоянной  влажностью.
 Капиллярной  каймой,  как  известно,  называется  весь  слой
подпертой  влаги  между  зеркалом  грунтовых  вод  и  его  верхней
границей.  (Этот  вопрос  особенно  подробно  рассмотрен  в  моно¬
графии  А.  А.  Роде,  1952).  В  природных  условиях  часто  'бывает
трудно  заметить  разницу  между  «подпертой»  и  «подвешенной»
влагой,  особенно  при  глубоком  залегании  грунтовых  .вод  и  одно¬
родном  профиле  почвенно-грунтовой  толщи.
 Условия  образования  капиллярной  каймы  и  ее  влияние  на
водный  режим  корнеобитаемых  горизонтов  почвы  рассмотрен
Б.  Н.  Мичуриным  в  следующих  главах  этой  книги.
 Весь  запас  влаги,  находящейся  в  почве  в  интервале  влажно¬
сти  от  полевой  влагоемкости  до  влажности  устойчивого  завяда-
ния,  доступен  растению.  Но  чем  ближе  влажность  почвы  к  влаж¬
ности  завядания,  тем  медленнее  происходит  перемещение  влаги
к  зоне  корневого  иссушения  и  тем  труднее  растению  эффективно
использовать  почвенную  влагу.  Замедляющуюся  скорость  пере¬
движения  воды  хорошо  иллюстрируют  кривые  скорости  высыха¬
ния  почвы,  изображенные  на  рис.  206.  Причины  этого  замедле¬
ния  были  рассмотрены  Ф.  Е.  Колясевым  (1947)  и  Ф.  Е.  Колясе-
вым  и  М.  К.  Мельниковой  (1949)  в  работах,  посвященных
развитой  Ф.  Е.  Колясевым  теории  дифференциальной  влажности
почвы.

706 	ВОДНЫЕ  СВОЙСТВА  ПОЧВЫ  И  ИХ  ФИЗИЧЕСКАЯ  природа  [гл.  I
 Многими  исследователями  (С.  Н.  Рыжов,  1948;  Л.  Пенман,
1952;  Б.  Н.  Мичурин,  1954,  и  другими)  было  замечено,  что  ско¬
рость  транспирации  до  определенного  ее  значения  не  зависит
от  влажности  почвы.  При  достижении  определенного  предела,
названного  влажностью  замедления  роста  растений  и  лежащего
в  интервале  между  полевой  влатоемкостью  и  влажностью  завя-
дания,  растение  начинает  проявлять  признаки  водного  голода¬
ния.  Этот  интервал  влажности  Пенман  называет  «корневым  за¬
пасом».  Он  в  первую  очередь  является  характеристикой  расте¬
ния,  так  как  при  неглубокой  корневой  системе  или  для  любых
проростков  составляет  всего  25—50  мм,  а  для  деревьев  может
возрастать  до  200—250  мм.  Поэтому  корневой  запас  не  является
постоянной  величиной  для  данной  почвы,  а  должен  быть  опреде¬
лен  экспериментально  для  каждого  вида  растений.

ГЛАВА  II
 ПЕРЕДВИЖЕНИЕ  КАПЕЛЬНО-ЖИДКОЙ  ВЛАГИ  В  ПОЧВЕ
ПОД  ВОЗДЕЙСТВИЕМ  РАЗЛИЧНЫХ  ФИЗИЧЕСКИХ  СИЛ
 §  1.  Передвижение  влаги  в  водонасыщенной  почве
 Вода  в  почве  в  природных  условиях  практически  никогда  не
находится  в  состоянии  устойчивого  равновесия:  поступление
в  почву  осадков  и  испарение  с  поверхности  почвы,  градиенты
температуры,  корневое  иссушение  непрерывно  создают  условия
для  нарушения  равновесия  и  для  перемещения  влаги  в  почве,
направленного  к  восстановлению  равновесия.
 Многочисленные  исследования  по  передвижению  влаги
в  почве  можно  разбить  на  два  основных  раздела:  движение
в  условиях  сплошного  фильтрационного  потока,  когда  поверх¬
ность  почвы  поддерживается  в  Состоянии  насыщения  (например,
при  бурном  снеготаянии  на  талой  почве,  сильных  ливнях  или
орошении)  и  поры  нацело  заполнены  жидкостью,  и  движение
влаги  при  частичном  заполнении  пор.
 Второй  случай  имеет  наибольший  интерес,  так  как  в  корне¬
обитаемом  слое  поры  в  обычных  условиях  вегетации  лишь
кратковременно  бывают  заполнены  водой.  Как  известно,  для
нормального  развития  растения  обязательно  требуется,  наряду
с  влагой  и  питательными  веществами,  присутствие  достаточного
количества  воздуха,  и  если  почва  длительное  время  насыщена
водой,  растению  грозит  гибель.
 Работы  по  влагопроводности  —  или  фильтрации  —  водо¬
насыщенных  почв  основываются  на  классическом  законе  Дарси
 Q  =  AX 	(1)
 где  Q  —  объем  воды,  протекающий  в  единицу  времени  через
единицу  площади  поперечного  сечения,  i  —  градиент  гидравли¬
ческого  напора,  К  —  влагопроводность,  или  коэффициент  филь¬
трации.  В  этом  уравнении  К  является  функцией  свойств  жидко¬
сти  и  пористой  среды.  Попыткой  отразить  свойства  жидкости
в  уравнении  Дарси  явилось  введение  в  это  уравнение  величин
вязкости  т]  и  плотности  р  жидкости:
 (2)

708 	ПЕРЕДВИЖЕНИЕ  КАПЕЛЬНО-ЖИДКОЙ  ВЛАГИ  В  ПОЧВЕ  [ГЛ.  II
 Здесь  ДФ  —  движущая  сила,  а  коэффициент  пропорциональ¬
ности  к—(проницаемость.  За  движущую  силу  ДФ  принимается
отрицательное  значение  градиента  потенциала  влажности.  Но  и
в  такой  форме  уравнение  Дарси  не  позволяет  выявить  влияние
на  фильтрацию  геометрии  почвенных  нор  и  плотности  почвы,
имеющих  исключительное  значение  для  этого  процесса,  поэтому
для  каждого  частного  случая  требуется  экспериментальное
определение  к.
 Аналогичное  уравнение
 q=  —  A1£L  дф 	(2а)
 было  предложено  применить  и  для  потока  в  ненасыщенной
почве,  введя  в  него  новый  коэффициент  пропорциональности
к  (р),  который  выражает  зависимость  между  проницаемостью  и
потенциалом  влажности.  Последний  представляет  собой  сумму
гравитационного  и  капиллярного  потенциалов.  Однако  уравне¬
ние  (2а)  может  быть  применено  только  при  стационарном  по¬
токе  влаги;  между  тем  большинство  случаев  возникновения
«ненасыщенного»  потока  относится  к  нестационарному  со¬
стоянию.
 В  настоящее  время  американская  школа  почвоведов  Чайльдс
(Е.  С.  Childs,  1952),  Фреферт  и  Киркхэм  (R.  К.  Frevert,
 D. 	Kirkham,  1948),  Чайльдс  и  Коллис-Джордж  (Е.  С.  Childs,
 N. 	Collis-George,  1952)  и  др.  работает  над  возможностью  исполь¬
зования  уравнений  типа  Дарси  для  практических  целей  в  сель¬
ском  хозяйстве.
 Это  встречает  ряд  трудностей,  ,не  разрешенных  еще  со  вре¬
мен  Гарднера  (1920),  развившего  представления  Букингэма
(1907)  о  капиллярном  потенциале  и  применившего  его  для  вы¬
вода  уравнений  движения  почвенной  влаги  типа  уравнений  (2)
И  (2а).
 Букингэм  предложил  рассматривать  поток  почвенной  влаги
по  аналогии  с  потоком  тепла  или  электричества  в  металличе¬
ском  стержне.  За  движущую  силу  Букингэм  принимал  различ¬
ное  притяжение  воды  в  двух  'различно  увлажненных  точках
почвы  и  капиллярным  потенциалом  предложил  называть
величину,  характеризующую  притяжение  воды  почвой  в  данной
точке.  Величина  эта  имеет  размерность  работы  и  характеризует
силу,  необходимую  для  переноса  единицы  массы  воды  из  почвы
против  капиллярных  сил  в  стандартные  условия,  т.  е.  на  свобод¬
ную  плоскую  поверхность  воды,  находящуюся  при  атмосферном
давлении  (подробнее  см.  у  А.  А.  Роде,  1952  и  у  Бэвера,  1948).
Численно  капиллярный  потенциал  в  данной  точке  равен  рас¬
стоянию  этой  точки  от  зеркала  воды,  умноженному  на  ускорение
силы  тяжести  g.

§  1J 	ПЕРЕДВИЖЕНИЕ  ВЛАГИ  В  ВОДОНАСЫЩЕННОЙ  ПОЧВЕ 	709
 Однако,  хотя  капиллярный  потенциал  и  представляет  собой
удобную  и  наглядную  величину  для  характеристики  водоудер¬
живающей  силы,  он  отражает  лишь  одну  из  сторон  многообраз¬
ного  процесса  передвижения  почвенной  влаги,  и  введение  в  урав¬
нение  потенциала  влажности,  представляющего  сумму  капил¬
лярного  и  гравитационного  потенциалов,  не  помогает  решению
вопроса.  Как  и  в  обычной  гидродинамике,  эти  две  величины,
лежащие  в  основе  зарубежных  работ,  сводят  движение  влаги
только  к  действию  чисто  (механических  факторов  —  силы  тяже¬
сти  и  давления.  При  этом  совершенно  выпадают  из  рассмотре¬
ния  свойства  и  поведение  тонких  пленок  жидкости,  играющих
важную  роль  в  влагопроводности  ненасыщенных  почв.  Поэтому
физическая  природа  влагопроводности  ненасыщенных  почв  не
могла  быть  раскрыта,  и  предложенные  уравнения  носят  фор¬
мальный  характер.  Кроме  того,  на  всех  уровнях  влажности  при
передвижении  почвенной  влаги  могут  играть  существенную  роль
и  другие  физические  и  физико-химические  факторы,  как,  напри¬
мер,  градиенты  температуры  и  концентрации  солей.
 В  советских  работах,  в  отличие  от  зарубежных,  при  харак¬
теристике  потока  почвенной  влаги  уделено  внимание  последним
факторам,  так  же  как  исследованию  свойств  тонких  слоев  жид¬
кости,  и  делаются  попытки  количественно  оценить  поток,  осно¬
вываясь  на  анализе  физических  сил,  его  вызывающих,  и  на
геометрической  характеристике  почв  и  грунтов  посредством
удельной  поверхности.
 Для  этого,  в  первую  очередь,  необходимо  иметь  независи¬
мый,  точный  и  удобный  метод  измерения  поверхности  как  пер¬
вичных  частиц,  так  и  агрегатов.  Такой  метод,  основанный  на
измерении  сопротивления  фильтрации  разреженного  воздуха
при  кнудсеновском  режиме  через  пористое  тело,  был  теорети¬
чески  обоснован  и  разработан  Б.  В.  Дерягиным  (1946).
 Этот  метод,  учитывающий  только  «оквозные»  поры,  позво¬
ляет  определить  поверхность  пор,  доступную  для  передвижения
воды  и  воздуха,  которая  для  тонкодисперсных  тел  заметно  от¬
личается  от  статической  удельной  адсорбции,  определяющей
равновесную  адсорбцию.
 Определение  «внешней»  удельной  поверхности  S0  может  быть
произведено  на  стандартной  установке  (рис.  225)  и  состоит
в  измерении  перепада  давления  ДР  по  обе  стороны  образца
почвы.
 Подробное  описание  методики  и  аппаратуры  изложено
у  Б.  В.  Дерягина,  Н.  Н.  Захаваевой  и  М.  В.  Таланова  (1953).
 Этим  методом  была  измерена  удельная  поверхность  различ¬
ных  веществ  —  песков,  почв,  минеральных  порошков  (Б.  В.  Де¬
рягин,  В.  И.  Крылова,  Р.  М.  Фридлянд,  1950).  Полученные
для  песков  и  почв  значения  удельной  поверхности  (порядка

710
 ПЕРЕДВИЖЕНИЕ  КАПЕЛЬНО-ЖИДКОЙ  ВЛАГИ  В  ПОЧВЕ
 [ГЛ.  II
 от  0,5  до  4  м2/см3)  были  затем  использованы  для  характеристики
потока  влаги,  возникающего  под  действием  различных  сил  как
при  полном,  так  и  при  частичном  увлажнении  почв.
 При  полном  увлажнении  почв  и  грунтов  чаще  всего  рассмат¬
ривают  движение  под  действием  механических  сил,  заданных
градиентом  давления  ДР/Дх.  В  этом  случае  говорят  о  фильтра¬
ции  воды,  к  которой  при¬
меняют  уже  приведенное
выше  уравнение  Дарси.
Попыткой  отразить  в  этом
уравнении  влияние  гео¬
метрии  пор  является  урав¬
нение  Козени,  имеющее
вид
 ^  т)  Дл:  ’
 (3)
 где  проницаемость  к  свя¬
зана  с  удельной  поверх¬
ностью  S0  эмпирически
уравнением:
 1
 k  =
 -Р3- 	(4)
 ns*
 Здесь  р  —  пористость,
равная  отношению  объе¬
ма  пор  ко  всему  объему
почвы,  п  —  числовой  ко¬
эффициент,  обычно  (для
частиц  с  формой,  близкой
к  сферической)  равный  5.
 Поел  е 	соотв  етству  ю  -
 щих  подстановок  уравне¬
ние  фильтрации,  позво¬
ляющее  количественно  рассчитать  движение  почвенных  вод  ниже
горизонта  полного  увлажнения  по  внешней  удельной  поверхно¬
сти  So  и  пористости  р,  принимает  вид:
 Рис.  225.  Установка  для  определения
внешней  удельной  поверхности  почв.
 /  —  реометр;  2  —  дифференциальные  манометры  (ртут¬
ный  и  масляный);  5  —  вакуумметры  (один  запасной);
4  —  кювета  для  образца.
 о
 2 	*  Дх
 (4а)
 Уравнение  (4)  показывает,  что  проницаемость  обратно  про¬
порциональна  квадрату  S0  и,  следовательно,  быстро  изменяется
с  изменением  механического  состава  почв  и  грунтов.
 Отсюда  видно,  что  если  влага  находится  только  внутри  агре¬
гатов,  то  скорость  передвижения  ее  должна  резко  упасть  до
величины,  во  всяком  случае,  меньшей,  чем  получающаяся  из

§  1] 	ПЕРЕДВИЖЕНИЕ  ВЛАГИ  В  ВОДОНАСЫЩЕННОЙ  ПОЧВЕ 	711
 формулы  (4а)  при  подстановке  в  нее  величины  удельной  по¬
верхности  первичных  частиц  почвенных  агрегатов  и  пористости
последних.  Очевидно,  что  при  этом  скорость  фильтрации  умень¬
шится  на  несколько  порядков.  В  то  же  время  передвижение
воздуха  будет  происходить  примерно  по  формуле  (4а)  с  учетом
меньшей  вязкости  воздуха.
 Таким  образом,  аэрация  почвы  будет  облегчена,  а  расход
влаги  замедлен,  что,  по-видимому,  и  определяет  агрономическую
полезность  почвенной  структуры.
 В  том  случае,  когда  для  исследования  берется  бесструктур¬
ный  грунт  или  дезагрегированная  почва,  мы  получаем  данные
об  удельной  поверхности  и,  следовательно,  о  средних  размерах
(радиусах)  первичных  частиц.  Если,  наоборот,  мы  исследуем
воздухопроницаемость  почвенного  образца  с  ненарушенной
структурой,  то  в  основном  измеряем  удельную  поверхность,
а  следовательно,  средний  размер  (радиус)  почвенных  агрегатов.
В  результате  можно  сопоставлять  размеры  первичных  частиц  и
почвенных  агрегатов  и  оценить  влияние  структуры  почвы  на
водопроницаемость.
 Необходимо  заметить,  что  уравнение  (4а)  применимо  к  струк¬
турной  почве,  только  если  пренебречь  движением  воды  внутри
агрегатов.  В  этом  случае  S0  характеризует  внешнюю  удельную
поверхность  агрегатов,  а  пористость  —  относительный  объем
пор,  расположенных  между  почвенными  агрегатами.
 От  рассмотрения  процесса  фильтрации  легко  перейти  к  дви¬
жению  влаги  при  капиллярной  пропитке,  при  которой  происхо¬
дит  перемещение  границы,  разделяющей  объемы  почвы,  насы¬
щенные  и  не  насыщенные  водой.  Как  известно,  перемещение
этой  границы  обусловлено  капиллярным  (Лапласовым)  давле¬
нием  менисков.
 Б.  В.  Дерягин  (1946)  показал,  что  теорию  капиллярной  про¬
питки  можно  обосновать  термодинамическими  соображениями
и  установить  при  этом  однозначную  овязь  капиллярной  про¬
питки  с  величиной  истинной  поверхности  дисперсного  тела.
 Закон  капиллярной  пропитки  в  дифференциальной  форме
может  быть  выражен  уравнением:
 .,  d  (Д/)  k  а  So
=  —  о  cos  6-f  ,
 ах  у\  рЪ
 (5)
 или  после  интегрирования:
 (Д/)2  =  2-^-0  cos  6  t.
 (5а)
 Здесь  А/  —  толщина  слоя,  разделяющего  фронт  пропитки
от  свободного  объема  жидкости,  t  —  время,  протекшее  от  на¬
чала  пропитки,  когда  А/  =  0.

712 	ПЕРЕДВИЖЕНИЕ  КАПЕЛЬНО-ЖИДКОЙ  ВЛАГИ  В  ПОЧВЕ  [ГЛ.  II
 Если  в  это  выражение  ввести  значение  k  из  формулы  (4),  то
получим:
 <6>
 От  уравнения  (6)  путем  соответствующих  подстановок  мо¬
жно  перейти  к  выражению  потока,  движущегося  под  действием
капиллярных  сил  в  зоне  полного  увлажнения:
 Q  =  S0-^  cos  в. 	(7)
 Для  определения  величины  внешней  удельной  поверхности
So,  входящей  в  формулу,  можно  воспользоваться,  например,
упомянутым  «выше  методом  фильтрации  разреженного  газа  и
одновременно  определить  краевой  угол  см,ачивания  0  по  косвен¬
ному  методу  АФИ  (Б.  В.  Дерягин,  М.  К.  Мельникова,  В.  И.  Кры¬
лова,  1952).
 При  оплошном  заполнении  пор  формула  Козени  остается
в  известной  степени  верной  только  при  отсутствии  скольжения
жидкости  по  поверхности  частиц,  способного  увеличить  расход
жидкости.  В  почвах  скольжение  жидкости  по  поверхности  ча¬
стиц  может  наблюдаться  в  следующих  случаях:  *
 1. 	При  наличии  электрического  поля,  когда  возникает  элек-
троосмотическое  перемещение  жидкости.  Это  явление  нашло
практическое  применение  при  строительстве  гидротехнических
сооружений  для  осушки  грунта  и  понижения  уровня  грунтовых
вод.
 2. 	Когда  имеется  градиент  концентрации  растворенных  ве¬
ществ  (Б.  В.  Дерягин,  Г.  А.  Сидоренков,  Е.  А.  Зубащенко,
 Е. 	Киселева,  1947).  Скольжение  и  вызванное  этим  перемещение
жидкости  в  пористых  телах  известно  под  названием  капилляр¬
ного  осмоса.
 3. 	При  наличии  температурного  градиента  (термоосмос),
когда  жидкость  начинает  скользить  по  поверхности  со  ско¬
ростью,  пропорциональной  градиенту  температуры  вдоль  этой  по¬
верхности  (Б.  В.  Дерягин  и  Г.  А.  Сидоренков,  1941;  Б.  В.  Деря¬
гин  и  М.  К.  Мельникова,  1950).
 Движение  влаги  при  полном  увлажнении  через  грунт  под
влиянием  любого  из  указанных  трех  факторов  подчиняется  од¬
ному  и  тому  же  закону  (Б.  В.  Дерягин,  М.  К.  Мельникова,
 С. 	В.  Нерпин,  1956)
 Q  =  eCgrad<|>, 	(8)
 где  ф—одна  из  трех  величин:  электрический  потенциал,  темпе¬
ратура  Т  или  химический  потенциал  растворенного  вещества.
 Различие  сводится  к  тому,  что  в  разных  случаях  действую¬
щим  фактором  служат  градиенты  разных  величин  и  одновре¬

ПЕРЕДВИЖЕНИЕ  ВЛАГИ  В  ВОДОНАСЫЩЕННОЙ  ПОЧВЕ
 713
 §  1]
 менно  коэффициент  пропорциональности  С  принимает  различ¬
ные  значения.
 Что  касается  влияния  геометрии  пор,  выраженного  коэффи¬
циентом  6,  то  оно,  очевидно,  одинаково  во  всех  случаях.
 Важно  подчеркнуть,  что  во  всех  трех  случаях  скорость  тече¬
ния,  в  противоположность  движению  под  действием  перепада
гидростатического  давления,  не  зависит  от  удельной  поверхно¬
сти  и,  следовательно,  не  уменьшается  с  уменьшением  размера
пор.  Это  различие  основано  на  том,  что  при  обычной  фильтра¬
ции  стенки  служат  препятствием  движению  жидкости,  так  как
не  допускают  ее  скольжения  по  ним.  Наоборот,  в  рассматри¬
ваемых  теперь  трех  случаях  движения  жидкости  причиной  дви¬
жения  является  скольжение  жидкости  по  стенке  под  влиянием
поверхностных  сил  взаимодействия  стенки  с  прилегающими
слоями  жидкости.
 Профиль  скоростей  в  пленке  при  скольжении  имеет  свое¬
образный  характер  (рис.  226),  обусловленный  тем,  что  силы,
вызывающие  капиллярно-осмотическое  и
термоосмотическое  скольжение,  дей¬
ствуют  в  тончайшем  слое  на  границе  с
твердой  стенкой.  За  пределами  этого  слоя
сил  нет,  и  поэтому  остальная,  основная,
часть  пленки  движется  как  одно  целое,
как  бы  скользя  по  поверхности  и  увлекая
за  собой  объемную  фазу  жидкости.
 В  этом  случае  поверхность  частиц  не
только  не  служит  препятствием  движе¬
нию,  но,  наоборот,  является  его  источни¬
ком.  Это  обстоятельство  существенно,  так  как  показывает,  что
в  высокодисперсных  грунтах  или  внутри  почвенных  агрегатов
с  узкими  порами,  особенно  в  тонкопористых  почвах  и  грунтах
(глинах),  роль  рассматриваемых  факторов  может  значительно
превзойти  роль  механических  сил,  определяющих  фильтрацион¬
ный  расход  в  более  грубодисперсных  телах.
 Для  лабораторного  исследования  капиллярного  осмоса  была
сконструирована  установка,  изображенная  на  рис.  227  (Б.  В.  Де¬
рягин  и  Г.  А.  Сидоренков,  1941).
 При  капиллярном  осмосе  происходит  нарушение  гидроста¬
тического  равновесия  под  влиянием  градиентов  химического
потенциала  или  концентраций  в  направлении,  касательном
к  поверхности  раздела.  Поэтому  при  опыте  важно  не  нарушать
гидростатическое  давление  из-за  других  причин,  что  и  было
предусмотрено  выбранной  методикой.  Раствор  определенной
концентрации  Со  наливался  в  Шоттовский  фильтр  1  и  при¬
паянную  к  нему  трубку  2  с  капилляром  3.  В  бюкс  4  нали¬
вался  раствор  концентрации  С  в  таком  количестве,  что  бюкс
 Рис.  226.  Профиль  ско¬
ростей  в  водной  пленке
при  скольжении  по  твер¬
дой  поверхности.

714 	ПЕРЕДВИЖЕНИЕ  КАПЕЛЬНО-ЖИДКОЙ  ВЛАГИ  В  ПОЧВЕ  [ГЛ.  II
 с  содержимым  мог  плавать  на  поверхности  раствора  над  филь¬
тром.  Установка  мениска  жидкости  в  равновесии  в  середине  ка¬
пилляра  производилась  с  помощью  стеклянных  уравнительных
резервуаров  5.
 Незначительность  изменения  давления  в  объеме  В  при  пе¬
ремещении  мениска  обеспечивала  наблюдение  капиллярного
осмоса  в  условиях  Д^=  0,  но  при  одновременном  замере  объ¬
емной  скорости  v.  Для  этого  вапирался  кран  6,  содержимое
 Рис.  227.  Установка  для  исследования  капиллярного
осмоса.
 7  —пористый  фильтр,  2  —  трубка,  $,  5  —капилляры;  4  —  бюкс,
 J  —уравнительные  сосуды,  6  —  кран,  7—мешалка.
 бюкса  выливалось  в  цилиндрический  столб  жидкости  над  филь¬
тром,  пустой  бюкс  оставлялся  на  поверхности  жидкости,  и
содержимое  быстро  перемешивалось  мешалкой  7.  Поскольку
верхняя  часть  фильтра  имела  цилиндрическую  форму,  гидроста¬
тическое  давление  на  фильтр  сверху  не  менялось  и  условия  гидро¬
статического  равновесия  не  нарушались.  Тем  не  менее,  во  всех
случаях  мениск  в  капилляре  3  начинал  двигаться,  и  можно
было  определить  скорость  его  движения.  На  рис.  228  приведен
ход  изменения  высоты  столба  жидкости  (см)  в  капилляре  8  со
временем  t  для  этилового  спирта  в  воде  при  Со  =  0  и  Сх  =  30%.
 Капиллярно-осмотические  явления  в  грунтах  изучались
Б.  Ф.  Рельтовым  и  Н.  А.  Новицкой  (1954).  Они  показали,  что
при  больших  градиентах  концентрации  скорость  «осмотической
фильтрации»  может  во  много  раз  превооходить  скорость  грави¬
тационной  фильтрации,  а  избыточное  давление  в  грунтовой  воде
(напор),  обусловленное  возникающим  «псевдооомотическим»

ПЕРЕДВИЖЕНИЕ  ВЛАГИ  В  ВОДОНАСЫЩЕННОЙ  ПОЧВЕ
 715
 §  1]
 давлением,  может  достигать  20  м  и  более.  Таким  образом,  для
засоленных  почв  явление  капиллярного  осмоса  может  иметь
весьма  существенное  значение  и  должно
учитываться  при  их  освоении.
 '«Термоосмотический»  перенос  воды
наблюдается  при  наличии  температурно¬
го  градиента  в  водонасыщенном  пори¬
стом  теле,  а  также  при  весьма  малой
влажности,  когда  вода  находится  в  нем
в  виде  тонких  пленок,  а  стыковые  ман¬
жеты  отсутствуют  (Б.  В.  Дерягин  и
М.  К.  Мельникова,  1950).  Термоосмос
обусловлен  различным  удельным  тепло¬
содержанием  слоя  жидкости  на  границе
с  твердым  телом  и  жидкости  в  объеме  и
приводит  к  скольжению  жидкости,  ана¬
логично  тому,  как  это  происходит  при
капиллярном  осмосе  за  счет  различий
концентраций.  При  термоосмосе  жидкость
обычно  течет  в  сторону  повышающихся
температур.
 Экспериментальное  исследование  термоосмоса  было  прове¬
дено  в  стеклянных  капиллярах  круглого  и  квадратного  сечения
 Рис.  228.  Изменение  вы¬
соты  столба  жидкости
в  вертикальном  капил¬
ляре  при  капиллярном
осмосе.
 Рис.  229.  Установка  для  иссле¬
дования  термоосмоса.
 1  —  микроскоп;  12  —  капилляр;  3  —  металли¬
ческий  блок;  4  —нагревание;  5  —  милли¬
вольтметр;  6  —  термопары;  7—охлаждение.
 Рис.  230.  Перемещение  пузырь¬
ка  воздуха  в  запаянном  капил¬
ляре  при  термоосмосе.
Диаметр  капилляра:  7  —  4  мк;  2—Змк.
 с  диаметром  или  стороной  квадрата  от  2  до  15  мк.  Отрезки
капилляров  длиной  5—7  см  заполнялись  водой  таким  образом,
что  в  столбик  воды  оказывался  'включенным  продолговатый

716 	ПЕРЕДВИЖЕНИЕ  КАПЕЛЬНО-ЖИДКОЙ  ВЛАГИ  В  ПОЧВЕ  [ГЛ.  II
 пузырек  воздуха,  после  чего  капилляры  запаивались.  Капил¬
ляр  помещался  в  металлический  блок  (рис.  229),  закреп¬
ленный  на  специальном  столике  микроскопа;  один  конец  блока
помещался  в  холодильную  смесь,  другой  —  в  горячую  баню.
Капилляр  лежал  на  спаях  термопар,  пропущенных  через  блок,
что  позволяло  мерить  градиент  температуры  между  концами
капилляра.
 При  появлении  градиента  температуры  пузырек  в  запаянном
капилляре  начинал  перемещаться,  и  его  движение  регистриро¬
валось  при  помощи  микроскопа  с  окуляр-микрометром.  Пере¬
движение  пузырька  могло  происходить  только  вследствие  пере¬
текания  воды  по  смачивающей  пленке  между  пузырьком  воз¬
духа  и  стенкой  капилляра.  Движение  пузырька  в  «холодную»
сторону,  а  следовательно,  течение  пленки  в  горячую  наблюда¬
лось  при  малых  толщинах  пленки  —  в  капиллярах  круглого  се¬
чения  малого  радиуса  ('порядка  3—5  мк)  и  скорость  его  была
незначительна  (см.  рис.  230).  В  капиллярах  квадратного  сече¬
ния,  с  утолщенной  в  его  углах  пленкой,  движение  пузырька
происходило  в  горячую  сторону;  следовательно,  в  пленке  имело
место  течение  в  холодную  сторону.  Этот  эффект,  названный
термо-капиллярным,  будет  (рассмотрен  ниже.
 Термоосмотический  перенос  воды  в  почвах  при  очень  малых
влажностях,  когда  перемещение  влаги  происходит  по  весьма
тонким  пленкам  в  отсутствии  менисков,  не  может  иметь  суще¬
ственного  значения  в  балансе  влаги;  в  водонасыщенных  же
грунтах,  при  наличии  достаточного  температурного  градиента,
это  явление  может,  например,  играть  существенную  роль  в  вы¬
сушивании  почвы  в  ранне-весенний  период,  когда  почва  насы¬
щена  влагой  и  поверхность  ее  сильно  нагревается  солнцем,  в  то
время  как  глубже  лежащие  слои  еще  сохраняют  низкие  темпе¬
ратуры.
 Передвижение  влаги  в  этом  случае  может  быть  значитель¬
ным,  ибо,  хотя  силы  действуют  в  тончайшем  слое,  прилегающем
к  поверхности  частиц,  и  вызывают  течение  пленки,  но  в  движе¬
нии  участвует  вся  масса  воды,  заполняющая  поры.
 §  2.  Передвижение  влаги  при  неполном  увлажнении
 Значительно  сложнее  явления,  возникающие  при  неполном
увлажнении  почвы  или  грунта,  когда  передвижение  влаги  осу¬
ществляется  за  счет  подвижности  воды  в  пленках.  При  этом
основное  значение  имеют  два  фактора:  градиент  влажности  и
градиент  температуры.
 Первые  систематические  опыты,  доказавшие  существование
пленочного  передвижения  влаги,  были  произведены  А.  Ф.  Лебе¬
девым  (1936).  Но  он  ограничился  лишь  качественной  характе¬

ПЕРЕДВИЖЕНИЕ  ВЛАГИ  ПРИ  НЕПОЛНОМ  УВЛАЖНЕНИИ
 717
 §  21
 ристикой  скорости  передвижения  почвенной  влаги  при  относи¬
тельно  малых  влажностях,  правильно  указав  при  этом,  что
основная  роль  при  передвижении  пленочной  влаги  принадлежит
молекулярным  силам.
 Однако  взгляды  А.  Ф.  Лебедева  не  нашли  широкого  отклика
в  почвенной  гидрологии,  в  которой  прочно  установилось  мнение
о  невозможности  существования  в  почвах  подвижных  пленок.
Считалось,  что  в  пленочной  влаге  давление  выше,  чем  в  сты¬
ковых  манжетах,  и  это  заставляет  ее  перетекать  в  манжеты;
поэтому  последние  могут  быть  соединены  только  прочно  связан¬
ной  с  поверхностью  и  потерявшей  подвижность  почвенной  вла¬
гой.  Большинство  исследователей  было  склонно  считать,  что
в  ненасыщенной  почве  влагопроводность  обусловлена  передви¬
жением  воды  по  сплошным  водяным  «жилам»,  пронизывающим
почвенную  толщу.  По  мере  иссушения  почвы  заполненные  во¬
дой  каналы,  участвующие  в  «капиллярной  диффузии»,  стано¬
вятся  вое  малочисленнее  и  тоньше,  но  к  ним  по-прежнему  могут
применяться  законы,  выведенные  для  передвижения  влаги
в  водонасыщенной  почве  (Аллэром,  1953).  Усложняющим  об¬
стоятельством  является  лишь  зависимость  коэффициента  влаго-
проводности  от  влажности,  которую  практически  можно
определить  лишь  опытным  путем.  Поэтому  появились  многочис¬
ленные  работы,  в  которых  эта  зависимость  определялась  экспе¬
риментально  для  различных  почв  и  в  широком  интервале  влаж¬
ностей  (обзор  этих  работ  см.  у  Аллэра,  1953).
 Однако,  как  мы  уже  видели,  представления  о  «сплошных
водяных  жилах»  в  ненасыщенных  почвах  не  отвечают  действи¬
тельности.  Влага  в  них  находится  в  виде  стыковых  манжет,  со¬
единенных  влагопроводными  пленками.  Величина  манжет  и  тол¬
щина  пленок  зависят  от  влажности  почвы,  а  равновесие  между
ними  определяется  расклинивающим  давлением  тонкого  слоя
(см.  выше).
 В  состоянии  равновесия  пленка  должна  на  всем  своем  про¬
тяжении  иметь  равномерную  толщину  (Б.  В.  Дерягин,  1955):
При  возникновении  в  пленке  градиента  толщины  и  связанного
с  ним  градиента  расклинивающего  давления  в  тонкой  пленке
начнется  течение,  происходящее  самопроизвольно,  без  действия
внешних  сил  (за  исключением  сил  взаимодействия  с  подклад¬
кой,  обусловливающих  расклинивающее  давление).
 Если  влажность  почвы  мала  и  стыковой  влаги  мало,  расход
влаги  в  направлении  г,  обусловленный  градиентом  расклини¬
вающего  давления  dftv!dz,  можно  выразить  формулой  (Б.  В.  Де¬
рягин,  М.  К.  Мельникова,  С.  В.  Нерпин,  1956):
 Q  =
 olS
 ,  //з
 дг

718
 ПЕРЕДВИЖЕНИЕ  КАПЕЛЬНО-ЖИДКОЙ  ВЛАГИ  В  ПОЧВЕ  [ГЛ.  II
 где  Н  —  толщина  пленки,  а  —численный  коэффициент,  S  —  по¬
верхность  почвенных  частиц  в  см3.
 Можно,  однако,  привлечь  для  количественного  выражения
потока  влаги  при  малых  влажностях  и  понятие  о  потенциале
влажности  (С.  В.  Нерпин,  М.  К.  Мельникова,  1956),  учитывая
зависимость  влагопроводности  ненасыщенных  почв  от  соотно¬
шения  количеств  стыковой  и  пленочной  влаги  в  почве.
 Если  влажность  в  грунте  ниже  величины,  соответствующей
«критическому»  значению  потенциала  влажности,  при  котором
происходит  переход  от  частичного  к  полному  заполнению  пор
 в  грунте,  то  весь  поток  влаги
может  в  первом  приближении
рассматриваться  как  система
последовательно  соединенных
элементов,  состоящая  из  отно¬
сительно  больших  скоплений
влаги  в  точках  контакта  меж¬
ду  частицами,  и  тонких  пленок,
соединяющих  эти  скопления.
Общая  водопропускная  способ¬
ность  такой  системы  должна
определяться  размерами  и  фор¬
мой  входящих  в  нее  элементов
(рис.  231)  и  вязкостью  жидко¬
сти.  При  рассмотрении  такой
системы  можно  применить  ме¬
тод  фрагментов,  предложенный
Н.  П.  Павловским  (1935)  для
расчета  фильтрации  через  систему  последовательно  соединенных
элементов  различной  конфигурации.  Для  потока,  отнесенного
к  единице  площади  системы,  т.  е.  для  удельного  расхода,  можно
написать:
 Рис.  231.  Схема  соотношений  между
элементами  стыковой  и  пленочной
влаги.
 _Р  А  (У  +  Ф)
^  2Ф«
 Здесь  р  —  плотность  жидкости,  У]  —  вязкость  жидкости,
Д(ф  +  ф)  —изменение  потенциалов  поля  тяжести  и  влажности,
приходящееся  на  единицу  длины  фильтрационного  пути;
Ф*  —модуль  формы  фрагмента,  причем  в  качестве  одного  фраг¬
мента  мы  здесь  должны  принимать  все  однотипные  элементы
влаги  (например  элементы  пленочной  влаги),  попадающие  в  се¬
чение.  Суммирование  же  модулей  должно  вестись  вдоль  напра¬
вления  потока  на  протяжении  единичной  длины  системы.
 Если  все  фрагменты  сводятся  только  к  двум  типам—пле¬
ночным  и  стыковым,  то
 2 	=  2  ®лл  Н~  2®ст

§  2J
 ПЕРЕДВИЖЕНИЕ  ВЛАГИ  ПРИ  НЕПОЛНОМ  УВЛАЖНЕНИИ
 719
 и,  следовательно,
 ^уд:
 рА  (у  +  ф)
 В  соответствии  с  уравнением  Дарси  можем  написать:
 7уд  =  -*.Р-^^>.
 (9)
 (10>
 Здесь  Кв  —  коэффициент  влагопроводности,  которым  заме¬
нен  обычно  фигурирующий  в  формуле  Дарси  коэффициент  филь¬
трации.
 Комбинируя  (9)  и  (10)  и  полагая  при  этом  д  ^  «
«Д(<р  +  ф),  найдем:
 к'=  1(S»«+S*.)' 	(",
 Полученная  формула  позволяет  сделать  некоторые  выводы
о  природе  коэффициента  влагопроводности.  Прежде  всего  сле¬
дует  отметить,  что  он  зависит  от  соотношения  количеств  стыко¬
вой  и  пленочной  влаги  в  системе.  Можно  также  отметить,  что
для  системы  с  определенной  формой,  упаковкой  и  размерами
частиц  коэффициент  формы  Фст  должен  зависеть  только  от  по¬
тенциала  влажности  и  коэффициента  поверхностного  натяжения
жидкости,  так  как  именно  этими  величинами  определяется
форма  менисков.  Коэффициент  же  формы  Ф  пл  должен  зависеть
не  только  от  потенциала  влажности  и  коэффициента  поверхност¬
ного  натяжения,  но  и  от  материала  частиц.  Влияние  подложки
на  величину  Фпл  вытекает  из  выражения  для  толщины  пленки
(С.  В.  Нерпин,  1955):
 //дл  =  -  -  S  -л-. 	(12)
 (ДЯр  —Рф)/з
 Удельный  расход  в  пленке  на  единицу  ее  периметра  опреде¬
ляется  выражением:
 „  _Hln(d!*V  , 	Р^пл  А/|  ,  ч
 —  “$Г\-ЗГ+Р'577  — 	jj-*(♦+?)•
 Сопоставляя  последнее  выражение  с  формулой  (9),  найдем,
что  для  этого  случая  фпл  =  -р;  учитывая  же  (12),  можем  на¬
писать:
 Ф
 ^  п
 З(ДЯр-рф)
 (13)
 Так  как  значения  константы  |  для  различных  веществ  могут
быть  близкими,  а  величины  ф  и  о  входят  в  оба  коэффициента
формы,  то  влияние  различия  подкладки  на  величину  коэффи¬
циента  может  оказаться  в  некоторых  случаях  мало  заметным.

720
 ПЕРЕДВИЖЕНИЕ  КАПЕЛЬНО-ЖИДКОЙ  ВЛАГИ  В  ПОЧВЕ  [ГЛ.  II
 Выражение  для  коэффициента  влагопроводности  (11)  может
быть  упрощено,  если  положить,  что  ФСт  <;  Фпл.
 Это  условие  можно  считать  справедливым  до  того  момента,
пока  участки  пленок,  разъединяющих  мениски,  не  окажутся
очень  малыми,  начнут  исчезать,  и  сопротивление  движению  по¬
тока  будет  определяться  в  основном  стыковой  влагой,  т.  е.  для
случая  не  слишком  еще  высокой  влажности  системы.
 Пренебрегая  величиной  Фст  ,  вместо  выражения  (11)  полу¬
чим 	I
 =  ^ 	.
 Фпл
 Для  системы,  показанной  на  рис.  231,  можем,  исходя  из
формулы  (13),  написать:
 з^р-ИО/  ^ 	(14)
 Фп
 $3/_
 •УД
 Здесь  /  —  расстояние  между  краями  менисков  (рис.  231),
которое  мы  приняли  в  качестве  длины  фрагмента;  худ  —  смочен¬
ный  периметр  сечения  пленок.
 Примем  приближенно,  что  число  фрагментов,  приходящихся
на  1  см  длины  образца,  равно
 *-4-
 Смоченный  периметр  Худ  может  быть  выражен  как  сумма
периметров  отдельных  частиц,  приходящихся  на  единицу  пло¬
щади.  Полагая  всякое  расположение  частиц  относительно  сече¬
ния  равновероятным,  мы  можем  написать:
 X
 уд
 :я(т  4
 d2
 8г
 где  k7—коэффициент  упаковки,  который  в  рассматриваемом
2
 случае  равен  (С.  В.  Нерпин,  1955),  следовательно:
 У3 	*2
 ХУ
 г-уд
 4  У”3  г  "
 Учитывая  эти  выражения  для  п  и  Худ>  получим  следующее
выражение  для  Кв'-
 Кв  =
 пФ
 Для  АЛР  имеем:
 18УЗт,(ДЛр-рф)/  '
Д  —
 (15)
 (16)
 Для  величины  I  можно  из  простых  геометрических  соотно¬
шений  (рис.  231)  получить:
 гН!-2агс16л[217а_+|]}.
 (17)

ПЕРЕДВИЖЕНИЕ  ВЛАГИ  ПРИ  НЕПОЛНОМ  УВЛАЖНЕНИИ
 721
 §  21
 Зависимость  Гг  (ф)  найдем,  заменяя  gh  в  выражении  (32)
гл.  I  на  ф  и  учитывая,  что  d  =  2г:
 <18>
 При  наличии  неоднородности  гранулометрического  состава
грунта  или,  плотности  его  упаковки,  что  всегда  в  той  или  иной
степени  присуще  реальным  грунтам  и  почвам  при  одном  и  том
же  значении  потенциала  влажности  во  всем  рассматриваемом
объеме,  часть  пор  в  нем  будет  целиком  заполнена  влагой,
а  в  других  частях  капилляры  будут
еще  «разорваны»  и,  следователь¬
но,  поры  будут  только  частично  за¬
полнены  влагой.  По  мере  увеличе¬
ния  влажности  грунта  и  соответ¬
ственного  увеличения  его  потенциа¬
ла  влажности,  количество  заполнен¬
ных  пор  будет  увеличиваться,  от¬
дельные  «ансамбли»  заполненных
пор  будут  соединяться  между  собой,
образуя  в  какой-то  момент  «тран¬
зитные»  пути  по  порам,  целиком
заполненным  влагой.  По  мере  даль¬
нейшего  увеличения  влажности
количество  таких  путей  должно
все  возрастать,  вплоть  до  полного
заполнения  влагой  всех  имеющихся
пор.
 Интервал  влажности,  которому
соответствует  в  данном  грунте  на¬
личие  как  пор  с  пленочно-мениско¬
вой  формой  влаги,  так  и  пор,  заполненных  влагой  полностью,
хорошо  виден  «а  кривых  распределения  влаги  в  колонках  после
ее  стекания  (рис.  219).
 Таким  образом,  при  рассмотрении  движения  влаги  в  почвах
и  грунтах  необходимо  учитывать  не  только  «микрофрагменты»
пленочной  и  менисковой  влаги,  но  и  наличие  неравномерности
в  распределении  влажности  в  грунте,  связанной  с  местными
отклонениями  значений  «критических»  потенциалов  от  среднего
значения  для  всего  рассматриваемого  объема  грунта.  В  связи
со  сказанным,  форма  кривых  Къ(г2)  для  естественных  грунтов
будет  иной,  чем  для  схематизированных,  однако  общий  харак¬
тер  кривых  останется  одинаковым.
 На  рис.  232  приведена  кривая  1  зависимости  размеров  шеек
манжет  от  относительного  увеличения  интенсивности  потока
qlqвач  ,  построенная  по  уравнениям  (10)  и  (15)  при  следующих
 Рис.  232.  Изменение  размеров
шеек  стыковых  манжет  в  за¬
висимости  от  интенсивности
потока  влаги.
 /  —  кривая,  построенная  по  уравне¬
ниям  (10)  и  (15);  2—экспериментальная
кривая.
 46  Зак.  196.

722 	ПЕРЕДВИЖЕНИЕ  КАПЕЛЬНО-ЖИДКОЙ  ВЛАГИ  В  ПОЧВЕ 	[ГЛ.  II
 значениях  входящих  в  них  величин:  d  =  0,1  см\  о  =25,5  дн/см;
ц  =  10~2  пуаз;  £  =  10-2  дн/см.
 Рис.  233.  Изменение  размеров  манжет  и  формы  пор
по  мере  увеличения  расхода  воды  (микрофотогра¬
фия,  увеличение  1  :  22).
 На  том  же  рисунке  приведена  экспериментальная  кривая  2У
полученная  при  протекании  потока  по  щелевой  колонке
(М.  К.  Мельникова,  С.  В.  Нерпин,  1956а).  Общая  величина
потока,  проходящего  через  колонку,  определялась  весовым  спо¬
собом,  размеры  шеек  манжет  измерялись  окуляр-микрометром.

§  2]
 ПЕРЕДВИЖЕНИЕ  ВЛАГИ  ПРИ  НЕПОЛНОМ  УВЛАЖНЕНИИ
 723
 Полученные  данные  имеют  полуколичественный  характер  из-за
наличия  в  углах  колонки  менисков  по  всей  ее  высоте  и  невоз¬
можности  установить  долю  потока,  проходившую  по  этому  пути.
Однако,  как  показывает  сравнение  теоретических  и  экспери¬
ментальных  кривых,  ход  зависимости  находится  в  согласии  с  из¬
ложенной  нами  теорией.  Характер  изменения  величины  шеек
манжет  во  время  опыта  показан  на  рис.  233.
 Полученные  выводы  о  характере  изменения  влагопроводно-
сти  грунта  при  увеличении  его  влажности  соответствуют  разви¬
той  ранее  Ф.  Е.  Колясевым  (1947)  и  Ф.  Е.  Колясевым  и
М.  К.  Мельниковой  (1949)  теории  диффе¬
ренциальной  влажности.
 Вторым  важным  фактором  передви¬
жения  влаги  в  почве  является  градиент
температуры,  благодаря  которому  в  не¬
насыщенной  почве  при  наличии  менисков
возникает  градиент  поверхностного
натяжения.  На  возможность  передвиже¬
ния  воды  под  влиянием  этого  последнего
градиента  вскользь  указывал  еще
А.  Ф.  Лебедев.  При  таком  «термокапил¬
лярном»  передвижении  влаги  перенос  ее
больших  поверхностных  натяжений,  т.  е.
жающихся  температур.
 Профиль  скоростей  термокапиллярного  потока  показан  на
рис.  234.  Поскольку  движущие  силы  действуют  только  на  гра¬
нице  пленки  с  твердой  фазой,  при  термокапиллярном  движении
равнодействующая  да/dl  неуравновешенных  вследствие  темпе¬
ратурного  градиента  поверхностных  натяжений  приложена
к  наружной  поверхности  пленки.  Происходящее  отсюда  каса¬
тельное  напряжение  то  передается  без  ослабления  на  все  слои
смачивающей  пленки,  доходя  до  поверхности  твердой  стенки,
сопротивлением  которой  оно  и  уравновешивается.  Постоянное
 внутри  пленки  напряжение  то=^-  обусловливает  течение
 с  постоянным  градиентом  скорости  в  направлении,  перпендику¬
лярном  к  стенке:
 dv  _  тр
 ду  т)
 Рис.  234.  Профиль  ско¬
ростей  термокапилляр¬
ного  потока.
 происходит  в  сторону
в  направлении  пони-
 Равнодействующая  то  поверхностных  натяжений  при  термо-
капиллярном  потоке  направлена  в  холодную  сторону  и  равна

724
 ПЕРЕДВИЖЕНИЕ  КАПЕЛЬНО-ЖИДКОЙ  ВЛАГИ  В  ПОЧВЕ
 [ГЛ.  И
 В  результате  соответствующей  формы  профиля  скоростей
(рис.  234),  термокапиллярный  поток  можно  выразить  уравне¬
нием:
 О  —  —  —  Н2  —  —L-—  Я2  —  —  — 	Н2 	П  9^
 2  ду  П  ~  2т|  2/  п  —  2tj  dT  dl  П  ’
 где  Q  —  расход  жидкости  на  единицу  периметра,  перпендику¬
лярного  течению,  Н  —  толщина  пленки.
 Легко  показать,  что  средняя  линейная  скорость  воды,  пере¬
носимой  термокапиллярным  потоком  в  «холодную»  сторону,
пропорциональна  средней  толщине  пленок  и,  следовательно,
влажности  почвы  и  обратно  пропорциональна  удельной  поверх¬
ности  почвы.
 Простой  расчет  показывает,  что  поток  Q,  вызванный  одно¬
временным  наличием  в  почве  двух,  противоположно  направлен¬
ных  движений  влаги  —  термоосмотического  и  термокапилляр¬
ного  —  может  быть  выражен  соотношением:
 ^Q  =  w(a-T  g-)-g, 	(20)
 где  a  =  2/з  Р  и  Т  =  з“  ^  —  константы,  w  —  влажность.
 Из  уравнения  (20)  видно,  что  если  So  не  слишком  велико,
а  w  не  слишком  мало,  то  перевешивает  второй  член  уравнения,
т.  е.  движение  воды  происходит  в  «холодную»  сторону.  Однако
по  мере  приближения  влажности  почвы  к  насыщению,  знак
в  уравнении  меняется,  т.  е.  меняется  и  направление  движения
воды,  которая  наконец  потечет  в  сторону  повышающихся  тем¬
ператур.
 Экспериментальное  исследование  термопередвижения  жид¬
кой  влаги  проводилось  нами  по  описанной  выше  методике  для
исследования  термоосмоса.  В  большинстве  опытов,  проводив¬
шихся  в  капиллярах  квадратного  сечения,  со  стороной  квадрата
от  40  до  100  мк,  с  утолщенной  в  углах  пленкой,  пузырек  интен¬
сивно  двигался  к  нагретому  концу  капилляра,  т.  е.  вода  пере¬
текала  в  «холодный»  конец.
 В  некоторых  опытах  наблюдалась  остановка  движения  и
при  достаточном  увеличении  на  стенках  капилляра,  в  области
воздушного  пузырька,  были  видны  микролинзы,  на  которые  рас¬
падалась  пленка,  окружавшая  пузырек  воздуха.  После  осторож¬
ного  нагревания  и  испарения  микролинз  пленка  восстанавли¬
валась,  и  движение  пузырька  возобновлялось.
 Движение  пузырька  происходило  с  равномерной  скоростью,
как  это  видно  из  графика  на  рис.  235.  При  градиенте  темпера¬
туры  5  град/см  пузырек  проходил  от  0,38  до  0,48  мм/мин  в  «хо¬
лодную»  сторону.  Движение  к  нагретому  концу  было  в  лучшем
случае  на  2  порядка  медленнее.1

§  2] 	ПЕРЕДВИЖЕНИЕ  ВЛАГИ  ПРИ  НЕПОЛНОМ  УВЛАЖНЕНИИ 	725
 Объяснить  перемещение  пузырька  в  «холодную»  сторону
конденсацией  водяных  паров  невозможно,  так  как  расчет  пока¬
зывает,  что  перенос  водяных  паров  путем  диффузии  должен
происходить  в  70—80  раз  медленнее.  Кроме  того,  заметная  роль
диффузии  находилась  бы  в  противоречии  с  исчезновением  дви¬
жения  пузырька  при  прорывах  сманивающих  пленок.
 От  исследований  в  капиллярах  мы  перешли  к  опытам  в  го¬
ризонтальных  металлических  почвенных  колонках,  к  концам
которых  были  присоединены  массивные  латунные  стержни.  Один
стержень  подвергался  нагреванию,  второй  —  охлаждению.  Через
 Рис.  235.  Перемещение  пузырь¬
ка  воздуха  при  термокапилляр¬
ном  движении
 Рис.  236.  Перенос  влаги  при  тер¬
мокапиллярном  передвижении  вла¬
ги  в  почвенной  колонке.
 Зазор  капилляра:  1  —  ЪООмк.
2-100  мге.
 /  —  супесь;  2—суглинок.
 стенку  колонки  внутрь  почвы  были  введены  термопары  для
определения  градиента  температуры.  По  окончании  опыта  ко¬
лонки  разгружались  и  в  почве  послойно  определялась  влаж¬
ность.
 Опыты  были  проведены  при  различной  влажности  с  двумя
почвами:  подзолистой  супесчаной  и  подзолистой  тяжелосугли¬
нистой.
 Во  всех  случаях,  когда  в  порах  имелась  поверхность  раздела
вода  —  воздух,  передвижение  воды  происходило  в  «холодную»
сторону.  Количество  передвинувшейся  воды  зависело  от  удель¬
ной  поверхности  (механического  состава)  почвы  и  от  исходной
влажности.  Оно  было  больше  в  тяжелой  почве  и  возрастало
от  влажности,  равной  максимальной  гигроскопичности,  до  влаж¬
ности  завядания  затем  начинало  снижаться.  Следует  отметить,
что  в  закрытых  колонках  накопление  влаги  на  одном  конце  вы¬
зывает  обратное  ее  движение  вследствие  возникающего  гра¬
диента  влажности.  Поэтому  продолжительность  опытов  прихо¬
дилось  ограничивать  12  часами.

726 	ПЕРЕДВИЖЕНИЕ  КАПЕЛЬНО-ЖИДКОЙ  ВЛАГИ  В  ПОЧВЕ  [ГЛ.  II
 В  табл.  169  для  сравнения  с  экспериментальными  данными
приведены  расчетные  величины  накопления  водяного  пара,  по¬
лученные  'по  закону  Фика  для  диффузного  перемещения  влаги
(см.  также  рис.  236,  на  котором  показано  накопление  влаги
в  1  см3  на  1  см2  сечения  колонки  за  1  час).
 . 	Таблица  169
 Расчетные  (6Ф)  и  экспериментальные  (6Э)  величины  накопления
водяного  пара  на'  «холодном»  конце  почвенной  колонки  в  зависимости
от  механического  состава  почвы  и  влажности  (см*/см-  нас)
Градиент  температуры  2,5  град/см
 Состояние  влажности  почвы
 Почва
 тяжелосуглинистая
 *
 супесчаная
 °Ф
 <?9
 О,
 Воздушно-сухая
 0,0017
 0,0011
 0,0011
 0,0004
 Максимальная  гигроскопичность  .  .
 0,0017
 0,0045
 —
 —
 Влажность  завядания
 0,0017
 0,0071
 0,0011
 0,0031
 »  замедления  роста  ....
 0,0017
 0,0100
 0,0011
 —
 Из  табл.  169  видно,  что  при  не  слишком  малой  влажности
почвы  количество  влаги,  передвинувшейся  к  холодному  концу
колонки,  значительно  больше,  и,  наоборот,  при  низкой  влажно¬
сти  меньше,  чем  это  соответствует  диффузии  водяных  паров.
Первое  обусловлено  термокапиллярным  эффектом,  а  последнее,
очевидно,  объясняется  термоосмосом,  направленным  в  «горя¬
чую»  сторону.  Таким  образом,  при  влажностях,  больших,  чем
эти  минимальные,  за  счет  пленочного  передвижения  влаги
к  зоне  более  низких  температур  может  быть  перенесено  замет¬
ное  количество  влаги,  которое  будет  доступно  растениям.
 Таблица  170
 Приток  влаги  к  зоне  промерзания  в  зимние  месяцы
 Время  измерения
 Продолжитель¬
ность  измере¬
ний
 Накопление  влаги,  мм
 измеренное
 вычисленное
 16/XII  1955  г.—26/11  1956  г.
 70  дней
 112
 102
 Декабрь  1955  г
 Сутки
 2,3
 2,0
 Январь  1956  г
 1,5
 1,3
 Февраль  1956  г
 U
 0,8

§  2) 	ПЕРЕДВИЖЕНИЕ  ВЛАГИ  ПРИ  НЕПОЛНОМ  УВЛАЖНЕНИИ 	727
 В  полевых  условиях  термокапиллярное  передвижение  влаги
наблюдали  О  Д.  Рожанская  и  Г  Г.  Годун  (1956)  при  исследо¬
вании  зимнего  режима  почвы  в  садах,  расположенных  на  валах,
в  пригородном  ленинградское  с.  х.  «Лесное»
 Они  обнаружили  значительный  подток  влаги  к  поверхностям
почвы  в  зимние  месяцы,  который  во  много  раз  превышал  воз¬
можную  в  этих  условиях  конденсацию  водяного  пара  В  ю  же
время  произведенный  ими  расчет  потока  влаги  но  уравнению
 (20) 	дал  хорошее  совпадение  с  полевыми  наблюдениями
(см  табл.  170).
 Нет  сомнения,  что  пленочное  передвижение  жидкой  воды
под  влиянием  градиента  температуры  имеет  в  природных  усло¬
виях  гораздо  большее  значение,  чем  принято  думать.  В  первую
очередь  проявления  термопередвижения  влаги  можно  ожидать
зимой,  когда  в  почве  часто  создаются  значительные  градиенты
температуры  между  глубокими,  более  влажными  и  теплыми
слоями  почвы  и  быстрее  остывающей  поверхностью.

ГЛАВА  III
 ВОДНЫЙ  режим  ПОЧВ
 §  1.  Общие  сведения
 Водный  режим  почв  выражается  в  изменении  влажности  их
по  глубине  и  во  времени.  Влажность  почвы  в  каждый  момент
времени  есть  результирующая  ряда  физических  процессов  пере¬
носа  влаги:  инфильтрации,  испарения,  транспирации,  конденса¬
ции,  капиллярного  подъема  грунтовых  вод,  поверхностного  стока
и  других  слагающих  водного  баланса.  Всю  совокупность  физи¬
ческих  процессов,  вызывающих  изменение  количества  влаги
в  почвах  и  окорости  ее  движения  называют  водным  режимом
почв.  Различие  в  водном  режиме  неодинаковых  почв  возникает
как  следствие  изменения  абсолютных  величин  скоростей  эле¬
ментарных  процессов  переноса  влаги  и  их  соотношений  в  зави¬
симости  от  внешних  физических  условий  и  физических  условий
в  почвах.
 В  водном  режиме  почв  следует  различать  суточные,  годич¬
ные  и  многолетние  циклы  в  соответствии  с  циклами  поступле¬
ния  на  поверхность  почвы  радиационной  энергии.
 Основными  источниками  увлажнения  почвы  служат  осадки,
грунтовые  воды  и  оросительные  воды.
 Передвижение  воды  в  глубь  почвы  по  своей  скорости  разде¬
ляется  на  два  периода:
 1) 	период  быстрой  инфильтрации,  когда  почвенные  поры
целиком  заполнены  водой,  и  влага  движется  под  дей¬
ствием  силы  тяжести,
 2) 	период  падающей  скорости  инфильтрации.  После  прекра¬
щения  дождя  или  полива  инфильтрация  продолжается  под  дей¬
ствием  силы  тяжести,  что  приводит  к  частичному  освобождению
пор  от  воды  и  к  возникновению  вогнутостей  на  поверхности
воды  во  всем  смоченном  слое  почвы  и,  следовательно,  капилляр¬
ных  сил,  действующих  против  силы  тяжести.
 По  мере  уменьшения  влажности  почвы  капиллярные  силы
возрастают,  а  скорость  инфильтрации  убывает.  Когда  эти  силы
становятся  равными  силе  тяжести,  наступает  капиллярное  рав¬
новесное  состояние  влаги  в  почве,  называемое  полевой  влаго¬

ОБЩИЕ  СВЕДЕНИЯ
 729
 §  1]
 емкостью.  Следует  отметить,  что  в  этом  случае  мы  имеем  дело
не  с  истинным  равновесием,  а  с  малыми  скоростями  процесса
инфильтрации  под  влиянием  градиентов  влажности  и  темпера¬
туры  почвы.
 Нагревание  и  охлаждение  почвы  изменяет  поверхностное
натяжение  воды  и  вызывает  ее  передвижение,  всегда  напра¬
вленное  в  сторону  понижения  температуры.  При  физическом
испарении  влажность  верхнего  слоя  становится  ниже  влажно¬
сти  более  глубоких  слоев,  что  вызывает  движение  воды  в  сто¬
рону  меньшей  влажности.
 Под  влиянием  сосущей  силы  корней  влага  поступает  в  ра¬
стение,  где  некоторая  ее  часть  используется  в  процессе  фото¬
синтеза,  а  другая  часть  идет  в  воздух  путем  транспирации.  На
процесс  фотосинтеза,  в  результате  которого  из  воды,  углекис¬
лоты  и  света  создаются  ткани  растений,  расходуется  не  более
1  —1,5%  от  всей  влаги,  поглощаемой  растением.  Практически
можно  считать,  что  влага,  поступившая  из  почвы  в  растение,,
почти  целиком  возвращается  в  атмосферу  в  процессе  транспи¬
рации.
 Непосредственное  влияние  растительности  на  водный  режим
почвы  изменяется  в  зависимости  от  глубины  распространения
корней,  числа  растений  на  единице  площади,  длительности  веге¬
тационного  периода  и  биофизических  особенностей  самого  рас¬
тения.
 Вода  поступает  в  растение  из  почвы  главным  образом  через
его  корневую  систему.  Растение,  пронизывая  своими  корнями
всю  почвенную  толщу,  обуславливает  расход  влаги  путем
транспирации  одновременно  из  всей  этой  толщи.  Глубина  рас¬
пространения  корней  и,  вместе  с  тем,  мощность  слоя,  из  кото¬
рого  происходит  потеря  влаги  путем  транспирации,  изменяются
в  зависимости  от  вида  растения  и  фазы  его  развития.
 С  увеличением  числа  растений  на  единице  площади  количе¬
ство  транспирируемой  влаги  возрастает,  но  стремится  к  некото¬
рому  пределу  в  связи  с  тем,  что,  во-первых,  число  растений  на
единице  площади  имеет  для  каждого  вида  растения  свою  верх¬
нюю  границу,  во-вторых,  приток  влаги  и  тепла  для  каждой
местности  также  имеет  свой  верхний  предел.
 Скорость  транспирации  зависит  не  только  от  абсолютного
притока  тепла  и  влаги,  но  и  от  их  соотношения.  Вследствие
неодновременности  притока  влаги  и  тепла  создается  в  одних
случаях  дефицит,  в  других  —  избыток  влаги  в  почве,  что  вызы¬
вает  необходимость  дополнения  естественных  осадков  путем
орошения  или,  наоборот,  понуждает  искать  способы  сброса  из¬
бытка  влаги  из  почвы.
 Содержание  влаги  в  корнеобитаемом  слое  уменьшается  под
влиянием  транспирации  до  тех  пор,  пока  не  будет  достигнута

730
 ВОДНЫЙ  РЕЖИМ  почв
 (гл.  III
 влажность  устойчивого  завядания.  При  этой  влажности  сила
связи  влаги  с  почвенными  частицами  становится  значительной
и  поэтому  ниже  точки  завядания  скорость  высыхания  почвы  под
влиянием  растений  резко  замедляется.  Ниже  влажности  устой¬
чивого  завядания  упругость  водяного  пара  <в  почвенном  воздухе
становится  меньше  упругости  паров  над  свободной  поверхно¬
стью  воды,  и  она  быстро  понижается  при  малых  потерях  почвен¬
ной  влаги.  Возникает  градиент  давления  пара  по  глубине  почвы,
что  обуславливает  заметный  перенос  воды  в  виде  пара,  который
на  низких  влажностях  почвы  играет  существенную  роль.  При
влажности  почвы,  близкой  к  максимальной  гигроскопической,
становятся  заметными  процессы  адсорбции  и  капиллярной  кон¬
денсации.
 Проблема  водного  режима  почв  сводится  к  определению  трех
главных  параметров,  с  которыми  связаны  физические  и  биоло¬
гические  свойства  почв,  а  именно:  1)  количества  влаги  в  почве,
2)  потенциала  влаги  и  3)  скорости  потока  влаги  в  почве.
 §  2.  Влажность  почвы  и  методы  ее  измерения
 Проблема  измерения  влажности  почв  очень  сложна.  Явление
влажности  почвы  имеет,  по  крайней  мере,  два  аспекта.  С  одной
стороны,  это  количество  воды,  определенное  методом  сушки
почвы  в  термостате  при  105°  С.  С  другой  стороны,  это  потенциал
влаги,  или  сила  притяжения  между  водой  и  внутренней  поверх¬
ностью  почвы,  имеющая  своим  следствием  уменьшение  свобод¬
ной  энергии  .воды  и  уменьшение  ее  подвижности  и  доступности
для  растений.
 В  соответствии  с  двумя  аспектами  проблемы  методы  измере¬
ния  влажности  почвы  можно  разделить  на  две  основные  группы:
с  помощью  первой  группы  методов  измеряют  абсолютное  коли¬
чество  влаги  в  почве.  Другими  методами  измеряют  pF,  т.  е.
логарифм  высоты  водяного  столба,  который  уравновешивает
сосущую  силу  почвы.  Этими  методами  измеряют  подвижность  и
доступность  влаги  растению,  а  не  ее  количество.  Прямая  зави¬
симость  между  pF  и  содержанием  влаги  в  почве  отсутствует,
что  делает  необходимым  одновременное  измерение  влажности
почвы  как  со  стороны  силы  связи  .воды  с  почвой,  так  и  со  сто¬
роны  количества  воды  в  почве.
 Весовой  метод.  Этот  метод  определения  влажности  почвы
является  наиболее  распространенным  и  заключается  в  том,  что
содержание  влаги  определяется  во  взятых  в  поле  буром  почвен¬
ных  образцах,  после  сушки  их  в  термостате  при  105°  С.

§  2]
 ВЛАЖНОСТЬ  ПОЧВЫ  И  МЕТОДЫ  ЕЕ  ИЗМЕРЕНИЯ
 731
 Для  вычисления  влажности  почвы  пользуются  следующими
формулами:
 где  wa  —  влажность  в  процентах  от  веса  абсолютно  сухой
почвы,  Рв—вес  воды,  Рп  —вес  абсолютно  сухой  почвы.
 В  -случае  'неоднородной  плотности  почвы  содержание  влаги
выражают  в  процентах  от  объема  почвы  по  формуле:
 где  Шог»  —  влажность  почвы  в  процентах  от  ее  объема,  р  —  плот¬
ность  почвы  в  г/см*.
 Электрические  методы.  Сюда  относятся  методы,  основанные
на  измерении  электрического  сопротивления  блоков  и  методы,
которые  основаны  на  измерении  изменения  электроемкости  кон¬
денсатора  в  функции  от  влажности  .почвы.
 Блок  электрического  сопротивления  состоит  из  двух  парал¬
лельных  электродов,  вставленных  в  блок  из  гипса  и  других  ма¬
териалов.  Во  избежание  эффекта  поляризации  сопротивление
блока  измеряется  при  переменном  токе.  Для  устранения  внеш¬
них  токов  рассеяния  одному  из  электродов  придают  вид  опи¬
рали,  а  другому  вид  стержня,  расположенного  в  центре  опирали.
В  качестве  всасывающего  вещества,  кроме  гипса,  используют
зубной  цемент,  бетон,  нейлон,  фибровое  стекло,  гипс,  пропитан¬
ный  смолой.  Блоки  сопротивления  можно  градуировать  в  еди¬
ницах  количества  влаги  и  в  единицах  pF,  так  как  электрическое
сопротивление  чувствительно  к  изменению  абсолютных  значений
влажности  и  к  натяжению  влаги,  характеризующему  ее  под¬
вижность  и  доступность  в  интервале  от  полевой  влагоемкости
до  гигроскопической  влажности.
 Гипсовые  датчики  нечувствительны  к  солям,  если  почвы  со¬
держат  менее  0,07%  всех  растворимых  солей  и  не  более  0,02%
хлористого  натрия,  мало  чувствительны  при  влажности  выше
полевой  влагоемкости.
 Кривые  -связи,  «электрическое  сопротивление  гипсового
блока  —  влажность  почвы»  и  «электрическое  сопротивление
блока  —  pF»  являются  основой  для  градуировки  приборов  и
основными  параметрами,  с  которыми  связаны  физические  и  био¬
логические  свойства  почвы.
 При  изучении  зависимости  физических  явлений  в  почве  от
абсолютных  значений  влажности  возникают  следующие  труд¬
ности.
 Во-первых,  метод  сушки  почвы  в  термостате  при  105°  С  не
дает  истинного  содержания  влаги  в  почве,  так  как  при
 (и
 wn6  =  а»„р,
 (2)

732
 ВОДНЫЙ  РЕЖИМ  почв
 [гл.  III
 повышении  температуры  в  испарителе  до  150—200°  С  мы  полу¬
чим  другое  содержание  влаги  в  почве,  несколько  большее,  чем
при  105°  С.
 Во-вторых,  в  результате  притяжения  молекул  воды  к  внут¬
ренней  поверхности  почвы  уменьшается  подвижность  воды  и
доступность  ее  растению,  а  часть  влаги,  расположенная  вблизи
поверхности  почвенных  частиц  совершенно  недоступна  для  рас¬
тений.
 Остаточная  влажность  почвы  после  полного  завядания  рас¬
тения  не  постоянна  и  зависит  от  механического  состава  почвы,
структуры  и  плотности  сложения,  а  также  от  вида  растения  и
фазы  его  развития.  Иначе  говоря,  ноль  влажности  для  различ¬
ных  методов  ее  определения  и  для  различных  почв  не  однозна¬
чен.  Отсюда  возникают  трудности  в  исследованиях  зависимости
явлений  испарения,  транспирации,  инфильтрации  от  абсолют¬
ных  значений  влажности  почвы.  Переход  от  измерения  количе¬
ства  влаги  в  почве  к  измерению  ее  подвижности  и  доступности
в  единицах  pF  позволяет  получить  однозначное  выражение  вод¬
ных  и  биологических  констант  для  различных  почв.  Например,
для  почв  разных  типов  значение  pF  при  влажности  устойчивого
завядания  равно  4,2,  в  точке  замедления  роста  2,9  и  при  поле¬
вой  влагоемкости  2,0.
 В.  Г.  Корневым  в  России  (1924),  а  позднее  Гарднером  и
Ричардсом  в  Америке  (1935)  'были  предложены  приборы  для
измерения  поверхностного  натяжения  влаги  в  почве  (синонимы:
всасывающая  сила,  капиллярное  натяжение),  называемые  тен-
зиметрами  или  капилляриметрами.  В  конструкцию  этих  прибо¬
ров  входит  пористый  фильтр  Шамберлена  или  пористая  чашка
(из  обожженной  глины),  заполненные  водой,  и  манометр.  Если
пористую  чашку  поместить  в  сухую  почву,  то  последняя  будет
всасывать  воду,  и  в  сосуде  образуется  вакуум,  учитываемый
манометром.  Когда  наступает  равновесие  тензиметра  с  влагой
в  почве,  прибор  показывает  натяжение  влаги  в  нем,  выраженное
в  единицах  pF.  Этот  прибор  измеряет  влажность  почвы  с  доста-;
точной  чувствительностью  от  насыщения  до  pF  =  2,7.
 Имеются  приборы  для  определения  количества  влаги  в  почве,
основанные  на  измерении  электроемкости.  В  емкостных  влаго¬
мерах  почва  помещается  между  двумя  пластинами  конденса¬
тора.  Если  емкость  конденсатора  в  пустоте  равна  С0,  то  при
наличии  почвы  между  пластинами  емкость  конденсатора  вы¬
разится  формулой:
 С  =  еС0. 	(3)
 Коэффициенте  называется  диэлектрической  'проницаемостью.
Для  воды  е  =  81,  тогда  как  для  большинства  почв  значение
6  не  превышает  10.  Поэтому  изменение  емкости  конденсатора

ВЛАЖНОСТЬ  ПОЧВЫ  И  МЕТОДЫ  ЕЕ  ИЗМЕРЕНИЯ
 733
 §  2]
 вследствие  увеличения  или  уменьшения  влажности  почвы  оказы¬
вается  в  несколько  раз  большим,  чем  вследствие  изменения  со¬
става  почвы.
 Емкостный  влагомер  измеряет  абсолютную  влажность  почвы,
выраженную  в  миллиметрах  водного  слоя.  Он  состоит  из:
 1) 	генератора  высокой  частоты  (400  к/гц)  с  кварцевой  стабили¬
зацией,  работающего  на  лампе  СО-257,  2)  волномера  резонанс¬
ного  типа,  3)  диодного  вольтметра  с  лампой  УБ-240  или  2Ф2,
с  микроамперметром  в  качестве  индикатора  настройки,  4)  ба¬
тареи.
 Датчик,  являющийся  измерительным  конденсатором,  устроен
в  виде  вилки,  которая  вводится  в  почву  и  связана  с  измери¬
тельным  прибором  проводами.  Принцип  прибора  основан  на
изменении  емкости  конденсатора  в  зависимости  от  влажности
почвы.  Связь  между  емкостью  датчика  и  влажностью  почвы
устанавливается  по  данным  объемной  влажности  почвы,  полу¬
ченным  методом  высушивания.
 Емкостные  влагомеры  весьма  чувствительны  к  измерению
содержания  влаги,  если  величина  электрического  сопротивления
в  датчике  составляет  более  1000  ом.  Чем  больше  величина  элек¬
тросопротивления  почвы,  тем  шире  интервал  влажности,  кото¬
рый  поддается  измерению  емкостным  влагомером.
 В  песчаных  и  легкосуглинистых  почвах  влажность  может
быть  измерена  в  интервале  от  сухого  состояния  почвы  до  пол¬
ного  ее  насыщения.
 Объемный  метод.  Прибор,  построенный  на  основе  этого  ме¬
тода,  служит  для  определения  влажности  почвы  непосредственно
в  поле  без  взвешивания  и  высушивания  почвенных  образцов.
Определение  влажности  почвы  объемным  методом  (Ф.  Е.  Коля-
сев,  1957)  основано  на  зависимости  между  влажностью  почвы
и  ее  способностью  к  уплотнению  под  давлением.  Эта  зависи¬
мость  не  одинакова  для  различных  почв,  в  связи  с  чем  необхо¬
димо  производить  градуировку  прибора  на  каждой  исследуемой
почве  путем  установления  связи  между  усадкой  почвы  под  да¬
влением  и  изменением  ее  влажности,  определенным  весовым
методом.  Прибор  пригоден  для  измерений  влажности  почвы
в  условиях  стационара.
 Радиоактивные  методы.  К  радиоактивным  методам  измере¬
ния  влажности  почвы  без  выемки  образца  относятся  нейтронный
метод  и  метод  гамма-лучей.  Нейтронный  метод  основан  на.  спо¬
собности  молекул  воды  замедлять  быстрые  нейтроны,  испускае¬
мые  радиоактивным  источником.  Число  подсчитанных  медлен¬
ных  нейтронов  пропорционально  числу  столкновений  быстрых
нейтронов  с  молекулами  воды  и,  тем  самым,  пропорционально

734
 ВОДНЫЙ  РЕЖИМ  почв
 [гл.  Ill
 содержанию  воды  в  почве,  так  как  почти  все  количество  водо¬
родных  атомов  содержится  в  почвенной  влаге,  испаряемой  при
105°  С.  Следует  иметь,  однако,  в  виду,  что  в  почвах  содержится
некоторое  количество  водородных  атомов  в  соединении  с  мине¬
ралами,  особенно  с  вторичными  глинными  минералами,  и  в  орга¬
ническом  веществе. 	.  *
 Источником  быстрых  нейтронов  служат  сплавы:  полоний  —
бериллий,  радий  Д  —  бериллий  и  радий  —  бериллий.  Первые
два  источника  имеют  небольшие  гамма-помехи,  но  они  обладают
малым  периодом  полураспада.  Источник  радий  —  бериллий
более  долговечен,  но  имеет  большие  помехи  от  гамма-лучей.
 Для  подсчета  медленных  нейтронов  используют  борный
трифлуоридный  счетчик,  активизированную  фольгу  и  счетчик
искр  для  обнаружения  нейтронов  по  составу  света.
 Если  радиоактивным  источником  служат  гамма-лучи,  то  при
прохождении  сквозь  почву  часть  гамма-лучей  поглощается.
Степень  поглощения  лучей  зависит  от  энергии,  а  также  от  плот¬
ности  и  толщины  просвечиваемого  материала.  Плотность  влаж¬
ной  почвы  слагается  из  плотности  скелета  сухой  почвы  и  плот¬
ности  воды.  Если  принять  плотность  скелета  почвы  постоянной,
то  и  величина  поглощения  гамма-лучей  сухой  почвой  будет
величиной  постоянной.  Поэтому  все  изменения  в  степени  по¬
глощения  гамма-лучей  влажной  почвой  будут  зависеть  только
от  содержания  в  ней  влаги.  Этот  метод  дает  возможность  из¬
мерить  влажность  не  в  точке,  а  в  некотором  слое  почвы,  и  вы¬
разить  ее  сразу  в  миллиметрах  водного  слоя;  он  позволяет
непрерывно  контролировать  влажность  почвы  и  может  быть
положен  в  основу  автоматического  устройства.
 Поглощение  гамма-лучей  (в  случае  монохроматического
пучка)  атомами  вещества  почвы  и  воды  подчиняется  экспонен¬
циальному  закону:
 J 	(4)
 где  Jo  —  начальная  интенсивность  гамма-лучей,  J  —  интенсив¬
ность  гамма-лучей  после  прохождения  через  вещество,  р—
коэффициент  поглощения  для  данного  вещества,  h  —  толщина
слоя  вещества  в  сантиметрах.
 В  качестве  радиоактивного  источника  гамма-лучей  исполь¬
зуют  27С060  и  другие  /радиоактивные  вещества.
 Этот  метод  позволяет  измерять  в  стационарных  условиях
влажность  почвы  до  глубины  3  ж  и  более.
 §  3.  Водный  баланс  почв
 Водный  баланс  служит  количественным  выражением  водного
режима  почв.  Наиболее  существенным  в  водном  .режиме  почв
следует  считать  не  скорости  отдельных  видов  потоков,  взятые

ВОДНЫЙ  БАЛАНС  ПОЧВ
 735
 §  3]
 в  отдельности,  а  соотношения  потоков,  уносящих  влагу  из
почвы,  и  потоков,  приносящих  ее  в  почву,  определяющие  водный
баланс  почвы  и  растения.
 При  рассмотрении  водного  баланса  необходимо,  прежде
всего,  перечислить  все  статьи  прихода  и  расхода  и  изобразить
их  в  виде  уравнения  баланса.
 Общее  уравнение  водного  баланса  имеет  вид:
 W'o  +  О  +  дгр  +  дк  —  Еп  +  Ет  +  qn  +  qn  Wt  A  W,  (5)
 где  W0  —  запас  влаги  в  почвенной  толще  в  начале  периода;  О  —
сумма  осадков  за  весь  период;  qvp  —количество  влаги,  посту¬
пившей  в  почву  из  грунтовых  вод  за  весь  период;  qK  —величина
конденсации  за  весь  период;  Еп  —  величина  испарения  с  по¬
верхности  почвы;  Ет  —  величина  транспирации  за  весь  период;
qn  —величина  инфильтрации  за  весь  период;  qn—величина
поверхностного  стока  за  весь  период;  Wt  —  запас  влаги  в  поч¬
венной  толще  в  конце  периода.
 Величины  в  левой  части  уравнения  обозначают  статьи  прихода
воды,  а  в  правой  части  —  статьи  расхода.  AW  —  изменение  за¬
паса.  Если  нет  прогрессирующего  увлажнения  или,  наоборот,
иссушения  территории,  то  величина  ДW  стремится  к  нулю.
В  этом  случае  уравнение  (5)  показывает,  что  водный  баланс
всех  почв  слагается  из  одних  и  тех  же  элементарных  физиче¬
ских  процессов  и  что  приход  воды  в  почву  равен  расходу  воды
почвой.
 Водный  баланс  имеет  годовой  цикл,  после  которого  процессы,
слагающие  его,  повторяются.  Полный  годовой  водный  баланс
почвы  стремится  к  нулю,  если  не  происходит  прогрессирующего
изменения  климата.  В  этом  случае  в  уравнении  годового  вод¬
ного  баланса  величины  запаса  влаги  в  почвенной  толще  в  на¬
чале  периода  (U^o)  и  в  конце  периода  (Wt)  можно  считать  рав¬
ными.  Величина  конденсации  всегда  мала  по  сравнению  с
другими  составляющими  водного  баланса  и  при  практических
расчетах  может  быть  приравнена  к  нулю.
 После  этих  упрощений  уравнение  годового  водного  баланса
(5)  примет  вид:
 ^  +  ?гр  — 	+ 	(6)
 Уравнение  (6)  показывает  равенство  прихода  и  расхода
влаги  в  течение  года  для  некоторой  определенной  почвенной
толщи.
 Водный  баланс  может  быть  составлен  в  различных  единицах,
отнесен  к  разным  слоям  почвы,  может  охватывать  различные
периоды  времени,  включать  все  статьи  прихода  и  расхода  или

736
 ВОДНЫЙ  РЕЖИМ  почв
 [гл.  III
 только  некоторые  наиболее  существенные.  Поэтому  при  соста¬
влении  баланса  необходимо  указывать,  в  каких  единицах  и  за
какой  интервал  времени  составлен  баланс,  к  какому  слою  почвы
относится  и  какие  статьи  баланса  исключаются,  если  баланс
неполный.
 ,  Вычисление  содержания  воды  в  миллиметрах  водного  слоя
производят  отдельно  для  каждого  генетического  горизонта  почвы
по  формуле:
 где  W1  —  запас  влаги  в  горизонте  в  мм  водного  слоя,  wB  —
средняя  влажность  горизонта  в  процентах  от  веса  сухой  почвы,
р  —  плотноость  (объемный  вес)  горизонта  в  г/см3,  h  —  мощность
(толщина)  горизонта  в  см.
 Запас  влаги  во  всей  почвенно-грунтовой  толще  получается
путем  суммирования  запасов  влаги,  вычисленных  для  отдель¬
ных  генетических  горизонтов  почвы.
 Вычисление  запасов  влаги  в  почве  в  кубометрах  на  1  га
производят  по  формуле:
 Запас  воды  в  1  мм  водного  слоя  соответствует  запасу  в  10  мъ
воды  на  1  га.
 При  составлении  балансов  воды  и  тепла  необходимо  знать
мощность  слоя,  к  которому  относится  баланс.
 Некоторые  почвы  способны  поднимать  воду  от  грунтовых
вод  капиллярным  путем  на  высоту  4—6  м.  Глубина  распростра¬
нения  корней  зависит  от  (рода  и  вида  растения.  Под  лесом  корни
распространяются  на  глубину  6—10  м.  Корни  некоторых  трав
,(люцерны,  верблюжьей  колючки  и  др.)  проникают  до  .глубины
4—6  л«,  корни  злаков  достигают  глубины  1,5—2,0  м.  Поэтому
в  случае  залегания  грунтовых  вод  на  глубине  5—10  м  водный
баланс  следует  отнести  ко  всей  почвенно-грунтовой  толще  от
поверхности  почвы  до  уровня  грунтовых  вод.
 В  случае  глубокого  залегания  грунтовых  вод  баланс  следует
отнести  к  слою,  который  ежегодно  промачивается  атмосфер¬
ными  осадками.  О  мощности  этого  слоя  можно  судить  как  по
данным  распределения  легкорастворимых  солей  и  ионов,  в  част¬
ности  иона  хлора,  так  и  по  изменению  влажности  почвы.  На
границе  промачивания  почвы  атмосферными  осадками  проис¬
ходит  накопление  легкорастворимых  солей,  а  именно:  сульфатов
и  хлоридов  натрия,  кальция,  магния.  Максимум  содержания
легкорастворимых  солей  в  черноземных  почвах  находится  на
глубине  2—2,5  м,  в  каштановых  почвах—1,5—2,0  м,  в  серо¬
земных  почвах  —:  1—2  м.
 (7)
 W2  =  ®вр  h  м3/га.
 (8)

РОЛЬ  ГРУНТОВЫХ  ВОД  В  ВОДНОМ  БАЛАНСЕ  ПОЧВ
 737
 §  4]
 При  определении  мощности  слоя  ;по  влажности  .почвы  вод¬
ный  баланс  следует  отнести  к  тому  слою,  на  нижней  границе
которого  влажность  почвы  не  испытывает  существенных  изме¬
нений  за  рассматриваемый  период.
 §  4.  Роль  грунтовых  вод  в  водном  балансе  почв
 Доля  участия  грунтовых  вод  в  водном  балансе  почв  зависит
от  их  юпособности  поднимать  воду  на  некоторую  высоту  и  от
скорости  этого  подъема.  Эти  свойства  почв  и  грунтов  изменяются
в  зависимости  от  степени  истинной  и  структурной  дисперсности
их  массы,  а  также  от  плотности  сложения  (табл.  171).
 Таблица  171
 Высота  и  скорость  капиллярного  подъёма  воды  (см/су  тки)
в  колонках  из  первичных  механических  частиц  и  в  агрегатах
 Диаметр  частиц
мм
 h
 Высота  над  горизонтом  сво¬
бодной  воды,  см
 Автор
 см
 20
 50
 100
 150
 200
 250
 300
 Первичные  части¬
цы  0,05—0,01  .
 200
 625
 120
 67
 )  Новак  и  Печа-
 <0,002
 —
 9,6
 3,4
 1,9
 —
 —
 —
 —
 )  иек,  1943
 Монолит  из  лёсса
 300
 60
 52
 8,2
 3,0
 1,8
 1,0
 0,5
 Н.  А.  Димо
 Агрегаты  сугли¬
нистого  черно¬
зема
 1,0  ....
 24
 10
 )  П.  А.  Летунов
 1—3....
 —
 4
 1
 J  1955
 Из  табл.  171  видно,  что  наибольшая  начальная  скорость  ка¬
пиллярного  подъема  в  колонке  из  первичных  механических
частиц  0,05—0,01  мм;  она  значительно  понижается  в  микро-
структурных  суглинистых  грунтах  (лёсс).  В  колонках  из  глини¬
стых  частиц  меньше  0,002  мм  и  в  агрегатах  размером  1—3  мм
свойство  капиллярности  практически  исчезает.
 Скорость  капиллярного  подъема  в  почвах  и  грунтах  зависит
как  от  разности  капиллярных  давлений  на  уровне  грунтовой
воды  и  на  данной  высоте,  так  и  от  сопротивления,  которое
оказывает  связь  воды  со  стенками  пор.  Разность  капиллярных
давлений  с  высотой  уменьшается,  что  влечет  за  собой  уменьше¬
ние  скорости  капиллярного  подъема  с  высотой.
 47  Зак.  196.

738
 ВОДНЫЙ  РЕЖИМ  почв
 [гл.  III
 Сопротивление  просачиванию  капиллярной  воды  со  стороны
стенок  пор  возрастает  с  уменьшением  размеров  капилляров.
В  порах  диаметром  10"6—10~7  см  вся  влага  находится  в  сфере
действия  сорбционных  сил  и  передвигается  пленочным  путем,
т.  е.  весьма  медленно.  По  этой  причине  в  глинистых  почвах  и
грунтах  с  неразвитой  структурой  скорость  подъема  влаги  ни¬
чтожно  мала.  Скорость  капиллярного  подъема  в  системах  агре¬
гатов  размеров  более  1  мм  весьма  мала,  так  как  свойство  ка¬
пиллярности  не  сохраняется  в  порах  диаметром  больше  10~2  см.
 Таблица  172
 Распределение  капиллярной  воды  и  скорость  подъема  ее  в  колонке
из  лёссовидного  суглинка
 Расстояние
слоя  от  по¬
верхности
свободной
воды,  см
 Равновесная
влажность,  %
 Подвиж¬
ная  ка¬
пилляр¬
ная  вода
в  %  от
объема
 Время
подъема
воды
в  слое
в  сутках
 Скорость
 от  веса
 от
 объема
 линейная,
 см/сутки
 объемная
 (поток),
 мм/сутки
 250—260
 10,8
 12,9
 0,1
 240—250
 10,9
 13,0
 0,2
 —
 —
 —
 230—240
 13,1
 15,7
 2,9
 —
 —
 —
 220—230
 14,6
 17,5
 4,7
 —
 —
 —
 210—220
 15,8
 19,0
 6,2
 93,5
 0,11
 0,03
 190—210
 17,0
 20,4
 7,6
 86,0
 0,23
 0,09
 170—190
 17,2
 20,6
 7,8
 75,5
 0,26
 0,10
 150—170
 17,7
 21,2
 8,4
 50,2
 0,40
 0,17
 130—150
 19,1
 22,9
 10,1
 42,6
 0,47
 0,23
 110—130
 19,6
 23,5
 10,7
 32,3
 6,20
 3,3
 90—110
 21,3
 25,6
 12,8
 15,0
 13,3
 8,3
 70—90
 22,1
 26,6
 13,8
 6,8
 29
 20
 50—70
 25,6
 30,7
 17,9
 2,3
 87
 78
 30—50
 33,0
 39,6
 26,8
 0,5
 110
 134
 10—30
 33,8
 40,6
 27,8
 0,16
 125
 175
 0—10
 33,3
 40,0
 27,2
 0,04
 250
 450
 Примечание.  1.  Поверхность  свободной  воды  находилась  на  глубине  260  см.
 2. 	Капиллярное  поднятие  воды  в  колонке  происходило  при  начальной  влажности  почвы,
равной  максимальной  гигроскопичности,  т.  е.  когда  адсорбционные  силы  насыщены.
 3. 	Средняя  плотность  почвы  в  колонке  1,2  г/см*,  удельный  вес  2,7  г/с.и3,  максимальная
гигроскопичность  по  Францессону  12,8%  от  объема  почвы.
 В  табл.  172  показано  распределение  влажности  в  вертикаль¬
ной  колонке  из  лёссовидного  суглинка  (с  плотностью  сложения

РОЛЬ  ГРУНТОВЫХ  ВОД  В  ВОДНОМ  БАЛАНСЕ  ПОЧВ
 739
 §  4]
 1,2  г/см?  и  общей  пористостью  56%)  через  420  суток  от  начала
капиллярного  подъема  (Б.  Н.  Мичурин,  1957).  Поверхность  сво¬
бодной  воды  находилась  на  2,6  м  ниже  верха  колонки.  Постоян¬
ный  уровень  воды  поддерживался  при  помощи  Мариоттова
устройства.  Расход  воды  на  капиллярное  насыщение  почвы  учи¬
тывался  по  изменению  количества  воды  в  цилиндре.  Верхняя
граница  капиллярного  подъема  отмечалась  по  изменению  окра¬
ски  почвы.  Почва  была  предварительно  увлажнена  до  влажно¬
сти  разрыва  капилляров  (12,8%  от  объема).  Поэтому  процесс
подъема  влаги  в  колонке  был  вызван  только  разностью  капил¬
лярного  давления  на  поверхности  свободной  воды  и  под  мени¬
ском  воды  почвы.
 Из  табл.  172  видно,  что  влажность  почвы  уменьшается
с  увеличением  высоты  над  поверхностью  свободной  воды.
Уменьшение  влажности  в  однородной  по  механическому  составу
и  сложению  почве  с  высотой  имеет  следующие  причины.  При
условии  равновесия  влаги  капиллярное  давление  в  элементар¬
ном  слое,  направленное  вверх,  должно  быть  равно  сумме  ка¬
пиллярного  давления,  направленного  вниз,  и  силе  тяжести.
В  случае  равновесия  влаги  капиллярное  давление,  направлен¬
ное  вверх,  должно  быть  больше  капиллярного  давления,  на¬
правленного  вниз,  что  может  быть  получено  за  счет  уменьшения
влажности  в  верхней  части  элементарного  слоя  (Израэльсон,
1956).
 Полевыми  опытами  установлено,  что  предельная  высота  ка¬
пиллярного  подъема  в  лёссах  и  лёссовидных  суглинках  не  пре¬
вышает  4—6  м.  Расчет  предельной  высоты  капиллярного  подъ¬
ема  для  лёссов  и  лёссовидных  пород  по  формуле  Жюрена  дает
величины  капиллярного  подъема  в  несколько  десятков  метров.
Противоречие  между  теоретически  вычисленными  величинами
высоты  капиллярного  подъема  в  микроструктурных  грунтах  и
экспериментальными  данными  легко  объяснить  на  основе  прин¬
ципа  многостепенной  упаковки  почвенных  частиц.
 В  почвах  и  грунтах  с  развитой  микроструктурой  имеются
две  системы  пор:  система  пор  между  механическими  частицами
и  система  пор  между  микроагрегатами.  Поры  между  механи¬
ческими  частицами  имеют  диаметры  менее  10-5  см,  содержат
преимущественно  сорбционно-замкнутую  влагу,  способную
передвигаться  только  пленочным  путем,  т.  е.  весьма  медленно.
Поры  между  микроагрегатами  имеют  диаметры  10~3  и  10~4  см
и  содержат  капиллярную  влагу,  обладающую  высокой  подвиж¬
ностью.  В  связи  с  этим,  в  почвах  и  грунтах  с  развитой  микро¬
структурой  высота  капиллярного  подъема  определяется  не
столько  механическим  составом,  сколько  структурной  дисперс¬
ностью  и  сложением  почвенных  частиц  (Б.  Н.  Мичурин,  1957).
Если  учесть,  что  микроструктурные  грунты  на  80—90%  состоят

740
 ВОДНЫЙ  РЕЖИМ  почв
 [гл.  Ш
 из  микроагрегатов  размером  0,05—0,01  мм,  и  допустить,  что
они  упакованы  в  гексагональной  системе,  то  размер  пор  между
микроагрегатами  будет  колебаться  от  10-4  до  10"5  см.  Расчет
высоты  капиллярного  подъема  воды  в  таких  порах  по  формуле
ЖюРена  дает  величины  порядка  3—4  м,  что  совпадает  е  дан¬
ными,  полученными  полевым  опытом.
 Из  табл.  172  видно,  что  скорость  капиллярного  подъема
в  лёссах  еще  значительна  на  высоте  150—200  см  и  составляет
2—3  мм/сутки,  что  близко  к  средней  величине  суточного  испа¬
рения  с  поля,  занятого  сельскохозяйственной  культурой.  Из
табл.  172  следует,  что  грунтовые  воды  при  глубине  залегания
на  150—200  см  служат  важным  источником  влаги  в  почве.  На
расстоянии  3—4  м  от  уровня  грунтовых  вод  скорость  капилляр¬
ного  подъема  становится  малой,  и  грунтовые  воды  имеют  не¬
большое  значение  в  водном  балансе  и  водном  режиме  почв,
развитых  на  лёссах,  так  как  объемная  скорость  потока  влаги
на  высоте  3  м  становится  менее  0,50  мм/сутки.
 §  5.  Основные  типы  водного  режима  почв
 Для  любых  численных  значений  составляющих  годового  вод¬
ного  баланса  имеет  место  один  из  трех  случаев:  1)  испарение
больше  инфильтрации  воды  в  почву,  2)  испарение  равно  ин¬
фильтрации  воды  в  почву,  3)  испарение  меньше  инфильтрации
воды  в  почву.
 Первый  случай  характеризует,  по  Г.  Н.  Высоцкому,  выпот¬
ной  тип  водного  режима,  второй  случай  —  непромывной  тип  и
третий  случай  —  промывной  тип.
 Выпотной  тип  водного  режима.  Если  грунтовые  воды  зале¬
гают  неглубоко  и  капиллярная  кайма  достигает  поверхности
•почвы  или  находится  в  пределах  корнеобитаемого  слоя,  то  поч¬
венная  влага  находится  в  капиллярноподпертом  состоянии.
В  этом  случае  инфильтрация  (qB)  может  быть  меньше  количе¬
ства  воды,  поступившей  в  почву  из  грунтовых  вод  ((/гр),  т.  е.
^гР  >  q  и.
 Тогда  уравнение  (6)  примет  вид:
 О  <  Еч  -|-  Еп  -)-qn> 	(9)
 Для  горизонтальных  поверхностей  величину  qn  можно  при¬
равнять  к  нулю.  Тогда
 О  <£,  +  £■„  или  „?.■ 	<  1. 	(10)
 “Г  Пп
 Уравнение  (10)  обозначает,  что  в  случае  капиллярноподпер-
того  состояния  почвенной  влаги  суммарное  испарение  из  почвы
(транспирация-J-физическое  иопарение  почвой)  может  быть

§  5]
 ОСНОВНЫЕ  ТИПЫ  ВОДНОГО  РЕЖИМА  ПОЧВ
 741
 больше  суммы  атмосферных  осадков.  Оно  характеризует  тип
водного  режима,  который  Г.  Н.  Высоцкий  назвал  выпотным.
В  той  или  иной  степени  выраженности  этот  тип  водного  режима
встречается  во  всех  почвенных  зонах  на  вторых  террасах  реч¬
ных  долин  и  характеризует  луговую  стадию  почвообразования.
 Из  уравнения  (10)  следует,  что  выпотной  тип  водного  ре¬
жима  характеризуется  годовым  коэффициентом  увлажнения,
меньшим  единицы.
 Дефицит  влаги  погашается  дополнительным  источником  пи¬
тания  почвы  влагой  —  грунтовыми  водами.
 Непромывной,  или  замкнутый,  тип  водного  режима  почв.
 В  течение  лета  обычно  испарение  больше  количества  выпадаю¬
щих  осадков,  и  влажность  почвы  понижается,  создавая  недоста¬
ток  насыщения.  И  пока  имеется  недостаток  насыщения  почвы
до  полевой  влагоемкости  не  наблюдается  существенного  проса¬
чивания  воды  в  глубину.
 Мощность  слоя,  в  котором  создается  дефицит  насыщения,
зависит  от  климатических  условий,  наличия  или  отсутствия  ра¬
стительности  и  от  глубины  распространения  корней  растений.
 Количество  легкоподвижной  влаги,  которое  удерживается
в  корнеобитаемом  слое  трав  и  культурных  злаков,  достигает
200—300  мм,  а  под  леоной  растительностью  500  мм.  Если  коли¬
чество  влаги,  которое  выпадает  от  осени  до  весны,  не  превосхо¬
дит  водоудерживающей  способности  испаряющего  слоя  почвы,
равного  под  травами  и  зерновыми  культурами  2—4  м,  то  влага,
поступившая  в  почву  из  атмосферы  в  виде  осадков,  распреде¬
ляется  только  в  верхней  части  почвенного  профиля,  не  просачи¬
ваясь  вглубь.  Почвенная  влага  находится  как  бы  в  -подвешен¬
ном  состоянии.
 В  случае,  когда  грунтовые  воды  залегают  глубоко  и  верхняя
граница  капиллярной  каймы  не  достигает  смоченного  атмосфер¬
ными  осадками  почвенного  слоя,  связь  между  почвенной  и
грунтовой  влагой  осуществляется  через  слой  с  низкой  влаж¬
ностью,  близкой  к  влажности  завядания  («мертвый»  горизонт
Г.  Н.  Высоцкого).  При  этой  влажности  передвижение  воды  из
верхнего  слоя  в  нижний  и  обратно  происходит  пленочным  пу¬
тем  и  в  виде  пара,  т.  е.  весьма  медленно.
 Применим  общее  уравнение  водного  баланса  почвы  к  этому
случаю.
 Если  капиллярное  поступление  влаги  из  грунтовых  вод
в  почвенные  горизонты  и  обратно  не  происходит,  то  величины
дтр  и  q„  в  уравнении  (6)  можно  приравнять  к  нулю,  и  оно  при¬
мет  для  горизонтальной  поверхности  {qu  =0)  вид:
 (п)

742
 ВОДНЫЙ  РЕЖИМ  почз
 [гл.  Ш
 Уравнение  (11)  обозначает,  что  вся  влага  осадков,  накоп¬
ленных  в  почве,  расходуется  обратно  в  атмосферу  путем  транс¬
пирации  и  физического  испарения  с  поверхности  почвы.  Оно  ха¬
рактеризует  условия  возникновения  водного  режима  почв  не¬
промывного,  или  замкнутого,  типа.  Отношение  годовых  осадков
к  испаряемости  при  этом  типе  водного  режима  почв  равно  еди¬
нице  или  меньше  единицы.  Почвенная  влага  «находится  в  подве¬
шенном  состоянии.
 Непромывной  тип  водного  режима  почв  имеет  широкое  рас¬
пространение  в  зоне  серых  лесных,  черноземных,  каштановый
и  сероземных  почв  в  пределах  водораздельных  поверхностей
и  высоких  уровней  речных  террас,  где  грунтовые  воды  залегают
на  глубине  6—10  м  и  |более.  В  условиях  лесостепи,  степи  и  полу¬
пустыни  вода  атмосферных  осадков  является  единственным
источником  влаги  в  почве.
 Промывной  тип  водного  режима  почв.  Если  сумма  годовых
осадков  больше  величины  испаряемости,  то  остаток  осадков
будет  просачиваться  в  глубокие  слои  почвы  вплоть  до  грунто¬
вых  вод.  При  условии,  когда  капиллярное  «поступление  воды  из
грунтовых  вод  в  почвенные  горизонты  не  происходит,  или,  по
крайней  мере,  величина  инфильтрации  (<?„)  больше  количества
влаги,  поступившей  в  почву  из  грунтовых  вод  (<7п>)»  т.  е.  когда
^п><7п),  уравнение  (6)  примет  вид:
 О  Ет  -|—  Еп  -(—  qn. 	(12)
 Для  горизонтальных  поверхностей  qn  =  0.  Тогда
 0>Ет-\-Е„  или  F  0  р  >  1. 	(13)
 Уравнение  водного  баланса  (13)  характеризует,  по  Г.  Н.  Вы¬
соцкому,  промывной  тип  водного  .режима,  так  как  величина
осадков  больше,  чем  может  попариться  влаги.  Избыток  осадков
вызывает  «сквозное  «промачивание  почвы.  Промывной  тип  вод¬
ного  режима  широко  распространен  <в  подзолистой  зоне  и  суб¬
тропиках.  В  степной  зоне  промывной  тип  водного  режима  возни¬
кает  лишь  в  западинах  и  крупных  депрессиях,  где  формируются
солоди  и  осолоделые  темноцветные  почвы.
 Основы  классификации  процессов  водного  режима  почв,  за¬
ложенные  Г.  Н.  Высоцким,  сохранили  свое  значение  по  настоя¬
щее  время.  Дальнейшее  «развитие  теория  водного  режима  полу¬
чила  в  трудах  В.  А.  Ковда,  М.  С.  Цыганова,  А.  Ф.  Большакова,
И.  С.  Васильева,  А.  А.  Роде  и  других.
 А.  А.  Роде  (1956)  выделяет  пять  типов  водного  режима:
1)  мерзлотные,  2)  промывные  и  периодически  промывные,  3)  не¬
промывные,  4)  выпотные,  5)  ирригационные.

ПОКАЗАТЕЛИ  КЛИМАТИЧЕСКОГО  УВЛАЖНЕНИЯ  ПОЧВ
 743
 §  6J
 §  6.  Показатели  климатического  увлажнения  почв
 Отдельные  типы  водного  режима  почв  Г.  Н.  Высоцкий  ха¬
рактеризовал  отношением  годовой  cyMiMbi  осадков  к  годовой
величине  испаряемости  или  коэффициентом  увлажнения.  Чис¬
ленные  значения  коэффициентов  увлажнения  для  разных  поч¬
венно-климатических  зон  следующие:  лесной  1,33,  лесостеп¬
ной  1,0,  степной  черноземной  0,67,  зоны  сухих  степей  0,33  (см.
рис.  237).
 Рис.  237.  Схематический  меридиальный  разрез  через  европейскую
 часть  СССР.
 М.  И.  Будыко  предложил  характеризовать  коэффициент  кли¬
матического  увлажнения  любой  территории  отношением  осадков
 к  величине  радиационного  баланса,  т.  е.  величиной  4-  ,  где
 V  б
 L  —  скрытая  теплота  парообразования,  О  —  осадки  и  Q6—ве¬
личина  радиационного  баланса.  Нетрудно  видеть,  что  коэффи¬
циент  климатического  увлажнения  М.  И.  Будыко  аналогичен
коэффициенту  климатического  увлажнения  Г.  Н.  Высоцкого  и
отличается  от  последнего  выражением  величины  испаряемости
Об
 через  отношение  -j-  ,  которое  носит  название  радиационного
показателя  испаряемости.

744
 ВОДНЫЙ  РЕЖИМ  почв
 [гл.  III
 Так  как  в  условиях  неограниченного  увлажнения  почвы
транспирация  пропорциональна  испаряемости,  то  радиационный
показатель  иопаряемости  может  служить  мерой  для  величины
максимальной  транспирации.  Отсюда  степень  обеспеченности
растений  влагой,  в  первом  приближении,  может  быть  охаракте¬
ризована  отношением  осадков  к  радиационному  показателю
иопаряемости.
 Для  любых  численных  значений  осадков  и  радиационного
баланса  за  год  или  сезон  имеет  место  один  из  трех  случаев:
 1)  о=^-
 или
 LO
 Qo  -  Х'
 (14)
 2)  0>
 или
 ^->1-
Qo  >  '
 (15)
 3)  0<-^
 или
 Ш  J
 Qo  <
 (16)
 Разберем  отдельно  эти  три  случая.
 1. 	Равенство  О  =  ^  показывает,  что  выпадает  столько  осад¬
ков,  сколько  может  их  испариться  при  данном  притоке  радиа¬
ционного  тепла.  Одновременный  и  эквивалетный  приток  тепла
и  влаги  в  почву  есть  условие  неограниченного  снабжения  «расте¬
ний  водою,  максимального  роста  и  урожая.  Климатические
условия,  в  которых  отношение  годовых  осадков  к  испаряемости
близко  к  единице,  являются  оптимальными  для  роста  и  урожая
культурных  растений.
 2. 	Неравенство  О  >  показывает,  что,  если  количество
 выпадающих  осадков  больше  того,  которое  может  испариться
при  данном  притоке  тепла,  то  в  почвах  создается  избыток  влаги,
а  это  влечет  за  собою  заполнение  всех  пор  водою,  ухудшение
аэрации,  замедление  транспирации  и  роста  растений.
 3. 	Неравенство  О  <  выражает,  что,  если  осадков  выпа¬
дает  меньше  того  количества,  которое  может  испариться  при
данном  притоке  тепла,  то  в  почве  создается  дефицит  влаги  и
наблюдается  замедление  роста  растений  вследствие  ограниче¬
ния  транспирации.
 Радиационный  показатель  испаряемости  имеет  также  боль¬
шое  значение  при  решении  практических  мелиоративных  про¬
блем,  связанных  с  орошением  и  осушением.  Разность  величины
испаряемости  и  суммы  осадков  за  год  обозначает  в  первом  при¬
ближении  дефицит  влаги  в  почве  в  условиях  недостаточного
увлажнения  и  избыток  влаги  в  почве  в  условиях  избыточного
увлажнения.

§  6] 	ПОКАЗАТЕЛИ  КЛИМАТИЧЕСКОГО  УВЛАЖНЕНИЯ  ПОЧВ 	745
 Г.  Н.  Высоцкий  (1900),  а  позднее  М.  И.  Будыко  показали,
что  граница  почвенных  и  ботанических  зон,  а  также  границы
типов  водного  режима  хорошо  совпадают  с  определенными  ве¬
личинами  коэффициентов  климатического  увлажнения.  Суще¬
ствование  этой  связи  вызвало  попытки  установить,  ©  какой  мере-
рост  растений  и  их  продуктивность  в  той  или  иной  местности
зависят  от  абсолютных  количеств  влаги  и  тепла  и  в  какой  —
от  их  соотношения  (М.  И.  Будыко,  1948—1956;  А.  А.  Григорьев,.
1956;  Г.  Л.  Пенман,  1952;  Б.  Н.  Мичурин,  1954).
 Показатели  климатического  увлажнения  Г.  Н.  Высоцкого  и
М.  И.  Будыко  достаточно  полно  характеризуют  связь  раститель¬
ности  с  климатическими  условиями  увлажнения  за  годовой  пе¬
риод.  Для  характеристики  роста  культурных  растений  в  течение
вегетационного  периода  среднегодовые  климатические  данные
недостаточны.  Во-первых,  абсолютные  и  относительные  количе¬
ства  тепла  и  влаги  за  годовой  период  могут  быть  вполне  доста¬
точными,  тогда  как  за  вегетационный  период  и  отдельные  его»
фазы  может  иметь  место  недостаток  влаги  и  тепла.  Во-вторых,
почва  обладает  способностью  накапливать  в  течение  осенне-
зимнего  периода  влагу,  которая  постепенно  используется  расте¬
нием  летом  в  случае  недостатка  летних  осадков.  В  третьих,,
некоторая  часть  осадков  теряется  почвой  без  пользы  для  расте¬
ния  путем  стока.  Поэтому  точная  характеристика  условий
увлажнения  может  быть  получена  только  на  основе  непосред¬
ственного  изучения  водного  баланса  почвы.
 Вследствие  неодновременности  в  притоке  влаги  и  тепла  и:
существенных  сезонных  изменений  в  выпадении  осадков  от  года
к  году  необходимо  знать  баланс  тепла  и  влаги  не  только  за  го¬
довой  период,  но  и  за  вегетационный  период  и  за  отдельные
месяцы  вегетационного  периода.
 Для  оценки  влагообеспеченности  растений  необходимо  знагы
две  величины;  сколько  требуется  растениям  влаги  для  макси¬
мального  роста  и  урожая  и  какое  количество  влаги  имеется;
в  распоряжении  растений.

ГЛАВА  IV
 ИСПАРЕНИЕ  ВОДЫ  ПОЧВОЙ
 §  1.  Общие  сведения
 Испарение  с  водной  поверхности  состоит  в  том,  что  некото¬
рые  молекулы,  обладающие  скоростями,  большими  средней,  вы¬
ходят  из  сферы  притяжения  смежных  молекул  и  образуют  над
водою  пар.  Вследствие  ухода  из  воды  молекул,  обладающих
наибольшей  скоростью,  средняя  энергия  молекул  поверхност¬
ного  слоя  воды  уменьшается;  поверхность  воды  охлаждается,
и  постепенно  охлаждается  весь  объем  воды.  Поэтому  для  под¬
держания  начальной  скорости  испарения  необходимо,  чтобы
вода  получала  тепло  извне
 В  природных  условиях  главным  источником  тепловой  энер¬
гии  для  процесса  испарения  служит  солнечная  радиация.  Чтобы
испарить  1  мм  осадков,  необходимо  затратить  около  60  кал
(скрытая  теплота  парообразования).
 §  2.  Факторы  испарения
 В  естественных  условиях  процесс  испарения  совершается  не¬
прерывно  в  течение  всего  года.  На  его  интенсивность  оказы¬
вают  влияние  следующие  факторы: 	приток  радиационной
 энергии,  вид  испаряющей  поверхности,  условия  передвижения
воды  к  испаряющей  поверхности  и  условия  отвода  пара  от  испа¬
ряющей  поверхности.
 Для  земледелия  представляет  наибольший  интерес  испаре¬
ние  с  трех  видов  поверхностей: 	1)  с  водной  поверхности,
 .2)  с  поверхности  почвы,  покрытой  растительностью,  3)  с  поверх¬
ности  почвы,  лишенной  растительности.
 Величина  иопарения  с  водной  поверхности  дает  в  первом
приближении  представление  о  максимальной  величине  испаре¬
ния  или  испаряемости  и  служит  основой  теоретического  под¬
хода  к  вопросу  иопарения  с  поверхности  почвы.  Изучение  испа¬
рения  с  поверхности  оголенной  почвы  или  с  парового  поля
имеет  большое  агрономическое  значение  при  разработке  агро¬
технических  приемов  накопления  влаги  в  почзе  Знание  вели¬

ИСПАРЕНИЕ  ИЗ  ПОЧВЫ,  ЛИШЕННОЙ  РАСТИТЕЛЬНОСТИ
 747
 <§  3]
 чины  иопарения  с  поверхности,  «покрытой  растительностью,  где
этот  -процесс  осуществляется  главным  образом  через  поверх¬
ность  листьев  в  процессе  дыхания,  необходимо  для  установле¬
ния  водного  баланса  почвы,  обеспечивающего  оптимальные
условия  для  транспирации  и  роста  культурных  растений.
 §  3.  Испарение  из  почвы,  лишенной
растительности
 Скорость  испарения  воды  с  оголенной  поверхности  почвы
определяется  соотношением  скорости  поступления  тепла  и  влаги
к  поверхности  испарения,  с  одной  стороны,  и  способностью
воздуха  отводить  пары,  с  другой.
 Процесс  испарения  с  оголенной  почвы  подробно  изучен
П.  С.  Коссовичем  (1904),  Ф.  Е.  Колясевым  (1949),  М.  М.  Абра¬
мовой,  А.  Ф.  Большаковым,  А.  А.  Роде  (1956)  и  др.
 По  Коссовичу,  процесс  испарения  с  оголенной  почвы  прохо¬
дит  три  стадии.  В  первую  стадию,  соответствующую  падению
влажности  от  насыщения  всех  пор  водою  до  капиллярной  влаго-
смкости,  скорость  испарения  близка  к  постоянной  и  соответ¬
ствует  испарению  с  водной  поверхности.  Вторая  стадия,  со¬
впадающая  с  расходованием  капиллярной  влаги,  характеризуется
быстро  падающей  скоростью  иопарения.  Третья  стадия,  начи¬
нающаяся  с  влажности,  равной  максимальной  гигроскопичности,
и  оканчивающаяся  воздушносухим  состоянием,  характеризуется
малой  скоростью  испарения  и  медленным  падением  ее  по  мере
уменьшения  влажности  почвы.
 Теоретические  представления  П.  С.  Коссовича  о  механизме
испарения  воды  из  почвы  сохранили  свое  значение  и  по  настоя¬
щее  время,  получив  дальнейшее  развитие  в  работах  А.  В.  Лы¬
кова,  Ф.  Е.  Колясева  —  у  нас  в  СССР,  Шервуда  и  Лемона  —  за
границей.
 Ф.  Е.  Колясев,  на  основании  работ  своих  предшественников,
предложил  метод  снятия  кривых  скорости  сушки  образцов
почвы  весом  2—3  г  при  постоянной  упругости  паров  в  воз¬
духе.
 Установка  для  получения  кривых  скорости  высыхания  поч¬
венных  образцов  состоит  из  технических  весов,  где  одна  из  ча¬
шек  заменена  равным  грузиком  с  припаянным  к  нему  снизу  крю¬
чочком.  На  крючочек  последовательно  подвешиваются  сетчатые
корзиночки  с  почвой,  помещенные  в  эксикатор.  Постоянный
режим  сушки  создается  серной  кислотой  соответствующей  кон¬
центрации,  налитой  на  дно  эксикатора.  Взвешивание  образцов
производится  в  первые  30  минут  —  через  5  минут,  а  затем  —
через  20—30  минут.  По  убыли  веса  образца  рассчитывается  про¬
цент  его  влажности  по  отношению  к  сухому  весу  и  строится

ИСПАРЕНИЕ  ВОДЫ  ПОЧВОЙ
 748
 [гл.  IV
 кривая  зависимости  между  влажностью  почвы  (оув)  и  временем
сушки  (/)
 WB=f{t). 	(1>
 Далее,  методом  графического  дифференцирования  строится
кривая  сушки,  дающая  зависимость  между  скоростью  сушки  и
влажностью  почвы:
 dw  „
 -1Г=П^)- 	<2>
 Для  того  чтобы  (получить  значение  скорости  сушки  в  г/см2  час.
необходимо  скорость  сушки  в  %/час  умножить  на  абсолютно
сухой  вес  образца  и  разделить  на  его  поверхность  к  на  100:
 dwn 	Рп
 =  г/см2  час>  (3>
 где 	—скорость  сушки  в  г/см2  час;  tg<p  —  скорость  сушки
 в  процентах  в  час;  Рп  —  вес  сухого  образца  в  г;  S  —  поверхность
образца  в  см2.
 На  основе  описанной  выше  методики  Ф.  Е.  Колясевым
совместно  с  М.  К.  Мельниковой  были  получены  кривые  сушки
различных  почв,  с  (помощью  которых  установлено,  что  скорость
высыхания  всех  почв  протекает  в  две  стадии.  Первая  стадия
характеризуется  постоянной  скоростью  испарения,  вторая  —
убывающей  скоростью  испарения.  В  стадии  постоянной  скорости
сушки  имеет  место  капиллярный  подток  влаги  к  поверхности
испарения.  Скорость  испарения  в  первой  стадии  не  зависит  от
влажности  почвы  и  определяется  внешними  физическими  факто¬
рами.  На  скорость  испарения  во  второй  стадии  влияет  влаж¬
ность  почвы  и  ее  физические  свойства,  в  связи  с  чем,  по  мнению'
Ф.  Е.  Колясева,  кривая  скорости  сушки  почвы  является  основой
для  разделения  процесса  испарения  на  стадии,  а  почвенной
влаги  —  на  категории  по  подвижности  и  доступности  растениям.
 Кривые  рис.  238  (Ф.  Е.  Колясев  и  М.  К.  Мельникова,  1949)
и  рис.  239  (Е.  А.  Малюгин,  1957)  показывают,  что  скорость  вы¬
сыхания  различных  почв  убывает  не  плавно,  а  имеет  три  пере¬
ломные  точки,  отграничивающие  один  вид  передвижения  влаги
в  почве  от  другого.  Точка  перехода  от  стадии  постоянной  ско¬
рости  сушки  к  падающей  скорости  совпадает  с  влажностью  раз¬
рыва  капилляров,  отграничивающей  капиллярный  механизм
переноса  влаги  от  пленочно-менискового  передвижения  влаги.
Вторая  критическая  точка  на  кривой  сушки  совпадает  с  влаж¬
ностью  устойчивого  завядания  и  отделяет  пленочно-менисковый
поток  влаги  в  почве  от  пленочного  потока.  Наконец,  третья
переломная  точка  совпадает  с  максимальной  гигроскопичностью
почвы  с  переходом  к  переносу  влаги  преимущественно  в  виде
пара.

§  3] 	ИСПАРЕНИЕ  ИЗ  ПОЧВЫ,  ЛИШЕННОЙ  РАСТИТЕЛЬНОСТИ 	749
 Метод  сушки  тонких  образцов  почвы  недостаточен  для  ха¬
рактеристики  процесса  испарения  из  почвы  в  естественных  усло¬
виях.  На  ход  процесса  испарения  из  почвы  в  естественных  усло¬
виях  влияет  подток  влаги  к  испаряющему  слою  из  нижележащих
слоев  вследствие  непрерывности  водного  тела  всей  почвенно¬
грунтовой  толщи.  Поэтому,  при  изучении  процесса  испарения  из
почвы  в  естественных  условиях  необходимо  учитывать  обмен
влаги  между  отдельными  слоями  всей  почвенной  толщи  и  атмо¬
сферой.
 Рис.  238.  Кривые  скорости  сушки
дерновоподзолистой  тяжелосугли¬
нистой  почвы.
 /  —  агрегаты;  2  —илистая  фракция;  «?  —  рас¬
тертые  агрегаты;  4—грубая  фракция.
 Рис.  239.  Кривые  скорости  сушки
светлокаштановой  супесчаной
почвы.
 1  —  0—20  см;  2  —  30—40  см\  4  —  70—80  см.
 На  рис.  240  показана  связь  процесса  испарения  из  каштано¬
вой  почвы  с  ее  влажностью  (Б.  Н.  Мичурин,  1957).  Из  рисунка
видно,  что  при  отсутствии  растений  процесс  испарения  из  почвы
можно  разделить  на  три  главные  стадии:  1)  стадия  постоянной
скорости,  когда  влажность  почвы  понижается  до  некоторой  кри¬
тической  точки,  называемой  влажностью  замедления  капилляр¬
ной  проводимости;  2)  стадия  быстро  падающей  скорости  испа¬
рения,  до  точки  устойчивого  завядания;  3)  стадия  медленно
падающей,  но  весьма  малой  скорости  испарения  до  точки  воз¬
душной  гигроскопичности.
 Физические  причины  такого  течения  процесса  испарения
с  оголенной  почвы  следующие.  В  интервале  от  полевой  влаго-
емкости  до  точки  замедления  капиллярной  проводимости  упру¬
гость  паров  в  испаряющем  слое  почвы  сохраняется  практически
постоянной.  При  постоянстве  внешних  условий  градиент  давле¬
ния  пара  между  почвой  и  воздухом,  а  тем  самым,  и  скорость
испарения  сохраняются  постоянными.  Поэтому  скорость  испа¬

750
 ИСПАРЕНИЕ  ВОДЫ  ПОЧВОЙ
 [ГЛ.  IV
 рения  в  «первой  стадии  >не  зависит  от  влажности  почвы  и  всецело
определяется  внешними  условиями.
 Начиная  с  влажности  замедления  капиллярной  проводимо¬
сти  и  до  влажности  устойчивого  завядания,  упругость  паров
 Рис.  240.  Зависимость  скорости  испарения  от  влажности  испаряющего  слоя,
У  кривых  указана  глубина  слоя  в  сантиметрах.
 воды  в  почве  медленно  понижается,  но  практически  остается
близкой  к  упругости  паров  над  свободной  поверхностью  воды.
В  этом  интервале  влажности  почвы  испарение  регулируется
главным  образом  влагопроводностью  почвы,  которая  умень¬
шается  вместе  с  уменьшением  содержания  подвижной  воды
в  почве.

ИСПАРЕНИЕ  ИЗ  ПОЧВЫ,  ЛИШЕННОЙ  РАСТИТЕЛЬНОСТИ
 751'
 §  3J
 При  влажности  испаряющего  слоя,  близкой  к  устойчивому
завяданию,  подток  влаги  из  более  глубоких  слоев  почвы  прак¬
тически  прекращается.  При  этом  ниже  точки  устойчивого  завя-
дания  упругость  водяного  пара  снижается  быстрее,  чем  влаж¬
ность.  В  результате  на  поверхности  почвы  образуется  сухой
слой,  испарение  происходит  ниже  поверхности  почвы,  и  пар
.проникает  через  неподвижный  слой  воздуха  в  почве.  В  эту  ста¬
дию  скорость  испарения  резко  замедляется  вследствие  малого
градиента  упругости  пара  между  сухим  слоем  -почвы  и  возду¬
хом,  а  также  вследствие  прекращения  передвижения  воды
к  сухому  слою  в  жидком  виде.
 Критическая  влажность,  при  которой  происходит  переход
от  первой  стадии  испарения  ко  второй,  зависит  от  механиче¬
ского  состава  почвы,  ее  структуры  и  плотности  сложения.
 В  полевых  и  лабораторных  условиях  зависимость  процесса
испарения  от  влажности  почвы  и  ее  структуры  изучена  М.  М.  Аб¬
рамовой,  А.  Ф.  Большаковым  и  А.  А.  Роде  (1956).
 Для  подвешенной  влаги  установлены  следующие  закономер¬
ности  ее  движения  при  испарении.  В  песчаных  (не  слоистых)
почвах  и  грунтах  подвешенная  влага  удерживается  капилляр¬
ными  силами  в  местах  стыка  частиц  и  неспособна  к  передвиже¬
нию  в  жидком  виде.  В  микроструктурных  почвах  и  грунтах  су¬
глинистого  механического  состава  передвижение  воды  в  жидком
виде  прекращается  в  момент  исчезновения  влаги  в  местах  стыка
микроагрегатов,  что  соответствует  60—70%  от  полевой  влаго-
емкости.  В  почвах  и  грунтах  суглинистого  и  глинистого  механи¬
ческого  состава,  обладающих  комковатой  структурой,  влага,
находящаяся  в  местах  стьгка  макроагрегатов,  передвигается
капиллярным  путем  к  испаряющей  поверхности  по  системе
внутриагрегатных  пор.  Вследствие  этого  стыковая  влага  исче¬
зает  и  разрывается  капиллярная  связь  между  макроагрегатами.
Этот  момент  отвечает  прекращению  передвижения  подве¬
шенной  влаги  к  поверхности  испарения  в  жидком  виде
и  совпадает  с  влажностью,  равной  90—95%  от  полевой  влаго-
ем  кости.
 В  почвах  и  грунтах  суглинистого  и  глинистого  механического
состава,  с  неразвитой  структурой  и  бесструктурных,  вся  влага
является  сорбционносвязанной  и  поэтому  большая  часть  ее  спо¬
собна  передвигаться  к  поверхности  испарения  в  жидком  виде,
но  скорость  этого  передвижения  мала  и  постепенно  убывает
по  мере  уменьшения  влажности  почвы.
 Уменьшение  скорости  испарения  в  структурных  почвах  начи¬
нается  с  образования  сухого  диффузного  слоя,  но  отнюдь  не
с  израсходованием  запаса  влаги  во  всей  почвенной  толще.
После  высыхания  поверхности  почвы  водяные  пары  образуются
под  нею  и  их  удаление  происходит  путем  диффузии  сквозь  поры,

752
 ИСПАРЕНИЕ  ВОДЫ  ПОЧВОЙ
 [ГЛ.  IV
 незанятые  водой,  1при  малых  величинах  градиента  влажности
воздуха.  Слой  сухой  почвы  мощностью  в  1—5  см  существен¬
ным  образом  снижает  испарение  (А.  Ф.  Большаков,  1950).
 §  4.  Испарение  из  почвы,  покрытой  растительностью
 Общий  процесс  испарения  с  поверхности,  покрытой  расти¬
тельностью,  состоит  из  непосредственного  испарения  с  поверх¬
ности  почвы  и  испарения  с  поверхности  листьев  растений  или
транспирации.  Сумма  величин  транспирации  и  физического  испа¬
рения  шочвой  называется  валовым  или  суммарным  испарением.
 Испарение  почвой  под  растительным  покровом  существенным
образом  отличается  от  испарения  с  оголенной  почвы  и  с  водной
поверхности.  Во-первых,  испаряющим  слоем,  в  случае  наличия
растительного  покрова,  является  весь  корнеобитаемый  слой,
а  не  только  поверхность  почвы.  Во-вторых,  испарение  растением
происходит  через  листья  в  процессе  дыхания.  Закрывая  и  от¬
крывая  устьица,  которые  имеются  у  листьев,  растение  может
регулировать  процесс  испарения.  В-третьих,  испарение  расте¬
нием  ограничивается  дневными  часами,  в  то  время  как  почва
может  испарять  и  ночью.
 Растение  может  испарять  в  пределах  корнеобитаемого  слоя
всю  доступную  ему  влагу,  т.  е.  вплоть  до  максимальной  гигро¬
скопичности,  тогда  как  оголенная  поверхность  почвы  теряет
воду  путем  испарения  только  из  поверхностного,  преимуще¬
ственно  из  верхнего  полуметрового,  слоя,  не  затрагивая  запас
влаги  нижележащего  слоя  почвы.
 Непосредственное  испарение  воды  с  поверхности  почвы,  по¬
крытой  растительностью,  тем  меньше,  чем  больше  число  расте¬
ний  приходится  на  единицу  площади.  При  наличии  сплошного
покрытия  почвы  растительностью  почти  вся  почвенная  влага
испаряется  через  растение,  а  не  через  почву.
 Вода  поступает  в  растение  из  почвы  при  помощи  корневых
волосков.  Растение  пронизывает  своими  корнями  всю  почвенную
толщу  так  густо,  что  на  1  мм2  поверхности  корня  приходится
несколько  сотен  корневых  волосков.  Поэтому  расход  почвенной
влаги  путем  транспирации  происходит  одновременно  из  всей
корнеобитаемой  толщи.  Непрерывное  иссушение  почвы  в  бли¬
жайшем  соседстве  с  корнями  растений  создает  градиент  потен¬
циала  по  глубине  и  поток  влаги  в  направлении  к  зоне  корне¬
вого  иссушения.
 Для  любых  численных  значений  потока  влаги  в  почве  имеет
место  один  из  двух  случаев:  1)  поток  влаги  в  зоне  корневого
иссушения  «больше  или  равен  потенциальной  транспирации  и
 2) 	поток  влаги  к  зоне  корневого  иссушения  меньше  величины
потенциальной  транспирации.  В  первом  случае  влага  подтекает

ИСПАРЕНИЕ  ИЗ  ПОЧВЫ,  ПОКРЫТОЙ  РАСТИТЕЛЬНОСТЬЮ
 753
 §  4]
 к  корням  растении  в  таком  количестве,  которое  может  испа¬
риться  при  данном  притоке  радиации  и  данных  условиях  отвода
пара  от  испаряющей  поверхности  или  -более  этого  количества.
Во  втором  случае  поток  влаги  к  корням  растений  не  обеспечи¬
вает  максимально  возможной  транспирации  при  данных  термо¬
динамических  условиях.
 Относительно  критической  влажности,  при  которой  доступ¬
ность  почвенной  влаги  для  транспирации  резко  уменьшается,
нет  единого  мнения.  Вей-
мейер  и  Гендриксон  (1926)
утверждают,  что  доступность
почвенной  влаги  одинакова
в  интервале  от  полевой
влагоемкости  до  влажно¬
сти  устойчивого  завядания.
 А.  И.  Будаговский  (1957),
на  основании  математиче¬
ского  анализа  опытных  дан¬
ных  С.  И.  Долгова,  пришел
к  выводу,  что  скорость  тран¬
спирации  непрерывно  убы¬
вает  от  полевой  влагоемко¬
сти  до  влажности  завядан-
‘Нияя,  подчиняясь  линейному
закону.  Многие  авторы
 С. 	Н.  Рыжов,  1948;  А.  М.
 Алпатьев,  1954;  Б.  Н.  Ми¬
чурин,  1954)  разными  мето¬
дами,  а  именно: 	методом
 снятия  кривых  транспира¬
ции,  по  изменению  скорости
накопления  .  органического
вещества,  установили,  что
доступность  почвенной  влаги
резко  уменьшается  при
влажности,  значительно  бо¬
лее  высокой,  чем  влажность
устойчивого  завядания.
 Кривая  1  на  рис.  241  (Б.  Н.  Мичурин,  1957)  показывает
изменение  скорости  транопирации  овса  по  мере  уменьшения
влажности  дерновой  елабоподзолистой  суглинистой  почвы.
Кривая  2  обозначает  изменение  дефицита  влажности  воздуха,
в  котором  находится  вегетативная  часть  растения.  Сравнение
этой  кривой,  характеризующей  внешние  факторы  транспирации,
с  кривой  1  обнаруживает,  что  поток  транспирации,  начиная  от
полевой  влагоемкости  и  до  некоторой  критической  влажности
 Рис.  241.  Зависимость  транспирации  овса
от  влажности  дерново-подзолистой  сугли¬
нистой  почвы  и  от  дефицита  влажности
в  приземном  воздухе.
 /  —  транспирация  овса;  2  —дефицит  влажности
воздуха.

754
 ИСПАРЕНИЕ  ВОДЫ  ПОЧВОЙ
 [ГЛ.  IV
 почвы,  сохраняется  пропорциональным  дефициту  влажности
воздуха,  т.  е.  внешним  физическим  факторам.  Ниже  этой  кри¬
тической  влажности  почвы  скорость  транспирации  непрерывно
и  быстро  падает,  обнаруживая  линейную  зависимость  от  содер¬
жания  доступной  растению  влаги.
 В  различных  почвах,  а  в  одной  и  той  же  почве  под  различ¬
ными  видами  растений,  количество  недоступной  влаги  неодина¬
ково.  В  связи  с  этим  обстоятельством  трудно  установить  какие-
либо  общие  закономерности  в  функции  от  валового  содержания
 Рис.  242.  Зависимость  испарения  —  транспирации
от  влажности  дерново-подзолистой  суглинистой
почвы.
 /  —  озимая  рожь;  2  —озимая  пшеница;  3  —  тимофеевка.
 влаги  в  почве.  Нет  общего  нуля  отсчета,  относительно  которого
можно  было  бы  измерить  ход  процесса  транспирации.  Чтобы
сделать  дальнейший  шаг  по  пути  обобщения  связи  течения  про¬
цесса  транспирации  с  влажностью  почвы,  нужно  отнести  транс¬
пирацию  не  ко  всей  влаге,  содержащейся  в  почве,  а  к  той,  кото¬
рая  доступна  для  растения.
 Если  за  ноль  влажности  почвы  принять  влажность  устойчи¬
вого  завядания  (о>8=и),  фактическое  содержание  доступной
влаги  (w—Wj)  выразить  в  долях  от  всей  доступной  влаги
(шп—wa),  истинное  испарение  (£)  выразить  в  долях  от  потен¬
циального  (£о),  то  мы  получим  кривую,  приведенную  на  рис.  242

ИСПАРЕНИЕ  ИЗ  ПОЧВЫ,  ПОКРЫТОЙ  РАСТИТЕЛЬНОСТЬЮ
 755
 §  4]
 (Б.  Н.  Мичурин,  1957).  Эта  'кривая,  'построенная  по  данным  из¬
мерения  потока  транспирации  однолетних  и  многолетних  трав
(рожь,  овес,  тимофеевка),  произрастающих  на  дерновых  слабо¬
подзолистых  суглинистых  почвах,  показывает,  что  почвенная
влага  в  интервале  от  полевой  влагоемкости  до  влажности  устой¬
чивого  завядания  неодинаково  доступна  для  растения.  Транспи¬
рация  резко  замедляется,  когда  влажность  почвы  падает  ниже
среднего  значения  между  полевой  влагоемкостью  и  влажностью
устойчивого  завядания.  Поток  транспирации  при  влажности
почвы  выше  среднего  значения  между  полевой  влагоемкостью  и
влажностью  устойчивого  завядания  регулируется  внешними  фи¬
зическими  факторами  и  пропорционален  испаряемости.  Поток
транспирации,  при  содержании  влаги  в  почве  меньше  половины
всей  доступной,  уменьшается  пропорционально  количеству  до¬
ступной  влаги.
 Критической  влажности  почвы,  при  которой  -поток  транспи¬
рации  резко  изменяет  свою  скорость,  соответствует  потенциал
влаги  около  1  атм.  По  сравнению  со  средней  всасывающей  си¬
лой  корней  растений,  равной  10—15  атм,  капиллярное  давление
почвенной  влаги  выше  критической  точки  весьма  мало  и  не  мо¬
жет  существенно  влиять  на  изменение  подвижности  воды  и
скорости  транспирации.  Кроме  того,  с  уменьшением  влажности
почвы  до  критической  точки  градиент  капиллярного  потенциала
в  зоне  корневого  иссушения  возрастает,  а  власопроводимость
почвы  уменьшается  таким  образом,  что  произведение  этих  вели¬
чин,  равное  потоку  влаги  в  почве,  сохраняется  постоянным-.
Оба  эти  фактора  имеют  -своим  следствием  то,  что  выше  крити¬
ческой  влажности  поток  транспирации  не  зависит  от  влажности
почвы  и  регулируется  всасывающей  силой  поверхности  листьев
растений,  а  в  конечном  итоге,  внешними  физическими  усло¬
виями.
 Когда  содержание  влаги  в  почве  становится  меньше  поло¬
вины  всей  доступной,  ее  связь  с  внутренней  поверхностью
почвы  начинает  быстро  возрастать:  малому  понижению  содер¬
жания  влаги  соответствует  большое  повышение  потенциала
влаги.  Разность  между  всасывающим  давлением  корней  расте¬
ний  и  потенциалом  влаги  в  почве  быстро  уменьшается,  и,  на¬
конец,  становится  меньше  всасывающей  силы  листьев,  регули¬
руемой  внешними  условиями.  В  результате  поток  транспира¬
ции  замедляется  пропорционально  содержанию  доступной  влаги
в  почве.
 Когда  разность  между  всасывающей  силой  корней  растений
и  всасывающей  -силой  почвы  становится  равной  нулю,  поступле¬
ние  воды  в  растение  под  влиянием  корневого  аппарата  прекра¬
щается.  Этому  моменту  соответствует  точка  полного  завяда¬
ния.  Мертвый  растительный  покров  обладает  еще  заметной

756
 ИСПАРЕНИЕ  ВОДЫ  ПОЧВОЙ
 [ГЛ.  IV
 всасывающей  силой,  под  влиянием  которой  испарение  продол¬
жается  и  после  полного  завядания  растения.
 В  точке  завядания  мы  имеем  дело  не  с  истинным  равно¬
весием,  а  с  «процессом  испарения,  .протекающим  с  очень  малой
скоростью  через  мертвый  растительный  покров.
 Из  анализа  кривой  рис.  242  следует,  что  оптимальные  усло¬
вия  влажности  почвы  для  транспирации  и  роста  однолетних  и
многолетних  трав  могут  быть  охарактеризованы  как  показате¬
лем  относительного  содержания  доступной  влаги  в  почве
 При  ■численном  значении  первого  показателя  более  0,5  и  второго
более  0,7—0,8  вполне  обеспечивается  максимальная  транспира¬
ция,  а  вместе  с  тем  и  максимальный  рост  и  максимальный  уро¬
жай  сельскохозяйственных  культур.
 Зависимость  между  транспирацией  и  влажностью  почвы,
изображенная  на  рис.  242,  по-видимому,  является  весьма  рас¬
пространенным,  но  не  общим  фактом.  Влага  одинаково  доступна
для  растений,  если  влажность  почвы  выше  среднего  значения
между  полевой  влагоемкостью  и  влажностью  завядания,  когда
почва  хорошо  агрегирована  и  имеет  плотность  около  1,1—
1,2  г/см3.  Уплотнение  почвы  выше  1,4—1,5  г/смг  вызывает  паде¬
ние  скорости  транспирации,  начиная  с  полевой  влагоемкости.
 Были  .предложены  разные  методы  экспериментального  опре¬
деления  и  теоретического  расчета  величины  испарения.  Наибо¬
лее  широко  используются  следующие  методы:  метод  сосудов  и
лизиметров,  метод  водного  баланса,  метод  теплового  баланса  и
расчетные  методы  (по  дефициту  влажности  воздуха  и  по  радиа¬
ционному  балансу).
 Метод  лизиметров.  Для  экспериментального  определения
величины  максимального  испарения  можно  воспользоваться
установкой,  изображенной  на  рис.  243  (Б.  Н.  Мичурин,  1956).
Установка  состоит  из  железного  ящика  1У  размером  1  X  1  X
X  0,35  му  соединенного  с  отростком  2У  в  который  опущена
трубка  водомерного  бака  3.  В  этом  баке  имеется  медная
трубка  4У  открытая  в  атмосферу.  Водяной  бак  представляет
мариоттово  устройство,  которое  поддерживает  в  отростке  2
и  ящике  1  постоянный  уровень  воды.  На  дно  ящика  насыпается
слой  крупного  песка  5  или  гравия  мощностью  в  10  сму  а  выше  —
почва  из  пахотного  слоя  6У  в  которую  высевают  семена  или  рас¬
саду  подопытной  культуры.  Увлажнение  почвы  производится
 и  показателем  относительного  испарения
 §  5.  Методы  измерения  испарения

МЕТОДЫ  ИЗМЕРЕНИЯ  ИСПАРЕНИЯ
 757
 §  5]
 путем  капиллярного  восходящего  тока.  Расход  воды  (путем  'ис¬
парения  с  почвы  и  транспирации  учитывается  /по  изменению
количества  воды  в  бюретке  7,  соединенной  с  водомерным  баком.
Бак  имеет  кран  8  и  установлен  на  треножнике  9.  Расход  воды
из  водомерного  бака  в  1  л  соответствует  испарению  слоя  влаги
в  1  мм.  При  емкости  водомерного  бака  в  15  л  и  скорости  испа¬
рения  3—5  мм/сутки  бак  нужно  наполнять  водою  через  каждые
3—5  суток.
 Установку  вкалывают  в  (почву  так,  чтобы  (поверхность  почвы
в  ящике  была  на  уровне  поверхности  поля.  Нарушенный  расти¬
тельный  покров  или  посев
вблизи  установки  должен
быть  восстановлен.
 Метод  прямого  учета
максимальной  величины  ис¬
парения  с  поля,  занятого
сельскохозяйственной  куль¬
турой,  основан  на  следую¬
щем  принципе: 	скорость
 транспирации  практически
не  зависит  от  почвы  и  все¬
цело  определяется  метеоро¬
логическими  условиями,  если
поддерживать  влажность
почвы  выше  влажности  раз¬
рыва  капилляров  (60—70%
от  наименьшей  влагоемко-
сти).  Этот  принцип  прове¬
рен  в  полевых  условиях
(С.  Н.  Рыжов,  1948;  А.  М.
 Алпатьев,  1954;  Б.  Н.  Мичу¬
рин,  1954).
 При  условии  непрерывного  и  неограниченного  подтока  воды
к  корнеобитаемому  слою  почвы  величина  суммарного  испарения
за  вегетационный  период  может  быть  приравнена  к  норме  водо-
потребления  подопытной  культуры.
 Зная  запас  воды,  доступной  для  растения  в  корнеобитаемом
слое  почвы,  имевшийся  в  начале  вегетационного  периода,  учи¬
тывая  выпадающие  осадки  дождемером  и  систематически  вы¬
числяя  максимальную  транспирацию  по  испаряемости,  нетрудно
составить  баланс  влаги  поля,  занятого  той  или  иной  сельско¬
хозяйственной  культурой,  за  любой  интервал  времени.  На
основе  водного  баланса  можно  определить  сроки  и  нормы  поли¬
вов,  составить  правильную  схему  поливного  режима  и  обеспе¬
чить  максимальный  урожай,  который  только  допускает  в  дан¬
ном  месте  приток  солнечной  радиации.
 Рис.  243.  Установка  для  учета  испаре¬
ния  с  растительного  покрова  в  условиях
неограниченного  увлажнения  почвы.

758
 ИСПАРЕНИЕ  ВОДЫ  ПОЧВОЙ
 [ГЛ.  IV
 На  рис.  244  и  245  показан  графически  балансный  метод  на¬
блюдения  за  динамикой  запаса  в  почве  влаги,  доступной  расте¬
нию  (Б.  Н.  Мичурин,  1954).  Приходная  часть  водного  'баланса
•слагается  из  запаса  влаги,  доступной  растению  в  корнеобитае¬
мом  слое  в  начале  веге¬
тационного  сезона,  и  лет¬
них  эффективных  осад¬
ков,  учитываемых  дожде¬
мером.  Расходная  часть
баланса  представлена  ве¬
личиной  суммарного  ис¬
парения.  Верхние  гори¬
зонты  большей  части  воз¬
делываемых  почв  нахо¬
дятся  в  структурном  со¬
стоянии,  и  испарение  с  по¬
верхности  таких  почв  не¬
велико.  В  этом  случае  при
возврате  влаги  в  атмо¬
сферу  подавляющая  часть
влаги  передвигается  вверх
через  корни  растений,  а
не  через  почву,  что  слу¬
жит  основанием  к  тому,
чтобы,  в  случае  сомкну¬
того  растительного  покро¬
ва,  приравнять  величину
потенциальной  транспи¬
рации  к  суммарному  ис¬
парению.
 Ведя  непрерывно  учет
осадков  и  вычисляя  испа¬
ряемость  по  метеорологи¬
ческим  данным  или  изме¬
ряя  ее  с  помощью  лизи¬
метра,  нетрудно  определить  срок  и  норму  полива.  Моменту  по¬
лива  соответствует  равенство:
 Е0  =  1Г3.р  +  0„ 	(4)
 где  Е0  —  потенциальное  испарение  за  рассматриваемый  период,
в  мм  водного  слоя;  U73.p—  запас  воды  в  корнеобитаемом  слое
сверх  влажности  замедления  роста  (70%  от  полевой  влагоем-
кости)  в  начале  вегетационного  периода,  в  мм  водного  слоя;
Ot  —  осадки  за  рассматриваемый  период  в  мм  водного  слоя.
 При  графическом  изображении  моменту  полива  соответствует
точка  пересечения  суммарной  кривой  прихода  влаги  в  почву
(W2.  pH-  О)  с  суммарной  кривой  расхода  влаги  £0.
 Рис.  244.  Водный  баланс  поля  яровой  пше¬
ницы  в  условиях  Заволжья,  Энгельсская
опытно-мелиоративная  станция.
 7  —приход  воды  на  неорошаемом  поле  (весенние  за¬
пасыосадки);  2—расход  воды  с  неорошаемого  поля;
3  —  приход  воды  на  орошаемое  поле  (весенние  запа¬
сы-Посадки);  4  —расход  воды  с  орошаемого  поля,
определенный  методом  водного  баланса;  5  —расход
воды  с  орошаемого  поля,  определенный  методом  те¬
плового  баланса.

МЕТОДЫ  ИЗМЕРЕНИЯ  ИСПАРЕНИЯ
 759
 §  5]
 Норма  .полива  равна  разности  запасов  влаги  в  корнеобитае¬
мом  слое  при  наименьшей  влагоемкости  и  при  влажности  за¬
медления  роста.
 Для  определения  оросительной  нормы  No  необходимо  знать
величину  суммарного  испарения  Е,  запас  воды,  доступной  рас¬
тению  в  корнеобитаемом  слое  в  начале  вегетационного  периода
1Гд  и  летние  осадки  Ол-
Тогда
 No  =  E—Wa  —  Ол.  (5)
 Метод  водного  баланса.
 В  случае  подвешенного  со¬
стояния  почвенной  влаги
уравнение  водного  баланса
можно  написать:
 Wo-Wt  +  Ot  =  E-qn>  (6)
 где  W0  и  Wt  —  запас  влаги
в  почве  в  начале  и  конце
периода;  Ot—осадки,  вы¬
павшие  за  период;  Е  —  ис¬
парение;  qn  —  поверхност¬
ный  сток.
 Для  ровной  поверхности
0i  =  O,  тогда
 E  =  (W0-Wt)  +  Ot.  (6а)
 Зная  запас  влаги  в  почве
в  начале  и  конце  периода
в  пределах  слоя,  в  котором1
произошли  изменения  влаж¬
ности  почвы,  и  осадки,  вы¬
павшие  за  период,  нетрудно
 Рис.  245.  Водный  баланс  поля  озимой
пшеницы  в  условиях  Ростовской  обл.,
колхоз  „Путь  к  коммунизму".
 7  —приход  влаги  на  неорошаемое  поле;  2  —  расход
влаги  с  неорошаемого  поля;  «?  —приход  влаги  на
поле  с  осенней  влагозарядкой;  4  —расход  влаги
полем  с  осенней  влагозарядкой;  5  —возможное
испарение  (испаряемость),  рассчитанное  по  вели*
чине  радиационного  баланса.
 вычислить  величину  испаре¬
ния  влаги  почвой,  находящейся  под  паром  или  под  раститель¬
 ным  покровом.
 Метод  теплового  баланса.  Разность  между  радиационной
энергией  солнца,  поглощенной  поверхностью  почвы,  и  собствен¬
ным  излучением  почвы  и  растений,  называемая'  радиационным
балансом,  расходуется  на  испарение  влаги,  образование  тканей
растений  в  процессе  фотосинтеза,  турбулентный  отток  тепла
в  атмосферу  и  поток  тепла  в  шочву.  Метод  теплового  баланса
позволяет  измерить  одновременно  с  количеством  испарившейся
влаги  и  .приток  энергии  к  испаряющей  'поверхности.

760
 ИСПАРЕНИЕ  ВОДЫ  ПОЧВОЙ
 [ГЛ.  IV
 Расход  тепла  на  синтез  органического  вещества  не  превы¬
шает  1—1,5%  от  величины  радиационного  баланса,  что  лежит
в  пределах  ошибки  измерения  последней  величины.  Поток  тепла
в  почву  мало  изменяется  со  временем  в  течение  летнего  периода.
Поэтому  изменение  величины  испарения  происходит  главным
образом  за  счет  изменения  в  соотношении  затрат  тепла  на  тур¬
булентный  отток  в  атмосферу  и  на  испарение,  т.  е.  за  счет
условий  отвода  пара  от  испаряющей  поверхности.  Последние
могут  быть  охарактеризованы  градиентами  температуры  и
влажности  воздуха.
 Величина  испарения,  радиационный  баланс,  тепловой  при¬
ток  в  почву  и  градиенты  температуры  и  влажности  воздуха
связаны  следующим  соотношением:
 где  Е0  —  величина  испарения  в  мм/час;  Qt  —радиационный  ба¬
ланс  деятельной  поверхности  в  кал/см2  •  нас;  М  —  тепловой  по¬
ток  в  почву  в  кал/см2  •  час;  АТ—разность  температур  воздуха
на  двух  высотах;  AI—разность  абсолютной  влажности  воздуха
на  тех  же  высотах  в  миллибарах.
 На  основе  метода  теплового  баланса  установлены  следую¬
щие  закономерности  (В.  В.  Романов,  1956).
 1.  Величина  испарения  прямо  пропорциональна  величине
радиационного  баланса:
 где  а  —  приток  тепла  путем  адвекции.
 2.  Коэффициент  пропорциональности  а  зависит  от  скорости
притока  влаги  к  испаряющей  поверхности  и  от  фазы  развития
растений.  Зависимость  от  фазы  развития  растений  становится
заметной  лишь  в  начале  вегетационного  периода,  когда  нет  еще
сплошного  растительного  покрова,  и  в  конце  вегетации,  когда
исчезает  потребность  растений  во  влаге.  В  остальную  часть
вегетационного  периода  коэффициент  пропорциональности  для
условий  неограниченного  увлажнения  почвы  близок  к  постоян¬
ной  величине  и  колеблется  около  0,8  для  большинства  куль¬
турных  злаков  и  трав  (Б.  Н.  Мичурин,  1954).
 Свободный  член  а  зависит  от  величины  адвекции,  которая
становится  заметной  в  периоды  суховеев.  Для  обычных  условий
величина  а  мала  и  ею  можно  пренебречь.
 Метод  расчета  по  дефициту  влажности  воздуха.  Интенсив¬
ность  испарения  зависит  от  дефицита  влажности  воздуха,
т.  е.  от  того  количества  воды,  которого  недостает  до  полного
 (7)
 Е  —  iQe  -|—  (ху
 (8)

МЕТОДЫ  ИЗМЕРЕНИЯ  ИСПАРЕНИЯ
 761
 §  5]
 насыщения  воздуха  водой.  Дефицит  насыщения  вычисляют  по
разности  между  давлением  водяного  пара  при  полном  насы¬
щении  для  данной  температуры  и  фактическим  давлением1  водя¬
ного  пара.  Последнюю  величину  находят  по  относительной
влажности  воздуха.  На  основе  данных  дефицита  влажности
воздуха  может  быть  вычислена  испаряемость  по  формуле
 Э. 	М.  Ольдекопа  (1911):
 где  Е0  —  испаряемость,  d  —  средний  месячный  дефицит  влажно¬
сти  в  мм.
 Н.  Н.  Иванов  (1948),  используя  связь  испаряемости  с  тем-,
пературой  и  влажностью  воздуха,  предложил  фор
 где  Т  —  средняя  месячная  температура  воздуха,  I  —  средняя  ме¬
сячная  относительная  влажность  воздуха.
 Как  формула  Э.  М.  Ольдекопа,  так  и  формула  Н.  Н.  Иванова
дают  истинные  величины  испаряемости  в  условиях  малых  де¬
фицитов  влажности  воздуха.  В  условиях  сухого  климата  про¬
порциональность  между  испарением  и  дефицитом  влажности
воздуха  становится  менее  выраженной  (М.  И.  Будыко,  1956).
 Метод  расчета  транспирации  по  испарению  с  водной  поверх¬
ности.  Г.  Л.  Пенман  предложил  (1948—1952)  метод  вычисления
потенциальной  транспирации  на  основе  данных  испарения  с  вод¬
ной  поверхности.  Исходными  пунктами  метода  Г.  Л.  Пенмана
служат  две  предпосылки.
 1. 	Скорость  притока  солнечной  радиации  играет  в  процессах
транспирации  исключительную  роль.  Она  определяет  верхний
предел  скорости  испарения  с  водной  поверхности.
 2. 	Когда  устьица  растений  открыты,  лист  испаряет  воду  как
открытая  водная  поверхность.  Когда  устьица  закрыты,  скорость
транспирации  составляет  лишь  часть  от  величины  испарения
с  водной  поверхности.
 Если  растение  обеспечено  влагой,  то  можно  допустить,  что
температура  поверхности  листа  равна  температуре  поверхности
воды,  вследствие  чего  отношение  величины  потенциальной  транс¬
пирации  к  величине  испарения  с  водной  поверхности  находится
в  зависимости  от  продолжительности  солнечной  радиации  и  от
разницы  между  минимумом  температуры  поверхности  и  точки
росы.
 Чем  короче  световой  день,  тем  больше  разница  между  коли¬
чеством  воды,  теряемым  открытой  водной  поверхностью  и
растением.  Летом  продолжительность  дневного  света  составляет
0,7  от  времени  суток,  а  зимою  —около  0,3  (для  Ротамстеда,
 Е0  =  232  d,
 (9)
 Е0  =  0,0018  (Г  +  0,25)2  (1  —I)  мм/мес,
 (10)

762
 ИСПАРЕНИЕ  ВОДЫ  ПОЧВОЙ
 [ГЛ.  VI
 Англия).  При  уменьшении  разницы  между  температурой  по¬
верхности  и  точки  росы  эти  две  крайние  величины  возрастают,
а  когда  разница  сводится  к  нулю,  они  соответственно  оказы¬
ваются  около  0,95  и  0,58,  а  в  дни  равноденствия  имеют  вели¬
чину,  близкую  к  0,83.
 По  Г.  Л.  Пенману,  значение  потенциальной  транспирации
Еч  связано  с  испарением  с  водной  поверхности  Е0  отношением:
 ET  =  k(E0), 	(11)
 где  k  —  коэффициент  пропорциональности.
 Величина  k  определяется  эмпирически.  Для  условий  Британ¬
ских  островов  (52°  с.  ш.)  для  различных  невысоких  культур
Г.  Л.  Пенман  предлагает  принимать  следующие  значения  k:
с  ноября  по  февраль  0,6;  в  марте,  апреле,  сентябре,  октябре  0,7;
с  мая  по  август  0,8;  среднее  за  год  0,75.
 Метод  вычисления  потенциальной  транспирации,  предло¬
женный  Г.  Л.  Пенманом,  дал  удовлетворительное  совпадение
с  полевыми  методами  измерения  испарения  для  различных  сель¬
скохозяйственных  культур  в  разных  климатических  условиях
и  может  быть  использован  в  расчете  максимальной  величины
испарения,  норм  водопотребления  сельскохозяйственных  куль¬
тур,  норм  и  сроков  полива.
 По  данным  Б.  Н.  Мичурина  (1954),  относящимся  к  условиям
подзолистой,  черноземной  и  каштановой  зон,  коэффициент  про¬
порциональности  между  потенциальной  транспирацией  и  испа¬
ряемостью  для  зерновых  культур  в  фазу  кущения,  трубкования
и  цветения  равен  0,8—0,9.  В  начальную  и  конечную  фазы  этот
коэффициент  значительно  меньше  и  колеблется  от  0,3  до  0,5.
 Потенциальную  транспирацию  можно  рассматривать  как
функцию  условий  отвода  от  листа  водяного  пара  по  мере  его
образования.  Скорость  этого  процесса  определяется  градиентом
упругости  водяного  пара  в  воздухе  и  скоростью  ветра  и  может
быть  вычислена  по  формуле  Г.  Л.  Пенмана:
 Еч  =  0,36  (Р„  —  Рф)  (l 	мм!сутки, 	(12)
 где  Рп  —  упругость  насыщения  водяного  пара  при  средней  тем¬
пературе  воздуха  (мм  рт.  ст.);  Рф  —  фактическая  упругость  во¬
дяного  пара  при  средней  температуре  воздуха,;  v  —  скорость
ветра  (м/сек).
 Эта  формула  имеет  смысл,  когда  растение  обеспечено  вла¬
гой,  т.  е.  когда  влажность  почвы  выше  некоторого  критического
значения,  называемого  влажностью  замедления  роста.  Запас
почвенной  влаги  в  интервале  от  полевой  влагоемкости  до  влаж¬
ности  замедления  роста  Г.  Л.  Пенман  называет  корневым  запа¬

МЕТОДЫ  ИЗМЕРЕНИЯ  ИСПАРЕНИЯ
 763
 §  5]
 сом.  Значение  этой  величины  изменяется  в  зависимости  от  физи¬
ческого  состояния  почвы  и  глубины  корневой  системы  растений.
 Если  известен  запас  влаги  в  корнеобитаемом  слое  в  начале
вегетационного  периода,  то,  учитывая  выпадающие  осадки  и
систематически  вычисляя  потенциальную  транспирацию  по  ме¬
теорологическим  данным,  можно  вести  наблюдение  за  динами¬
кой  запаса  влаги.  Когда  суммарная  величина  транспирации
приблизится  к  корневому  запасу,  необходимо  дать  полив  нор¬
мой,  которая  доведет  влажность  почвы  в  корнеобитаемом  слое
до  полевой  влагоемкости.

ГЛАВА  V
 РАСПРЕДЕЛЕНИЕ  ТИПОВ  ВОДНОГО  РЕЖИМА  ПОЧВ
В  СООТВЕТСТВИИ  С  КЛИМАТОМ
 §  1.  Общие  сведения
 Знание  связи  водного  режима  почв  с  внешними  физиче¬
скими  факторами  и  с  физическими  условиями  в  самой  почве,
установление  закономерностей  его  географического  изменения
является  основной  предпосылкой  для  решения  многих  проблем
земледелия.
 Условия  увлажнения  в  отдельных  природных  зонах  зависят
не  столько  от  выпадающих  осадков  и  величины  испарения,  от¬
дельно  взятых,  сколько  от  их  соотношения,  определяющего  вод¬
ный  баланс  почв  и  растения,  а  также  от  свойств  почв,  влияю¬
щих  на  течение  процессов  инфильтрации  и  испарения.  Влаго-
оборот  тесно  связан  с  тепловым  обменом,  так  как  подавляющая
часть  радиационной  энергии  расходуется  на  испарение  влаги.
Поэтому  исходным  пунктом  объяснения  водного  режима  почв
в  различных  природных  зонах  служит  метод  водного  баланса
и  метод  теплового  баланса  в  их  взаимосвязи.
 Теоретической  стороной  исследования  водного  режима  почв
является  точное  знание  всех  статей  водного  баланса  в  различ¬
ных  почвенно-климатических  условиях.  Практической  стороной
этого  является  вопрос  о  том,  в  какой  мере  водный  режим  почв
той  или  иной  зоны  благоприятен  для  роста  культурных  растений
и  при  помощи  каких  зональных  мероприятий  можно  изменить
его  в  целях  повышения  урожая.
 Факторы,  определяющие  скорость  потока  тепла  и  влаги,
а  именно:  климат,  растительность,  водные  свойства  почв  и  грун¬
тов  и  другие,  имеют  зональный  аспект,  поэтому  водный  и  тепло¬
вой  режимы  почв  подчиняются  принципу  зональности.  Для
одной  и  той  же  местности  влияние  климата  на  водный  режим
выражается  главным  образом  в  годовых  и  сезонных  изменениях
осадков,  так  как  величина  радиационного  тепла  имеет  более
или  менее  постоянный  суточный,  сезонный  и  годичный  циклы.
 На  рубеже  19  и  20  столетий  в  работах  В.  В.  Докучаева  и  его
учеников  были  установлены  главные  генетические  типы  почво-

ВОДНЫЙ  РЕЖИМ  ДЕРНОВО-ПОДЗОЛИСТЫХ  почв
 765
 $  2]
 образования,  а  именно:  подзолистый,  черноземный,  каштановый,
сероземный,  красноземный,  переходящие  один  в  другой  в  про¬
странстве-времени  в  соответствии  с  климатом.
 Под  генетическим  почвенным  типом  понимают  группу  почв,
обладающих  сходным  строением  и  физическими  свойствами,
сходным  водным  и  тепловым  режимом,  сходными  экологиче¬
скими  условиями  и  типами  'растительности,  физико-географиче¬
скими  условиями.
 Ниже  будут  рассмотрены  типы  водного  режима  почв  в  соот¬
ветствии  с  климатом*  в  зональном  аспекте.
 §  2.  Водный  режим  дерново-подзолистых
почв
 Условия  увлажнения  дерново-подзолистых  почв  зависят  от
количества  осадков  и  от  свойств  этих  почв,  влияющих  на  тече¬
ние  процессов  инфильтрации  и  испарения.
 Главный  физический  процесс  дерново-подзолистой  почвы
заключается  в  синтезе  и  распаде  первичных  механических  ча¬
стиц  и  агрегатов,  охватывающий  верхнюю  часть  почвенной
толщи.
 В  гумусовом  горизонте  почвенные  агрегаты  подвержены
частичному,  а  в  подзолистом  —  полному  разрушению.  Количе¬
ство  осадков  достаточно,  чтобы  вызвать  вымывание  глины  и
продуктов  ее  распада  (глинозема  и  железа)  в  глубь  почвенно¬
грунтовой  толщи,  в  результате  чего  ниже  подзолистого  обра¬
зуется  плотный  горизонт  вмывания  (В).
 Такая  дифференциация  почвенно-грунтовой  толщи  по  меха¬
ническому  составу  и  степени  агрегирования  пыли  и  глины  обу¬
славливает  коренные  изменения  водных  свойств  дерново-подзо¬
листой  почвы  по  глубине.
 Верхняя  часть  гумусового  горизонта  (Л),  где  удерживается
относительно  высокая  степень  агрегирования,  характеризуется
понижением  плотности  и  повышением  общей  пористости  и
влагоемкости,  увеличением  содержания  доступной  растениям
капиллярной  влаги  по  сравнению  с  соответственными  свой¬
ствами  материнской  породы.
 Плотный  горизонт,  наоборот,  обладает  очень  слабой  водо¬
проницаемостью  (меньше  1  мм/сутки)  при  любой  влажности,
так  как  в  нем  вся  влага  движется  между  первичными,  преиму¬
щественно  глинистыми  частицами,  образующими  при  плотной
упаковке  поры  порядка  10~5—10-7  см,  в  которых  вс»  влага  под¬
вержена  действию  сорбционных  сил.
 Действие  этих  сил  на  влагу  в  почве  уменьшает  скорость
инфильтрации  и  скорость  подтока  влаги  снизу  вверх  при

766
 РАСПРЕДЕЛЕНИЕ  ТИПОВ  ВОДНОГО  РЕЖИМА  ПОЧВ
 [ГЛ.  V
 испарении.  Вследствие  этого  мощность  слоя  дерново-подзоли¬
стой  почвы,  в  котором  поисходит  существенное  изменение
баланса  воды  в  течение  года,  невелика.
 Общее  представление  о  сравнительном  характере  процессов
переноса  влаги  в  дерново-подзолистой  почве  в  отдельные  пе¬
риоды  года  дают  рис.  246  (Б.  Н.  Мичурин,  1957)  и  рис.  247
(И.  С.  Васильев,  1950).  Из  рис.  246  видно,  что  в  течение  осен¬
него  периода  происходит  сквозное  промачивание  почвы  и  нако-
 Рис.  246.  Сезонные  изменения  влажности  пахотного  слоя
дерново-подзолистой  почвы,  развитой  на  ленточных  гли¬
нах.  Ленинградская  обл.,  совхоз  „Детскосельский".
 7  —влажность  устойчивого  завядания;  2—наименьшая  влагоемкость;
3  —  полная  влагоемкость;  общая  влажность  почвы:  4—  конец  зимнего  пе¬
риода  (17/1V); 	5—  начало  вегетационного  периода  (17/VI);  б  —конец
 вегетационного  периода  (15/Х).
 пление  основного  запаса  влаги  в  ней.  Влажность  почвы  дости¬
гает  величины  полевой  влагоемкости  (30%  от  объема).  Избы¬
ток  влаги  сверх  полевой  влагоемкости  медленно  просачивается
в  глубь  почвы,  образуя  временный  горизонт  грунтовых  вод
вблизи  поверхности  почвы.
 В  зимний  период  происходит  передвижение  влаги  из  ниж¬
него  талого  слоя  в  мерзлый  слой,  в  результате  чего  влажность
мерзлого  слоя  становится  значительно  выше  полевой  влагоем¬

Глубина,  си
 §  2] 	ВОДНЫЙ  РЕЖИМ  ДЕРНОВО-ПОДЗОЛИСТЫХ  почв 	767"
 кости,  а  влажность  талого  слоя,  наоборот,  падает  до  влажности
разрыва  капилляров.
 Факт  накопления  влаги  в  мерзлом  слое  и  убыли  в  ниже¬
лежащем  слое  твердо  установлен  многими  исследователями,  но-
в  вопросе  о  механизме  переноса  влаги  зимою  разные  мнения
исследователей  резко  противостоят  друг  другу.
 По  мнению  А.  Ф.  Лебедева  (1936),  перенос  влаги  зимою  из
нижних  слоев  в  верхний  промерзающий  слой  происходит  в  паро-
 Рис.  247.  Хроноизоплеты  влажности  среднеподзолистой  почвы  под  сложным
ельником.  Водный  режим  промывного  типа.
 образном  состоянии.  В  зимний  период  (ноябрь—март)  упру¬
гость  паров  увеличивается  с  глубиной.  Парообразная  влага
передвигается  в  сторону  меньшей  упругости  и  поэтому  зимою
•поток  пара  направлен  снизу  вверх  и,  конденсируясь  здесь,  уве¬
личивает  влажность  промерзающего  слоя  за  счет  уменьшения
влажности  более  глубокого  талого  слоя  почвы.
 Точка  зрения  А.  Ф.  Лебедева  опровергается  тем,  что  коли¬
чество  перенесенной  зимою  влаги  снизу  вверх  достигает  100  мм
и  более,  что  значительно  превышает  предельно  возможную

768 	РАСПРЕДЕЛЕНИЕ  ТИПОВ  ВОДНОГО  РЕЖИМА  ПОЧВ 	[ГЛ.  V
 величину  переноса  влаги  под  действием  градиентов  упругости
водяного  пара.
 Другая  точка  зрения  развивается  И.  С.  Васильевым  (1952)
и  А.  А.  Разумовой,  согласно  которой  перенос  влаги  зимою  про¬
исходит  в  жидком  виде  под  влиянием  градиента  поверхностного
натяжения  воды.  Поверхностное  натяжение  воды  возрастает
с  понижением  температуры  и  поэтому  капиллярный  поток  зи¬
мою  направлен  к  промерзающему  слою,  т.  е.  снизу  вверх.  Пере¬
нос  влаги  кверху  резко  замедляется,  когда  в  нижнем  талом
почвенном  слое  влажность  достигает  величины,  равной  влаж¬
ности  разрыва  капилляров;  дальнейший  перенос  влаги  про¬
исходит  очень  медленно  в  виде  пленочного  потока  и  в  виде
пара.
 Весною  после  таяния  снега  и  размерзания  происходит  вто¬
ричное  сквозное  промачивание  почвы.  Верховодка  поднимается
близко  к  поверхности  почвы.  Просачивание  воды  затруднено
наличием  уплотненного  слоя  на  некоторой  глубине,  поэтому
значительная  часть  талых  вод  теряется  путем  поверхностного  и
внутрипочвенного  бокового  стока.
 В  течение  лета  испарение  обычно  больше  суммы  летних
осадков,  вследствие  чего  к  осени  в  почве  создается  некоторый
дефицит  влаги.  Последний  восполняется  осенне-зимне-весен¬
ними  осадками,  и  влажность  почвы  становится  близкой  к  поле¬
вой  влагоемкости.
 В  табл.  173  приведен  годовой  баланс  среднеподзолистой
почвы,  развитой  на  легком  покровном  суглинке  под  сложным
ельником  (составлен  А.  А.  Роде  по  данным  И.  С.  Васильева,
1950)  для  слоя  0—85  см.  Из  таблицы  видно,  что  основной  при¬
ходной  статьей  водного  баланса  подзолистых  почв  служат
атмосферные  осадки.  Подавляющая  часть  осадков  (60—80%)
расходуется  путем  испарения  через  растение  и  с  поверхности
почвы.  Существенное  значение  имеет  также  непроизводитель¬
ный,  в  ряде  случаев  вредный  для  жизни  растений  расход  пу¬
тем  поверхностного  и  внутрипочвенного  стока,  который  равен
20—40%  от  величины  осадков.  Испаряемость  за  год  обычно
меньше  суммы  годовых  осадков,  что  обеспечивает  периодиче¬
ское  (весною  и  осенью)  сквозное  промачивание  почвы.
 В  табл.  174  приведены  данные  водного  баланса,  относящиеся
к  бассейну  Верхней  Эльбы  (по  Пенку  и  Ривараку).
 Из  табл.  174  видно,  что  величина  испарения  составляет  в  го¬
довом  балансе  подзолистых  почв  более  70%  от  величины  осад¬
ков,  в  зимний  период  25—50%  от  осадков.  Величина  испарения
в  течение  лета  бывает  больше  суммы  летних  осадков  за  счет
использования  запасов  воды,  накопленных  в  почве  в  течение
осенне-зимнего  периода.

ВОДНЫЙ  РЕЖИМ  ДЕРНОВО-ПОДЗОЛИСТЫХ  почв
 769
 §  21
 В  табл.  175  приведен  баланс  влаги  в  дерново-подзолистой
почве  под  ячменем  за  1/VI—20/IX  1955  г.  (совхоз  «Детскосель-
ский»  Ленинградской  обл.,  данные  Б.  Н.  Мичурина,  1955).
 Таблица  173
 Водный  баланс  среднеподзолистой  почвы  под  сложным  ельником
 для  слоя  0—85  см
 (мм  водного  слоя)
 Статьи  прихода  и  расхода
 1939  г.
 1940  г.
 Приход
 Осадки  (за  вычетом  задержанных  кронами)  *)  .
 320
 581
 Приток  из  грунтовых  вод
 45
 32
 Итого  в  приходе  .  .  .
 365
 613
 Расход
 Десукция  древесным  пологом
 Испарение  и  десукция  напочвенным  раститель¬
 197
 184
 ным  покровом
 71
 74
 Сток:
 поверхностный
 5
 6
 почвенный
 17
 107
 грунтовый
 85
 85
 Итого  в  расходе  .  .  .
 375
 456
 Недостаток  (—)  или  избыток  (-(-)
 —  10
 +  157
 *  Общее  количество  осадков  составило  в  1939  г.  438  мм  и  в  1940  г.  730  мм.
 Из  табл.  175  видно,  что  скорость  влагооборота  дерново-под¬
золистой  почвы  уменьшается  с  глубиной.  Слой  0—50  см,  где
сосредоточен  максимум  корней  растений,  теряет  к  концу  веге¬
тационного  периода  всю  доступную  растению  воду,  накоплен¬
ную  в  осенне-зимне-весенний  период.  Кроме  того,  этот  слой
теряет  все  летние  осадки,  так  как  они  не  просачиваются  глубже
верхнего  полуметра.  Слой  50—100  см  теряет  около  половины
всей  доступной  влаги.  Пополнение  этого  слоя  влагой  летом  не
происходит.  Потери  влаги  вторым  полуметровым  слоем  в  пять
раз  меньше,  чем  первым,  так  как  растения  не  могут  развить
в  'нем  корневую  систему  вследствие  его  высокой  плотности,

770 	РАСПРЕДЕЛЕНИЕ  ТИПОВ  ВОДНОГО  РЕЖИМА  ПОЧВ 	[ГЛ.  V
 плохой  аэрации  и  слабой  дренированности.  Потери  влаги
третьим  полуметровым  слоем  (100—150  см)  очень  малы  и  вы¬
званы  главным  образом  инфильтрацией  влаги  в  более  глубокие
слои.  Общий  расход  влаги  слоем  0—150  см  дерново-подзо¬
листой  почвы  под  ячменем  за  вегетационный  период  (1/IV—
20/IX  1955  г.)  достиг  226  мм,  причем  подавляющая  ее  часть
(80%)  израсходована  слоем  0—50  см  и  остальная  часть  —
слоем  50—100  см.
 Таблица  174
 Баланс  влаги  по  месяцам  в  бассейне  Верхней  Эльбы  (мм  водного  слоя)
 Элементы  водного  баланса
 Месяцы
 осадки
 испаре¬
 ние
 сток
 нако¬
 пление
 расхо¬
 дование
 осадки
 испаре¬
 ние
 сток
 нако¬
 пление
 расхо¬
 дование
 Январь  .  .
 33
 13
 14
 6
 100
 39,4
 42,4
 18,2
 Февраль  .  .
 31
 15
 17
 —
 1
 100
 48,4
 54,8
 —
 3,2
 Март  .  .  .
 44
 28
 33
 —
 17
 100
 63,6
 75,0
 —
 38,6
 Апрель  .  .
 47
 46
 25
 —
 24
 100
 97,9
 53,2
 —
 51,0
 Май  ,  .  .  .
 63
 69
 17
 —
 23
 100
 109,4
 27,0
 —
 36,5
 Июнь  .  .  .
 87
 79
 13
 —
 5
 100
 90,8
 14,9
 —
 5,7
 Июль  ...
 90
 80
 10
 —
 0
 100
 88,9
 11,1
 0
 0
 Август  .  .
 84
 71
 11
 2
 —
 100
 84,5
 13,1
 2,4
 —
 Сентябрь  .
 70
 45
 12
 13
 —
 100
 64,7
 17,1
 18,6
 —
 Октябрь  .  .
 54
 26
 12
 16
 —
 100
 48,2
 22,2
 29,6
 —
 Ноябрь  .  .
 44
 16
 12
 16
 —
 100
 36,4
 27,3
 36,4
 —
 Декабрь  .  .
 45
 12
 16
 17
 —
 100
 26,6
 35,6
 37,7
 —
 За  год  .  .
 692
 500
 192
 70
 70
 100
 72,2
 27,8
 10,1
 10,1
 В  табл.  176  приведены  данные  по  испарению  под  ячменем
(совхоз  «Детскосельский»  Ленинградской  обл.;  Б.  Н.  Мичурин,
1955  г.).  Из  таблицы  видно,  что  в  фазу  кущения  и  молочной
спелости  испарение  с  поля  ячменя  в  естественных  условиях
увлажнения  составило  0,6—0,7  от  величины  испаряемости,  а  при
неограниченном  увлажнении  почвы  (в  лизиметре)  —  0,9  от  ве¬
личины  испаряемости.  В  остальные  фазы  развития  испарение
было  близко  к  испаряемости  как  в  лизиметре,  так  и  в  условиях
естественного  увлажнения.  Следовательно,  в  фазу  кущения  и
фазу  молочной  спелости  растения  ячменя  испытывали  недоста¬
ток  влаги.  При  неограниченном  увлажнении  почвы  урожай
ячменя  составлял  22,6  ц/га,  при  естественном  увлажнении
12.9  ц/га.

ВОДНЫЙ  РЕЖИМ  ДЕРНОВО-ПОДЗОЛИСТЫХ  почв
 771
 §  2]
 Таблица  175
 Баланс  влаги  в  дерново-подзолистой  почве  под  ячменем
за  1/VI—20/IX  1955  г.  (мм  водного  слоя)
 Глубина,
 см
 Запас
 влаги
 Потеря
 Осадки
 Общий
 при  Wjj
 при  w3
 1/VI
 20/1X
 расход
 0-20
 83
 25
 84
 23
 61  1
 72
 171
 20—50
 12Q
 60
 98
 ,  60
 38)
 50-100
 210
 120
 212
 159
 53
 0
 53
 100—150
 1
 120
 220
 210
 10
 0
 10
 0—50
 203
 85
 182
 83
 99
 72
 171
 0-100
 413
 205
 294
 242
 152
 72
 224
 0—150
 623
 325  •
 514
 452
 162
 72
 234
 Таблица  176
 Испарение  из  дерново-подзолистой  почвы  под  ячменем
за  7/VI—15/IX  1955  г.  (мм  водного  слоя)
 Фазы  развития
ячменя
 Время  фазы
 Испаре¬
ние  с  вод¬
ной  по¬
 Испарение
под  ячменем
 Относитель¬
ное  испаре¬
ние
 верхно¬
 сти
 Поле
 Лизи¬
 метр
 Поле
 Лизи¬
 метр
 Посев  —  всходы  .  .
 7—17/VI
 30,0
 20.0
 30,0
 0,67
 0,60
 Кущение
 18/VI—6/VII
 75,6
 54,0
 72,0
 0,72
 0,95
 Трубкование  ....
 7—23/VII
 83,2
 55,5
 68,8
 0,67
 0,80
 Колошение
 24/VII—5/VIII
 36,0
 30,0
 33,6
 0,80
 0,94
 Цветение
 Молочная  спелость  —
 6—25/VII1
 60,0
 46,0
 54,0
 0,77
 0,90
 полная  спелость  .
За  весь  вегетацион¬
 26/VIII—15/1Х
 44,0
 26,0
 40,0
 0,59
 0,91
 ный  период  .  .  .
 7/VI—15/1X
 329
 231
 298
 0,7
 0,91
 В  табл.  177  приведены  данные,  характеризующие  условия
увлажнения  дерново-подзолистой  почвы  под  ячменем  в  1956  г.
(Б.  Н.  Мичурин,  1956).  Из  таблицы  видно,  что  условия  увлаж¬
нения  в  1955  г.  и  1956  г.  резко  различались.  В  1955  г.  потреб¬
ность  сельскохозяйственных  культур  в  воде  не  обеспечивалась
выпадающими  осадками.  В  1956  г.  наиболее  обильные  дожди

772
 РАСПРЕДЕЛЕНИЕ  ТИПОВ  ВОДНОГО  РЕЖИМА  ПОЧВ
 [ГЛ.  V
 выпали  в  вегетационный  период  (267  мм  против  72  мм
в  1955  г.).  Засуха  1955  г.  вызвала  укорочение  вегетационного
периода  и  снижение  урожая.  Избыточное  увлажнение  почвы
во  второй  половине  вегетационного  периода  1956  г.  обусловило
удлинение  вегетационного  периода  и  неполное  созревание  яро¬
вых  культур.
 Таблица  П7
 Испарение  из  дерново-подзолистой  почвы  под  ячменем
за  26/V—28/IX  1956  г.
 Фазы  развития
 Время  фазы,
в  сутках
 Испаре¬
ние  с  по-
 Осадки,
 Потеря
 воды
 Испарение  из
почвы
 ячменя
 верхно—
сти,
мм
 мм
 почвой,
 мм
 мм
 относи¬
 тельное
 Посев  —  всходы
 26/V—5/VI
10
 30,0
 10
 —  18,4
 28,4
 0,95
 Кущение
 5—22/VI
17
 85,0
 36
 —  9,7
 42,7
 0,50
 Трубкование
 22/VI—2/VII
10
 44,0
 33
 -7,0
 40,0
 0,90
 Колошение
 2—10/VII
8
 29,6
 37
 +  17,4
 19,6
 0,67
 Цветение
 10—25/VII
15
 40,5
 25
 —  19,0
 44,0
 1,08
 Молочная  спе¬
 25/VII—14/VIII
 44,0
 26
 —  14,5
 40,5
 0,90
 лость
 20
 Восковая  спе¬
 14/VIII—10/1X
 56,7
 84
 +  50,5
 34,5
 0,60
 лость
 27
 Полная  спелость
 10—28/IX
18
 18,0
 7
 —  9
 16
 0,88
 За  весь  вегета¬
 ционный  период
 125
 347,8
 261
 —
 265,7
 0,80
 Все  мероприятия  по  регулированию  водного  режима  дер¬
ново-подзолистых  почв  должны  быть  направлены  на  то,  чтобы
обеспечить  соответствие  между  скоростью  подтока  влаги  к  кор¬
ням  растений  и  скоростью  транспирации.  Этого  можно  до¬
стигнуть  путем  искусственного  изменения  водных  свойств
почвы,  орошения  и  дренажа.  Из  анализа  годового  баланса  дер¬
ново-подзолистых  почв  (табл.  174)  видно,  что  под  влиянием

ВОДНЫЙ  РЕЖИМ  ДЕРНОВО-ПОДЗОЛИСТЫХ  почв
 77»
 §  2]
 плотного  подпахотного  слоя  значительная  часть  осадков  те¬
ряется  без  пользы  для  растений  путем  поверхностного  и  внутри-
почвенного  стока.  Непроизводительными  являются  также  по¬
тери  на  физическое  испарение.
 Путем  изменения  водных  свойств  можно  обеспечить  инфиль¬
трацию  в  почву  всех  осадков,  уменьшить  подземный  сток  и  фи¬
зическое  испарение.
 Водные  свойства  почвы  определяются  главным  образом
механическим  составом,  степенью  агрегирования  частиц  пыли
и  глины  и  взаимным  расположением  почвенных  частиц.
 В  результате  подзолообразовательного  процесса  верхний
горизонт  обедняется  частицами  глины,  которые  выносятся
вглубь  почвы.  Путем  постепенного  припахивания  нижележащего
глинистого  горизонта  вмывания  можно  увеличить  в  оподзолен-
ном  горизонте  содержание  глины  и  улучшить  возможность  об¬
разования  агрегатов.  В  целях  изменения  механического  состава
применяется  пескование  'глинистых  почв  и  глинование  песчаных.
 Повышение  степени  агрегирования  в  подзолистом  горизонте
возможно  путем  увеличения  в  нем  содержания  глины,  щелочно¬
земельных  оснований  и  органического  вещества.  Созданию
прочных  агрегатов  способствует  также  травосеяние  и  примене¬
ние  клеящих  веществ,  обработка  в  момент  спелости  почвы.
С  увеличением  агрегирования  почвы  возрастает  общая  по¬
ристость,  увеличивается  водопроницаемость,  возрастает  полевая
влагоемкость,  улучшаются  условия  аэрации.
 Таблица  178
 Изменение  плотности  дерново-подзолисто-глеевой  почвы
за  вегетационный  период  в  зависимости  от  обработки  (г/см3)
 Вид  обработки
 В  начале  вегетационного
периода
 (глубина  слоя,  см)
 В  конце  вегетационного
периода
 (глубина  слоя,  см)
 0—10
 10—20
 20—30
 30—40
 0—10
 10—20
 20—30
 30-40
 Дискование
 Безотвальная  вспашка
 1,16
 1,32
 1,64
 1,64
 1,17
 1,34
 1,53
 1,56
 на  глубину  35  см  .  .
Отвальная  вспашка  на
 1,10
 1,21
 1,48
 1,57
 1,35
 1,37
 1,58
 1,73
 глубину  22  см  .  .  .  .
То  же,  на  глубину  22  сл*
 1,19
 1,21
 1,56
 1,69
 1,32
 1,32
 1,65
 1,68
 с  почвоуглублением
до  35  см
 1,08
 1,27
 1,59
 1,61
 1,07
 1,37
 1,66
 1,70
 Весенняя  вспашка  на
 глубину  22  см  ...
 1,03
 1,17
 1,55
 1,62
 1,11
 1,16
 1,54
 1,65

Таблица  179
 Динамика  запаса  влаги  в  дерново-подзолисто-глеевой  почве  под  ячменем  в  зависимости
от  способов  механической  обработки  (мм  водного  слоя)
 Г  лубина,
см
 Осенью
 Ранней
 весной
 В  период
 Потеря  за
вегетацион¬
ный  период
 Осадки
 Общая
потеря  за
вегетацион¬
ный  период
 Испаряе¬
 мость
 Относи¬
 тельное
 испаре¬
 ние
 Уро¬
 жай,
 ц/га
 посева
 всходов
 коло¬
 шения
 уборки
 СЬ
 сеннее  дискование  на  глубину  7-
 —10  см
 0—20
 70
 88
 90
 90
 37
 14
 76
 20—50
 100
 111
 103
 104
 75
 68
 35
 50—100
 209
 210
 204
 205
 175
 165
 39
 0—50
 170
 199
 193
 194
 112
 82
 111
 0—100
 379
 409
 397
 399
 287
 247
 150
 72
 222
 330
 0,6
 3,7
 Осенняя  безотвальная  вспашка  на  глубину  35  см
 0—20
 79
 86
 89
 90
 48
 25
 64
 20—50
 103
 117
 105
 105
 83
 60
 45
 50—100
 209
 219
 205
 202
 165
 155
 50
 0—50
 182
 203
 194
 195
 131
 85
 109
 0-100
 391
 422
 399
 397
 296
 240
 159
 72
 231
 330
 0,7
 Осенняя  отвальная  вспашка  на  глубину  22  см
 0—20
 92
 88
 84
 94
 41
 23
 61
 20—50
 102
 129
 98
 108
 73
 60
 38
 50—100
 209
 216
 212
 216
 160
 159
 53
 0—50
 194
 217
 209
 202
 114
 83
 126
 0—100
 403
 433
 421
 418
 274
 242
 179
 72
 251
 330
 0,76
 Осенняя  отвальная  вспашка  на  глубину  35  см  с  почвоуглубителем
 0—20
 85
 82
 87
 72
 36
 26
 61
 20—50
 107
 120
 125
 139
 76
 61
 64
 50—100
 209
 220
 215
 226
 192
 184
 31
 0—50
 192
 202
 212
 211
 112
 87
 125
 0—100
 401
 422
 427
 437
 304
 271
 156
 72
 228
 330
 0,7
 774 	РАСПРЕДЕЛЕНИЕ  ТИПОВ  ВОДНОГО  РЕЖИМА  ПОЧВ

Продолжение  табл.  179 	^
 	 to
 Г  лубина,
см
 Осенью
 Ранней
 весной
 В  период
 Потеря  за
вегетацион¬
ный  период
 Осадки
 Общая
потеря  за
вегетацион¬
ный  период
 Испаряе¬
 мость
 Относи¬
 тельное
 испаре¬
 ние
 Уро¬
 жай,
 ц/га
 посева
 всходов
 коло¬
 шения
 уборки
 В  е  с  е  1
 нняя  отвальная  вспашка  на  глубину  35  см
 0—20
 77
 90
 87
 79
 50
 22
 65
 20—50
 102
 111
 119
 100
 87
 56
 63
 50—100
 209
 222
 211
 208
 178
 157
 54
 0—50
 179
 201
 206
 189
 137
 78
 128
 0—100
 388
 423
 417
 387
 315
 235
 182
 72
 254
 330
 0,8
 12.9
 Таблица  180
 Весеннее  и  осеннее  распределение  влаги  в  слабооподзоленном  черноземе  под  лесом
 Влажность  в  процентах  от  объема
 Г  лубина,
см
 г/смъ
 »м.г
 w3
 wn
 WB.
 1928  г.
 1929  г.
 1930  г.
 1931  г.
 1932  г.
 1933  г.
 1934  г.
 э5
 «3
 2
 А
 От
 VO
 05
 Н
 *
 О
 95
 «3
 2
 А
 От
 VO
 05
 н
 *
 о
 95
 ЯЗ
 2
 А
 От
 VO
 05
 Н
 *
 О
 95
 «3
 2
 А
 От
 VO
 05
 Н
 5
 О
 95
 (Я
 2
 А
 о.
 \о
 05
 н
 *
 о
 55
 га
 5
 А
 От
 VO
 05
 Н
 5
 О
 95
 га
 2
 А
 От
 V©
 05
 Н
 *
 О
 0—180
 1,38
 10,1
 20,9
 35,4
 14,9
 37,2
 18,8
 37,5
 21,5
 35,9
 26,5
 37,3
 26,1
 37,8
 23,3
 38,4
 35,0
 39,9
 20,3
 180—200
 1,43
 12,4
 21,4
 30,9
 9,5
 28,0
 20,8
 34,1
 21,4
 31,6
 21,1
 33,3
 21,2
 33,8
 22,7
 33,1
 30,3
 30,0
 20,5
 200—300
 1,46
 12,6
 19,6
 30,8
 11,2
 22,2
 22,2
 25,3
 23,4
 23,4
 23,3
 28,2
 24,1
 26,4
 23,6
 22,6
 29,4
 33,9
 24,3
 300—400
 1,46
 12,6
 19,6
 30,8
 11,2
 21,1
 21,4
 21,8
 21,4
 21,4
 21,4
 21,7
 21,7
 21,7
 21,7
 24,8
 26,0
 25,1
 23,5
 400—500
 1,46
 12,6
 19,6
 30,8
 11,2
 20,7
 20,4
 20,3
 1
 20,6
 20,2
 19,7
 1
 20,1
 20,2
 20,2
 20,9
 19,6
 20,7
 20,1
 20,2
 водный  режим  серых  лесных  почв 	775

776 	РАСПРЕДЕЛЕНИЕ  ТИПОВ  ВОДНОГО  РЕЖИМА  ПОЧВ 	[ГЛ.  V
 Характер  расположения  почвенных  частиц  влияет  на  водные
свойства  почв.  Рыхлое  расположение  увеличивает  общую  по¬
ристость  и  полевую  влагоемкость.
 Сложение  почвы  можно  изменить  путем  механических  обра¬
боток.  В  табл.  178  (данные  Б.  Н.  Мичурина,  П.  В.  Вершинина
и  Н.  П.  Поясова  по  совхозу  «Детскосельекому»  Ленинградской
обл.,  1955)  приведены  некоторые  результаты  изучения  динамики
плотности  дерново-подзолистой  почвы  под  действием  различных
видов  обработки.  Из  таблицы  следует,  что  почва,  вспаханная
осенью,  уплотняется  в  период  осеннего  и  весеннего  переувлаж¬
нения  до  состояния,  близкого  к  тому,  которое  было  перед  пахо¬
той.  Почва,  вспаханная  весною,  сохраняет  рыхлое  состояние
в  течение  всего  вегетационного  периода,  в  результате  этого
урожай  зерновых  культур  по  весенней  вспашке  выше,  чем  по
осенней  (Б.  Н.  Мичурин,  1955,;  табл.  179).
 Все  эти  факты  показывают  некоторые  преимущества  весен¬
ней  вспашки  перед  осенней  в  условиях  подзолистых  почв.  Од¬
нако  рыхлое  сложение  пахотного  слоя  дерново-подзолистых
почв,  созданное  механическими  обработками,  неустойчиво  про¬
тив  действия  воды.  В  целях  коренного  улучшения  физических
свойств  пахотного  слоя  дерново-подзолистых  почв  необходимо
сочетать  глубокую  вспашку  с  химическими  и  биологическими
приемами  создания  водопрочной  структуры.
 Общее  количество  осадков,  выпадающих  на  территории
распространения  подзолистых  почв,  обычно  достаточно,  чтобы
обеспечить  потенциальное  испарение.  Коэффициент  климатиче¬
ского  увлажнения  за  многолетний  период  здесь  немного  больше
единицы.  Избыток  влаги  стекает  в  глубокие  слои  почвы  или  по
ее  поверхности.  В  летний  период  испарение  обычно  больше  ко¬
личества  осадков  и  дефицит  погашается  запасами  влаги  в  почве,
накопленными  в  осенне-зимне-весенний  период.  Если  этих  за¬
пасов  недостаточно,  то  применяется  орошение.  В  условиях
подзолистых  почв  орошение  применяется  практически  только
для  овощных  культур.
 §  3.  Водный  режим  серых  лесных  почв
 Серые  лесные  земли  и  черноземные  почвы  содержат  в  доста¬
точном  количестве  все  необходимые  элементы  минеральной
пищи  растений.  Но  здесь  нередко  бывает  в  дефиците  влага,
периодически  имеют  место  засухи,  сопровождающиеся  неуро¬
жаями.
 Наглядное  представление  о  годовом  ходе  режима  влажности
почв  под  лесом  и  под  пашней  дают  табл.  179  и  рис.  248  и  249
(данные  П.  К.  Фальковского  по  Краснотростянецкой  опытной

1328  г
 у  т  К  Л  1
 1323  г
 1930  г 	1931  г 	193Z  г 	1933  г 	1934  г
 V  Ш  Ш  п  I  Ш  V  W  К  Л  1Ш7ШЛЛ1Ш7Ш11Л1Ш7Ш11Х1
 L 	\12J5~  15,0  %  и  I  1  \  13.0-175  %  \ШШ  17,5-20,0%  ШШ  20.0-22.5%  $BZR225-250%  ШШг5,0%  и  выш.е
 Влажность  в  процентах  от  сухого  беса  почвы
 Рис.  248.  Хроноизоплеты  влажности  темно-серой  лесной  почвы  на  Краснотростянецкой  опытной  станции
под  дубовым  'лесом.  Водный  режим  непромывного  типа.

7
 1330  г
 Г  Ш  Ж  Ж
 1931г. 	тгг 	1933  г 	1934  г
 У  Ш  а  П.  I  Ш  7  ШИП  1  Ш  7  И  Ж  Ж  1  Ш  7  Ш  Ж  Ж
 1 	№,5-15,0%  il  W\l5,0-17,5%  MMt7,5-30,0%  ШШ?ПП-г?.5%  $$$&?.2.5-250%  ШШг5,0%  tiinuie
 Влажность  б  процентах  от  сухого  беса  почвы
 Рис.  249.  Хроноизоплеты  влажности  темно-серой  лесной  почвы  на  Краснотростянецкой  опытной  станции
 с  вырубленным  зимой  1932—1933  гг.  древостоем  дуба.

§  3J 	ВОДНЫЙ  РЕЖИМ  СЕРЫХ  ЛЕСНЫХ  почв 	779
 станции  цитируются  по  И.  А.  Павленко,  1955).  Из  них  следует,
что  в  слабооподзоленной  почве  и  серой  лесной  почве  под  лесом
почвенная  влага  отделена  от  капиллярной  каймы  грунтовых  вод
слоем  с  пониженной  влажностью,  равной  13—15%  от  веса,  и
находится  как  бы  в  подвешенном  состоянии.
 В  табл.  180  приведены  данные  весеннего  и  осеннего  распре¬
деления  влажности  по  профилю  слабооподзоленного  чернозема
в  связи  с  некоторыми  воднофизическими  свойствами  этой  почвы.
Из  таблицы  видно,  что  влажность,  равная  13—15%  (от  веса)
или  20—21%  (от  объема),  которой  характеризуется  сухой  в  те¬
чение  всего  года  слой,  близка  к  влажности  завядания.  Этот
факт  позволяет  заключить,  что  возникновение  постоянно  сухого
слоя  на  глубине  4—5  м  связано  с  десукцией  из  этого  слоя  до¬
ступной  влаги  корнями  древесной  растительности.  При  уничто¬
жении  леса  влажность  в  этом  слоем  может  достигать  полевой
влагоемкости  (рис.  249).
 В  условиях  лесостепи  в  почвах  под  лесом  возникает  непро¬
мывной  тип  водного  режима.  Уничтожение  леса  вызывает
смену  непромывного  типа  водного  режима  промывным.  При¬
чина  этого  явления  состоит  в  различии  мощности  корнеобитае¬
мого  слоя  лесной  и  степной  растительности.
 В  табл.  181  приведены  данные,  позволяющие  составить  об¬
щее  представление  об  абсолютных  величинах  элементов  водного
баланса  и  их  соотношениях  для  отдельных  провинций  чернозем¬
ной  зоны  (К.  К.  Битюгов  и  др.,  1953).
 Таблица  Ш
 Годовой  водный  баланс  в  зоне  лесостепи  и  степи
(мм  водного  слоя)
 Район
 Природная
 зона
 Осадки
 Сток
 Испа¬
 рение
 Испаряе¬
мость  (по
Н.  Н.  Ива¬
нову)
 Относи¬
 тельное
 испаре¬
 ние
 Украинская  ССР
 Лесостепь  .  .
 560
 100
 460
 600
 0,77
 Степь  ....
 425
 25
 400
 660
 0,60
 Центральная  чер¬
 Лесостепь  .  .
 550
 120
 430
 600
 0,71
 ноземная  полоса
 Степь  ....
 475
 100
 375
 Северный  Кавказ
 Степь  ....
 500
 50
 450
 Поволжье
 Лесостепь  .  .
 450
 125
 325
 Степь  ....
 400
 100
 300
 845
 0,35
 Сухостейь  .  .
 246
 45
 201
 938
 0,21
 Западная  Сибирь
 Лесостепь  .  .
 375
 100
 275
 Степь  ....
 310
 25
 185
 Алтайский  край
 Степь  ....
 480
 100
 380
 Казахская  ССР
 Сухая  степь  .
 300
 25
 275

780 	РАСПРЕДЕЛЕНИЕ  ТИПОВ  ВОДНОГО  РЕЖИМА  ПОЧВ 	[ГЛ.  V
 Из  табл.  181  следует,  что  в  черноземной  зоне  подавляющая
часть  осадков  расходуется  на  испарение  (80—90%).  Существен¬
ное  значение  имеет  величина  поверхностного  стока,  которая
в  районах  с  пересеченным  рельефом  достигает  20%.  Испарение
за  год  вблизи  северной  границы  зоны  близко  к  величине  осад¬
ков  и  величине  испаряемости.  У  южной  границы  зоны  сумма
годовых  осадков  и  испарение  значительно  меньше  испаряемости.
Из  табл.  181  видно,  что  все  статьи  водного  баланса  существенно
изменяются  в  зависимости  от  местоположения  черноземной  про¬
винции,  что  требует  рассмотрения  водного  режима  по  типам
почв  и  почвенным  провинциям.
 В  табл.  182  приведен  баланс  влаги  в  почвах  лесостепи  (дан¬
ные  П.  К.  Фальковского  по  Краснотростянецкой  опытной  «стан¬
ции;  цитируется  по  И.  А.  Павленко,  1955).  Из  этой  таблицы
можно  сделать  следующие  выводы:
 1) 	слабооподзоленный  пахотный  чернозем  и  темно-серая
лесная  пахотная  почва  расходуют  почти  всю  доступную  расте¬
ниям  влагу  из  первого  метра,  из  второго  метра  расходуется
только  часть  влаги,  потенциально  доступной  для  растений;
 2) 	темно-серая  лесная  почва  под  лесом  расходует  к  концу
лета  всю  доступную  растениям  влагу  из  всей  5-метровой  толщи;
 3) 	потеря  влаги  темно-серой  лесной  почвой  под  лесом  путем
инфильтрации  практически  не  происходит,  т.  е.  вся  влага,  про¬
сачивающаяся  глубже  почвенной  толщи  (2  ж),  перехватывается
корнями  древесных  растений,;
 4) 	потеря  влаги  слабооподзоленным  черноземом  и  темно¬
серой  лесной  почвой  под  пашней  путем  инфильтрации  имеет
место.
 При  отсутствии  заметной  инфильтрации  осадков  глубже
корнеобитаемого  слоя  все  потери  воды  почвой  за  летний  период
можно  отнести  за  счет  суммарного  испарения.
 Испарение  темно-серой  лесной  почвой  под  лесом  по  данным
табл.  180  равно  438  мм,  под  зерновыми  культурами  оно  близко
к  этой  величине  (417—447  мм).
 Чтобы  получить  представление  о  влагообеспеченности  лесной
растительности  и  зерновых  культур,  необходимо  сопоставить
истинную  или  фактическую  величину  испарения  с  потенциаль¬
ным  испарением  (испаряемостью)  и  с  количеством  осадков.
 Сумма  годовых  осадков  для  г.  Сумы  равна  613  мм,  а  вели¬
чина  испаряемости  539  мм.  Отношение  истинного  испарения
к  потенциальному  испарению  равно  0,82—0,84.  Эти  условия
увлажнения  вполне  достаточны,  чтобы  вырастить  древостой
III  бонитета  и  получить  высокий  урожай  зерновых  культур.
Иными  -словами,  при  относительном  испарении  0,8  обеспечи¬
вается  максимальная  потребность  лесной  и  травяной  раститель¬
ности  в  воде.

ВОДНЫЙ  РЕЖИМ  СЕРЫХ  ЛЕСНЫХ  ПОЧВ
 781
 §  31
 Черноземные  почвы  обладают  способностью  накоплять
в  большом  количестве  осадки,  выпавшие  в  невегетационный
период,  которые  постепенно  расходуются  летом,  когда  скорость
испарения  превышает  количество  выпадающих  осадков.  Вслед¬
ствие  этого  действительные  условия  увлажнения,  кроме  выпа¬
дающих  осадков  и  испарения,  зависят  также  от  способности
почвы  запасать  влагу  и  от  мощности  корнеобитаемого  слоя
почвы.
 Таблица  182
 Баланс  влаги  в  почвах  лесостепи  за  май  —  октябрь  1948  г.
 (мм  водного  слоя)
 Запас  влаги
1948  г.
 Убыль(—),
 Осад¬
 ки
 Общий
 расход
 Запас  влаги
 май
 октябрь
 при¬
быль  (-(-)
 при  wn
 при  w3
 доступной
при  wn
 Слабооподзоленный  пахотный  чернозем
 0—1
 320
 250
 —  70
 256
 326
 377
 210
 187
 1—2
 286
 268
 —  18
 0
 0
 308
 208
 100
 2—3
 328
 302
 —  26
 0
 0
 326
 196
 130
 3—4
 284
 279
 —  5
 0
 0
 317
 157
 160
 4—5
 218
 176
 —  42
 0
 0
 319
 —
 —
 0-5
 1436
 1275  |
 —  161
 256
 417
 1647
 Темно-серая  лесная  пахотная  почва
 0—1
 269
 173
 —  96
 256
 352
 377
 180
 197
 1—2
 262
 200
 —  62
 0
 0
 308
 182
 126
 2—3
 189
 170
 -19
 0
 0
 319
 162
 157
 3—4
 185
 184
 —  1
 0
 0
 317
 135
 182
 4—5
 221
 208
 —  13
 0
 0
 319
 —
 —
 0-5
 1126  |
 935  |
 —191  |
 256  |
 447  |
 1
 1
 Темно-серая  лесная  почва  под  лесом
 0—1
 360
 218
 —  142
 205
 347
 377
 211
 166
 1—2
 240
 200
 —  40
 0
 0
 308
 190
 118
 2-3
 192
 167
 •  -25
 0
 0
 319
 158
 161
 3—4
 166
 149
 —  17
 0
 0
 317
 137
 180
 4—5
 183
 174
 —  9
 0
 0
 319
 —
 —
 0—5
 1141
 908
 —  233
 205
 438
 1631
 Необходимо  отметить  исключительное  биологическое  значе¬
ние  запасов  воды  в  верхнем  метровом  слое  как  под  пашней,  так
и  под  лесом.

782 	РАСПРЕДЕЛЕНИЕ  ТИПОВ  ВОДНОГО  РЕЖИМА  ПОЧВ 	|ГЛ.  V
 Из  табл.  182  видно,  что  водообеспечивающая  способность
верхнего  метрового  слоя  слагается  из  весеннего  запаса  и  летних
осадков,  а  водообеспечивающая  способность  нижних  слоев
определяется  лишь  тем  запасом,  который  создается  в  них  за
осенне-зимне-весенний  период.  Летние  осадки  глубже  1  м  не
проникают.  Вследствие  этого  подавляющая  часть  воды  по¬
требляется  лесной  и  степной  растительностью  из  верхнего  метра.
 Запасы  влаги,  доступной  для  растения  только  в  верхней
2-метровой  толще,  могут  достигать  250—300  мм.  Если  учесть,
что  все  летние  осадки  не  проникают  глубже  верхнего  метра,
то  фактический  влагооборот  2-метровой  почвенной  толщи  воз¬
растает  до  400—450  мм,  т.  е.  до  количества  годовых  осадков.
Корни  древесных  растений  достигают  глубины  4—6  м  и  могут
использовать  доступную  растениям  влагу  из  всей  5-метровой
толщи.  Корни  злаковых  растений  обычно  проникают  до  глу¬
бины  2  м  и  могут  использовать  доступную  воду  только  из  этого
слоя.  В  структурных  почвах  подток  подвешенной  влаги  к  зоне
корневого  иссушения  из  более  глубоких  слоев  при  влажности
ниже  полевой  влагоемкости  ничтожно  мал  (М.  М.  Абрамова,
1956;  Б.  Н.  Мичурин,  1956).  По  этой  причине  запас  потен¬
циально  доступной  влаги,  содержащейся  в  почве  глубже  2  м,
остается  неиспользованным  злаковыми  растениями.  В  случае
травопольного  севооборота  биологическое  значение  запасов  до¬
ступной  воды  глубоких  слоев  почвы  возрастает,  так  как  корни
люцерны  могут  достигать  глубины  4  м.
 §  4.  Водный  режим  обыкновенных  черноземов
 В  табл.  179  и  180  и  на  рис.  250  представлен  режим  влаж¬
ности  и  баланс  влаги  в  обыкновенном  черноземе  под  лесом  и
под  пашней  в  условиях  Сталинградской  обл.  (Козловский  лес¬
ной  массив),  составленный  за  период  1950—1952  гг.  (данные
Е.  А.  Афанасьевой,  С.  Н.  Карандиной,  И.  О.  Оловянниковой  и
Т.  Я.  Тисс,  1955),  охватывающий  засушливый,  средний  и  влаж¬
ный  годы.  Сумма  осадков  равна  458  мм  за  1950  г.,  169  мм  за
1951  г.  и  280  мм  за  1952  г.
 Глубина  промачивания  обыкновенного  чернозема  весною
под  пашней  за  трехлетний  период  колебалась  от  10  см  (1950—
1951  гг.)  до  полного  отсутствия  промачивания  почвы  в  течение
осенне-зимнего  периода  (1952  г.),  а  под  лесом  —  от  100  см  до
400  см.  Запас  влаги  в  промоченном  слое  близок  к  запасу  влаги
в  нем  при  полевой  влагоемкости.  Наибольшая  глубина  весен¬
него  промачивания  обыкновенного  пахотного  чернозема  не  пре¬
вышает  1,8—2,0  му  под  лесными  насаждениями  она  достигает
400  см.  Поэтому  обыкновенный  чернозем  следует  отнести  к  не¬
промывному  или  замкнутому  типу  водного  режима.

Таблица  183
 Баланс  влаги  в  обыкновенном  черноземе  под  лесом  (мм  водного  слоя)
 оо
 со
 ВОДНЫЙ  РЕЖИМ  ОБЫКНОВЕННЫХ  ЧЕРНОЗЕМОВ

а
 S'
 &
 л
 о
 А  ‘^1
 аьои  уиижэа  OJOHiroa  аоиих  аинэь-энзаиэуа
 Ш
 Баланс  влаги  в  обыкновенном  пахотном  черноземе  (мм  водного  слоя)

§  4] 	ВОДНЫЙ  РЕЖИМ  ОБЫКНОВЕННЫХ  ЧЕРНОЗЕМОВ 	785
 В  табл.  185  приведены  данные,  характеризующие  воднофизи¬
ческие  свойства  обыкновенного  чернозема.  Из  таблицы  видно,
что  распределение  влаги  при  полевой  влагоемкости  подчиняется
некоторой  общей  закономерности,  а  именно:  с  уменьшением
плотности  почвы  в  направлении  от  материнской  породы  к  верх¬
нему  слою  почвы  величина  полевой  влагоемкости,  выраженная
в  процентах  от  веса,  возрастает  таким  образом,  что  произведе¬
ние  полевой  влагоемкости  на  плотность  сохраняется  близким
к  постоянной  величине  (32—35%).  Исключение  представляет
верхний  'полуметровый  слой,  где  .полевая  'влагоем'кость  воз¬
растает  до  38%.  Запас  воды,  доступной  для  растения  в  слое
О—50  см,  равен  94  мм,  а  в  более  глубокой  толще  близок  к  60  мм.
Корнеобитаемый  слой  зерновых  культур  (0—200  см)  может
удержать  количество  влаги,  доступной  растениям,  равное
278  мм,  т.  е.  более  половины  годовых  осадков,  а  корнеобитае¬
мый  слой  древесных  насаждений  (3—4  м)  —  400—500  мм,  или
годовое  количество  осадков.  Если  учесть,  что  около  половины
годовых  осадков  выпадает  обычно  летом  и  не  проникает  глубже
0—50  см,  то  можно  считать,  что  слой  0—200  см  может  обеспе¬
чить  влагооборот,  равный  годовому  количеству  осадков.  Глу¬
бина,  на  которой  баланс  влаги  не  испытывает  существенных
изменений,  зависит  от  количества  осадков,  выпавших  в  осенне-
зимне-весенний  период,  когда  испарение  мало.
 Таблица  185
 Воднофизические  свойства  обыкновенного  чернозема
 Г  луби-
на,
см
 Р>
 г/см*
 »...  г-  %
 w3,  %
 wn,  %
 Запас
доступ¬
ной  влаги
при  wa,
мм
 от
 веса
 от
 объема
 от
 веса
 от
 объема
 запас,
 мм
 от
 веса
 от
 объема
 запас,
 мм
 0—50
 1,12
 13,4
 15,0
 17,3
 19,4
 95
 34,2
 38,2
 189
 94
 50—100
 1,37
 12,5
 16,1
 16,0
 22,0
 106
 25,5
 35,0
 160
 63
 100—150
 1,41
 11,6
 16,4
 13,8
 19,5
 98
 24,5
 34,6
 159
 61
 150—200
 1,47
 11,1
 16,3
 13.4
 19,7
 98
 21,3
 31,3
 158
 60
 200—250
 1,50
 10,6
 15,8
 12,9
 19,4
 97
 21,3
 31,6
 158
 61
 250—300
 1,50
 —
 —
 13,3
 19,8
 100
 21,3
 31,6
 158
 58
 Поскольку  обыкновенные  черноземы  относятся  к  непромыв¬
ному  типу  водного  режима,  то  все  потери  влаги  почвой  в  тече¬
ние  вегетационного  периода  для  слабо  расчлененных  поверх¬
ностей  можно  приравнять  к  величине  испарения.  Вследствие
того,  что  капиллярное  передвижение  подвешенной  влаги
в  черноземных  почвах  прекращается  при  влажности,  близкой

786 	РАСПРЕДЕЛЕНИЕ  ТИПОВ  ВОДНОГО  РЕЖИМА  ПОЧВ 	|ГЛ.  V
 к  полевой  влагоемкости  (А.  М.  Абрамова,  1956,;  Б.  Н.  Мичурин,
1956),  следует  считать,  что  подавляющая  часть  потерь  влаги
этими  почвами  происходит  через  корни  растений  путем  транспи¬
рации.
 Транспирация  из  разных  частей  корнеобитаемого  слоя  как
под  лесом,  так  и  под  пашней,  неодинакова.  Подавляющая  часть
влаги  испаряется  верхним  полуметровым  слоем  почвы.  Причина
этого  заключается  в  том,  что  все  летние  осадки  не  проникают
глубже  20—50  см.  Влагооборот  более  глубоких  слоев  почвы
ограничивается  тем  запасом,  который  создается  в  них  в  течение
осенне-зимнего  периода.
 Величина  коэффициента  увлажнения,  т.  е.  водообеспечен-
ность,  колебалась  за  трехлетний  период  под  лесом  и  под  паш¬
ней  от  1,0  во  влажный  год  до  0,5  в  сухой  год.  По  данным
Г.  Л.  Пенмана  (1952),  М.  И.  Будыко  (1956)  и  Б.  Н.  Мичурина
(1954),  коэффициент  0,5  служит  показателем  ограничения
транспирации  вследствие  недостатка  в  почве  воды,  доступной
растениям.  Поэтому  борьба  за  сохранение  и  накопление  влаги
в  условиях  обыкновенных  черноземов  является  важнейшим
мероприятием.  Существенное  значение  в  решении  этого  вопроса
имеет  водоудерживающая  способность  почв.
 Накопление  влаги  в  зоне  обыкновенных  черноземов  воз¬
можно  путем  ограничения  поверхностного  стока.  Одним  из
основных  приемов  является  глубокое  рыхление  —  прием,  пред¬
ложенный  Т.  С.  Мальцевым.  В  основе  этого  приема  лежит
факт  увеличения  запаса  влаги,  доступной  для  растений,  и  ско¬
рости  впитывания  воды  с  уменьшением  плотности  сложения
почвы.  В  числе  других  приемов  можно  назвать  бороздование,
обвалование,  устройство  кулис  и  лесополос.
 §  5.  Водный  режим  южных  черноземов  и  лугово-черноземных
 почв
 В  области  распространения  южных  черноземов  годовое  ко¬
личество  осадков  колеблется  от  300  до  400  мм,  а  потенциальное
испарение  (испаряемость)  достигает  700—900  мм  (см.
табл.  181).  Следовательно,  фактическая  величина  испарения  из
почвы  составляет  одну  треть  от  испаряемости.
 В  засушливые  годы  недостаток  влаги  здесь  настолько  зна¬
чителен,  что  возникает  потребность  в  орошении.  Там,  где  нет
пока  еще  возможности  оросить  поля,  на  первом  месте  стоят
вопросы  накопления,  сбережения  и  рационального  использова¬
ния  естественных  осадков  путем  разного  рода  агротехнических
мероприятий.
 Для  решения  проблемы  орошения  и  разработки  агротехниче¬
ских  мероприятий  по  рациональному  использованию  воды  необ¬

ВОДНЫЙ  РЕЖИМ  ЮЖНЫХ  ЧЕРНОЗЕМОВ
 787
 §  5J
 ходимо  знать  фактическое  количество  полезной  для  растений
влаги  и  потребность  их  в  воде.  Отношение  первой  величины  ко
второй  характеризует  влагообеспеченность  растений,  а  разность
между  этими  величинами  дает  величину  дефицита  влаги,  кото¬
рая  должна  быть  пополнена  орошением.
 Для  суждения  о  фактическом  количестве  воды,  доступной
для  растений,  необходимо  знать  весенние  запасы  этой  воды,
сумму  эффективных  летних  осадков  и  их  распределение  по  пе¬
риодам  развития  культурных  растений.  Точное  определение
этих  величин  возможно  лишь  на  основе  данных  по  режиму
влажности  почв  и  водному  балансу.
 На  рис.  250  изображены  результаты  трехлетних  наблюдений
за  водным  режимом  южного  пахотного  чернозема,  выполненных
в  Николаевской  обл.,  УССР,  на  Владимирской  опытно-мелиора¬
тивной  станции  за  период  с  августа  1948  г.  по  декабрь  1951  г.
(А.  С.  Скородумов,  1954).  Из  рис.  250  видно,  что  по  режиму
почвенной  влаги  каждый  год  делится  на  два  периода:  1)  осенне-
зимне-весенний  период,  за  который  количество  выпадающих
осадков  превосходит  возможное  испарение;  в  этот  период
наблюдается  просачивание  воды  вглубь  и  насыщение  смочен¬
ного  слоя  до  полевой  влагоемкости  и  2)  летний  период,  в  кото¬
рый  испарение  больше  количества  выпадающих  осадков  и
влажность  почвы  понижается.
 Из  рис.  250  видно,  что  амплитуда  колебания  влажности
почвы  в  течение  года  с  глубиною  уменьшается.  Величина  влаж¬
ности  в  верхнем  2-метровом  слое  колеблется  в  пределах
30—13%,  в  слое  2—4  м  —  от  16  до  13%  и  .в  слое  4—5  м  —  от  17
до  18%  (от  веса  почвы).
 На  основании  этих  данных  можно  заключить,  что  интенсив¬
ный  влагооборот,  связанный  преимущественно  с  промачиванием
почвы  в  холодный  период  года  и  иссушением  ее  в  летний  период
посредством  транспирации,  охватывает  почвенную  толщу
в  1,5—2,0  м.  Верхний  предел  увлажнения  почвы  равен
25—30%  (от  веса)  и  близок  к  полевой  влагоемкости,  а  нижний
предел  иссушения  почвы  под  влиянием  растений  равен  13—15%
и  близок  к  влажности  завядания.
 Недоступность  почвенной  влаги  при  влажности  13—15%  (от
веса)  или  20—22%  (от  объема)  объясняется  тем,  что  при  этой
влажности  вода  находится  в  микропорах  почвы,  имеющих  диа¬
метры  10-5  и  10~7  см.  Так  как  сосущие  корни  растений  имеют
диаметр  порядка  10-4  см,  то  они  не  могут  проникнуть  в  микро-
поры  меньше  10~4  см  и  использовать  содержащуюся  в  них  влагу.
Что  касается  подтока  этой  влаги  к  корням  растений,  то  его
скорость  ограничивается  в  точках  касания  первичных  частиц  со¬
мкнутыми  пленками  сорбционносвязанной  воды,  вследствие  чего
передвижение  влаги  в  микропорах  меньше  10-4  см  происходит

788 	РАСПРЕДЕЛЕНИЕ  ТИПОВ  ВОДНОГО  РЕЖИМА  ПОЧВ 	[ГЛ.  V
 пленочным  путем,  т.  е.  крайне  медленно  (А.  А.  Роде,  1952;
Б.  Н.  Мичурин,  1954).
 Постоянно  низкую  влажность  почвенно-грунтовой  толщи
от  2  до  4  м,  в  которую  корни  зерновых  культур  обычно  не  про¬
никают,  следует  объяснить  тем,  что  в  этот  слой  просачивается
лишь  незначительная  доля  атмосферных  осадков,  которая
периодически  перехватывается  корнями  многолетних  трав  (лю¬
церны),  достигающими  глубины  4—6  м.
 В  1948  г.  поле  было  под  паром,  в  1949  г.  —  под  озимой  пше¬
ницей,  в  1950  г.  —  под  просом  и  люцерной  и  в  1951  г.  —  под
 люцерной.  Из  рис.  250  вид¬
но,  что  иссушение  почвы  до¬
стигает  наибольшей  глуби¬
ны  под  люцерной,  что  яв¬
ляется  следствием  длитель¬
ности  вегетационного  перио¬
да  люцерны  и  глубокого
распространения  ее  корне¬
вой  системы.
 В  качестве  показателя
максимальной  глубины  про-
мачивания  почвы  атмосфер¬
ными  осадками  можно  ис¬
пользовать  данные  распре¬
деления  легкорастворимых
солей  по  профилю  почвы.
На  рис.  251  (А.  Ф.  Больша¬
ков,  А.  А.  Роде,  1956)  видно,
что  максимум  солей  в  про¬
филе  южного  чернозма  нахо¬
дится  на  глубине  1,8—2,0  м.
 Это  значит,  что  на  ука¬
занной  глубине  скорость  ка¬
пиллярного  просачивания
влаги  вглубь  почвы  близка
к  скорости  капиллярного
подъема  из  нижележащей
почвенно-грунтовой  толщи.  В  противном  случае  соли  были  бы
вымыты  из  почвенной  толщи  или  поднялись  ближе  к  поверх¬
ности  почвы.  Горизонту  максимума  скопления  солей  соответ¬
ствует  минимальная  влажность  почвы,  близкая  к  влажности  за-
вядания.  Иначе  говоря,  влага  у  южных  черноземов  находится
в  подвешенном  состоянии,  что  позволяет  отнести  ,эту  группу
почв  к  непромывному  типу  водного  режима.
 В  табл.  186  приведены  данные,  характеризующие  баланс
влаги  в  южном  черноземе  под  озимой  пшеницей  в  условиях
 Рис.  251.  Содержание  легкорастворимых
солей  и  весеннее  и  осеннее  содержание
влаги  в  южном  черноземе.
 /  —  максимальная  гигроскопичность;  2—влажность
осенью;  3  —  влажность  весной;  4  —  наименьшая
влагоемкость;  5—  содержание  солей.

ВОДНЫЙ  .  РЕЖИМ  ЮЖНЫХ  ЧЕРНОЗЕМОВ
 789
 §  5J
 обычного  (ровная  поверхность)  и  глубокого  промачивания
(микрозападина)  почвы.  Объект  исследования  —  поле  колхоза
«День  Урожая»,  Ростовской  обл.,  расположенное  на  второй  тер¬
расе  р.  Дона.  Грунтовая  вода  залегает  на  глубине  более  10  м
(Б.  Н.  Мичурин,  Ф.  Е.  Колясев  и  Н.  А.  Афанасьев,  1954).
 Из  табл.  186  видно,  что  на  ровной  поверхности  мощность
промоченного  слоя  равна  100  см,  а  в  микрозападине  достигает
4  м:  Влажность  промоченного  слоя  близка  к  полевой  влагоем-
кости  (32—36%  от  объема).
 Верхний  смоченный  слой  подстилается  слоем  с  пониженной
влажностью,  близкой  к  влажности  завядания,  который  на  глу¬
бине  4—5  м  переходит  в  капиллярную  кайму  грунтовых  вод,  за¬
легающих  на  глубине  8—10  м.  Возникновение  сухого  слоя,  ли¬
шенного  влаги,  доступной  растениям,  обязано  иссушающей  роли
корней  люцерны,  которая  предшествовала  озимой  пшенице.
Сокращение  сухого  слоя  под  микрозападиной  обусловлено  до¬
полнительным  притоком  осадков  в  -нее  с  окружающей  поверх¬
ности.  В  начале  вегетационного  периода  запас  воды,  доступной
для  растения,  под  ровной  поверхностью  был  равен  120  мм,
а  под  микрозападиной  в  -слое  350  см  достигал  480  мм.  В  конце
вегетационного  периода  под  ровной  поверхностью  вся  доступ¬
ная  для  растения  вода,  содержавшаяся  в  первом  метре,  была
израсходована.  Под  микрозападиной  вода,  доступная  расте¬
ниям,  была  нацело  израсходована  из  первого  метра;  из  слоя
100—150  см  израсходована  только  половина  содержавшейся
в  нем  воды,  доступной  для  растения;  в  слое  150—200  см  доступ¬
ная  вода  осталась  полностью  неиспользованной  растениями
пшеницы.  С  учетом  летних  осадков  общие  потери  влаги  почвой
под  ровной  поверхностью  составили  250  мм,  а  под  микрозапади¬
ной  312  мм.
 Для  условий  подвешенного  состояния  почвенной  влаги  все
потери  воды  почвой  в  течение  вегетационного  периода  следует
отнести  за  счет  суммарного  испарения,  а  подавляющую  часть  —
за  счет  транспирации,  так  как  под  сомкнутым  растительным
покровом  испарение  с  поверхности  почвы  невелико.  Величина
испарения  с  водной  поверхности  в  условиях  того  же  поля  ока¬
залась  равной  364  мм\  величина  испарения  с  растительного  по¬
крова  пшеницы  при  неограниченном  увлажнении  почвы
(в  лизиметре)  равна  330  мм.
 Относительное  испарение  с  поля  озимой  пшеницы  при  за¬
пасе  доступной  влаги  в  корнеобитаемом  слое  в  120  мм  было
0,69,  при  запасе  в  235  мм  равно  0,86;,  при  неограниченном
увлажнении  0,9.  В  первом  опыте  урожай  составил  8  ц/га,  во
втором  22  ц/га,  в  третьем  30  ц/га.
 Эти  факты  убедительно  говорят  о  целесообразности  созда¬
ния  в  глубоких  слоях  почвы  запаса  воды,  доступной  растениям,

Таблица  186
 Баланс  влаги  в  южном  черноземе  под  озимой  пшеницей  за  21/1V—28/VI  1954  г.  (мм  водного  слоя)
 Г  лубина,
см
 Р
 г/см*
 Bj
 при
 тп
 пажнс
 при
 W3
 )СТЬ  %  от
 21/1V
 объема
28/VI
 Запас  влаги
в  почве
 Баланс  влаги  в  почве
на  ровной  поверхности
 Баланс  влаги  в  почве
в  микрозападине
 Ровная  по¬
верхность
 Микроза¬
 падина
 Ровная  по¬
верхность
 Микроза¬
 падина
 при
 wn
 при
 W3
 доступной  1
растениям
 21/1V
 28/VI
 Прибыль
 (+>.
 убыль  (—)
 Осадки
 Общая  по¬
теря  (—),
прибыль
(+)
 21/1V
 28/VI
 Прибыль
 (+)>
 убыль  (—)
 Осадки
 Общая  при¬
быль  (-)-),
потеря  (—)
 0—50
 1,30
 36,2
 18,2
 33,6
 35,0
 20,8
 20,6
 181
 91
 90
 188
 104
 —  64
 136
 —200
 175
 103
 272
 —136
 —208
 50—100
 1,48
 36,0
 19,0
 32,0
 36,4
 20,8
 20,0
 180
 95
 85
 160
 104
 —  56
 0
 —  56
 182
 100
 —  82
 0
 —  82
 100—150
 1,57
 34,6
 19,0
 23,1
 32,0
 22,2
 26,2
 173
 95
 78
 116
 111
 —  5
 0
 —  5
 160
 131
 —  29
 0
 —  29
 150—200
 1,58
 34,0
 21,0
 25,5
 30,0
 26,8
 31,0
 170
 105
 65
 127
 134
 +  7
 0
 +  7
 150
 155
 +  5
 0
 +  5
 200—250
 1,60
 34,2
 21,6
 25,9
 32,0
 26,5
 31,8
 172
 108
 64
 130
 132
 +  2
 0
 +  2
 160
 159
 —  1
 0
 —  1
 250—300
 1,57
 32,4
 21,2
 25,1
 30,6
 31,4
 162
 106
 56
 126
 127
 +  г
 153
 +  1
 153
 157
 +  4
 0
 +  4
 0—100
 —
 —
 —
 —
 —
 —
 —
 361
 186
 175
 328
 208
 —120
 136
 —256
 357
 203
 —154
 —136
 —290
 0—200
 —
 —
 —
 —
 —
 —
 —
 704
 386
 318
 571
 453
 -118
 136
 —254
 667
 489
 —179
 138
 —315
 0—300
 1038
 600
 436
 827
 710
 -115
 136
 —251
 980
 805
 —176
 136
 —312
 300—350
 1,55
 32,2
 21,2
 27,3
 31,2
 31,4
 161
 106
 55
 136
 —
 —
 156
 157
 350—400
 1,53
 32,2
 21,2
 25,2
 26,6
 —
 161
 106
 55
 126
 —
 —
 133
 400—450
 1,53
 32,0
 21,2
 26,2
 28,0
 —
 160
 106
 54
 131
 —
 —
 140
 450—500
 1,53
 32,0
 21,2
 28,4
 26,0
 —
 160
 106
 54
 142
 —
 —
 130
 500—550
 26,5
 27,5
 550—600
 27,4
 31,8
 600—650
 1,53
 27,0
 31,3
 650—700
 32,4
 36,7
 700—750
 34,4
 37,0
 750—800
 36,0
 —
 790 	РАСПРЕДЕЛЕНИЕ  ТИПОВ  ВОДНОГО  РЕЖИМА  ПОЧВ

ВОДНЫЙ  РЕЖИМ  ЮЖНЫХ  ЧЕРНОЗЕМОВ
 791
 §  5]
 и  служат  обоснованием  для  осенних  предпосевных  поливов.  Из
табл.  186  следует,  что  под  зерновые  культуры  можно  ограни¬
читься  нормой,  обеспечивающей  вместе  с  атмосферными  осад¬
ками  промачивание  2-метровой  толщи  почвы.
 Значение  влаги,  накопленной  во  втором  метре  почвенной
толщи,  для  повышения  продуктивности  зерновых  культур  под¬
тверждается  специально  проводимыми  для  этой  ц£ли  осенними
влагозарядковыми  поливами,  получившими  в  нашей  стране  ши¬
рокое  распространение  в  связи  с  расширением  территории  оро¬
шаемых  районов.
 В  табл.  187  и  188  приведены  данные  сезонного  водного  ба¬
ланса  в  лугово-черноземной  почве  под  озимой  пшеницей  на  не¬
орошаемом  поле  и  на  поле  с  осенним  влагозарядковым  поливом
80  мм  (Б.  Н.  Мичурин,  Ф.  Е.  Колясев  и  Н.  И.  Афанасьев,  1954).
Поле  расположено  на  второй  террасе  р.  Дона,  где  грунтовые
воды  залегают  на  глубине  5—7  м.
 Из  табл.  187  и  188  видно,  что  неорошаемое  поле  было  про¬
мочено  к  началу  вегетации  озимой  пшеницы  на  глубине  100  см,
а  поле  с  влагозарядкой  имело  влажность,  равную  полевой
влагоемкости,  во  всей  почвенно-грунтовой  толще  вплоть  до
грунтовых  вод.  Запас  воды,  доступной  для  растений,  на  неоро¬
шаемом  поле  был  равен  71  мм,  а  на  поле  с  влагозарядкой  до¬
стигал  235  мм  в  2-метровой  толще  почвы  и  350  мм  в  3-метровом
слое.  Величина  испарения  воды  из  почвы  с  учетом  летних  осад¬
ков  составила  на  неорошаемом  поле  193  мм,  а  на  поле  с  влаго¬
зарядкой  306  мм.  Испарение  из  лизиметра  при  неограниченном
увлажнении  почвы  было  равно  350  мм.  На  неорошаемом  поле
из  верхнего  172-метрового  слоя  доступная  влага  была  израсхо¬
дована  полностью;  из  слоя  150—200  см  была  израсходована
лишь  половина  доступной  влаги;  глубже  2  м  вся  доступная
влага  осталась  неиспользованной.
 Данные  табл.  187  и  188  подтверждают  вывод,  что  для  зер¬
новых  культур  имеют  исключительное  значение  запасы  доступ¬
ной  влаги  в  верхних  2  м.  Запасы  влаги  более  глубоких  слоев
почвы  остаются  пшеницей  неиспользованными.  В  случае  уча¬
стия  в  севообороте  многолетних  трав  важное  значение  приобре¬
тают  запасы  доступной  для  растений  влаги,  сосредоточенные
в  4-метровой  толще  почвы.
 В  табл.  189  приведены  данные  по  суммарному  испарению
лугово-черноземной  почвой  под  озимой  пшеницей  за  отдельные
фазы  вегетации  в  различных  условиях  увлажнения  (Б.  Н.  Ми¬
чурин,  1954).
 Из  табл.  189  видно,  что  на  поле  озимой  пшеницы  с  влаго¬
зарядковым  поливом  80  мм  величины  суммарного  испарения
были  почти  постоянными  в  фазы:  выход  в  трубку  —  молоч¬
ная  спелость  и  составляли  0,7—0,8  от  величины  максимально

792
 РАСПРЕДЕЛЕНИЕ  ТИПОВ  ВОДНОГО  РЕЖИМА  ПОЧВ
 [ГЛ.  V
 Таблица  187
 Баланс  влаги  в  лугово-черноземной  почве  под  озимой  пшеницей
за  22/IV—8/VI1  1953  г.  (мм  водного  слоя)
 Г  лубина,
см
 Р
 г/см*
 Запас
 влаги  в  почве
 при
 wn
 при
 w3
 доступной  расте¬
ниям
 Неорошаемое  поле
 Поле  с  осенней  влаго¬
зарядкой  80  мм
 22/1V
 8/VII
 Прибыль  (+),
убыль  (—)
 Осадки
 Общая  потеря
прибыль  (+)
 22/1V
 7/VII
 Прибыль  (-)-),
убыль  (—)
 Осадки
 Общая  потеря
I  прибыль  (-|-)
 0—50
 1,25
 186
 102
 84
 148
 94
 —54
 125
 —179
 150
 114
 —  36
 125
 —161
 50—100
 1,42
 181
 101
 80
 ПО
 93
 —17
 0
 —  17
 153
 99
 —  54
 0
 —  54
 100—150
 1,57
 173
 103
 70
 108
 ПО
 +  2
 0
 +  2
 166
 109
 —  57
 0
 —  57
 150—200
 1,57
 170
 102
 68
 121
 123
 +  2
 0
 2
 174
 140
 —  34
 0
 —  34
 200—250
 —
 —
 —
 —
 —
 —
 —
 —
 156
 151
 —  6
 0
 —  6
 250—300
 157
 163
 +  ^
 0
 +  6
 0—100
 367
 203
 164
 258
 187
 —71
 125
 —197
 303
 213
 —  90
 125
 —215
 0—200
 710
 408
 302
 487
 420
 —67
 125
 —193
 643
 462
 —181
 125
 —306
 0—300
 —
 —
 —
 —
 —
 —
 —
 —
 956
 776
 —181
 125
 —306
 Таблица  188
 Баланс  влаги  в  лугово-черноземной  почве  под  озимой  пшеницей
за  срок  с  19/IV—1/VII  1954  г.  (мм  водного  слоя)
 Г  лубина,
см
 Р
 г/см*
 Запас
 влаги  в
 почве
 При¬
 быль
 (+)-
 убыль
 (-)
 Осад¬
 ки
 Общий
 расход
 (->.
 прибыль
 (+)
 при
 WB
 при
 w3
 доступ¬
ной  ра¬
стениям
при  wn
 19/1V
 1/V11
 0—  50
 1,19
 180
 79
 101
 170
 94
 —  76
 146
 —  122
 50—100
 1,50
 172
 99
 73
 170
 107
 —  63
 0
 —  63
 100—150
 1,57
 171
 98
 73
 167
 149
 —  17
 0
 —  17
 150—200
 1,58
 170
 106
 64
 168
 160
 —  8
 0
 —  8
 200—250
 1,65
 170
 106
 64
 181
 178
 —  3
 0
 —  3
 250—300
 1,57
 176
 106
 70
 176
 180
 +  4
 0
 +  4
 300—350
 1,55
 171
 106
 65
 166
 170
 +  4
 0
 +  4
 350—400
 1,53
 171
 106
 65
 173
 174
 +  1
 0
 +  1
 0—100
 —
 352
 176
 174
 340
 201
 —139
 146
 285
 0—200
 —
 693
 380
 311
 675
 510
 —  165
 146
 311
 0—300
 —
 1040
 592
 445
 1032
 868
 —  164
 146
 310
 0—400
 —
 1382
 804
 575
 1371
 1212
 —159
 146
 305

ВОДНЫЙ  РЕЖИМ  ЮЖНЫХ  ЧЕРНОЗЕМОВ
 793
 §  5]
 возможного  испарения.  На  неорошаемом  поле  значение  коэффи¬
циента  увлажнения,  близкое  к  0,8,  сохранялось  только  в  фазу
выхода  в  трубку,  когда  скорость  испарения  обеспечивалась
имевшимися  в  почве  запасами  воды.  В  последующие  фазы
испарение  было  больше  выпадения  осадков,  влажность  почвы
быстро  уменьшалась,  а  сила  связи  влаги  с  почвой  возрастала,
вследствие  чего  скорость  транспирации  уменьшалась  и  ограни¬
чивала  рост  растений.  В  результате  высокой  влагообеспечен-
ности  растений  на  поле  с  влагозарядкой  получен  урожай
в  25  ц/га,  а  на  неорошаемом  поле  12  ц/га.  Из  этих  фактов  сле¬
дует  тот  вывод,  что  максимум  урожая  требует  максимума
транспирации  и  что  коэффициент  пропорциональности  между
максимальной  транспирацией  и  испаряемостью  для  озимой  пше¬
ницы  близок  к  0,8.
 Таблица  189
 Суммарное  испарение  лугово-черноземной  почвой  под  озимой
пшеницей  (мм/сутки)
 Фазы  развития
 Неорошаемое  поле
 Поле  с  осенней  влаго¬
зарядкой
 Я
«к  8
 <М
 t  1
 §*  е
 Фактическое
испарение
из  почвы
 Испаряемость
 Относительное
 испарение
 Я
 э?  8
 сч
 'О  I
 °  1
 3  S
 Фактическое
испарение
из  почвы
 Испаряемость
 Относительное
 испарение
 Кущение
 28
 1,8


 33
 2,2
 6,5
 0,34
 Выход  в  трубку  .  .
 25
 4,5
 5,8
 0,78
 30
 4,4
 5,9
 0,75
 Колошение
 20
 4,0
 7,3
 0,55
 28
 5,1
 7,6
 0,67
 Цветение
 20
 4,5
 7,7
 0,59
 26
 6,8
 7,7
 0,88
 Молочная  спелость  .
 20
 4,0
 7,9
 0,50
 24
 6,4
 7,7
 0,83
 Восковая  спелость  .
 20
 1,7
 7,9
 0,20
 20
 1,2
 5,5
 0,22
 На  рис.  252  показана  зависимость  урожая  озимой  и  яровой
пшеницы  от  отношения  истинного  испарения  к  потенциальному,
т.  е.  от  коэффициента  увлажнения  почвы  (Б.  Н.  Мичурин,  1954).
Из  рисунка  видно,  что  урожай  пшеницы  растет  вместе  с  увели¬
чением  коэффициента  увлажнения  почвы.
 Резкое  повышение  урожая  соответствует  затратам  тепла  на
испарение-транспирацию,  равным  0,8—0,9  от  величины  радиа¬
ционного  баланса.  Из  этих  экспериментальных  данных  следует
вывод,  что  максимум  урожая  требует  максимальной  транспира¬
ции,  определяемой  радиационным  показателем  испаряемости,

РАСПРЕДЕЛЕНИЕ  ТИПОВ  ВОДНОГО  РЕЖИМА  ПОЧВ
 794
 [гл.  V
 70
 60
S  50
 Ko3tptpu.uu.ettm  увлажнения,  %
 гг  он  66 	90  юо
 !*
 §  го
10
о
 и
 I  4
 *
 *  /
 'у?
\  L
 100 	200 	300
 Испарение,  мм
 т
 т.  е.  отношением  величины  радиационного  баланса  к  скрытой
теплоте  парообразования.
 В  зоне  распространения  южных  черноземов  существенное
значение  имеет  пар,  используемый  в  качестве  меры  борьбы
с  сорняками  и  как  средство  накопления  влаги  под  зерновые
озимые  культуры.
 В  табл.  190  приведены  данные  баланса  влаги  в  южном
черноземе  и  лугово-черноземной  почве  на  пару  за  срок
 19/IV—1/VII  1954  г.  на  поле  кол¬
хоза  «День  Урожая»,  Ростовской
обл.  (Б.  Н.  Мичурин,  1955).  Из
таблицы  видно,  что  пары  летом
не  накапливают  влагу  в  почве  и
даже  теряют  небольшое  количе¬
ство  зимних  запасов  ее.  Наиболь¬
шая  часть  влаги  теряется  паром
из  верхних  горизонтов  (0—
50  см),  где  наблюдаются  боль¬
шие  амплитуды  колебания  тем¬
пературы  в  ходе  времени  и  где
аккумулируются  все  летние
осадки.  Чистые  пары  сохраняют
в  то  же  время  высокую  влаж¬
ность  во  всем  промоченном  слое,
близкую  к  полевой  влагоемкости
(30—32%  от  объема).  Даже
в  слое  0—50  см  влажность  почвы  не  снижается  более  чем  до
90—80%  от  полевой  влагоемкости.
 В  макроструктурных  почвах  при  влажности,  равной  80—90%
%от  полевой  влагоемкости,  влага  находится  внутри  агрегатов;
'между  отдельными  скоплениями  воды  в  этих  агрегатах  отсут¬
ствует  капиллярная  связь.  По  этим  причинам  в  почвах  и  грун¬
тах  с  развитой  макроструктурой  влага  в  интервале  90—95%  от
полевой  влагоемкости  до  влажности  устойчивого  завядания
используется  растениями  только  на  месте  ее  нахождения,  т.  е.
когда  корни  их  проникают  в  слой,  содержащий  эту  влагу.  Воз¬
никает  вопрос,  каким  путем  происходит  испарение  паровым  по¬
лем  всех  летних  осадков?  Этот  путь  следующий:  выпадающие
летние  осадки  смачивают  верхний  слой  (0—20  см,  иногда
0—50  см)  до  полевой  влагоемкости,  что  восстанавливает
капиллярную  связь  влаги  этого  слоя  с  испаряющей  поверх¬
ностью  и  вызывает  новые  потери  воды  почвой  путем  физиче¬
ского  испарения.  Многократное  смачивание  пахотного  слоя
почвы  атмосферными  осадками  влечет  за  собою  все  возрастаю¬
щий  подток  воды  из  глубоких  слоев  к  влажной  испаряющей
поверхности.
 Рис.  252.  Зависимость  урожая  ози¬
мой  (/)  и  яровой  (2)  пшеницы  от
коэффициента  увлажнения  почвы.

Таблица  190 	<&>
 Баланс  влаги  в  южном  черноземе  и  лугово-черноземной  почве  на  пару  за  срок  19/1V—1/V1I  1954  г. 	~
 (мм  водного  слоя)
 Г  лубина,
см
 Южный  чернозем
 Лугово-черноземная  почва
 Р
 г/см*
 w„6
 %
 Запас  влаги
 в  почве
 +
 IT
 е-  ^
3  ja
 М
 с  >>
 я
 я
 г*
 «0
 и
 о
 +
 0ч  W
 а.  -а
 <и  е?
н  з
 go
с  я
 к  я-
 со  с
 3  ^
 О  I
Osl
 ,  %
 Запас  влаги
в  почве
 +
 IT
*=;  w
3  ja
VO  г;
 J-5
 с  >>
 я
 я
 t=t
 СО
 и
 О
 +
 04 	^
 а.  л
 <у  е;
с  Я
 05 	я
 СО  С
 3^
 VO  I
 о!
 >
 00~
 >
 00"
 <м
 с
 §
 Я
 о.
 я
 |Г
 Я
 о.
 я
 «  г;
9  05
 я  S
=  я
 >>  <и
н  н
 О  и
 О  я
г*  О.
 >
 00~
 >
 оо"
 CN
 >
 стГ
 >
 >
 аГ
 >
 0—  50
 1,30
 35,3
 27,3
 181
 91
 90
 177
 137
 —40
 136
 —176
 33,8
 27,2
 169
 136
 —33
 146
 —179
 50—100
 1,48
 37,0
 33,4
 180
 95
 85
 185
 167
 —18
 0
 —  18
 33,2
 30,8
 166
 154
 —12
 0
 —  12
 100—150
 1,57
 32,0
 30,6
 173
 95
 78
 160
 153
 —  7
 0
 —  7
 33,4
 32,2
 167
 161
 —  6
 0
 —  6
 150—200
 1,58
 27,0
 29,0
 170
 105
 65
 135
 145
 +ю
 0
 +  ю
 34,0
 34,6
 170
 173
 +  3
 0
 +  з
 200—250
 1,65
 29,0
 29,6
 172
 108
 64
 145
 148
 +  3
 0
 +  з
 36,0
 34,8
 180
 174
 —  6
 0
 —  6
 50—  300
 1,57
 27,5
 28,5
 162
 106
 56
 137
 142
 +  5
 0
 +  з
 37,2
 36,8
 186
 184
 +  2
 0
 +  2
 300—350
 1,55
 26,4
 26,3
 161
 106
 55
 132
 132
 0
 0
 0
 34,0
 —
 170
 —
 —
 0
 —
 350—400
 1,53
 161
 106
 55
 34,1
 —
 171
 —
 —
 —
 —
 0—100
 —
 —
 —
 361
 186
 175
 —
 —
 —58
 +  136
 —194
 335
 290
 —40
 146
 —198
 0—200
 —
 —
 —
 704
 386
 318
 —
 —
 —55
 136
 —191
 —
 —
 672
 624
 —48
 146
 —194
 0—300
 —
 —
 —
 1038
 598
 438
 —
 —
 —47
 136
 —183
 —
 —
 1038
 982
 —56
 146
 —202
 0—400
 1360
 810
 548
 —47
 136
 —183
 '
 "
 ВОДНЫЙ  РЕЖИМ  ЮЖНЫХ  ЧЕРНОЗЕМОВ 	795

796 	РАСПРЕДЕЛЕНИЕ  ТИПОВ  ВОДНОГО  РЕЖИМА  ПОЧВ 	(ГЛ.  V
 Влажность  верхней  части  смоченного  слоя  почвы  (0—50  см)
под  паром  не  опускается  в  течение  лета  ниже  80—90%  от  поле¬
вой  влагоемкости,  а  в  нижней  части  профиля  остается  равной
полевой  влагоемкости,  в  то  время  как  под  зерновыми  культу¬
рами  ко  времени  их  уборки  влажность  всего  корнеобитаемого
слоя  приближается  к  50%  от  полевой  влагоемкости,  что  соот¬
ветствует  влажности  завядания.  Небольшой  дефицит  влаги
в  пахотном  слое  под  паром,  образующийся  за  летний  период,
вполне  погашается  осенними  осадками.  Озимая  пшеница,  по¬
сеянная  на  чистых  парах,  наилучшим  образом  обеспечивается
влагой.  Поэтому  там,  где  орошение  пока  невозможно,  необхо¬
димо  использовать  пар  для  выращивания  озимых  культур,  ко¬
торые  заканчивают  свою  вегетацию  в  первой  половине  лета,
когда  запасы  влаги  в  почве,  как  правило,  достаточны  для  нор¬
мального  роста  этих  культур.
 §  6.  Водный  режим  каштановых  почв
 В  зоне  каштановых  почв,  занимающих  водораздельные  по¬
верхности,  атмосферные  осадки  служат  единственным  источни¬
ком  воды  в  почве.  Среднее  годовое  количество  осадков  здесь
меньше  300  мм  (табл.  191,  М.  Узень).  Сухость  климата  этой
зоны  характеризуется  не  только  малым  количеством  осадков,
но  и  низкой  влажностью  воздуха  и  высокой  величиной  испаряе¬
мости.
 Таблица  191
 Коэффициент  климатического  увлажнения  каштановых  почв
 Месяцы
 климата
 I
 11
 Ill
 IV
 V
 VI
 VII
 VIII
 IX
 X
 XI
 XII
 Год
 •
 Осадки,  мм  .  .  .
 14,6
 10,6
 14,2
 24
 27
 33
 37
 24
 33
 29
 17
 20
 283
 Испаряемость,  мм
Коэффициент
 —
 —
 —
 53
 129
 175
 201
 168
 101
 49
 —
 —
 876
 климатического
 увлажнения  .  .
Относительная
 —
 —
 —
 0,45
 0,21
 0,19
 0,18
 0,14
 0,33
 0.59
 —
 —
 0,25
 влажность  воз¬
 духа  в  1  час.  дня
 —
 —
 —
 73
 57
 53
 49
 52
 61
 73
 —
 —
 —
 Количество  осадков  в  летний  период  явно  недостаточно  для
роста  растений.  Дефицит  летних  осадков  отчасти  пополняется
запасами  влаги,  накопленной  за  осенне-зимний  период.  В  неко-

ВОДНЫЙ  РЕЖИМ  КАШТАНОВЫХ  ПОЧВ
 797
 §  6]
 торые  годы  количество  осенних  и  зимних  осадков  так  мало,  что
оно  не  обеспечивает  своевременные  всходы  озимых  и  яровых
культур.
 В  условиях  недостаточного  естественного  увлажнения  почв
осенние  и  весенние  поливы  служат  средством  накопления  до¬
ступной  влаги  в  корнеобитаемом  слое  почвы  к  началу  веге¬
тации.
 Дефицит  влаги  в  летний  период  погашается  вегетационными
поливами.  В  первом  приближении  дефицит  влаги  может  быть
рассчитан  но  величине  запаса  воды,  доступной  растениям
в  корнеобитаемом  слое  в  начале  вегетации,  сумме  осадков  и
величине  испаряемости.  На  основе  этих  данных  можно  соста¬
вить  за  вегетационный  период  вероятный  водный  баланс  поля.
 В  табл.  192  приведен  вероятный  водный  баланс  темно-каш¬
тановой  почвы  под  яровой  пшеницей  (составлен  Б.  Н.  Мичури¬
ным  для  г.  Энгельса  Саратовской  обл.,  1954).
 Таблица  192
 Вероятный  водный  баланс  темно-каштановой  почвы  под  яровой
пшеницей  за  вегетационный  период  (мм  водного  слоя)
 Элементы  водного  баланса
 Май
 Июнь
 Июль
 Запас  воды,  доступной  растениям,  в  начале
месяца
 +120
 +  18
 0
 Осадки  за  месяц
 +  18
 +  33
 +  42
 Испаряемость
 —120
 —130
 —130
 Запас  воды,  доступной  растениям,  в  конце
месяца
 +  18
 —  80
 —  88
 Из  табл.  192  видно,  что  запас  воды,  доступной  растениям,
должен  исчерпаться  к  началу  июня,  т.  е.  для  рассматриваемых
условий  (г.  Энгельс)  —  к  фазе  трубкования  озимой  пшеницы.
Дефицит  влаги  для  этой  культуры,  вегетационный  период  кото¬
рой  заканчивается  в  июле,  составит  за  весь  период  168  мм.  Об¬
щая  норма  водопотребления  яровой  пшеницы  за  вегетационный
период  380  мм.
 Этот  прогноз,  выполненный  на  основе  знания  величины  испа¬
ряемости,  весенних  запасов  в  почве  воды,  доступной  растениям,
и  осадков  за  вегетационный  период,  носит  приближенный  ха¬
рактер.  В  основе  расчета  имеется  допущение,  что  потребность
растения  в  воде  всецело  определяется  метеорологическими
условиями.  Это  допущение  нуждается  в  экспериментальной  про¬
верке  путем  составления  истинного  водного  баланса  каштановых

798
 РАСПРЕДЕЛЕНИЕ  ТИПОВ  ВОДНОГО  РЕЖИМА  ПОЧВ
 |ГЛ.  V
 почв  под  культурными  растениями  в  условиях  естественного  и
неограниченного  увлажнения.
 В  табл.  193  приведен  баланс  влаги  в  темно-каштановой
почве  под  яровой  пшеницей  за  срок  4/V—2/VIII  1952  г.  (Энгельс-
ская  опытно-мелиоративная  станция,;  данные  Б.  Н.  Мичурина,
1954  г.).  Из  таблицы  видно,  что  глубина  промачивания  темно¬
каштановых  почв  атмосферными  осадками  составляет  около
 100—150  см,  в  связи  с  чем  эти
почвы  относятся  к  непромывному
типу  водного  режима.  Это  поло¬
жение  подтверждается  данными
распределения  легкорастворимых
солей  по  профилю  каштановой
почвы  (рис.  253,  А.  Ф.  Больша¬
ков  и  А.  А.  Роде,  1956).  Из
рис.  253  видно,  что  в  светло-каш¬
тановой  почве  максимум  содер¬
жания  легкорастворимых  солей
находится  на  глубине  около  2  м,
а  заметное  содержание  легкорас¬
творимых  солей  имеет  место  уже
на  глубине  1,0—1,5  м.  Очевидно,
что  максимальная  глубина  про¬
мачивания  светло-каштановой
почвы  колеблется  от  1  до  2  м
 20%  в  зависимости  от  изменения  ко¬
 Содержание  солей,
 Рис.  253.  Содержание  легкораство¬
римых  солей  и  весеннее  и  осен¬
нее  содержание  влаги  в  светло-
каштановой  почве.
 7—  максимальная  гигроскопичность;  2  —
влажность  осенью:  3—  влажность  весной;
4  —  содержание  солей.
 личества  годовых  осадков.
 Из  табл.  193  следует,  что  в
конце  вегетационного  периода
яровой  пшеницы  вода,  доступная
растениям,  оказалась  использо¬
ванной  полностью  в  пределах
Р/г-метровой  толщи  как  на  не¬
орошаемом  поле,  так  и  на  поле,
орошаемом  дождеванием.  Ве¬
личина  суммарного  испарения  на  неорошаемом  поле  составила
282  мм,  а  на  поле,  орошаемом  дождеванием,  446  мм.  Испаряе¬
мость  равна  520  мм,  относительное  испарение  0,9.
 В  табл.  194  приведены  данные  по  испарению  темно-каштано¬
вой  суглинистой  почвой  под  яровой  пшеницей  (Б.  Н.  Мичурин,
1954).
 Из  таблицы  следует,  что  на  поле  с  влагозарядкой  испа¬
рение  составляет  0,9  от  величины  испаряемости  за  фазы:  выход
в  трубку  —  молочная  спелость.  На  поле  без  орошения  испаре¬
ние  было  близко  к  величине  испаряемости  только  в  фазу  трубко-
вания;  вовремя  колошения  относительное  испарение  понизилось

Таблица  193 	***
 <т>
 Баланс  влаги  в  темно-каштановой  почве  под  яровой  пшеницей  за  срок  4/V—2/VII1  1952  г.
 Глубина,
 см
 Р.
 г/см1
 Влажность
 в  %
 от  объема
 Запас  влаги  в
 мм  водного  слоя
 е
 &
 X
 а
 с
 «
 £»
 X
 а
 с
 2
 ос
 г
 S
 •V
 н
 и
 cd
 о.
 ос
 СО
 X
 с
 н
 о
 о
 *=(
 Неоро¬
 шаемое
 поле
 Поле,
 орошае¬
 мое
 дожде¬
 ванием
 Н
 §а
 X
 о.
 с
 «
 В
 X
 о.
 с
 2
 ос
 X
 X
 <и
 н
 О
 со
 о.
 ос
 <0
 X
 X
 >>
 н
 и
 О
 Ч
 Неорошаемое  поле
 Поле,  орошаемое  дожде¬
ванием
 >
 >
 00“
 >
 >
 00“
 >
 >
 оо“
 л  1
«=с  ^
 1  5
 н
 X
 X
 ej
 cd
 и
 О
 «=*
 о
 X
 и
 Cd
 о.
 ЭХ
 X
 VO
 о
 >
 >
 оо“
 Si  1
 в?  w
 J-5
 X
 X
 *=t
 cd
 и
 О
 3
 ш
 X
 в;
 О
 Е
 «=(
 о
 X
 и
 cd
 О.
 эХ
 X
 VO
 О
 0—  50
 1,22
 30,0
 10,4
 19,6
 27,2
 10,8
 26,6
 9,6
 150
 55
 95
 136
 54
 —  82
 156
 —238
 133
 48
 —  84
 156
 140
 —380
 50—100
 1,42
 31,2
 12,2
 19,0
 20,8
 12,6
 21,2
 12,0
 156
 61
 95
 104
 63
 —  41
 —
 —  41
 101
 60
 —  46
 —
 —
 —  46
 100—150
 1,47
 31,0
 12,2
 18,8
 14,0
 13,4
 16,2
 12,2
 155
 61
 94
 70
 67
 —  3
 —
 —  3
 81
 61
 —  20
 —
 —
 —  20
 0—150
 461
 177
 284
 310
 184
 —126
 156
 —282
 315
 169
 150
 156
 140
 —446
 ВОДНЫЙ  РЕЖИМ  КАШТАНОВЫХ  почв 	799

800
 РАСПРЕДЕЛЕНИЕ  ТИПОВ  ВОДНОГО  РЕЖИМА  ПОЧВ
 [гл.  V
 до  0,52,  а  в  фазы  молочной  и  восковой  спелости  до  0,16
Поскольку  с  помощью  относительного  испарения  исключается
влияние  изменения  абсолютной  величины  испаряемости  со  вре¬
менем,  то  следует  сделать  вывод,  что  на  неорошаемом  поле,
начиная  с  фазы  колошения  и  до  конца  вегетации,  скорость
испарения  ограничивалась  низкой  влажностью  почвы,  в  то
время  как  на  орошаемом  поле  испарение  не  зависело  от  влаж¬
ности  почвы  и  определялось  величиной  испаряемости  и  потреб¬
ностями  растений  в  воде.  Это  положение  подтверждается  дан¬
ными  по  урожаю:  на  орошаемом  участке  урожай  яровой  пше¬
ницы  составил  37  ц/гау  а  на  неорошаемом  поле  19  ц/га.
 Таблица  194
 Испарение  из  темно-каштановой  суглинистой  почвы  под  яровой
пшеницей  (мм/сутки)
 Фазы  развития
 Неорошаемое  поле
 Поле  с  осенней
влагозарядкой
 Воднофизи¬
ческие  свой¬
ства  почв
 (0—100  см)
 1  Фактическое  испа-
|  рение  из  почвы
 Испаряемость
 Относительное
 испарение
 ?
 г*  8
>©  I
 с  1
 В  S
 Фактическое  испа¬
рение  из  почвы
 Испаряемость
 Относительное
 испарение
 в
 8
 wn  п
 з.  р
 со
 Всходы
 30—28
 2,3
 30-28
 2,5
 Кущение  ....
 28—26
 6,0
 28—26
 7,6
 Выход  в  трубку  .
 30—22
 6,2
 6,8
 0,90
 28—20
 7,7
 8,5
 0,90
 Колошение  .  .  .
 22—10
 3,3
 6,3
 0,52
 30—18
 7,8
 8,5
 0,92
 30
 16
 \  1
 Цветение  ....
 16—11
 2,0
 5,6
 0,36
 25—18
 7,8
 8,2
 0,93
 Молочная  спе¬
 лость
 11—10
 0,8
 5,0
 01,6
 26—18
 6,3
 7,2
 0,87
 Восковая  спелость
 11—10
 0,8
 5,0
 0,16
 16—11
 1,5
 5,0
 0,30
 1952  г.  для  условий  Заволжья  был  влажным  годом.  В  за¬
сушливый  1953  г.  водный  режим  почв  и  растений  носил  иной
характер.  В  табл.  195  приведен  баланс  влаги  в  темно-каштано¬
вой  почве  под  озимой  пшеницей  за  срок  18/IV—1/VIII  1953  г.
(К-  К.  Жученков,  1954;  Энгельсская  опытно-мелиоративная  стан¬
ция),  относящийся  к  различным  условиям  увлажнения  почвы:
поле  с  естественным  увлажнением,  с  влагозарядкой  и  с  влаго¬
зарядкой  и  вегетационными  поливами.  В  остро  засушливый  год
при  испарении  228  мм  получен  урожай  в  5,6  ц/га;,  при  испарении

Таблица  195
 Баланс  влаги  в  темно-каштановой  почве  под/озимой  пшеницей  за  срок  18/1V—1/V11I  —  1953  г.
 (в  мм  водного  слоя)
 Глубина,
 см
 Без  орошения
 Осенняя  влагозарядка  нормой
200  мм
 Осенняя  влагозарядка  нормой  200  мм
с  тремя  вегетационными  поливами
 Запас  воды,
доступной
растениям
 т±
 о;  ч
0.3
9.  vo
£  s
°  о.
С  с
 Я
 я
 «=*
 <0
 О
 о
 о
 X
 и
 СО
 о.
 эЯ
 я
 3
 VO
 О
 Запас  воды,
доступной
растениям
 Т±
 w  л
 К  Ч
 о-  з
 \о
й  я
 Е  с
 я
 я
 п
 со
 и
 о
 ч
 о
 X
 о
 СО
 Q.
 эЯ
 Я
 3
 О
 О
 Запас  воды,
доступной
растениям
 Т±
 W  jQ
05  Ч
О.  3
 II
 я
 я
 Bt
 СО
<J
 О
 -Э
 GQ
 Я
 ч
 о
 С
 о
 X
 и
 СО
 Q.
 5Я
 Я
 3
 о
 О
 >
 оо~
 >
 >
 00~
 >
 >
 оо"
 >
 0—  50
 75,5
 11,0
 —64
 114
 —179
 82
 15
 —  67
 114
 —181
 67
 53
 —14
 114
 289
 422
 50—100
 49,8
 0
 —49
 0
 49
 77
 0
 —  77
 0
 —  77
 64
 45
 —19
 0
 —
 —
 100—150
 0
 0
 0
 0
 0
 60
 18
 —  52
 0
 —  52
 66
 51
 —15
 0
 —
 —15
 150—200
 0
 0
 0
 0
 0
 38
 23
 —  15
 0
 —  15
 39
 34
 —  5
 0
 —
 —  5
 200—250
 0
 0
 0
 0
 0
 65
 84
 +  19
 0
 +  19
 67
 97
 +30
 0
 —
 +30
 250—300
 0
 0
 0
 0
 0
 0—100
 124
 и
 113
 114
 228
 159
 15
 —144
 114
 258
 131
 98
 —33
 114
 289
 403
 0—200
 124
 11
 113
 114
 228
 257
 56
 —211
 114
 325
 236
 183
 —53
 114
 289
 —456
 0—300
 124
 11
 113
 114
 228
 322
 —207
 114
 321
 303
 280
 —23
 114
 289
 —426
 </г>
 о>
 00
 о
 ВОДНЫЙ  РЕЖИМ  КАШТАНОВЫХ  ПОЧВ

РАСПРЕДЕЛЕНИЕ  ТИПОВ  ВОДНОГО  РЕЖИМА  ПОЧВ
 802
 Jr.'i.  V
 321  мм  урожай  10,4  ц/га  и  при  испарении  426  мм  урожай
 19,6 	ц/га.
 На  неорошаемом  участке  запасы  воды,  доступной  растениям,
к  концу  вегетационного  периода  были  исчерпаны  нацело  из
слоя  100  см  и  почти  нацело  на  поле  с  влагозарядкой  из  слоя
150  см.  На  поле  с  влагозарядкой  в  сочетании  с  тремя  вегета¬
ционными  поливами  запасы  воды,  доступной  растениям,  оста¬
вались  значительными  во  всей  3-метровой  толще  почвы.  На
поле  с  влагозарядкой  транспирация  ограничивалась  запасами
влаги  в  почве;  в  противном  случае  величина  потерь  воды  на
этом  поле  была  бы  близка  к  потерям  воды  на  поле  с  влагоза¬
рядкой  и  вегетационными  поливами.  В  то  же  время  влага,
аккумулированная  в  толще  глубже  2  ж,  осталась  на  поле
с  влагозарядкой  неиспользованной.  Этот  факт  является  след¬
ствием  высыхания  корнеобитаемого  слоя  до  влажности  завяда-
ния  и  явления  гистерезиса.  При  иссушении  почвы  величина
капиллярного  потенциала  больше,  чем  при  увлажнении  почвы,
в  результате  чего  влага  не  передвигается  из  влажного  ненасы¬
щенного  слоя  в  сухой  слой,  так  как  градиент  потенциала  на
границе  мокрого  и  сухого  слоя  направлен  от  сухого  к  влажному
слою.
 Из  рассмотренных  материалов  становится  ясным,  что  осен¬
ние  влагозарядковые  поливы  могут  служить  одним  из  основных
средств  накопления  влаги  в  почве  в  условиях  засушливых  об¬
ластей  Советского  Союза.  Норма  влагозарядковых  поливов
должна  зависеть  от  характера  предшествующей  и  последующей
культуры.  Так,  под  зерновыми  культурами  почва  иссушается
до  глубины  1,5—2,0  му  поэтому  норма  влагозарядки  под  эти
культуры  вместе  с  осенне-зимне-весенними  осадками  должна
быть  близкой  к  запасу  воды,  доступной  растениям,  в  2-метровом
слое  почвы.  Под  многолетними  травами  почва  иссушается  до
глубины  3—4  м.  Влагозарядка  под  эти  культуры  в  сумме
с  осенне-зимне-весенними  осадками  должна  быть  близкой  к  за¬
пасу  воды%,  доступной  растениям,  в  3—4-метровом  слое.
 §  7.  Водный  режим  сероземных  почв
 Почвы  сероземного  типа  распространены  в  пределах  терри¬
тории  СССР,  Средней  Азии,  Закавказья  и  занимают  здесь  пред¬
горные  лёссовые  равнины.  Водный  режим  сероземов  опреде¬
ляется  в  первую  очередь  климатическими  условиями,  с  одной
стороны,  и  физическими  свойствами  лёссов,  на  которых  развита
подавляющая  часть  сероземных  почв,  с  другой.  Климатические
условия  увлажнения  сероземов  характеризуются  табл.  196
(Б.  В.  Горбунов,  1942).

ВОДНЫЙ  РЕЖИМ  СЕРОЗЕМНЫХ  ПОЧВ
 803
 §  7]
 Из  табл.  196  видно,  что  преобладающая  часть  годовых  осад¬
ков  (200—250  мм)  выпадает  в  прохладное  время  года.  В  лет¬
ний  период  количество  осадков  ничтожно,  а  в  некоторые  ме¬
сяцы  этого  периода  они  практически  отсутствуют.  Среднее  го¬
довое  количество  осадков  колеблется  от  200  до  400  мм,  при
величине  испаряемости  1000—1500  мм  в  год.
 Таблица  196
 Климатические  условия  в  зоне  сероземов
 Метеорологиче¬
ские  элементы
 Месяцы
 I
 II
 III
 IV
 V
 VI
 VII
 VIII
 IX
 X
 XI
 XII
 Ташкент:  41°20'  с.  ш.,  64°18'  в.  д.
 г°с
 —1,3
 1,4
 7,7
 14,3
 19,9
 24,7
 26,8
 24,6
 19,1
 12,1
 7,0
 2,5
 13,2
 Осадки,  мм  .  .  .
 45
 37
 63
 51
 29
 12
 3
 1
 5
 26
 34
 42
 348
 Испаряемость,  мм
 61
 69
 119
 172
 257
 238
 170
 104
 33
 1025
 Влажность  воз¬
 духа,  %  .  .  .  .
 74
 70
 64
 64
 56
 47
 46
 47
 50
 61
 68
 72
 60
 Коэффициент
 климатического
 увлажнения  .  .
 0,97
 0,74
 0,24
 0,08
 0,01
 0,04
 0,03
 0,25
 1,0
 —
 —
 Туркестан:  43°18'  с.
 ш.,
 68°17'  в.
 д.
 ГС
 —6
 -2,9
 5,6
 14,0
 20,8
 25,8
 28,2
 26,2
 19,6
 20,7
 3,8
 —1,1
 12,1
 Осадки,  мм  .  .  .
 24
 16
 30
 22
 17
 7
 2
 2
 3
 7
 18
 27
 175
 Влажность  воз¬
 духа,  ?б  ...  .
 85
 79
 73
 72
 47
 41
 39
 37
 44
 59
 71
 82
 60
 Вследствие  кратковременного  и  неглубокого  промерзания
почвы  (в  январе  до  глубины  10—20  см)  и  высокой  водопрони¬
цаемости  лёссовых  пород  весенний  сток  здесь  почти1  отсутствует,
и  вся  вода  зимне-весенних  осадков  впитывается  в  почву.  В  этот
период  промачивание  почвы  достигает  наибольшей  глубины.  На
рис.  254  (Б.  В.  Горбунов,  1942)  показано  распределение  легко¬
растворимых  солей  (ионов  С1~  и  SO--)  *по  .профилю  типичного
и  светлого  серозема.  Глубина  промачивания  серозема  дости¬
гает  здесь  2—3  м.
 Воднофизические  свойства  сероземов  характеризуются  дан¬
ными  табл.  197  (А.  Ф.  Большаков,  1950).
 На  использовании  естественного  увлажнения  сероземов  осно¬
вано  богарное,  т.  е.  неполивное,  земледелие.  Успех  земледелия
в  богарных  условиях  зависит  от  .подбора  сельскохозяйствен¬
ных  культур.  Наиболее  широко  распространенной  культурой

804 	РАСПРЕДЕЛЕНИЕ  ТИПОВ  ВОДНОГО  РЕЖИМА  ПОЧВ 	[ГЛ.  V
 Таблица  197
 Воднофизические  свойства  типичного  серозема
 Г  лубина,
см
 d
 г!см*
 Р
 г/см*
 Р
 w  .  %
 ^м.г*  0
 ^3
 »  %
 wa
 ,  %
 ОТ
 веса
 от
 объема
 от
 веса
 от
 объема
 от
 веса
 от
 объема
 0—  50
 2,66
 1,34
 49,5
 4,9
 6,6
 6,9
 9,2
 18,4
 24,6
 50—100
 2,68
 1,38
 48,4
 5,0
 5,9
 6,6
 9,1
 17,4
 24,0
 100—150
 2,68
 1,35
 49,4
 5,0
 6,8
 6,1
 8,2
 17,6
 23,8
 150—200
 2,69
 1,37
 49,0
 5,9
 8,1
 8,1
 11,1
 18,6
 25,5
 200—250
 2,70
 1,37
 49,0
 5,2
 7,1
 8,1
 11,1
 16,3
 22,4
 250—300
 2,71
 1,43
 47,2
 4,2
 6,0
 6,6
 9,4
 —
 —
 богарного  земледелия  является  озимая  пшеница.  Опытными
станциями  на  основе  исследования  водного  баланса  разрабаты¬
вается  агротехника,  позволяющая  в  условиях  неорошаемого
 земледелия  получать  на  серозем¬
ных  почвах  высокие  урожаи.
 В  табл.  198  приведены  данные
баланса  воды  в  сероземных  поч¬
вах  Ташкентского  района  (по
Милютинской  опытной  станции)
под  черным  паром  и  под  пшени¬
цей  за  1943  г.  в  условиях  есте¬
ственного  увлажнения  (данные
А.  А.  Роде  и  А.  Ф.  Большакова,
1947).  Из  таблицы  видно,  что
мощность  слоя,  в  котором  про¬
исходят  естественные  изменения
в  содержании  влаги,  достигает
как  под  паром,  так  и  под  пшени¬
цей  глубины  3  м.  По  интенсив¬
ности  влагооборота  эта  толща
разделяется  на  две  части:  верх¬
нюю  Р/г-метровую  толщу,  где
осуществляется  влагооборот  по¬
давляющей  части  атмосферных  осадков,  и  нижнюю  Р/2-метро-
вую  толщу,  куда  влага  просачивается  под  влиянием  градиента
капиллярных  сил.  Последний  направлен  всегда  в  холодную
сторону.
 Глубже  2—3  м  влажность  неполивных  сероземов  в  течение
года  постоянна  и  не  превышает  10—11%,  т.  е.  величины  влаж¬
ности  завядания.  Из  табл.  198  следует,  что  водный  режим  серо¬
земов  —  непромывного  типа.
 мг-экВ
 Рис.  254.  Распределение  легко¬
растворимых  солей  по  профилю
светлого  (а)  и  типичного  (6)
серозема.
 1  —  ионы  SO  7
 2—  ноны  СГ

ВОДНЫЙ  РЕЖИМ  СЕРОЗЕМНЫХ  ПОЧВ
 805
 §  7]
 Ход  изменения  влажности  неполивной  сероземной  почвы
в  течение  летнего  периода  под  паром  и  под  озимой  пшеницей
характеризуется  следующими  особенностями.
 Таблица  198
 Баланс  влаги  в  сероземной  почве  под  паром  и  под  пшеницей
(мм  водного  слоя)
 Поле
 Г  лубина,
см
 Запас
 влаги
 Прибыль  (-)-),
убыль  (—)
 Запас
влаги  при
 Г  лубина,
см
 Запас
 влаги
 Прибыль  (-(-),
убыль  (—)
 >
 аГ
 X
 8
 в
 В
 п
 В
 >
 со
 X
 $
 0—  50
 92
 60
 —32
 0—  50
 123
 60
 +  63
 121
 461
 50—100
 102
 74
 —28
 100—150
 92
 70
 —22
 Под
 черным
 50—100
 128
 74
 —  54
 121
 471
 150—200
 66
 80
 +14
 паром
 100—150
 62
 70
 +  8
 116
 42
 200—250
 55
 69
 +14
 Итого
 313
 204
 —109
 358
 135
 250—300
 51
 46
 —  5
 (
 0—  50
 97
 47
 —50
 0—  50
 134
 47
 87
 121
 461
 50—100
 111
 52
 —59
 100—150
 100
 50
 —50
 Под
 50—100
 123
 52
 71
 121
 47  {
 150—200
 89
 76
 —13
 пшеницей
 100—150
 70
 50
 20
 116
 42
 200—250
 69
 67
 —  2
 Итого
 327
 149
 178
 358
 135
 250—300
 55
 46
 —  9
 Весною  влажность  сероземной  почвы  на  пару  и  под  пшени¬
цей  в  пределах  промоченного  слоя  (100—150  см)  близка  к  поле¬
вой  влагоемкости.  Осенью  влажность  почвы  под  пшеницей  сни¬
жается  до  величины  влажности  завядания.  Под  черным  паром
сероземы  в  течение  лета  также  теряют  большое  количество
влаги  путем  испарения,  однако  значительно  меньше,  чем  серо¬
земы  под  озимой  пшеницей.  При  условии  борьбы  с  сорной
растительностью  и  защиты  поля  от  ветров  при  помощи  кулис,
черный  пар  служит  средством  сбережения  влаги.  Паровое  поле
дает  около  70  мм  воды,  доступной  растению.  Это  количество
влаги  обеспечивает  успешное  прорастание  семян  и  хорошее
развитие  корневой  системы,  а  в  сумме  с  осадками  в  холодный
период  последующего  года  (в  среднем  200—250  мм)  обеспечи¬
вает  выращивание  озимой  пшеницы  и  получение  урожая

806 	РАСПРЕДЕЛЕНИЕ  ТИПОВ  ВОДНОГО  РЕЖИМА  ПОЧВ 	[гл.  V
 в  15—20  ц/га.  Наступление  летнего  дефицита  влаги  в  почве
совпадает  с  периодом  созревания  озимой  пшеницы,  когда  по¬
требность  растения  в  воде  резко  падает.
 Культуры  с  длительным  вегетационным  периодом  могут
быть  выращены  на  сероземных  почвах  только  в  условиях  земле¬
делия  с  развитым  орошением.  В  условиях  орошаемого  земле¬
делия  на  сероземных  почвах  возделывается  главным  образом
хлопчатник.  Эта  культура  имеет  продолжительный  вегетацион¬
ный  период  (март—октябрь)  и  нуждается  в  интенсивном  оро¬
шении.  Для  установления  принципов  режима  орошения  хлоп¬
чатника  и  других  культур,  нуждающихся  в  орошении,  необхо¬
димо  знать  дефицит  влаги  в  почве,  который  не  восполняется
осенне-зимне-весенними  осадками,  знать  нормы  и  сроки  по¬
ливов.
 Для  решения  этих  вопросов  необходимо  знать  запасы
в  почве  воды,  доступной  растениям,  и  потребность  растений
в  воде  за  любой  интервал  времени,  что  требует  исследования
водного  баланса  в  условиях  неограниченного  увлажнения  почвы
путем  орошения.  Под  неограниченным  увлажнением  понимают
поддержание  в  почве  такого  уровня  влажности,  при  котором
скорость  транспирации  не  ограничивается  подвижностью  влаги
в  почве.  По  данным  С.  Н.  Рыжова  (1948),  для  сероземных  почв
нижний  предел  влажности,  при  котором  хлопчатник  еще  не
испытывает  недостатка  во  влаге,  равен  70%  от  полевой  влаго-
ем  кости.
 В  табл.  199  приведены  данные  водного  баланса  хлопкового
поля  (Ак-Кавакская  опытная  станция;  Е.  Г.  Петров,  1931).
 Таблица  199
 Баланс  влаги  в  сероземной  почве  под  хлопчатником
за  срок  12/V—20/Х  1931  г.  (мм  водного  слоя)
 Испаряющий  слой
 в  день  по-  со
сева  12/V  §
 •  В5
 п
 в  день  ю
окончания  g
вегетации  3
24/X
 Потеря  влаги
почвой
 Осадки
12/V—24/X
 Поливная
 вода
 Общий  расход
воды  почвой
12/V—24/X
 Урожай
сырца,  ц/га
 0—100  см  ...  .
 246
 140
 106
 41
 490
 637
 Ч  QQ  О
 0—180  см  ...  .
 453
 298
 155
 41
 490
 686
 /  00,1
 Лизиметры-испа¬
 рители  ....
 —
 —
 —
 —
 —
 666
 Испаряемость  .  .
 —
 —
 —
 —
 —
 991

§  7] 	ВОДНЫЙ  РЕЖИМ  СЕРОЗЕМНЫХ  почв 	807
 Из  табл.  199  видно,  что  потери  на  просачивание  из  слоя
0—180  см  имели  место  и  составляли  около  5%,;  просачивание
за  пределы  слоя  0—180  см  не  происходило;  что  подтверждается
сравнением  величин  расхода  воды  слоем  0—180  см  почвы  и
лизиметром-испарителем.
 Расход  воды  на  транспирацию  составляет,  по  данным
Е.  Г.  Петрова,  около  63%  и  на  испарение  с  почвы  37%  от  об¬
щего  расхода.  Расход  воды  полем  хлопчатника  за  вегетацион¬
ный  период  составил  689  мм,  в  том  числе:  до  цветения
(11/V—14/VII)  —  186  мм,  или  2,9  мм/сутки,  в  фазу  цветения
(15/VII—14/IX)  —396  мм,  или  8,0  мм/сутки,  в  фазу  созревания
(15/IX—24/Х)  —  102  мм,  или  2,5  мм/сутки.
 Испаряемость  за  фазу  цветения  по  средним  многолетним
данным  (табл.  196)  равна  538  мм.  Испарение,  равное  за  этот
период  396  мм,  составляет  0,74  от  величины  испаряемости,  а  за
период  до  цветения  и  после  созревания  относительное  испаре¬
ние  падает  до  0,3.  Поскольку  в  опытах,  выполненных  в  лизи¬
метрах,  недостатка  влаги  в  почве  не  было,  можно  считать,  что
максимум  испарения  полем  хлопчатника  составляет  0,7—0,8  от
величины  испаряемости.
 В  табл.  200  приведены  данные  по  испарению  из  сероземной
почвы  под  хлопчатником  за  17/IV—3/VIII  1950  г.  (совхоз  «На-
рын»,  Узбекской  ССР;  Б.  Н.  Мичурин).
 Таблица  200
 Испарение  из  сероземной  почвы  под  хлопчатником
за  17/IV—3/V1II  1950  г.
 Фазы  развития
 Время
 Испарение,
 мм/сутки
 Испаряемость,
 мм/сутки
 Относительное
 испарение
 29/IV—23/V
 2
 5,7
 0,33
 До  цветения
 31/V  —10/VI
 6,5
 6,7
 0,97
 16/VI—6/VII
 8,0
 8,5
 0,94
 9—19/VII
 7.8
 8,3
 0,94
 Цветение
 24/VII—3/V  III
 8,0
 8,2
 0,97
 Из  табл.  200  видно,  что  испарение  в  начале  вегетации  хлоп¬
чатника  составляло  2  мм/сутки,  в  фазу  цветения  и  созревания
оно  колебалось  от  6  до  9  мм/сутки,  что  было  близко  к  величине
испаряемости.  Если  учесть,  что  наиболее  интенсивно  накопле¬
ние  хлопчатником  органической  массы  происходит  в  фазу  цве¬
тения,  то  можно  сказать,  что  максимум  роста  хлопчатника  со¬
провождается  максимальной  транспирацией,  величина  которой

808
 РАСПРЕДЕЛЕНИЕ  ТИПОВ  ВОДНОГО  РЕЖИМА  ПОЧВ
 [гл.  V
 близка  к  испаряемости.  Отсюда  следует  вывод,  что  в  условиях
неограниченного  увлажнения,  которое  достигается  путем  под¬
держания  поливами  влажности  почвы  выше  70%  от  полевой
влагоемкости,  потребность  в  воде  хлопчатника  определяется
величиной  испаряемости,  по  крайней  мере,  в  фазу  цветения  и
созревания.  Транспирация  ограничивается  самим  растением
в  начале  вегетационного  периода  вследствие  слабого  развития
и  в  конце  вегетационного  периода  в  связи  с  отмиранием  листо¬
вой  поверхности,;  в  эти  фазы  транспирация  не  пропорциональна
испаряемости.

ГЛАВ  А  VI
 ПРИНЦИПЫ  РЕГУЛИРОВАНИЯ  ВОДНОГО  РЕЖИМА  ПОЧВ
 §  1.  Общие  сведения
 Деятельность  человека  представляет  мощный  фактор  изме¬
нения  водного  режима  почв.  Большую  роль  в  этом  играют
мероприятия  по  уменьшению  поверхностного  стока,  улучшению
физических  и  водных  свойств  почв,  орошению,  осушению,  обле¬
сению  и  обработке  почв.  Все  эти  мероприятия  направлены
в  первую  очередь  на  то,  чтобы  изменить  водный  режим  почв
в  целях  обеспечения  их  влагой,  необходимой  для  развития
растений.
 Осуществление  этих  мероприятий  не  всегда  приводит  к  поло¬
жительным  результатам.  Например,  длительное  орошение  без.
строгого  учета  потребности  растений  в  воде  и  водных  свойств
почв  в  ряде  случаев  приводит  к  заболачиванию  территории.
Слишком  глубокое  понижение  уровня  грунтовых  вод  путем
устройства  дренажных  канав  влечет  за  собой  превращение  из¬
быточно  увлажняемой  территории  в  недостаточно  увлажненную.
Распахивание  приводит,  в  известных  условиях,  к  ускоренной
эрозии  почв  и  превращению  их  в  бесплодные.
 Чтобы  избежать  такого  рода  последствий,  необходимо  знать
принципы,  на  основе  которых  можно  обеспечить  почву  влагой,
потребной  для  развития  растений.
 Перенос  влаги  в  почве  осуществляется  посредством  многих
физических  факторов.  Поэтому  активное  воздействие  на  физи¬
ческие  условия  произрастания  растений  возможно  лишь  на
основе  знания  связи  процессов  переноса  влаги  в  почве  с  обусла¬
вливающими  физическими  факторами  внешней  среды  и  с  физи¬
ческими  условиями  в  самой  почве.  На  основе  этой  связи  нужно
разработать  агротехнические  приемы  и  установить  климатиче¬
ские  и  почвенные  границы  применимости  этих  приемов
(А.  Ф  Иоффе,  1957).
 Связь  процессов  переноса  воды  в  почве  с  обуславливающими
физическими  факторами  устанавливается  на  основе  следующих
принципов:  1)  принципа  зональности  факторов  водного  режима
почв,  2)  принципа  капиллярности,  3)  принципа  транспирации.

810
 ПРИНЦИП  РЕГУЛИРОВАНИЯ  ВОДНОГО  РЕЖИМА  ПОЧВ
 [гл.  VI
 §  2.  Принцип  зональности  факторов  водного  режима  почв
 Теория  и  практика  регулирования  влаги  в  почве  должна
находиться  в  соответствии  с  климатическими  и  почвенными
условиями  данной  местности,  а  также  с  потребностями  данной
культуры  в  воде.
 Новым  достижением  агрономической  физики  является  общий
для  всех  растений  факт,  что  рост  и  урожай  их  зависят  не
столько  от  скорости  поступления  воды  из  почвы  в  корни  расте¬
ний  и  скорости  транспирации,  взятых  в  отдельности,  сколько  от
соотношения  этих  величин,  определяющего  водный  баланс
растений.  От  водного  баланса  зависит  насыщение  растения  во¬
дой,  температура  растений  и,  тем  самым,  интенсивность  про¬
цесса  фотосинтеза.
 Условия  увлажнения  почв  и  растений  могут  быть  охаракте¬
ризованы  в  первом  приближении  отношением  осадков  к  испа¬
ряемости.  Коэффициент  климатического  увлажнения  для  райо¬
нов  нечерноземной  зоны  более  единицы;  для  северных  районов
черноземной  зоны  он  близок  к  единице,;  для  южных  районов
черноземной,  для  каштановой  и  сероземной  зоны  этот  коэффи¬
циент  меньше  единицы.
 Отмеченный  факт  может  быть  положен  в  основу  регулиро¬
вания  водного  режима  почв  во  всех  зонах.
 В  естественных  условиях  отношение  осадков  к  испарению,
близкое  к  единице,  обеспечивает  равенство  скорости  притока
воды  из  почвы  в  растение  и  оттока  воды  из  растения  в  атмо¬
сферу  путем  испарения  и  определяет  высокую  продуктивность
земледелия  в  этих  районах.
 При  помощи  дренажа  на  севере  и  орошения  на  юге  можно
достигнуть  того,  что  отношение  осадков  к  испарению  станет
близким  к  единице  и  в  природных  зонах,  куда  влага  и  тепло
поступают  не  в  эквивалентных  отношениях.
 Орошение  дает  возможность  дополнить  количество  воды,
получаемое  почвой  от  естественных  осадков,  с  целью  обеспечить
максимальную  транспирацию.  Для  этого  необходимо,  чтобы  за
любой  интервал  времени  количество  подвижной  воды,  содержа¬
щейся  в  почве  вместе  с  выпадающими  осадками,  было  равно
или  больше  максимальной  величины  транспирации.  Количество
оросительной  воды  в  первом  приближении  равно  испаряемости
минус  весенние  запасы  доступной  влаги  в  почве  вместе  с  лет¬
ними  осадками.  Искусственное  осушение  дает  возможность
сбросить  путем  применения  дренажа  ту  часть  естественных
осадков,  которая  не  может  быть  использована  при  возделыва¬
нии  культур.  Количество  дренируемой  влаги,  в  первом  прибли¬
жений  можно  рассчитать  по  разности  между  количеством  осад¬
ков  и  годовой  величиной  максимального  испарения.

ПРИНЦИП  КАПИЛЛЯРНОСТИ
 811
 §  3]
 §  3.  Принцип  капиллярности
 Почва  представляет  собой  систему,  которая  связывает  воду
и  изменяет  ее  свойства.  Во  время  смачивания  почвы  происходит
уменьшение  объема  воды,  влекущее  за  собой  ее  уплотнение,  ко¬
торое  возрастает  с  приближением  водных  слоев  к  твердой
стенке.  Уплотнение  воды  сопровождается  выделением  теплоты
смачивания,  уменьшения  подвижности  и  повышением  вяз¬
кости  воды.  Наконец,  смачивание  стенок  пор  обуславливает
явление  капиллярности,  т.  е.  способность  почвы  капиллярно
поднимать  воду  на  некоторую  высоту  и  удерживать  эту  воду
против  силы  тяжести.
 Почвенная  влага,  доступная  для  растений,  передвигается
преимущественно  под  влиянием  градиента  капиллярного  потен¬
циала.  Капиллярный  поток  влаги  в  почве  равен  произведению
градиента  капиллярного  потенциала  на  влагопроводимость.  Обе
величины  зависят  от  влажности  и  плотности  почвы.  По  мере
уменьшения  влажности  почвы  градиент  потенциала  возрастает,
а  влагопроводимость  убывает,  вследствие  чего  их  произведение
(поток)  длительное  время  сохраняется  постоянным.
 После  достижения  почвой  некоторой  критической  влажности
влагопроводимость  ее  начинает  быстро  убывать.  Критическая
влажность,  при  которой  резко  убывает  скорость  потока,  зависит
от  механического  состава  почвы,  ее  структуры  и  плотности  сло¬
жения  и  других  факторов,  влияющих  на  величину  сорбционных
и  капиллярных  сил  почвы.  В  почвах  с  развитой  макрострукту¬
рой,  имеющих  плотность  1—1,2  г/см3,  критическая  влажность,
при  которой  прекращается  капиллярное  передвижение  влаги  от
слоя  к  слою,  составляет  90—95%  от  полевой  влагоемкости.
В  почвах  и  грунтах  микроструктурных  (лёссах  и  лёссовид
ных  суглинках),  характеризующихся  обычно  плотностью
1,4—1,6  г/см3,  критическая  влажность  для  переноса  влаги
в  жидком  виде  равна  60—70%  от  полевой  влагоемкости.
В  бесструктурных  почвах  и  грунтах  тяжелого  механического
состава,  имеющих  плотность  2  г/см3,  критическая  влажность  для
переноса  влаги  в  жидком  виде  практически  близка  к  полной
влагоемкости,  но  скорость  передвижения  этой  влаги  ничтожно
мала.
 Критическая  влажность  почвы  —  понятие,  имеющее  большое
практическое  значение.  Из  него  можно  вывести  много  важных
следствий.  Оно  лежит  в  основе  агротехнических  приемов,  на¬
правленных  на  изменение  плотности  почвы.
 Рыхление  почвы  плугом,  дисками,  бороною  повышает  крити¬
ческую  влажность,  при  которой  нарушается  капиллярная  связь
воды  рыхлого  слоя  с  нижележащим  более  плотным  слоем.  Этот
прием  способствует  сохранению  влаги  в  почве  и  носит  название

812 	ПРИНЦИП  РЕГУЛИРОВАНИЯ  ВОДНОГО  РЕЖИМА  почв  [гл.  VI
 приема  закрытия  влаги.  Уплотнение  почвы  естественное  или
с  помощью  катков,  наоборот,  понижает  влажность,  при  которой
наступает  прекращение  потока  жидкой  влаги.  Кроме  того,
уплотнение  поверхности  почвы  создает  градиент  плотности  в  па¬
хотном  слое,  являющийся  фактором  усиления  процесса  конден¬
сации.  Оба  эти  явления,  вызванные  уплотнением  верхнего  слоя
почвы,  позволяют  обеспечить  прорастание  семян  и  потребность
растений  в  воде  в  ранне-весенний  период  за  счет  подтока  влаги
из  нижележащих  слоев,  если  осадков  выпадает  меньше,  чем
потери  почвой  на  испарение.
 Влажность  почвы  является  важным  фактором  жизни  расте¬
ний.  Параметры,  с  которыми  связаны  процессы  транспирации
и  роста  растений  —  это  содержание  воды  в  почве  и  потенциал
влаги,  определяющие  подвижность  воды  и  ее  доступность  для
растений.
 Многочисленными  опытами  установлена  тесная  связь  водных
свойств  почв  с  их  истинной  и  структурной  дисперсностью,
а  также  с  плотностью  сложения.  Количество  сорбционносвязан¬
ной  воды  пропорционально  внутренней  поверхности  почвы,  т.  е.
степени  дисперсности  почвенных  частиц.  Количество  капил¬
лярносвязанной  воды,  при  данном  механическом  составе,  про¬
порционально  степени  агрегирования  почвенных  частиц.  Как
механические  частицы,  так  и  их  агрегаты  упаковываются  в  поч¬
вах  максимально  плотно,  т.  е.  в  гексагональной  системе.  Круп¬
ные  агрегаты  состоят  из  более  мелких  и  поэтому  с  уменьшением
размеров  агрегатов  плотность  их  возрастает,  а  пористость  па¬
дает.  При  этом  связь  воды  с  почвенными  частицами  в  пределах
суглинистых  и  глинистых  почв  и  грунтов  подчиняется  следую¬
щим  закономерностям.
 1. 	С  уменьшением  плотности  почвенных  агрегатов  и  почв
в  целом  полевая  влагоемкость  их  возрастает  таким  образом,
что  произведение  полевой  влагоемкости  на  плотность  сохра¬
няется  постоянным.  В  единице  объема  многих  почв  и  грунтов
суглинистого  и  глинистого  механического  состава  при  разной  их
плотности  абсолютные  запаек  воды,  соответствующие  полевой
влагоемкости,  одинаковы.  Это—условие  равновесного  распре¬
деления  влаги  в  почве.
 2. 	Абсолютные  запасы  воды  при  влажности  устойчивого  за-
вядания  пропорциональны  степени  истинной  дисперсности;  при
данном  механическом  составе  они  обратно  пропорциональны
количеству  почвы  в  единице  объема,  т.  е.  ее  плотности.
 3. 	Абсолютные  запасы  доступной  растениям  влаги  воз¬
растают  по  мере  увеличения  степени  агрегирования  почвенных
частиц,  т.  е.  с  уменьшением  плотности  почвы.
 Рассмотренные  закономерности  связи  воды  с  почвой  лежат
в  основе  многих  агротехнических  приемов.  В  случае  разруше¬

ПРИНЦИП  ТРАНСПИРАЦИИ
 813
 §  4]
 ния  почвенных  агрегатов  в  ходе  почвообразования  и  в  резуль¬
тате  сельскохозяйственной  деятельности  человека  происходит
уплотнение  почвы  и  относительное  возрастание  в  ней  количе¬
ства  сорбционносвязанной  воды.
 В  бесструктурных  поч-вах  и  грунтах  с  плотностью,  близкой
к  2  г/см3  (иллювиальные  горизонты  подзолистых  почв  и  солон¬
цов,  глеевые  горизонты  заболоченных  почв),  почти  вся  влага
находится  в  сфере  действия  сорбционных  сил  и  недоступна  для
растений.
 Рыхление  почвы  плугом  и  другими  орудиями  повышает  со¬
держание  доступной  влаги  в  единице  объема  почвы  за  счет  со¬
ответствующего  уменьшения  количества  недоступной  влаги.
Обработками  нельзя  увеличить  абсолютные  запасы  воды
в  почве,  так  как  в  равных  объемах  одной  и  той  же  почвы  с  раз¬
личной  плотностью  абсолютные  количества  воды  при  полевой
влагоемкости  одинаковы.
 Рыхление  иллювиальных  горизонтов  подзолистых  почв  и  со¬
лонцов  при  помощи  механических  обработок  улучшает  вре¬
менно  воздушный  режим,  но  мало  изменяет  подвижность
внутриагрегатной  воды,  так  как  плотность  агрегатов  остается
близкой  к  2  г/см3.  Для  коренного  улучшения  водных  свойств
этих  почв  необходимо  создание  водопрочной  структуры  в  па¬
хотном  слое  путем  внесения  удобрения,  известкования  и  траво¬
сеяния.
 §  4.  Принцип  транспирации
 Принцип  связывает  течение  процесса  транспирации  с  внеш¬
ними  физическими  факторами  и  физическими  условиями
в  почве.  Связь  эта  выражается  тремя  соотношениями.
 1. 	При  влажности  почвы  выше  полевой  влагоемкости  транс¬
пирация  и  рост  замедляются  из-за  недостатка  кислорода,  так
как  поры,  заполненные  воздухом,  представляют  собою  в  этом
случае  преимущественно  изолированные  воздушные  пузырьки,
неспособные  к  обмену  с  приземным  слоем  воздуха.
 2. 	При  полевой  влагоемкости  почвенная  влага  и  почвенный
воздух  являются  в  отдельности  непрерывными,  и  транспирация
достигает  своего  максимума.  Уменьшение  влажности  почвы
в  интервале  от  полевой  влагоемкости  до  некоторой  критической
точки  не  влияет  на  скорость  транспирации.  Поток  транспирации
в  этом  интервале  изменения  влажности  почвы  сохраняется  про¬
порциональным  внешним  физическим  факторам  (дефициту
влажности  воздуха,  радиационному  балансу),  что  обеспечивает
максимальный  рост  и  урожай  сельскохозяйственных  культур.
 3. 	Начиная  с  некоторой  критической  точки  транспирация
резко  замедляется  и  это  замедление  становится  пропорциональ¬
ным  содержанию  доступной  влаги  в  почве.  Численное  значение

814 	ПРИНЦИП  РЕГУЛИРОВАНИЯ  ВОДНОГО  РЕЖИМА  почв  [гл.  VI
 критической  точки,  в  которой  происходит  резкий  перелом  ско¬
рости  транспирации,  соответствует  для  тонкозернистых  почв
среднему  значению  влажности  между  полевой  влагоемкосгью  и
влажностью  полного  завядания.  Эта  критическая  точка  назы¬
вается  влажностью  замедления  транспирации  и  роста,  так  как
ниже  ее  замедление  потока  транспирации  сопровождается  за¬
медлением  роста  растений.
 Из  этих  фактов  вытекает  ряд  важных  для  практики  сель¬
ского  хозяйства  следствий.
 1. 	Поддержание  влажности  почвы  выше  среднего  значения
между  полевой  влагоемкостью  и  влажностью  завядания  есть
необходимое  условие,  обеспечивающее  максимальную  транспи¬
рацию,  максимальный  рост  и  урожай  сельскохозяйственных
культур.
 2. 	Максимальная  потребность  растений  в  воде  может  быть
вычислена  по  величине  испаряемости,  мерой  которой  могут  слу¬
жить  рациональный  показатель  испаряемости,  дефицит  влаж¬
ности  воздуха,  испарение  с  водной  поверхности  и  другие  пока¬
затели.
 3. 	Там,  где  есть  возможность  орошать,  оросительная  норма
может  быть  вычислена  по  разности  между  величиной  испарения
и  весенними  запасами  влаги  в  корнеобитаемом  слое  вместе
с  эффективными  летними  осадками.
 4. 	Там,  где  орошение  пока  невозможно  и  влажность  почвы
в  течение  вегетационного  периода  опускается  ниже  критической
для  транспирации,  ищут  пути  уменьшения  величины  испарения
и  повышения  скорости  конденсации  при  помощи  разного  рода
мелиоративных  приемов.  Сюда  относится  устройство  кулис  и
лесополос,  уменьшающих  скорость  ветра,  а  тем  самым  и  вели¬
чину  испарения.  Для  повышения  скорости  конденсации  создают
в  верхнем  слое  почвы  слои  с  разной  плотностью  при  помощи
сочетания  приемов  рыхления  почвы  с  прикатыванием  или  вво¬
дят  в  почву  гигроскопические  вещества  в  виде  крупных  органо¬
минеральных  гранул  (Ф.  Е.  Колясев,  1938—1956).
 5. 	Там,  где  требуется  осушение,  норма  осушения  может  быть
определена  по  разности  между  годовым  количеством  осадков  и
величиной  испарения,  вычисленной  по  климатическим  данным.
 ЛИТЕРАТУРА
 Абрамова  М.  М.  Труды  почвенного  и-та  АН  СССР,  т.  41,  1953.
 Абрамова  М.  М.,  Большаков  А.  Ф.,  Орешкина  Н.  С.  и
Роде  А.  А.  Почвоведение,  №  2,  1956.
 А  в  гуль  Н.  Н.,  Джигит  О.  М.,  Древинг  П.  А.,  Гурьев  М.  В.,
Киселев  А.  В.,  Лихачева  О.  А.  ДАН  СССР,  т.  77,  77—81,  1951.
 Адам  Н.  К.  Физика  и  химия  поверхностей.  Гостехиздат,  1948.
 Андрианов  П.  И.,  Ракитин  М.  Ф.  Доклады  ВАСХНИЛ,  вып.  23—
24,  1939.

ЛИТЕРАТУРА
 815
 Андрианов  П.  И.  Труды  и-та  мерзлотоведения,  т.  3.  Изд.  АН  СССР,
1946.
 Антипов-Каратаев  И.  Н.  В  книге  «Современные  методы  иссле¬
дования  физико-химических  свойств  почв»,  вып.  3.  Изд.  АН  СССР,  1947.
 Антипов-Каратаев  И.  Н.,  Келлерман  В.  В.  и  Хан  А.  В.
О  почвенном  агрегате  и  методах  его  исследования.  Изд.  АН  СССР,  1948.
 Алпатьев  А.  М.  Влагооборот  культурных  растений.  Гидрометеоиздат,
1954.
 Арманд  Д.  Л.  Известия  В  ГО,  №  6,  1947.
 Астапов  С.  В.  Практикум  по  мелиоративному  почвоведению.  Сельхоз-
гиз,  1947.
 Астапов  С.  В.  и  Шишков  К.  Н.  Орошение  сельхозкультур  в  центр,
черноз.  полосе  РСФСР.  Сб.  работ,  вып.  1.  Изд.  АН  СССР,  1952.
 Афанасьева  Е.  А.,  Карандина  С.  Н.  и  др.  Труды  Ин-та  леса,
т.  XXIX.  Изд.  АН  СССР,  1955.
 Б  а  л  я  б  о  Н.  К.,  Клычников  В.  М.,  Ласунова  Т.  П.,  Гераси¬
мова  А.  В.  Земледелие,  №  9,  1954.
 Балябо  Н.  К.  Земледелие,  №  1,  1956.
 Басов  Г.  Ф.  Почвоведение,  №  8,  1948.
 Битюков  К.  К.  и  др.  Приемы  накопления  и  сохранения  влаги  в  почве.
Сельхозгиз,  1953.
 Большаков  А.  Ф.  Материалы  по  изуч.  водного  режима  почв.  Труды
Почвенного  ин-та,  т.  32.  Изд.  АН  СССР,  1950.
 Большаков  А.  Ф.  Труды  Почвенного  ин-та,  т.  32.  Изд.  АН  СССР,
1950.
 Брунауэр  Ст.  Адсорбция  газов  и  паров,  т.  1.  ИЛ,  1948.
 Будыко  М.  И.  Испарение  в  естественных  условиях.  Гидрометеоиздат,
1948.
 Будыко  М.  И.,  Юдин  М.  И.,  Яковлева  Н.  И.  Метеорология  и
гидрология,  №  1,  1954.
 Будыко  М.  И.  Вопросы  географии.  Сб.  для  XVIII  международи.  геогр.
конгресса.  Изд.  АН  СССР,  1956.
 Будаговский  А.  И.  Вопросы  орошения  в  низовьях  Аму-Дарьи.
Труды  Арало-касп.  комплексн.  экспедиции,  вып.  VI.  Изд.  АН  СССР,  1956.
 Бурнацкий  Д.  П.  и  Сучалкина  М.  И.  Агробиология,  №  1,  1949.
 Буров  Д.  Н.  Почвоведение,  №  1,  1951.
 Буров  Д.  Н.  Почвоведение,  №  1,  1952.
 Б  я  л  ы  й  А.  М.  Научн.  отчет  Ин-та  зернов.  хоз-ва  ЮВ  СССР.  Сара¬
тов,  1947.
 Вадюнина  А.  Ф.  Уч.  зап.  МГУ,  вып.  105,  Почвоведение,  кн.  2,  1946.
 Васильев  И.  С.  Труды  Почвенного  ин-та,  т.  XVI.  Изд.  АН  СССР,
1937.
 Васильев  И.  С.  Труды  Ин-та  почв,  т.  XXXII.  Изд.  АН  СССР,  1950.
 Васильев  И.  С.  Почвоведение,  №  12,  1952.
 В  ери  го  С.  А.  Труды  по  с.-х.  метеорологии,  вып.  XXVI,  1948.
 Вершинин  П.  В.  и  Константинова  В.  П.  Физико-химические
основы  искусственной  структуры  почв.  Изд.  колх.  и  совхоз,  л-ры,  1935.
 Вершинин  П.  В.  Формирование  почвенной  структуры.  Диссертация
на  соискание  ученой  степени  доктора  с.-х.  наук,  1953.
 Вильямс  В.  Р.  Почвоведение.  Сельхозгиз,  1946.
 Высоцкий  Г.  Н.  Труды  1  Всесоюзн.  гидролог,  съезда,  вып.  6,  1933.
 Высоцкий  Г.  Н.  Почвоведение,  №  6,  1934.
 Г  е  д  р  о  й  ц  К.  К.  Химический  анализ  почвы.  Сельхозгиз,  1955.
 Готшлак  Ю.  Ф.  Сб.  «Водный  режим  в  лесах»  (Труды  Всесоюзн.
научно-исследов.  ин-та  лесного  х-ва,  вып.  8),  1939.
 Горбунов  Б.  В.  Главнейшие  химические  и  физические  свойства  серо¬
земов  богарной  зоны  Узбекистана.  Уз.  АН,  Ташкент,  1942.

816 	ЛИТЕРАТУРА 	[гл.  VI
 Григорьев  А.  А.  Вопросы  географии.  Сб.  для  XVIII  международн.
геогр.  конгресса.  Изд.  АН  СССР,  1956.
 Гр  а  бо  век  ий  И.  Труды  Юбилейной  сессии,  поев,  столетию  со  дня
рождения  В.  В.  Докучаева,  Изд.  АН  СССР,  1949.
 Гурский  А.  В.  Проблемы  советского  почвоведения,  вып.  12,  1951.
 Дараселия  М.  К.  Труды  Всес.  ин-та  чая  и  субтропич.  культур,
вып.  12.  Тбилиси,  1939.
 Дерягин  Б.  В.  Каллоидный  журнал,  т.  8,  1946,  стр.  27—31.
 Дерягин  Б.  В.  Труды  Всесоюзн.  конфер.  по  коллоидн.  химии.  Изд.
АН  УССР,  1952.
 Дерягин  Б.  В.  Коллоидный  журнал,  т.  17,  N°  3,  1955.
 Дерягин  Б.  В.,  Захаваева  Н.  Н.,  Таланов  М.  В.  Руководство
к  прибору  для  определения  удельной  поверхности.  Изд.  АН  СССР,  1953.
 Дерягин  Б.  В.,  Зорин  3.  М.  ЖФХ,  т.  29,  1955,  стр.  1755—1770.
 Дерягин  Б.  В.,  Крылова  В.  И.,  Ф  р  и  д  л  я  н  д  Р.  М.  ЖФХ,  т.  24,
1950,  стр.  1371—1382.
 Дерягин  Б.  В.,  Кусаков  М.  М.  Изд.  АН  СССР,  сер.  хим.,  N°  5,
1937,  стр.  1119.
 Дерягин  Б.  В.,  Мельникова  М.  К.  В  сборнике,  посвященном
70-летию  академика  А.  Ф.  Иоффе.  Изд.  АН  СССР,  1950.
 Карасев  В.  В.,  Дерягин  Б.  В.  Коллоидный  журнал,  т.  15,  N°  5,  1953.
 К  а  ч  и  н  с  к  и  й  Н.  А.  О  влажности  почвы  и  методах  ее  изучения.  Изд.
АН  СССР,  1930.
 Качинский  Н.  А.  Почвоведение,  N°  6,  1947.
 Качинский  Н.  А.,  Вадюнина  А.  Ф.  и  Корчагина  3.  А.  Опыт
агрофизической  характеристики  почв.  Изд.  АН  СССР,  1950.
 Кекух  А.  М.  и  др.  Труды  Укр.  научно-исслед.  гидромет.  ин-та,  в.  2.
Киев,  1955.
 Кин  Б.  А.  Физические  свойства  почвы.  Гостехиздат,  1933.
 Киселев  А.  В.  Успехи  химии,  т.  14,  1945,  стр.  367—394.
 Колясев  Ф.  Е.  Сб.  трудов  по  агроном,  физике.  Сельхозгиз,  1947.
 К  о  л  я  с  е  в  Ф.  Е.  и  Мельникова  М.  К.  Почвоведение,  N°  3,  1949.
 Колясев  Ф.  Е.  Советская  агрономия,  N°  3,  1952.
 Колясев  Ф.  Е.  Доклады  VI  международн.  конгрессу  почвоведов,  Пер¬
вая  комиссия,  Физика  почв.  1956.
 Колясев  Ф.  Е.,  Кондакова  Р.  С.,  Растегаев  Н.  С.  Доклады
ВАСХНИЛ,  N°  4,  1956,  стр.  30—36.
 Ков  да  В.  А.  Происхождение  и  режим  засоленных  почв.  Изд.  АН
СССР,  1946.
 Копыт  А.  Д.  Почвоведение,  N°  7,  1949. 	*
 Коссович  П.  С.  ЖОА,  кн.  3,  1904.
 Костычев  П.  А.  Почвоведение.  Сельхозгиз,  1939.
 Кудрявцева  А.  А.  Лабораторные  занятия  по  общему  земледелию.
Сельхозгиз,  1936.
 Лебедев  А.  Ф.  Почвенные  и  грунтовые  воды.  Изд.  АН  СССР,  1936.
 Лебедев  А.  Ф.  и  Баукова  Е.  Е.  Физическая  характеристика  почвен¬
ного  профиля.  Изд.  АН  СССР,  1930.
 Летунов  П.  А.  Вопросы  освоения  земель  Ср.  Азии..Изд.  АН  СССР,  1955.
 Максимов  Н.  А.  Развитие  учения  о  водном  режиме  и  засухоустойчиво¬
сти  растений.  Изд.  АН  СССР,  1944.
 Мальцев  Т.  С.  Вопросы  земледелия.  Сельхозгиз,  1955.
 Медведев  В.  Л.  Почвоведение,  N°  11,  1955.
 Мельникова  М.  К.  Сб.  трудов  по  агроном,  физике,  вып.  7  Сель¬
хозгиз,  1954.
 Мельникова  М.  К.,  Н  е  р  п  и  н  С.  В.  Доклады  VI  Международн.
конгрессу  по  почвоведению.  Первая  комиссия.  Физика  почв,  1956а.
 Мельникова  М.  К.,  Нерпин  С.  В.  ДАН  СССР,  106, 	19566,
 стр.  615—618.

ЛИТЕРАТУРА 	817
 Мичурин  Б.  Н.  Сб.  трудов  по  агроном,  физике,  вып.  7,  Сельхозгиз,
1954.
 Мичурин  Б.  Н.,  Колясев  Ф.  Е.  и  Афанасьев  Н.  И.  Сб.  трудов
по  агроном,  физике,  вып.  7.  Сельхозгиз,  1954.
 Мичурин  Б.  Н.  Бюлл.  научно-технич.  информации  по  агроном,  физике.
№  1.  Сельхозгиз,  1956.
 Нерпин  С.  В.  Труды  Ленингр.  и-та  инж.  водн.  трансп.,  вып.  21.  Изд.
водн.  транспорта,  1954.
 Нерпин  С.  В.  Труды  Ленингр.  и-та  инж.  водн.  трансп.,  вып.  22,  Изд.
водн.  транспорта,  1955.
 Нерпин  С.  В.,  Дерягин  Б.  Н.  ДАН  СССР,  т.  100,  №  1,  1955.
 Нерпин  С.  В.,  Мельникова  М.  К.  В  книге  «Вопросы  агрономи¬
ческой  физики».  Сельхозгиз,  1956.
 Павленко  И.  А.  Труды  Почв,  ин-та  им.  В.  В.  Докучаева  АН  СССР,
т.  XLVI.  1952.
 Павличенко  Т.  К.  —  см.  библиографию  иностранной  литературы.
 Павловский  Н.  П.  Гидромеханический  расчёт  плотины  системы
«Сенкова».  Гостехиздат,  1935.
 Петров  Е.  Г.  Труды  ин-та  гидрот.  и  мелиор.,  т.  XI.  Изд.  Министер¬
ства  с.  х.  СССР,  1935.
 Попов  В.  П.  Науков1  записки  Кшвськ.  держ.  у-та,  т.  7,  вып.  8,  1948.
 Рэссел  Э.  Почвенные  условия  и  рост  растений.  ИЛ,  1955.
 Рельтов  Б.  Ф.,  Новицкая  Н.  А.  Изв.  Всесоюзн.  научно-иссл.  ин-та,
вып.  6,  1954.
 Роде  А.  А.  Подзолообразовательный  процесс.  Изд.  АН  СССР,  1937.
 Роде  А.  А.  Труды  Почвенного  ин-та,  т.  25,  Изд.  АН  СССР,  1947.
 Роде  А.  А.  Почвенная  влага.  Изд.  АН  СССР,  1952.
 Роде  А.  А.  Почвоведение,  №  7,  1954.
 Роде  А.  А.  Почвоведение,  №  9,  1955.
 Роде  А.  А.  Почвоведение,  №  5,  1956.
 Ротмистров  В.  Г.  ЖОА,  1904,  вып.  5—6.  1904.
 Рожанская  О.  Д.  Сб.  трудов  по  агроном,  физике,  вып.  7.  Сельхозгиз,
1954.
 Рожанская  О.  Д.,  Г  о  д  у  н  Г.  Г.  В  книге  «Вопросы  агрономической
физики».  Сельхозгиз,  1957.
 Рыжов  С.  Н.  Орошение  хлопчатника  в  Ферганской  долине.  Изд.
АН  УзССР,  1948.
 Романов  В.  Н.  Почвоведение,  №  10,  1956.
 Скворцов  А.  А.  Труды  Среднеаз.  гос.  университета,  вып.  XXII,
1950.
 Скородумов  А.  С.  и  Смалько  Я.  А.  Труды  по  агролесомелиорации
(Укр.  научно-иссл.  ин-та  агролесомелиорации  и  лесного  хоз-ва,  К.  X.),  1950.
 Скородумов  А.  С.  Труды  Института  леса,  т.  XXIII,  1954.
 Тюремнов  С.  Н.  Труды  Кубанского  с.-х.  института,  т.  1.  вып.  2,  1923.
 Торн  Д.  и  Петерсен  X.  Орошаемые  земли.  ИЛ,  1952.
 Федоровский  Д.  В.  Труды  почвенного  и-та  АН  СССР,  т.  41,  1953,
стр.  5—70.
 Францессон  В.  А.  Советская  агрономия,  №  5,  1939.
 Францессон  В.  А.  Труды  Юбилейной  сессии,  посвященной  памяти
В.  В.  Докучаева.  Изд.  АН  СССР,  1949.
 Францессон  В.  А.  Советская  агрономия,  №  7,  1951.
 Шоу  В.  Т.  Физические  условия  почвы  и  растение.  ИЛ,  1955.
 Adam  N.  R.  Discussions  of  the  Faraday  Soc.,  №  3,  1948.
 Bauman  H.  Ober  den  Wasserhaushalt  des  Kulturpflanzentragenden
Standortes.  Deutsche  Akad.  d.  Landw.  Sitzungsberichte,  Berlin,  3,  №  1,  1954.
 В  aver  L.  D.  Soil.  Physics.  Willey  a.  Sons.  N.-Y.,  1948.
 BreazealeE.  L.,  Me  George  W.  T.,  Breazeale  J.  F.  Soil.  Sci,
72,  239—246,  1951a.

818
 ЛИТЕРАТУРА
 BreazealeE.  L.,  Me  George  W.  T.,  Breazeale  J.  F.  Soil.  Sci.
71,  181—186,  1951b.
 Buckingham  E.  U.  S.  £>ept.  Agr.,  Bur.  of  Soils,  Bull.  №  38,  1907.
Childs  E.  C.  Proc.  Roy.  Soc.  Lnd.,  A.  215,  525,  1952.
 Childs  E.  C.  Collis-George  N.,  Proc.  Roy.  Soc.  Lnd.,  A.,  201,
392—405,  1950.
 Ditmer  H.  J.  Am.  J.  Bot.,  24,  417—419,  1937.
 Frevert  R.  K-,  Kirkham  D.  Proc.  Higwhway  Res.  Board,  28,
433,  1948.
 Gardner  N.  A.  Soil  Sci.,  10,  8,  1920.
 Herrick  E.  M.  Am.  J.  Bot.  20,  18—34,  1933.
 Hallaire  M.  Ann.  agron.,  ser.  A,  Ns  2,  143—244,  1953.
 Kohn  M.  Ztschr.  Pfl.  Dung.  Bodenk.,  72,  Ns  1,  1956.
 Kramer  P.  J.,  Coile  T.  S.  Plant  Physiol.,  15,  743—747,  1940.
Kuron  H.  Ztschr.  Pflanz.  Diing.  Bodenk.,  18,  179,  1950.
 Lemon  E.  R.  Soil  Sci.  Soc.  Am.  Proc.,  20,  №  1,  1956.
 Mail  G.  Bull.  Inst.  Agr.  et  Stat.  d.  rech.  de  Gembloux,  22,  JMb  3—4,  1954.
M  a  t  h  i  e  s  о  п  A.  M.,  Walker  G.  F.  Am.  Mineralogist,  39,  231—255,  1954.
Moore  R.  E.  Hilgardia,  12,  383—426,  1939.
 Orchis  ton  A.  Soil.  Sci.,  76,  453—465,  1952.
 Pavlychenko  T.  K.  Ecology,  18,  62—79,  1937.
 Penman  H.  L.  Agricult.  Progress,  27,  P.  2,  147—154;  J.  Agricult.  Sci.,
42,  Ns  3,  1952.
 Penman  H.  L.  Report  of  the  13th.  Intern.  Horticult.  Congr.,  1953.
Penman  H.  L.  Ministry  of  Agriculture  and  Ficheries,  Techn.  Bull.,
No.  13a,  1954.
 Puri  A.  N..  Crowther  E.  M.,  Keen  B.  A.  J.  Agric.  Sci.,  15,
68—88,  1925.
 Quirk  J.  P.  Soil  Sci.,  80,  423—430,  1955.
 Richards  L.  A.  J.  Agric.  Research,  37,  719—742,  1922.
 Richards  L.  A.,  Weaver  L.  R.  J.  Agr.  Research.,  69,  1944.
 Russel  M.  B.,  Klute  A.  Agric.  Eng.,  11,  808—810,  1954.
 Schubach  К.  Ber.  Dtsch.  Wetterdienst,  Ns  40,  1952.
 Zuncker  H.  Das  Verhalten  des  Bodens  zum  Wasser.  Blanck’s  Handb.
d.  Bodenlehre,  Bd.  IV,  1930.

ЧАСТЬ  ПЯТАЯ
 АЭРАЦИЯ  ПОЧВЫ
 ГЛАВА  I
 ДЕЯТЕЛЬНОСТЬ  ЖИВЫХ  ОРГАНИЗМОВ  В  ПОЧВЕ
И  ПОТРЕБНОСТЬ  В  АЭРАЦИИ
 §  1.  Почва  как  местообитание  микроорганизмов  и  корней
 растений
 Почва  представляет  собой  чрезвычайно  сложный  комплекс
веществ,  который  одновременно  служит  средой  для  миллиардов
населяющих  ее  живых  организмов.
 С  жизнедеятельностью  организмов,  укореняющихся  и  нахо¬
дящихся  в  почве,  связаны  такие  исключительной  важности
процессы,  как  созидание  органического  вещества  и  связывание
солнечной  энергии,  как  разрушение  мертвого  органического  ве¬
щества,  освобождение  этой  энергии  и  извлечение  азота  и  золь¬
ных  элементов  для  непрерывного  круговорота  жизни.
 С  деятельностью  микроорганизмов  связывается  круговорот
большинства  химических  элементов  на  земном  шаре.  Они  при¬
нимают  участие  в  миграции,  перераспределении  и  концентра¬
ции  отдельных  химических  элементов.  В.  И.  Вернадский  (1940)
в  этих  процессах  особое  место  отводит  почвенному  населению
как  самому  большому  «сгущению  жизни».
 Совокупная  деятельность  всего  живого  населения  почвы
приводит  к  заметным  беспрерывным  изменениям  в  ее  газооб¬
разной,  жидкой  и  твердой  фазах.  Наиболее  быстрые  и  суще¬
ственные  изменения  при  этом  происходят  в  газообразной  фазе.
Эти  изменения  составляют  существо  газового  режима  почвы  и
даже  газового  (режима  тропосферы  (по  В.  И.  Вернадскому),так
как  такие  газы,  как  углекислота,  азот,  кислород,  метан,  аммиак,
водород  и  сероводород,  своим  присутствием  в  тропосфере  обя¬
заны  живым  организмам  почвы.
 Почва  является  основным  ареалом  микроорганизмов,  отсюда
они  попадают  в  воду,  воздух  и  т.  д.  Здесь  они  находят  воду,
органические  и  минеральные  вещества,  нужные  для  питания,
и  защищены  от  действия  лучей  солнца.  Коллоидные  вещества

820 	ЖИВЫЕ  ОРГАНИЗМЫ  в  ПОЧВЕ  И  ПОТРЕБНОСТЬ  В  АЭРАЦИИ  [ГЛ.  I
 почвы,  содержащие  в  своем  составе  массу  питательных  веществ
и  адсорбированных  или  растворенных  в  воде  газов,  служат
лучшими  посредниками  для  передачи  воды  и  пищи  микроогра-
низмам.
 До  недавнего  времени  предполагалось,  что  в  1  г  почвы  коли¬
чество  микроорганизмов  доходит  до  сотен  тысяч  или  до  мил¬
лионов.  Однако  С.  Н.  Виноградским  путем  прямого  подсчета
(после  разведения)  были  найдены  миллиарды  индивидуумов
на  1  г  почвы.
 М.  П.  Корсаковой  и  Г.  В.  Лопатиной  (1926)  по  методу
 С. 	Н.  Виноградского  найдено  в  огородной  почве  25/III  —
555  млн.  и  15/Х  —  5285  млн.  индивидуумов  на  1  г  почвы.
А.  А.  Рихтером  (1925)  в  1  г  каштановой  почвы  Саратовской
областной  сельскохозяйственной  станции  найдено  1544  млн.  ин¬
дивидуумов  на  поверхности  и  910  млн.  на  глубине  10  см.
 При  такой  огромной  численности  микроорганизмов  в  почве
(миллиарды  в  1  г)  следует  учитывать  еще  и  огромную  скорость
их  размножения.  Есть  микробы,  которые  размножаются  деле¬
нием  через  каждые  20—22  минуты.  Если  располагать  потомство
такого  микроба  в  цепочку,  то  рост  этой  цепочки,  или,  образно,
«скорость  передачи  жизни»,  окажется  близкой  к  331  м/сек.,
т.  е.  к  скорости  звука.  Это  —  подлинный  «вихрь  жизни»,  по
выражению  В.  И.  Вернадского.
 Весовое  содержание  микроорганизмов  может  достигать  до
0,3%  от  веса  пахотного  слоя.  По  данным  Н.  М.  Лазарева  (1939),
пахотный  слой  1  га  чернозема  содержит  до  10  т  тел  микроор¬
ганизмов,  т.  е.  масса  всех  этих  микроорганизмов  не  уступает
массе  полученного  с  этой  почвы  хорошего  урожая  хлеба.
 Количество  микроорганизмов  в  почве  зависит  от  ее  типа
и  культурного  состояния.  Оно  уменьшается  с  глубиной  (основ¬
ная  масса  микроорганизмов  сосредоточена  в  горизонте  Аи  или
в  пахотном  слое)  и  испытывает  сезонные  колебания.
 Кроме  микроорганизмов,  в  почве  обитает  множество  про¬
стейших,  а  также  множество  червей,  многоножек,  насекомых  и
их  личинок  и  других  многоклеточных  животных  организмов.
Позвоночные  представлены  сусликами,  кротами,  мышами  и
другими.
 Всё  это  многочисленное  живое  население  почвы  выполняет
работу  исключительной  важности.  В  почве  ежегодно  остается
большое  количество  мертвых  корней,  которые  отмирают  ча¬
стично  во  время  роста  растений  и  полностью  после  их  созре¬
вания.  В  почву  попадают  пожнивные  остатки  растений,  вно¬
сятся  навоз,  торф  и  зеленые  удобрения  (сидераты).  Постоянно
в  почве  находятся  мертвые  тела  почвенных  животных  и  клетки
отмерших  микроорганизмов.  Все  это  огромное  количество  цен¬
ного  органического  вещества  лежало  бы  мертвым  капиталом,

§  1] 	ПОЧВА  КАК  МЕСТООБИТАНИЕ  МИКРООРГАНИЗМОВ 	821
 если  бы  не  деятельность  живых  организмов  почвы.  Растения
исчерпали  бы  всю  пищу  и  не  могли  бы  существовать.
 Животные  механически  размельчают  органические  остатки
и  перемешивают  их  с  почвой.  Очень  часто  они  пропускают  ор¬
ганические  остатки  через  свой  пищеварительный  канал.  Все  это
содействует  химическому  превращению  веществ.  С  другой  сто¬
роны,  разрыхляя  почву,  они  делают  ее  более  доступной  для
воздуха  и  влаги  и  содействуют  работе  микроорганизмов.  Микро¬
организмы  же  разлагают  растительные  остатки  до  минераль¬
ных  солей  и  газообразных  продуктов,  которые  вновь  исполь¬
зуются  растениями.
 В  процессе  разложения  органических  остатков  из  промежу¬
точных  продуктов  распада  клетчатки,  лигнина  и  белковых  ве¬
ществ  путем  химических  и  биохимических  реакций  при  участии
микроорганизмов  почвы  образуются  перегнойные  или  гумино-
вые  вещества.  Этот  процесс  гумификации  органического  веще¬
ства  протекает  различно  в  каждой  почве  и  требует  определен¬
ных  условий  аэрации.
 Свежеобразованные  гуминовые  вещества  являются  основ¬
ными  клеящими  веществами  для  образования  структурных  от¬
дельностей—  тех  комочков  почвы,  от  свойств  которых  зависят
многие  физические  условия.  В  отличие  от  гумификации,  аэроб¬
ный  процесс  разложения  приводит  к  полному  окислению  и  мине¬
рализации  органического  вещества.
 Наличие  азота  в  почве,  за  исключением  азота,  вносимого
человеком  в  виде  удобрений,  и  аммиачного  азота  из  дождевых
вод,  объясняется  деятельностью  особой  группы  микроорганиз¬
мов—  азотфиксаторов,  которые  усваивают  азот  из  атмосферного
воздуха.  Постоянное  пополнение  почвы  азотом  в  результате
работы  этой  группы  микроорганизмов  настолько  велико,  что,
как  показывают  примеры,  за  счет  его  имеется  возможность
получать  нормальный  урожай  без  внесения  удобрения  даже
при  очень  длительной  бессменной  культуре  одних  и  тех  же
растений.  Так,  в  Индии  сахарный  тростник  иногда  бессменно
культивируется  столетиями  без  всяких  удобрений,  причем  по¬
нижения  урожаев  не  происходит.  В  этих  случаях  азотное  удоб¬
рение  заменялось  работой  азотобактера  и  других  азотфикси-
рующих  микробов.  С.  П.  Костычев  (1926)  указывает  на
бессменную  культуру  табака  (в  течение  40  лет)  без  внесения
каких  бы  то  ни  было  удобрений  на  тяжелой  глинистой  почве
Никитского  ботанического  сада,  содержащей  очень  малое  коли¬
чество  органических  веществ,  при  которой  получались  нор¬
мальные  для  данной  местности  урожаи.  Более  того,  произве¬
денные  А.  И.  Поломарчуком  01ПЫТЫ  с  удобрением  селитрой,
а  также  с  полным  удобрением  дали  ничтожные  прибавки
урожая.

822 	ЖИВЫЕ  ОРГАНИЗМЫ  В  ПОЧВЕ  И  ПОТРЕБНОСТЬ  В  АЭРАЦИИ  [гЛ.  I
 Микроорганизмы  значительно  улучшают  питание  растений
фосфором  и  калием,  так  как  при  их  помощи  эти  элементы  из
трудноусвояемых  минеральных  соединений  переводятся  в  легко¬
усвояемые.  Наконец,  с  деятельностью  микроорганизмов  цели¬
ком  и  полностью  связаны  многие  химические  превращения
веществ  в  почве.
 С. 	П.  Костычев  (1926)  утверждает,  что  в  будущем,  вероятно,
будет  признано  преобладающее  значение  микроорганизмов  во
всех  химических  процессах,  происходящих  в  почве,  и  что  земле¬
дельцу  нужно  считаться  преимущественно  с  микробиологиче¬
скими  процессами.
 Оздоровление  почвы,  когда  токсичные  для  растений  соедине¬
ния  железа,  марганца,  алюминия,  серы  и  фосфора  переводятся
в  новые  формы,  также  связано  в  основном  с  биохимическими
процессами.
 К  живым  обитателям  почвы  относятся  также  корни  растений.
Для  них  почва  является  средой,  с  которой  целиком  связана
вся  их  жизнедеятельность.  Через  корни  в  растение  поступают
из  почвы  элементы  пищи,  микроэлементы,  различные  ферменты,
витамины  и  антибиотики.  Деятельностью  корневых  систем  теперь
объясняют  межвидовые  и  внутривидовые  отношения  растений,
которые  создаются  в  естественных  биологических  сообществах,
так  как  корни  сами  и  через  посредство  микроорганизмов  изме¬
няют  биохимические  свойства  почвы,  приспосабливая  ее  к  своим
потребностям.  По  современным  представлениям  (А.  Л.  Кирса¬
нов  и  др.)  через  корни  поступают  углекислота  и  карбонаты,
которые  используются  затем  для  фотосинтеза  наравне  с  угле¬
кислотой,  поступающей  из  воздуха.
 На  основе  современных  методов  исследования  с  применением
меченых  атомов  установлено,  что  корни,  помимо  поглощающей
функции,  принимают  огромное  участие  и  в  общем  обмене  ве¬
ществ  растения.  Теперь  удалось  проследить,  что  сахара,  обра¬
зующиеся  при  фотосинтезе,  передвигаются  к  корням  и  здесь
при  участии  фосфорной  кислоты  и  углекислоты,  поступающих
из  почвы,  переводятся  в  аминокислоты.  Последние  затем  под¬
нимаются  вверх  по  растению  и  служат  основным  материалом
для  создания  белковых  веществ  вновь  образующихся  клеток.
 Общая  масса  корней,  по  данным  Н.  А.  Качинского  (1925),
для  дерново-подзолистых  почв  достигает  0,35—1,29  кг/м2,  и
80—95%  этой  массы  приходится  на  пахотный  слой  почвы,  или
горизонт  А\.  Количественный  учет  корней  большого  числа
растительных  ассоциаций,  произведенный  М.  С.  Шалытом  (1949)
и  его  сотрудниками,  показал,  что  на  площади  1  м2  вес  корней
в  большинстве  исследованных  фитоценозов  —  луговых,  степных
и  полупустынных  —  составляет  от  1,5  до  3,5  кг  воздушносухой
массы,  причем  в  большинстве  случаев  в  поверхностном  слое,

§  2] 	СТРОЕНИЕ  ПОЧВЫ  И  ПОЧВЕННЫЙ  ВОЗДУХ 	823
 мощностью  в  8—12  см,  было  сосредоточено  не  менее  50%  этой
массы,  а  в  луговых  ценозах  и  значительно  больше.  При  этом
разница  в  весе  корней  между  луговыми,  степными  и  пустын¬
ными  группировками,  в  общем,  не  так  велика.
 Резюмируя,  мы  подчеркиваем,  что  почва,  главным  образом
наиболее  активный  ее  пахотный  слой,  или  горизонт  А\у  имеет
большое  количество  «живого  вещества».  На  1  м2  площади  может
приходиться  до  3,5  кг  воздушносухой  корневой  массы  с  поверх¬
ностью  корней  до  150  ж2,  не  включая  корневых  волосков,  до
1  кг  микроорганизмов  численностью  около  10й  индивидов  и  до
106  индивидов  беспозвоночных  животных  организмов.  Все  это
«живое  вещество»  выполняет  работу  исключительной  важности
и  вызывает  существенные  изменения  в  почве  и,  в  особенности,
в  почвенном  воздухе.
 §  2.  Строение  почвы  и  почвенный  воздух
 Почвенная  масса  представляет  собой  систему,  состоящую  из
трех  фаз:  твердой,  жидкой  и  газообразной.
 Минеральные  частички  твердой  фазы  почвы,  различным
образом  соприкасаясь  между  собой,  образуют  почвенную  массу
определенного  строения.  При  этом,  как  бы  плотно  ни  прилегали
отдельные  частички  друг  к  другу,  между  ними  всегда  остаются
пространства,  и,  следовательно,  по<1ва  при  всяком  уплотнении
представляет  собою  пористое  тело.
 Таблица  201
 Состав  атмосферного  и  почвенного  воздуха  (в  объемных  процентах)
 Газ
 Сухой  воздух
у  поверхности
земли  *)
 Почвенный  воз¬
дух  **)
 Кислород
 20,94
 20,03—10,35
 Углекислота
 0,03
 0,74—  9,74
 Азот
 Аргон
 78,08
 0,94
 |  80,24—78,8
 Водород
 0,01
 —
 Неон
 0,0012
 —
 Гелий
 0,0004
 —
 *)  Общепринятые  значения  объемного  содержания  основных  газов  в  приземном  слое
атмосферы  (В.  Н.  Оболенский,  1937).
 **)  Установлены  Ж.  Б.  Буссенго  и  Леви  (К.  Д.  Глинка,  1932).
 Поры  почвы  в  естественном  состоянии  всегда  заполнены  водой
или  воздухом.  Чаще  всего  одновременно  часть  их  заполнена

824 	ЖИВЫЕ  ОРГАНИЗМЫ  В  ПОЧВЕ  И  ПОТРЕБНОСТЬ  В  АЭРАЦИИ  [гЛ.  I
 водой  (почвенным  раствором)  и  часть  воздухом.  Почвен¬
ным  воздухом,  следовательно,  и  будет  являться  воздух,  за¬
полняющий  свободные  от  воды  промежутки  в  почве.
 По  составу  газов  почвенный  воздух  заметно  отличается  от
атмосферного.  В  таб.  201  приводится  содержание  основных  га¬
зов  в  атмосферном  и  почвенном  воздухе.
 Приведенный  состав  атмосферного  и  почвенного  воздуха
прежде  всего  свидетельствует  об  их  единой  природе.  Одновре¬
менно  он  указывает  иногда  на  значительные  отклонения  состава
почвенного  воздуха  по  кислороду  и  углекислоте  от  атмосфер¬
ного.  Эти  основные  отклонения  состава  почвенного  воздуха  от
атмосферного  и  представляют  сущность  газообмена  между  поч¬
вой  и  атмосферой.
 В  поверхностных  слоях  обрабатываемых  почв  благодаря
интенсивно  идущему  газообмену  различие  по  составу  газов
между  почвенным  и  атмосферным  воздухом  сглаживается.  Со¬
держание  в  почвенном  воздухе  кислорода  составляет  обычно
больше  18%,  азота  —  около  79%  и  углекислоты  —  между  0,15
и  3%.  Сказанное  подтверждается  данными  табл.  202,  заимство¬
ванной  у  Э.  Рэссела  (1955).
 Таблица  202
 Состав  почвенного  воздуха  (в  объемных  процентах)
 Почва
 Обычный
 состав
 Крайние  отмеченные
пределы
 Автор
 02
 СОо
 о2
 со2
 Пахотная,  незасеянная,
без  удобрения:
 песчаная
 20,6
 0,16
 20,4—20,8
 0,05—0,30
 Ло  (1906);  средние
величины  мно¬
гих  определений
 суглинистая  ....
 20,6
 0,23
 20,0—20,9
 0,07—0,55
 в  течение  года
 болотная
 20,0
 0,65
 19,2—20,5
 0,28—1,40
 для  глубины
 Песчаная,  удобренная
навозом  и  засеянная:
картофелем,  15  см  .
 20,3
 0,61
 19,8—21,0
 0,09—0,94
 30  см  (величины
для  глубин  15
и  60  см  мало
отличаются  от
 сераделлой,  15  см  .
 20,7
 0,18
 20,4—20,9
 0,12—0,38
 этих).
 Пахотная:
 пар
 20,7
 0,1
 20,4—21,1
 0,02—0,38
 Рэссел  и  Аплайрд
 неудобренная  .  .  .
 20,4
 0,2
 18,0—22,3
 0,01—1,4
 (1915).
 удобренная  навозом
 20,3
 0,4
 15,7—21,2
 0,03—3,2

§  2] 	СТРОЕНИЕ  ПОЧВЫ  И  ПОЧВЕННЫЙ  ВОЗДУХ 	825
 В  отдельные  периоды,  чаще  всего  при  высокой  влажности,
когда  ухудшается  газообмен  между  почвой  и  атмосферой,  и  во
время  интенсивно  идущих  биологических  процессов  в  почве  на¬
капливаются  значительные  количества  углекислоты  и  снижается
содержание  кислорода.  В  конце  пятой  части  этот  пример  мы
иллюстрируем  данными  Н.  П.  Поясова  (табл.  211  и  212),  а  сей¬
час  приведем  данные  (табл.  203)  из  книги  Э.  Рэссела  (1955).
 Таблица  203
 Содержание  О?  и  СОо  в  воздухе  почвы  под  какао
(имение  Риверс,  Тринидад)
 Содержание  02
 Содержание  С02
 Глубина
 взятия
 образца,
 см
 Влажный
период:
октябрь  —
январь
 Сухой
период:
февраль  —
май
 Влажный
период:
октябрь  —
январь
 Начало
 сухого
 периода:
 февраль
 Конец
сухого
периода:
апрель  —
май
 10
 13,7
 20,6
 6,5
 1,0
 0,5
 25
 12,7
 19,8
 8,5
 2,1
 1,2
 45
 12,2
 18,8
 9,7
 4,3
 2,1
 90
 7,6
 17,3
 10,0
 6,7
 3,7
 120
 7,8
 16,4
 9,6
 8,5
 5,1
 Измеренная  скорость  диффузии  С02
из  почвы,  л{м2  день
 6,8
 7,5
 17  /7
 Различие  по  составу  газов  между  почвенным  и  атмосферным
воздухом  вскрывает  основной  процесс  изменений  воздуха
в  почве:  постоянное  потребление  кислорода  с  образованием
углекислоты.
 Однако  в  сложной  и  многокомпонентной  системе  —  почве  —
эти  изменения  не  ограничиваются  данной  простой  схемой,  так
как  на  нее  накладываются  действия  обратно  направленных
процессов.  Так,  постоянное  потребление  кислорода  на  процессы
химического  и  биохимического  окисления  восполняется  за  счет
кислорода  атмосферы  (газообмен  с  атмосферой),  а  также  за
счет  кислорода,  выделяющегося  из  почвенного  раствора  в  ре¬
зультате  смещения  равновесия.  Постоянное  выделение  угле¬
кислоты  уравновешивается  постоянным  ее  отводом  в  атмосферу,
поглощением  корнями  растений,  а  также  растворением  и  хими¬
ческим  связыванием  в  результате  определенных  реакций.
 Таким  образом,  в  почве  можно  различать  две  группы
процессов: 	процессы,  в  результате  которых  изменяется
 исходный  состав  воздуха,  первоначально  близкий  по  составу

826 	ЖИВЫЕ  ОРГАНИЗМЫ  В*  ПОЧВЕ  И  ПОТРЕБНОСТЬ  В  АЭРАЦИИ  [гЛ.  J
 к  атмосферному,  и  процессы,  направленные  к  выравниванию
состава  почвенного  воздуха  вновь  до  исходного.
 Первостепенным,  как  с  количественной,  так  и  с  качествен¬
ной  стороны,  является  процесс  потребления  газообразного
кислорода  в  почве.  Преимущественно  этот  процесс  связан
с  дыханием  корней  высших  растений  и  микроорганизмов  и  идет
с  выделением  другого  газообразного  продукта  —  углекислоты.
Здесь  же  необходимо  указать,  что  в  результате  деятельности
некоторых  других  микроорганизмов  поглощаются  и  выделяются
и  другие  газы,  но  это  явление  не  имеет  такого  широкого  рас¬
пространения  и  менее  существенно  с  количественной  стороны.
 Многие  химические  превращения  веществ,  происходящие
в  результате  деятельности  организмов  или  клеток  организмов,
а  также  процессы  роста,  дифференцировки  тканей  и  явления
движений  связаны  с  затратой  энергии.  Эту  энергию  организмы
или  клетки  получают  в  результате  идущих  в  них  биохимических
(энергетических)  процессов,  которые  можно  объединить  в  .по¬
нятие  дыхания.
 Физиологами  установлено,  что  для  абсолютного  большинства
микроорганизмов,  в  том  числе  и  почвенных,  а  также  для  всех
зеленых  растений  свойственно  так  называемое  кислородное,  или
нормальное,  дыхание,  которое  характерно  равновеликим  по
объему  потреблением  кислорода  и  выделением  углекислоты
с  дыхательным  коэффициентом,  или  отношением  объемов  угле¬
кислоты  к  кислороду,  равным  единице.
 В  настоящее  время  (С.  П.  Костычев,  1933)  не  подлежит
сомнению,  что  нормально  материалом  для  дыхания  являются
способные  к  брожению  сахара  и,  следовательно,  весь  процесс
по  начальным  и  конечным  продуктам  может  быть  выражен  сле¬
дующим  уравнением:
 С6Н,206  -(-  602  =  6С02  ~(“  6Н20.
 Кроме  биохимических  процессов,  приводящих  к  изменению
состава  почвенного  воздуха,  в  почве  имеют  место  и  чисто  хи¬
мические  процессы,  связанные  с  потреблением  кислорода  или
с  выделением  углекислоты.  При  данных  термодинамических
условиях  в  почве,  видимо,  может  идти  окисление  различных
недоокисленных  органических  и  минеральных  соединений  и
чисто  химическим  путем.  При  этом  происходит  поглощение
кислорода.  Правда,  современная  микробиология  все  в  большем
и  большем  количестве  окислительных  процессов,  имеющих  место
в  почве,  находит  участие  различных  микроорганизмов  и  пере¬
водит  эти  процессы  в  разряд  биохимических.  В  особенности  это
относится  к  органическим  веществам  почвы.  Видя  такую  тесную
связь  живых  микроорганизмов  со  всеми  формами  органического
вещества  и  опираясь  на  огромную  массу  фактического  мате¬

§  2] 	СТРОЕНИЕ  ПОЧВЫ  И  ПОЧВЕННЫЙ  ВОЗДУХ 	827
 риала,  микробиологии  считают,  что  в  условиях  почвы  разложе¬
ние  всего  органического  вещества  идет  с  участием  микроорга¬
низмов  и  является,  следовательно,  биохимическим  окислением,
связанным  с  поглощением  свободного  кислорода  (С.  П.  Косты-
чев,  Н.  М.  Лазарев  и  др.).
 Окисление  ранее  восстановленных  минеральных  веществ  со¬
вершенно  ясно  наблюдается  в  оглеенных  и  глеевых  горизонтах,
когда  последние  по  каким-либо  причинам  получили  доступ
кислорода  (выворачивание  наверх,  осушение,  высыхание  летом
и  т.  п.).  При  этом  потребляется  кислород  независимо  как  при
биохимическом,  так  и  при  химическом  окислении.
 Выделение  газообразной  углекислоты  может  иметь  место
в  почве  и  в  результате  чисто  химических  реакций.  Сюда  можно
отнести  углекислоту,  образующуюся  при  действии  органических
и  минеральных  кислот  на  карбонаты  и  бикарбонаты  почвы.
В  условиях  перегнойно-карбонатных  почв  и  черноземов  с  этим
явлением  приходится  считаться.  В  летний  период,  как  указывает
В.  Р.  Вильямс  (1947),  имеет  место  переход  бикарбонатов  каль¬
ция  в  карбонат  с  выделением  углекислоты.  О  том  же  в  порядке
предположения,  говорит  В.  Б.  Мацкевич  (1950).  Чисто  химиче¬
ские  реакции  обратного  порядка,  связанные  с  поглощением
газообразной  углекислоты,  также  повсеместно  распространены
в  почве  (с  этим  связана  роль  углекислоты  как  агента  вывет¬
ривания  и  растворителя  пищи).  Этими  реакциями  в  значитель¬
ной  степени  объясняется  подвижность  фосфора,  кальция  и  дру¬
гих  элементов  в  почве  и,  следовательно,  определенный  пищевой
и  солевой  режим  конкретной  почвы.
 На  современном  этапе  знаний  наукой  установлен  факт  погло¬
щения  углекислоты  корнями  растений  (см.  работы  А.  Л.  Кир¬
санова,  1954).  Количество  углекислоты,  поглощаемой  корнями,
довольно  значительно  и  достигает  примерно  25%  от  той  угле¬
кислоты,  которая  усваивается  листьями  из  воздуха  при  хорошем
освещении.  Поглощенная  корнями  углекислота  имеет  большое
значение  в  общем  обмене  веществ  растений  и  используется
в  процессе  фотосинтеза.
 Мы  коротко  остановились  на  основных  биохимических  и  хи¬
мических  процессах  в  почве  с  точки  зрения  динамики  газов  и
установили,  что  в  зависимости  от  условий  среды,  наличия  и
состава  элементов  пищи,  количества  и  видового  состава  микро¬
организмов  почвенный  воздух  в  различной  степени  будет  обед¬
няться  одними  и  обогащаться  другими  газами.
 Однако  вопросы,  связанные  с  динамикой  кислорода  и  угле¬
кислоты  в  почвенном  воздухе,  больше  всего  интересуют  агро¬
физиков  и  агробиологов,  так  как,  в  основном,  с  этими  газами
связан  пищевой  режим  растений  и  вся  жизнедеятельность  ор¬
ганизмов  и  корней  в  почве.

828 	ЖИВЫЕ  ОРГАНИЗМЫ  В  ПОЧВЕ  И  ПОТРЕБНОСТЬ  В  АЭРАЦИИ  [гЛ.  I
 Большинство  исследователей  (П.  Ф.  Бараков,  А.  И.  Супру-
ненко,  С.  А.  Ваксман,  В.  Р.  Вильямс,  С.  П.  Костычев,
А.  А.  Шмук,  Н.  А.  Максимов,  Ф.  Ю.  Гельцер,  Н.  И.  Горбунов
и  др.)  считают,  что  основное  потребление  свободного  кислорода
и  выделение  газообразной  углекислоты  в  почве  идет  за  счет
дыхания  микроорганизмов  и  корней  высших  растений.  Следо¬
вательно,  опираясь  на  уравнение  наиболее  распространенного
нормального  кислородного  дыхания  (дыхательный  коэффициент
равен  единице),  мы  можем  ожидать  равные  по  объему  обрат¬
ные  изменения  в  содержании  кислорода  и  углекислоты  в  поч¬
венном  воздухе.  Другими  словами,  взамен  потраченного  опреде¬
ленного  объема  кислорода  в  почвенный  воздух  должен  поступить
точно  такой  же  объем  углекислоты,  при  этом  должны  сохра¬
ниться  неизменными  сумма  объемов  этих  двух  газов  и  пар¬
циальные  давления  (концентрации)  всех  других  газов.  При
исчислении  в  объемных  процентах  в  условиях  нормальной
аэрации  почвы  сумма  СО2  +  О2  в  почвенном  воздухе,  следова¬
тельно,  всегда  должна  быть  равной  таковой  в  атмосферном
воздухе,  т.  е.  равной  (20,9  +  0,03)  %=  20,93%  (приближенно
20,9%).  Это  положение  впервые  было  обнаружено  еще  Ж.  Б.  Бус-
сенго  (1936)  при  его  очень  тщательных  определениях  состава
воздуха  пахотных  и  целинных  почв.
 В  работе  Ж.  Б.  Буссенго  «О  составе  воздуха,  заключенного
в  почве»  говорится,  что  в  большинстве  случаев  объем  образо¬
вавшейся  в  почвенном  воздухе  углекислоты  соответствует
приблизительно  объему  исчезнувшего  кислорода.  Сумма  этих
двух  газообразных  тел,  по  его  аналитическим  данным,  для
15  различных  почв  составляла  от  19,76%  до  21,2%  от  объема
воздуха.
 Позже  то  же  самое  установили  Леви,  Фодор,  П.  Ф.  Смолен¬
ский,  Э.  Вольни,  Ромель,  Рэссел,  Г.  Люндегорд  и  многие  совре¬
менные  исследователи.
 Э.  Вольни  (1896)  основывается  в  некоторых  своих  выводах
на  хорошо  установленных  данных  относительно  прямого  соот¬
ветствия  между  объемами  поглощенного  кислорода  и  образую¬
щейся  угольной  кислоты.
 На  этом  явлении  равного  по  объему  «замещения»  кислорода
на  углекислоту  в  почвенном  воздухе  и,  как  следствии,  на  неиз¬
меняемости  суммы  С02  +  Ог  =  20,9%,  мы  останавливаемся,
исходя  из  следующих  соображений.
 Нормальная  сумма  (СО2  +  О2),  в  почвенном  воздухе  равная
20,9%,  может  указывать  в  общем  на  нормальный  ход  дыхания
организмов,  следовательно,  на  нормальные  условия  аэрации  и
может  быть  принята  за  один  из  критериев  аэрации  почвы.  Это
же  положение,  при  условиях  в  общем  нормальной  аэрации
почвы,  позволяет  по  найденному  объему  одного  из  этих  двух

§  3] 	ИНТЕНСИВНОСТЬ  ПОТРЕБЛЕНИЯ  КИСЛОРОДА 	829
 газов  с  достаточной  достоверностью  судить  о  наличии  другого.
Чаще  всего,  поэтому,  многие  исследователи  определяли  лишь
содержание  углекислоты  в  почвенном  воздухе  (аналитически
более  легкое,  нежели  определение  кислорода)  и  могли  судить
в  общем  об  условиях  кислородообеспеченности  почвы.  В  поч¬
венной  и  агрономической  литературе  также  чаще  всего  можно
встретить  цифровой  материал  лишь  по  содержанию  углекислоты
в  почвенном  воздухе,  по  выделению  ее  из  почвы  и  по  выделе¬
нию  ее  корнями  растений  и  микроорганизмами.
 §  3.  Интенсивность  потребления  кислорода  и  продуцирования
(производства)  углекислоты  в  почве
 Многими  исследователями  установлено,  что  основными  по¬
требителями  свободного  кислорода  в  почве  являются  корни
высших  растений  и  микроорганизмы.
 Известно,  что  энергия  дыхания  и  биохимическая  деятель¬
ность  микроорганизмов  и  корней  растений  в  нормальных  усло¬
виях  протекает  довольно  интенсивно.  Б.  А.  Келлер  (1950)  ука¬
зывает,  что  энергия  дыхания  микроорганизмов  исключительно
высока.  Бактерии,  например,  в  пересчете  на  живой  вес  дышат
в  200  раз  более  интенсивно,  нежели  человек.
 С. 	П.  Костычев  (1933)  приводит  данные  о  выделении  угле¬
кислоты  органами  растений,  грибами  и  микроорганизмами.
Абсолютные  значения  углекислоты  в  зависимости  от  скорости
роста  грибов  и  от  их  природы  колеблются  от  276  до
1874  см3/сутки  на  1  г  сухого  веса.  Последнее  количество  угле¬
кислоты  выделяет,  например,  известный  необычайной  скоростью
роста  гриб  Aspergillus  tiiger.
 Принимая  во  внимание  огромное  количество  микроорганиз¬
мов,  особенно  в  лесной  подстилке  и  в  верхних  горизонтах  почвы,
можно  несколько  представить  размеры  потребления  кислорода
и  продуцирования  углекислоты  в  результате  их  работы.
 Выделение  углекислоты  корнями  растений  также  значи¬
тельно.  По  данным  А.  А.  Кудрявцевой  (1924),  потребность
в  кислороде  корней  растений  выражается  в  0,32—  1,43  мг/сутки
на  1  г  сухого  вещества  всего  растения.  Эти  цифры  говорят  об
очень  большой  потребности  корней  растений  в  кислороде.
 По  данным  Э.  Стоклазы  и  А.  Эрнеста,  2  млн.  растений  пше¬
ницы  (без  учета  микроорганизмов)  выделяют  на  1  га  60  кг/сутки
углекислоты,  а  по  данным  П.  Ф.  Баранова  (1910)  они  выделяют
ее  от  48  до  96  кг.  Горчица  в  период  цветения  при  100  тыс.  расте¬
ний  на  1  га,  по  данным  П.  С.  Коссовича  (1904),  может  выделять
углекислоты  более  50  кг/сутки.  Поле  хлопчатника  (Ф.  Ю.  Гель-
цер,  1930)  выделяет  в  сутки  углекислоты  на  42—50  кг/га
больше  по  сравнению  с  паровым  участком.

830 	ЖИВЫЕ  ОРГАНИЗМЫ  В  ПОЧВЕ  И  ПОТРЕБНОСТЬ  В  АЭРАЦИИ  [ГЛ.  I
 Потребление  кислорода  и  выделение  углекислоты  зависят  и
от  вида  растений.  Так,  по  исследованиям  Ю.  Стоклазы,
А.  Эрнеста,  Э.  Лана  и  П.  Ф.  Баранова,  в  отношении  энергии
дыхания  корневой  системы  (количество  углекислоты,  отнесен¬
ное  к  единице  сухого  вещества  корней)  культурные  растения
можно  расположить  в  следующем  порядке:  люпин,  картофель,
овес,  озимая  рожь,  озимая  пшеница,  ячмень.
 Б.  Н.  Макаров  (1952)  подтверждает  своими  определениями
в  Московской  обл.,  что  выделение  углекислоты  из  почвы
в  овсяном  и  картофельном  полях  и  на  травах  происходит  в  соот¬
ветствии  с  интенсивностью  роста  этих  культур.  Под  травами  и
овсом  максимум  выделения  углекислоты  наблюдался  в  конце
июля  в  период  цветения,  когда  растения  имели  наибольшую
зеленую  массу.  В  густом  травостое  трав  28/VII  Б.  Н.  Макаров
наблюдал  выделение  углекислоты  в  количестве  12,7  кг/га  час.
На  картофельном  поле  выделение  углекислоты  из  почвы  возра¬
стало  вплоть  до  уборки,  на  паровом  поле  максимум  ее  пришелся
на  период  повышенных  температур.
 Для  растения  одного  и  того  же  вида  интенсивность  дыхания
корней  будет  зависеть  от  мощности  растения  (общий  вес  расти¬
тельной  массы),  от  интенсивности  роста  и  от  условий  среды,
в  том  числе  и  почвенных  условий.  Чем  больше  корневая  и  над¬
земная  масса  растения,  тем  больше  интенсивность  дыхания
корней;  чем  больше  прирост  растения  в  единицу  времени,  тем
больше  интенсивность  дыхания.
 Связь  между  интенсивностью  дыхания  и  интенсивностью
роста  организмов  установлена  многими  исследователями
(П.  С.  Коссович,  П.  Ф.  Бараков,  А.  И.  Супруненко,  А.  А.  Куд¬
рявцева,  Б.  Н.  Макаров  и  др.).  Выделение  газообразной  угле¬
кислоты  и  потребление  кислорода  корневой  системой  стоит
в  прямой  связи  с  интенсивностью  роста  и  достигает  своего  ма¬
ксимума  в  период  наибольшей  жизнедеятельности  растений,
т.  е.  в  период  наибольшего  развития  вегетативных  органов.  Для
большинства  растений  это  бывает  перед  цветением;  для  озимых
злаков  —  во  время  усиленного  роста  перед  колошением  и  во
время  колошения;  для  корнеплодов  и  клубнеплодов  —  в  момент
отложения  пластических  веществ  в  корнях  и  клубнях.
 В  отношении  доли  участия  в  потреблении  кислорода  и  произ¬
водства  углекислоты  раздельно  микроорганизмами  почвы  и
корнями  растений  в  литературе  имеются  разноречивые  данные.
 П.  Ф.  Бараков  (1910)  и  А.  И.  Супруненко  провели  большие
исследования  по  содержанию  углекислоты  в  почвах  в  различные
периоды  роста  растений  на  различных  фонах,  пользуясь  очень
точной  методикой.
 По  их  наблюдениям,  максимум  углекислоты  в  почве,  разви¬
ваемый  жизнедеятельностью  микроорганизмов,  достигал  всего

§  3] 	ИНТЕНСИВНОСТЬ  ПОТРЕБЛЕНИЯ  КИСЛОРОДА 	831
 6,9  мг,  а  от  дыхания  корней  —  27,3  мг  в  1  л  почвенного  воздуха.
Все  это  позволило  им  считать  основными  потребителями  кисло¬
рода  произрастающие  на  почве  растения  и  вторыми  существен¬
ными  потребителями  —  микроорганизмы  почвы.  Ф.  Ю.  Гель-
цер  (1930)  основными  потребителями  кислорода  в  почве
считает  микроорганизмы,  и  одновременно  признает  значительное
потребление  его  корнями,  особенно  в  момент  наиболее  мощного
развития  растений.
 Следовательно,  интенсивность  потребления  кислорода  в  почве
зависит  от  количества  и  качественного  состава  живых  организ¬
мов,  находящихся  в  почве  и  произрастающих  на  ней,  и  от  усло¬
вий  среды,  так  как  последние,  во-первых,  влияют  на  жизнедея¬
тельность  организмов,  что  прежде  всего  отзывается  на  их
дыхании,  и,  во-вторых,  влияют  на  ход  газообмена,  на  скорость
пополнения  кислорода  в  данном  случае.
 Вместе  с  кислородом  и  весь  газовый  режим  почвы  находится
в  строгом  соответствии  с  интенсивностью  жизнедеятельности
в  почве,  а  также  с  условиями  газообмена  (с  определенными
почвенными  и  метеорологическими  условиями).  Интенсивность
жизнедеятельности  всего  почвенного  населения  и  условия  газо¬
обмена  являются  основой  динамики  кислорода,  углекислоты  и
других  газов  в  почве.  Отсюда  то  или  иное  содержание  газов
в  почве  следует  рассматривать  только  в  связи  с  растительными
группировками  или  сельскохозяйственными  культурами  в  кон¬
кретных  условиях  времени  и  места  (почва,  климатическая
зона  и  др.).
 Интенсивность  жизнедеятельности  всего  почвенного  населе¬
ния  может  быть  определена  по  скорости  потребления  почвой
газообразного  кислорода  или  по  скорости  производства  (про¬
дуцирования)  углекислоты.  Такого  рода  исследования  полу¬
чили  название  определения  биологической  активности  почвы.
Они  ведутся  на  свежевзятых  образцах  почвы,  на  почвенных
монолитах  и  непосредственно  в  поле.
 Выше  мы  подробно  остановились  на  основных  процессах,
связанных  с  потреблением  кислорода  и  продуцированием  угле¬
кислоты  в  почве.  В  связи  с  определенными  культурами  мы  уже
приводили  некоторые  данные  по  потреблению  кислорода  расте¬
ниями.  Для  почв  в  целом  приведем  данные  некоторых  иссле¬
дователей  по  выделению  углекислоты  из  почвы  (метод  Г.  Люн-
дегорда  и  метод  В.  И.  Штатнова).  С  некоторыми  допущениями
эти  данные  можно  принять  и  как  величины  продуцирования
углекислоты  почвой.  Таблицы  Г.  Люндегорда  (1937)  и  Рэссела
(1955)  пересчитаны  Н.  П.  Поясовым  и  цифры  даны  в  другой
размерности  (табл.  204).
 Если  сопоставить  и  проанализировать  все  приведенные  данные,

832
 ЖИВЫЕ  ОРГАНИЗМЫ  В  ПОЧВЕ  И  ПОТРЕБНОСТЬ  В  АЭРАЦИИ  [гЛ.  I
 Таблица  204
 Выделение  СО*  и  поглощение  Оо  в  полевых  почвах  в  естественных
 условиях
 Объект  исследования
 Выделение
С02  и  по¬
глощение  Оо
см?!час  м
 Автор
 Дерново-подзолистая  почва  Московской  обл.
 (июль):
 пар
 63
 травы  первого  года
 550
 1  Б.  Н.  Макаров
 овес
 450
 картофель
 440
 J
 ТСХА.  Легкосуглинистая  слабоподзолистая
 почва.  Поднятый  пласт  (клевер  -(-  тимо-
 феевка)  (июль)
 ранний  подъем
 127  ±6
 |  В.  И.  Штатное
 поздний  »
 161  ±2
 родбок,  удобренная  делянка
 80
 Э.  Рэссел
 Пшеничное  поле:
 деятельность  корней
 130
 ]  Ю.  Стоклаза  и
 »  микроорганизмов
 150
 1  А.  Эрнест
 »  общая
 280
 )
 Почва  без  растительности
 30—100
 \  г,  л,
 Рожь
 110—220
 J  П.  Хассе  и
 Картофель
 250—270
 1  Ф.  Киршмейер
 Люцерна
 О
 1
 8
 J
 Почва:
 незанятая  (сентябрь)
 38
 1  Г.  Гумфельд
 занятая  растениями  (сентябрь)
 42—92
 1
 глинистая  (неудобренная)
 62
 песчаная  (неудобренная,  богатая  пере¬
 гноем)
 200
 супесчаная  неудобренная
 200
 :»  богатая  перегноем
 205
 Г.  Люндегорд
 луговая  тощая
 165
 лесная:
 буковый  лес
 770—1Ю0
 ольховый  '>
 560—1140
 кислый  гумус
 115—295
 >  Л.  Ромель
 август  месяц
 270—420
 1

ИНТЕНСИВНОСТЬ  ПОТРЕБЛЕНИЯ  КИСЛОРОДА
 833
 §  3]
 то  прежде  всего  вскрывается  большое  различие  в  размерах
продуцирования  углекислоты  и  потребления  кислорода  в  связи
с  условиями  аэрации  и  сложением  почв.  В  условиях  хорошей
аэрации  и  рыхлого  сложения  почв,  по  данным  С.  П.  Костычева,
Ф.  Ф.  Диковского  и  Н.  П.  Поясова,  1  кг  почвы  мог  потреблять
от  1,7  до  5,7  см3  кислорода  в  1  час.  При  этом  условия  темпе¬
ратуры  и  влажности  были  очень  близкими  к  естественным.  Если
принять  вес  активного  слоя  почвы,  в  котором  как  бы  сосредо¬
точена  деятельность  всего  почвенного  населения  в  300  кг/м2,  то
потребление  кислорода  выразится  в  510—1710  см3/м2.  Цифры
такого  же  порядка  дает  Г.  Люндегорд  для  почв  под  буковым
и  ольховым  лесом  (здесь,  надо  полагать,  определялась  угле¬
кислота,  продуцируемая  в  основном  не  плотной  почвой,  а  рых¬
лой  лесной  подстилкой).
 А.  А.  Шмук  (1923)  определял  «энергию  биохимических  про¬
цессов»  кубанского  чернозема  по  количеству  продуцируемой
углекислоты.  По  его  данным,  при  температуре  в  30°С  и  наибо¬
лее  часто  имеющейся  в  естественных  условиях  средней  влаж¬
ности  кубанского  чернозема  в  23%,  процесс  дает  3,35  см3/кгчас
углекислоты.
 При  весе  пахотного  слоя  (по  А.  А.  Шмуку)  в  352  кг  на  пло¬
щади  в  1  м2  потребление  кислорода  выразится  в  1180  см3/м2  час.
По  данным  Н.  П.  Поясова  влажная  рыхлая  дерново-подзолистая
почва  может  потреблять  кислород  в  количестве  до  1100  см3/м2час
и  влажный  рыхлый  чернозем—до  1500  см3/м2час.
 Во  всех  этих  определениях  интенсивность  процесса  обязана
в  основном  не  аэрации,  а  рыхлому  сложению  почвы  или  боль¬
шой  активности  почвенных  отдельностей.
 Обобщая  эти  данные,  должны  отметить,  что  средние  по
плодородию  разрыхленные  почвы  в  естественных  условиях  тем¬
пературы  и  влажности  (но  не  сухие)  летом  могут  потреблять
от  0,5  до  1,7  л/м2  час  кислорода  и  выделять  такие  же  объемы
угольной  кислоты  (от  5000  до  17000  л/га  час).  Поступление
кислорода  или  аэрация  почвы  для  данного  примера  предпола¬
гается  достаточной.  Последнее  положение  для  разрыхленных
почв  не  вызывало  и  не  вызывает  сомнений  у  всех  исследовате¬
лей.  Аэрация  считается  достаточной  в  том  смысле,  что  аэробные
биохимические  процессы  в  почве  не  угнетаются  и  не  происходит
накопления  углекислоты  в  почвенном  воздухе.
 Определения  Н.  П.  Поясова  на  почвенных  монолитах  дают
данные,  отличающиеся  от  вышеуказанных  почти  на  порядок
в  меньшую  сторону,  хотя  исходный  запас  кислорода  соответство¬
вал  естественным  условиям.  Здесь  делается  упор  на  исходный
запас  кислорода  потому,  что  метод  Н.  П.  Поясова  построен  на
принципе  перенесения  процесса  на  начальный  момент.  Тем

834
 ЖИВЫЕ  ОРГАНИЗМЫ  В  ПОЧВЕ  И  ПОТРЕБНОСТЬ  В  АЭРАЦИИ  [гЛ.  I
 самым1  определялась  величина  поглощения  кислорода  в  началь¬
ный  момент  при  естественном  его  запасе.
 Для  поля  трав  первого  года  пользования  (клевер  -f-  тимо¬
феевка)  Н.  П.  Поясов  нашел  потребление  кислорода,  равное
140  см3/м2час  при  влажности  почвы  в  20%  и  температуре
в  20°  С.  Для  более  активной  почвы  под  лугом  при  оптимальном
увлажнении  (55%  от  полной  влагоемкости)  потребление  кисло¬
рода  достигло  234  см3/м2час.  Для  активной  темно-каштановой
почвы  при  влажности  в  26%  и  плотности  в  1,23  г/см3  эта  вели¬
чина  равна  130  см3/м2час.  Совершенно  близкие  величины  для
различных  почв  в  естественных  условиях  по  данным  других  ис¬
следователей  приведены  в  табл.  204.  Б.  А.  Кин  (1933)  приводит
данные  одного  исследователя,  согласно  которым  при  15°  С  вы¬
деляется  290—440  см3/м2час  углекислоты.
 Этот  ряд  цифр  для  нормально  аэрируемых  почв  соответ¬
ствует  и  объясняется  их  естественным  (плотным)  сложением.
 Отсюда  можно  сделать  вывод,  что  средние  по  плодородию
и  физическому  строению  почвы  (не  разрыхленные),  занятые
растениями,  в  естественных  условиях  температуры  и  влажности
летом  могут  потреблять  от  0,1  до  0,4  л/м2  час  кислорода  и  вы¬
делять  такие  же  объемы  углекислоты  (от  1000  до  4000  л/га  час).
 Э.  Рэссел  (1955)  сделал  такой  же  вывод.  Он  пишет,  что*
скорость  продуцирования  углекислоты  в  естественных  условиях
может  доходить  до  5—10  л/м2  сутки,  или  до  0,21—0,42  л/м2час>
и  для  этого  необходим  такой  же  объем  кислорода.
 При  разрыхлении  пахотного  слоя  достаточно  плодородной
почвы  на  всю  его  глубину  в  тех  же  условиях  температуры  и
влажности  биохимическая  активность  в  почве,  видимо,  может
возрасти  в  несколько  раз  (до  10).  Об  этом  говорят  все  данные
лабораторных  определений  биологической  активности  почв  или
количества  продуцированной  углекислоты,  так  как  сами  опре¬
деления  проводятся  в  таких  случаях  на  разрыхленных  образ¬
цах.  Биохимические  процессы  здесь  идут  на  значительно
большей  поверхности  почвенных  отдельностей,  окруженных
достаточно  свежим  воздухом.  Видимо,  основной  эффект  от  рых¬
ления  достаточно  влажных  почв  заключается  в  том,  что  резко
увеличивается  та  поверхность  почвы  (за  счет  резкого  увеличе¬
ния  межагрегатных  некапиллярных  пор),  где  идут  и  активизи¬
руются  биохимические  окислительные  процессы.  При  этом
в  большем  количестве  появляются  питательные  вещества  и
растения  растут  интенсивнее.
 §  4.  Потребность  растений  в  аэрации  почвы
 Для  нормальной  жизнедеятельности  всего  почвенного  насе¬
ления  (включая  и  корни  высших  растений)  .необходимо  воспол¬

§  4] 	ПОТРЕБНОСТЬ  РАСТЕНИЙ  В  АЭРАЦИИ  ПОЧВЫ 	835
 нять  в  тех  же  количествах  постоянный  расход  кислорода.
Углекислота  как  продукт  жизнедеятельности  должна  отво¬
диться  из  почвенного  воздуха.  В  отношении  удаления  всех  про¬
дуктов  обмена  В.  Р.  Вильямс  (1951)  считает,  что  обязатель¬
ным  условием  существования  любого  живого  организма  яв¬
ляется  удаление  из  окружающей  среды  продуктов  обмена
веществ  организма.  Причем  организмы,  находящиеся  на  низшей
стадии  развития,  являются  более  требовательными  в  этом  отно¬
шении,  так  как  у  них  еще  не  развились  защитные  приспособле¬
ния.
 Как  первое  —  обеспечение  наличия  кислорода  в  достаточных
количествах,  так  и  второе  —  отвод  углекислоты,  осуществляются
за  счет  аэрации  почвы.  Отсюда  несомненна  связь  аэрации  почвы
с  жизнедеятельностью  всего  почвенного  населения  и  с  разви¬
тием  растений.
 Значение  аэрации  как  фактора,  влияющего  на  развитие
растений,  не  вызывает  сомнений  с  того  времени,  как  было  от¬
крыто  дыхание  растений.  Известно,  что  дыхание  свойственно
всем  органам  растений,  в  том  числе  и  их  корням.  Необходи¬
мость  кислорода  для  нормальной  жизнедеятельности  корневой
системы  растений  стала  очевидной  после  того,  как  многочислен¬
ными  исследованиями  было  доказано,  что  дыхание  корней,  клуб¬
ней  и  других  подземных  частей  растения  сильно  сокращалось
или  даже  совершенно  прекращалось  при  отсутствии  кислорода
в  соответствующей  зоне  почвы.
 Исследования  многих  авторов  (М.  Б.  Рэссел,  1955)  показали,
что  аэрация  питательных  сред  приводит  к  весьма  значительному
усилению  роста  у  очень  большого  числа  видов  растений.
 Результаты  ряда  исследований  по  вопросу  о  действии  кис¬
лорода  на  развитие  корневой  системы  растений  были  подыто¬
жены  Кэнноном  (1925).  Опытам  было  подвергнуто  большое
число  растений.
 Наиболее  важный  вывод,  сделанный  Кэнноном,  заключается
в  том,  что  развитие  корневой  системы  растений  при  различных
уровнях  концентрации  кислорода  находится  под  сильным  влия¬
нием  температуры.  В  тех  случаях,  когда  концентрация  кисло¬
рода  в  среде  составляла  3%,  развитие  корней  угнеталось  при
температурах  между  18°  и  30°С.  При  10%  кислорода  нормаль¬
ное  развитие  отмечалось  в  области  18°  С,  но  при  30°  С  скорость
роста  уменьшилась.  Это  говорит  о  том,  что  при  более  высокой
температуре  содержание  кислорода  равное  10%,  оказывалось
недостаточным.  Следовательно,  для  нормального  развития  кор¬
невой  системы  при  повышении  температуры  необходима-  и  луч¬
шая  аэрация,  обеспечивающая  более  высокие  концентрации
кислорода  в  почве.  Другими  словами,  чем  выше  температура

836 	ЖИВЫЕ  ОРГАНИЗМЫ  В  ПОЧВЕ  И  ПОТРЕБНОСТЬ  В  АЭРАЦИИ  [гЛ.  I
 почвы,  тем  выше  потребная  для  корней  концентрация  кисло¬
рода  в  ней.
 Кэннон  объясняет  это  явление  снижением  растворимости
.кислорода  в  почвенном  растворе  при  повышении  температуры
почвы.  Это  положение  справедливо,  особенно  если  учитывать,
что  корни,  видимо,  больше  всего  получают  кислород  из  почвен¬
ного  раствора,  а  не  непосредственно  из  почвенного  воздуха.
Однако  весьма  важную  роль  играет  -повышение  температуры
•непосредственно  для  дыхания  корней,  повышая  его  интенсив¬
ность.
 ,  Кэннон  обнаружил  огромную  приспособляемость  и  выжи¬
ваемость  различных  видов  растений  при  высоких  и  низких  кон¬
центрациях  кислорода  в  почвенном  воздухе.  Он  установил,  что
реакция  различных  растений  на  содержание  кислорода  в  почве
различна  и  что  в  отсутствие  кислорода  прекращается  развитие
растений  всех  видов.  При  снижении  содержания  кислорода
в  почвенном  воздухе  до  0,5%  корневые  системы  многих  видов
растений  продолжают  медленно  развиваться  в  течение  некото¬
рого  ограниченного  промежутка  времени.  При  2%  кислорода
корни  всех  видов  растений  развиваются  нормально,  если  только
содержание  углекислоты  в  почвенном  воздухе  не  превышает
30—50%.
 Другое  важное  наблюдение,  сделанное  Кэнноном,  заклю¬
чается  в  том,  что  рост  корней  может  продолжаться  даже  и  при
низком  содержании  кислорода,  если  только  обеспечена  непре¬
рывность  поступления  кислорода.  Последнее  положение  с  уче¬
том  дыхания  корней,  как  непрерывного  физиологического  про¬
цесса,  и  в  связи  с  оценкой  факторов  аэрации  почвы  нами
подчеркивается  всюду.
 Существование  критических  концентраций  кислорода,  обу¬
славливающих  ту  или  иную  степень  активности  корней,  полу¬
чило  подтверждение  в  работах  Брейтона,  Комптона  и  Ройтнера
(М.  Б.  Рэссел,  1955).  Эти  исследователи  различают  несколько
уровней  активности  корней.  Низший  уровень,  или  предел  суще¬
ствования,  для  корней  яблони,  диаметр  которых  превышает
,1  мм,  в  период  активного  роста  деревьев  соответствует  концен¬
трации  кислорода  менее  3%.  Однако  и  при  концентрации  кис¬
лорода  менее  1%  корни  не  погибают,  но  заметно  теряют  в  весе.
Для  развития  кончиков  корней  оказывалось  необходимым  повы¬
сить  содержание  кислорода  до  5—10%.  Для  появления  же  но¬
вых  корней  содержание  кислорода  должно  было  превышать
12%.  Сухой  вес  корневой  массы  снижался,  если  концентрация
^кислорода  составляла  менее  10%.
 Одновременное  действие  различных  концентраций  углекис¬
лоты  и  кислорода  на  рост  корней  хлопчатника  изучалось  Лео¬
нардом  и  Пинкардом  (М.  Б.  Рэссел,  1955).  Измеряя  ежеднев¬

§  4] 	ПОТРЕБНОСТЬ  РАСТЕНИЙ  В  АЭРАЦИИ  почвы 	837
 ный  прирост  корней,  эти  авторы  пришли  к  заключению,  что
развитие  корней  хлопчатника  в  водных  культурах  с  постоянным
содержанием  углекислоты  10%  не  изменялось  при  колебаниях
в  содержании  кислорода  от  10  до  21%.  Содержание  кислорода
-ниже  5%,  равно  как  и  90—100%  кислорода,  заметно  задержи¬
вало  рост  корней  хлопчатника.  В  другой  серии  опытов  содер¬
жание  кислорода  поддерживалось  на  уровне  21%,  а  содержание
углекислоты  варьировало  в  пределах  0—100%.  По  истечении
2  недель  оказалось,  что  концентрации  углекислоты  от  15%  и
ниже  не  оказывали  влияния  на  рост  корней  в  длину.  Скорость
роста  снижалась  приблизительно  на  50%  при  содержании  угле¬
кислоты  в  30%  и  рост  прекращался  совершенно  при  60%  угле¬
кислоты  и  выше.  В  опытах  принимались  предупредительные
1меры  против  изменения  pH  питательного  раствора,  которое
могло  произойти  в  связи  с  высокой  концентрацией  углекислоты.
 В  своем  исследовании,  посвященном  вопросу  о  реакции
растений  кукурузы  на  различную  степень  аэрации  почвенных
культур,  Рид  (М.  Б.  Рэссел,  1955)  показал,  что  развитие  расте¬
ний  в  неаэрированных  закупоренных  сосудах  сильно  замедля¬
лось  по  сравнению  с  ростом  растений  в  сосудах,  которые  аэриро¬
вались  очень  медленным  током  воздуха.  Ежедневный  контроль
концентраций  кислорода  и  углекислоты  в  неаэрированных  сосу¬
дах  показал,  что  содержание  в  них  кислорода  колебалось
в  пределах  от  0  до  12%,  а  содержание  углекислоты  —  в  преде¬
лах  от  12  до  29%.  Ежедневная  аэрация  с  таким  расчетом,  чтобы
объем  обновленного  воздуха  составлял  !/з  от  общего  объема
пор,  изменяла  эти  значения.  В  аэрируемом  варианте  концентра¬
ция  кислорода  изменялась  в  пределах  от  1  до  15%,  а  концен¬
трация  углекислоты  —  в  пределах  от  6  до  31%.  Скорость  роста
растений  в  этом  варианте  составляла  около  90%  от  скорости
роста  на  средах,  которые  аэрировались  в  200  раз  более  интен¬
сивно.
 На  основании  упомянутых  выше  экспериментальных  данных,
а  также  данных  других  авторов  можно  сделать  вывод,  что
взаимное  влияние  концентраций  углекислоты  и  кислорода  про¬
является  в  заметной  степени  только  в  области  предельных  кон¬
центраций;  в  области  же  концентраций,  обычных  в  полевых
почвах,  этим  влиянием  можно  в  значительной  степени  прене¬
бречь.
 Из  этих  опытов  видно,  насколько  широки  допустимые  пре¬
делы  концентраций  углекислоты  и  кислорода  и  до  какого  мини¬
мума  могут  быть  сведены  потребности  корней  растений  в  кисло¬
роде.  С  другой  стороны,  кажутся  неясными  причины  заметного
улучшения  состояния  |растений  при  незначительных  улучшениях
в  составе  почвенного  воздуха  при  обычных  высоких  концентра¬
циях  кислорода.  Об  этом  свидетельствует  вся  агрономическая

838 	ЖИВЫЕ  ОРГАНИЗМЫ  В  ПОЧВЕ  И  ПОТРЕБНОСТЬ  В  АЭРАЦИИ  [ГЛ.  I
 практика  и,  в  частности,  опыты  Буакура  и  Аллена  (М.  Б.  Рэе-
сел,  1955).
 В  опытах  указанных  авторов  аэрация  почвы  усиливалась
путем  ежедневного  пропускания  воздуха  в  течение  часа  через
 4-дюймовые  трубы,  заложенные  в  гряды  розариев.  Влажность
/почвы  поддерживалась  при  этом  на  оптимальном  уровне.  Пробы
почвенного  воздуха  брали  «с  глубины  20  см  и  анализировали  на
содержание  кислорода  и  углекислоты.  Содержание  кислорода
в  почвенном  воздухе  контрольных  гряд  (без  труб)  было  равно
Д8,8—19,3%  при  1,5—1,9%  углекислоты,  в  то  же  время  искус¬
ственно  аэрированная  почва  содержала  20,2—20,3%  кислорода
и  0,3—0,6%  углекислоты.  Несмотря  на  эти  относительно  не¬
большие  различия  в  составе  почвенного  воздуха  на  указанных
двух  делянках,  общий  рост  растений  в  длину  на  искусственно
аэрированных  почвах  был  почти  вдвое  большим,  чем  на  кон¬
трольных.
 ,  От  аэрации  среды  в  сильной  степени  зависит  прорастание
семян  различных  растений.  По  общему  мнению  исследователей,
недостаточная  аэрация  является  причиной  слабой  всхожести
семян  и  пестроты  всходов  у  многих  полевых  культур,  выращи¬
ваемых  на  почвах  с  плохой  структурой  или  избыточным  увлаж¬
нением.  Низкое  содержание  кислорода  или  высокое  содержание
углекислоты  в  среде,  равно  как  и  сочетание  обоих  этих  условий,
снижало  прорастание  семян;  при  этом  у  разных  растений  по¬
роги  выносливости  оказывались  различными.  Критические  кон¬
центрации  кислорода  были  ниже  при  более  низких  температу¬
рах  прорастания.  Изучение  причин  плохой  всхожести  гороха
показало,  что  в  почве,  покрытой  коркой  и  сильно  увлажненной,
прорастание  гороха  сильно  затруднялось  вследствие  возникно¬
вения  в  почве  (в  слое,  окружающем  семя)  низких  окислительно-
восстановительных  потенциалов.  При  этом  семена  сортов  гороха,
наиболее  богатых  сахаром,  способствовали  возникновению  наи¬
более  низких  окислительно-восстановительных  потенциалов  и
прорастали  особенно  плохо.
 Так  как  растения  потребляют  только  полностью  окисленные
элементы  пищи,  образующиеся  в  почве  в  результате  аэробных
процессов,  то  нормальная  аэрация  почвы  должна  быть  непре¬
менным  условием  их  жизнедеятельности.
 В  других  условиях,  'на  средах,  не  содержащих  необходимых
количеств  кислорода,  наблюдается  угнетение  в  1развитии  расте¬
ний,  связанное  с  ограниченным  поглощением  ионов  корнями.
Это  положение  точно  установлено  работами  многих  исследова¬
телей  (М.  Б.  Рэссел,  1955),  показавших,  что  недостаток  кисло¬
рода  или  повышенное  содержание  углекислоты  затрудняют
у  многих  видов  растений  поглощение  корнями  питательных  ве¬
ществ.  Как  выяснено  на  опытах  с  кукурузой,  отдельные  эле-

ПОТРЕБНОСТЬ  РАСТЕНИЙ  В  АЭРАЦИИ  ПОЧВЫ
 839
 §  4]
 .менты  в  зависимости  от  величины  снижения  их  усвоения  «дан¬
ных  условиях  могут  быть  расположены  в  следующий  ряд:
К  >  Са  >  Mg  >  N  >  Р.
 При  пропускании  воздуха  через  'вегетационные  сосуды  с  вы¬
сокой  влажностью  почвы  наблюдалось  усиление  роста  как  над¬
земной  части  растений,  так  и  корневой  системы.  В  порядке
повышения  поглощаемости  растениями  в  зависимости  от  аэра¬
ции  почв  питательные  элементы  располагаются  в  следующий
ряд:  К  >  N  >  Са  >  Mg  >  Р.
 ,  На  связь  между  аэрацией  в  зоне  корнеобитания  и  поглоще¬
нием  питательных  веществ  указывают  и  такие  факты.  Очень
часто  исследователи  обнаруживают,  что  концентрации  некото¬
рых  ионов  в  клеточном  соке  превышают  концентрации  их
в  среде.  В  этих  условиях  растения  накапливают  ионы  против
падения  градиента  концентрации,  и  следовательно,  затрачивают
энергию.  В  настоящее  время  считается  общепризнанным,  что
эта  энергия  доставляется  аэробным  дыханием  корней.  Поэтому
накопление  ионов  в  клетках  корней  в  сильной  степени  зависит
от  концентрации  кислорода  в  среде.
 Недостаточность  аэрации  снижает  поступление  воды  в  расте¬
ния.  Многие  исследователи  отмечали  увядание  растений  на
жидких  питательных  средах,  если  эти  среды  аэрировались  газо¬
вой  смесью  с  высокой  концентрацией  углекислоты  и  с  низкой
концентрацией  кислорода.
 М.  Б.  Рэссел  (1955)  приводит  результаты  опытов  Уитни.
Этот  исследователь  выращивал  томаты,  табак,  подсолнечник,
хлопчатник  и  кукурузу  .в  песчаных  культурах  с  искусственным
поливом.  Для  аэрирования  применялись  четыре  газовые  смеси,
/представляющие  собой  различные  комбинации  из  двух  уровней
концентрации  кислорода  (0  и  20%)  и  двух  уровней  концентра¬
ции  углекислоты  (0  и  20%).  Остальная  часть  газовой  смеси
приходилась  на  долю  азота.  Определение  интенсивности  посту¬
пления  воды  в  растения  производилось  с  течение  7—14  дней
путем  измерения  расхода  воды  на  транспирацию.  Смеси  с  низ¬
ким  содержанием  кислорода  вызвали  снижение  относительной
транспирации  у  табака  в  первый  день  на  70%  с  последующим
небольшим  снижением,  а  затем  постепенным  повышением.  От¬
носительная  транспирация  у  томатов  снизилась  приблизительно
на  10%  в  первый  день  и  неуклонно  продолжала  снижаться.
У  кукурузы  первоначальное  снижение  составляло  40%,  после
чего  почти  не  происходило  каких-либо  изменений.  При  содержа¬
нии  углекислоты  в  20%  снижение  транспирации  для  смесей
с  высоким  содержанием  кислорода  было  незначительным;  у  тех
же  культур,  тде  транспирация  снижалась  уже  в  силу  малого
содержания  кислорода,  указанная  высокая  концентрация  вы¬
звала  лишь  слабый  дополнительный  эффект.

840 	ЖИВЫЕ  ОРГАНИЗМЫ  В  ПОЧВЕ  И  ПОТРЕБНОСТЬ  в  аэрации  [гл.  !
 Многими  исследователями  установлена  зависимость  морфо¬
логии  корней  от  аэрации  почвы.  Как  травило,  корни,  развиваю¬
щиеся  в  хорошо  аэрированных  средах,  бывают  более  длинными,
со  светлой  окраской  и  большим  числом  корневых  волосков.  При
недостатке  кислорода  корни  утолщаются,  укорачиваются,  .при¬
обретают  более  темную  окраску  и  не  образуют  достаточного
количества  корневых  волосков.  Водные  растения  и  растения,
являющиеся  постоянньими  обитателями  недостаточно  дрениро¬
ванных  почв,  нередко  обладают  специальными  приспособле¬
ниями,  которые  служат  проводниками  кислорода  к  погруженным
в  воду  или  находящимся  тод  землей  тканям.
 Путем  сравнения  анатомических  и  гистологических  особен¬
ностей  строения  корней  ячменя,  выращенного  на  аэрированных
и  неаэрированных  средах  (М.  Б.  Рэссел,  1955),  показано,  что
ячмень,  выращенный  на  неаэрированной  среде,  на  каждом  ра¬
стении  имел  в  среднем  то  225  корней  три  средней  длине  одного
корня  10,9  см,  тогда  как  на  аэрированных  средах  выросли
растения,  имевшие  в  среднем  75  корней  при  средней  длине
корня  37,4  см.  Характерно,  что  в  первом  случае  корни  были  на
15%  толще,  чем  во  втором.  Исследование  строения  корней  тод
микроскопом  показало,  что  кора  корней,  выросших  на  аэриро¬
ванных  растворах,  состояла  из  однородной  плотной  паренхимы
без  межклетников.  Кора  же  корней,  выросших  на  неаэрирован-
ных  средах,  имела  крупные  воздухоносные  полости,  разделен¬
ные  узкими  полосами  паренхимы.
 Помимо  более  или  менее  прямого  влияния,  оказываемого
аэрацией  на  рост  растений,  имеется  также  и  косвенное  ее
воздействие  как  фактора,  влияющего  на  появление  и  интен¬
сивность  развития  некоторых  болезней  растений.  Это  воздей¬
ствие  осуществляется  по  двум  направлениям:  1)  через  влия¬
ние  недостатка  кислорода  на  развитие  и  выживаемость  патоген¬
ных  микроорганизмов;  2)  через  повышение  восприимчивости
растения'-хозяина,  произрастающего  в  недостаточно  аэрируемой
почве,
 В  наибольшей  степени  зависят  от  почвенных  условий  возбу¬
дители  болезней,  поражающих  корни  растений.  Избыточное
увлажнение  почвы  благоприятствует  образованию  корневой
гнили  всех  видов,  так  как  при  этом  создаются  благоприятные
условия  для  развития  патогенных  грибов,  а  корни  растений  ста¬
новятся  более  восприимчивыми  к  поражению.
 В  самой  почве  при  недостатке  кислорода  изменяется  в  неже¬
лательную  сторону  ход  многих  химических  и  биологических
процессов.  В  этих  условиях  начинают  преобладать  анаэробные
процессы,  приводящие  к  образованию  больших  количеств  вос¬
становленных  соединений.  В  табл.  205  (М.  Б.  Рэссел,  1955),
приводятся  данные  о  степени  окисленности  отдельных  химиче-

ПОТРЕБНОСТЬ  РАСТЕНИЙ  В  АЭРАЦИИ  ПОЧВЫ
 841
 §  4]
 ских  элементов,  присутствующих  в  различно  аэрированных
почвах.
 Таблица  205
 Степень  окисленности  отдельных  химических  элементов,
присутствующих  в  различно  аэрированных  почвах.
 Элемент
 Нормальная  форма
в  хорошо  аэрированных
почвах
 Восстановленная  форма
в  плохо  аэрированных
почвах
 Углерод
 О
 о
 1-9
 СН4,  сложные  альдегиды!
и  пр.
 Азот
 N03~
 No  и  NH3
 Сера
 SO--
 HoS
 Железо
 Fe++  +
 Fe+  +
 Марганец
 Mn+++
 Mn+  +
 К  числу  почвенных  процессов,  наиболее  подверженных  влия¬
нию  изменений  воздушного  режима  почвы,  относятся  те,  в  кото¬
рых  участвует  марганец.  Вследствие  того,  что  в  .почвах  имеют
место  как  химические,  так  и  биологические  процессы  окисления;
и  восстановления,  очевидно,  что  марганец  можно  обнаружить
в  виде  соединений  различных  степеней  окисления  и  что  эти  -со¬
единения  весьма  динамичны.  Присутствие  в  почве  или  в  от¬
дельных  зонах  и  микрозонах  почвы  тех  или  иных  соединений
марганца  зависит  от  аэрации,  температуры,  присутствия  легка
окисляющихся  органических  веществ,  реакции  почвенного  рас¬
твора  и  окислительно-восстановительного  потенциала  почвы.
 В  кислых  и  избыточно  увлажненных  почвах  иногда  появ¬
ляются  высокие  концентрации  растворимого  марганца  (низших
валентностей),  который  токсически  действует  на  растения.  Та¬
кое  положение  можно  устранить,  повысив  pH  или  же  добив¬
шись  создания  лучших  окислительных  условий  в  почве  за  счет
усиления  дренажа  или  применения  соответствующих  способов^
обработки  почвы,  резко  улучшающих  аэрацию.
 Почвенные  процессы,  в  которых  участвует  железо,  также
в  сильной  степени  зависят  от  условий  аэрации.  Железо,  в  от¬
личие  от  марганца,  обладает  только  двумя  валентными  фор¬
мами.  На  карбонатных  почвах  иногда  наблюдается  недостаток:
железа  для  растений.  Этот  недостаток  может  быть  смягчен  сни¬
жением  pH  почвенного  раствора  или  же  возбуждением  в  почве
на  известный  период  анаэробной  биологической  деятельности.
Однако  более  выгодным  здесь  будет  снабжать  растение  желе¬
зом  непосредственно  путем  опрыскивания  растворами  его  солей.

842  живые  организмы  в  почве  и  потребность  в  аэрации  [гл.  I
 Избыточное  количество  растворимого  железа  редко  может
стать  токсическим  для  растений.  В  этих  случаях  проявляется
его  вредная  роль  как  вещества,  образующего  труднораствори¬
мые  фосфатные  соли  железа  и,  тем  самым,  делающего  фосфор
недоступным  для  растений.
 С  составом  почвенного  воздуха,  вернее  с  наличием  углекис¬
лоты,  увязываются  процессы  выветривания  первичных  минера¬
лов  в  почве.  Парциальное  давление  углекислоты  сильно  влияет
на  кальциевый  режим  почвы,  а  следовательно,  и  на  структуру
почвы  и  на  ход  разложения  органического  вещества.
 Совместное  действие  кислорода  и  углекислоты  на  ряду
с  другими  факторами  обуславливает  тот  или  иной  ход  разложе¬
ния  органического  вещества.  Это  —  наиболее  сложный  и  главен¬
ствующий  процесс.  Им  объясняются  и  весь  процесс  почвообра¬
зования,  и  плодородие  почвы,  и  системы  земледелия.
 При  достаточном  количестве  кислорода,  т.  е.  в  аэробных
условиях,  органические  соединения  исходных  тканей  переходят
во  все  более  простые  формы  преимущественно  путем  окисления.
Конечные  продукты  аэробного  разложения  содержат  углекис¬
лоту,  воду,  нитраты,  сульфаты,  фосфаты,  а  также  соединения
кальция,  магния,  калия,  железа  и  т.  п.  В  условиях  недоста¬
точного  снабжения  кислородом,  т.  е.  в  анаэробных  условиях,
возникают  совершенно  иные  продукты  разложения  органи¬
ческого  вещества.  Здесь  мы  встречаем  такие  соединения,  как
метан,  сероводород,  аммиак,  альдегиды  и  закисные  формы
железа.
 Направленность  процессов  разложения  органического  веще¬
ства  до  тех  или  иных  конечных  продуктов  зависит,  как  показано
выше,  от  условий  среды  и  объясняется  деятельностью  тех  или
иных  групп  микроорганизмов  —  аэробов  или  анаэробов.  Вернее
всего  идет  совместная  деятельность  тех  и  других  и  промежуточ¬
ных  групп  микроорганизмов,  но  с  характерным  общим  напра¬
влением  процесса  в  ту  или  другую  сторону  в  зависимости  от
условий  среды,  главным  образом  —  от  условий  аэрации,  от  по¬
ступления  кислорода.  Так,  процессы  разложения  органического
вещества,  обуславливающие  образование  аммиака,  осуще¬
ствляются  многочисленной  группой  аммонификаторов,  среди
которых  встречаются  также  и  анаэробы.  В  результате  этих  про¬
цессов  не  все  элементы  появляются  в  виде  конечных  продуктов.
•Судьба  аммиака  зависит  от  поступления  кислорода.  В  присут¬
ствии  кислорода  аммиак  окисляется  в  нитраты,  причем  скорость
этого  окисления  лимитируется  только  скоростью  образования
аммиака.  В  отсутствии  свободного  кислорода  окисление  аммиака
в  нитраты  становится  невозможным,  и  аммиак  накапливается
в  почве.  В  случае  изменения  условий  в  сторону  ухудшения
аэрации  ранее  окисленные  соединения  могут  быть  восстано¬

ПОТРЕБНОСТЬ  РАСТЕНИЙ  В  АЭРАЦИИ  ПОЧВЫ
 843
 §  4]
 влены.  Прежде  всего  этот  процесс  захватывает  азот,  при  кото¬
ром  нитраты  переводятся  в  нитриты  и  в  аммиак.
 Такая  же  картина  наблюдается  при  превращениях  серы.
Аэробные  организмы  осуществляют  окисление  серы  до  суль¬
фатов.  Однако  в  отсутствие  кислорода  такого  окисления  не
происходит,  и  в  почве  накапливаются  восстановленные  соедине¬
ния  серы,  например  сероводород.
 К  настоящему  времени  совершенно  установлена  связь  аэра¬
ции  почвы  с  прорастанием  семян,  с  ростом  и  развитием  расте¬
ний,  с  питанием  и  водопотреблением  растений,  с  устойчивостью
растений  к  болезням,  с  характером  разложения  органического
вещества,  с  процессами  выветривания  первичных  минералов,
с  процессами  растворения  и  перемещения  солей  и  с  многими
другими  физико-химическими  и  биологическими  процессами,
протекающими  в  почве  и  в  растении.
 Изменением  условий  аэрации  в  почве  объясняется  смена  ра¬
стительных  ценозов  и  смена  стадий  почвообразовательного  про¬
цесса.
 Всё  вышеприведенное  с  полной  очевидностью  подтверждает
необходимость  в  постоянной  аэрации  почвы  в  целях  улучшения
условий  для  роста  и  развития  растений  в  период  их  вегетации.
Однако  высокая  аэрация  не  должна  идти  в  ущерб  природному
плодородию  почвы,  когда  заметное  уменьшение  клеящих  орга¬
нических  веществ  может  привести  к  снижению  водопрочности
почвенной  структуры  и  когда  процесс  окисления  всех  органиче¬
ских  веществ  может  привести  к  уменьшению  гумуса  в  почве.

ГЛАВА  II
 ГАЗООБМЕН  ПОЧВЕННОГО  ВОЗДУХА
 §  1.  Газообмен  почвенного  воздуха  с  атмосферным  как
основной  источник  пополнения  кислорода
в  почве
 Известное  положение  В.  Р.  Вильямса  о  том,  что  пища  должна
быть  в  почве  в  виде  полностью  окисленных  соединений,  выте¬
кающее  из  самой  сущности  физиологических  потребностей  зеле¬
ных  растений,  указывает  на  необходимость  наличия  в  «почве
аэробных  условий.  Только  при  наличии  или  при  постоянном
притоке  кислорода  в  почве  создаются  условия  нормального  пи¬
тания  растений  и  условия,  нормальные  для  жизнедеятельности
корней,  также  требующих  для  дыхания  присутствия  свободного
кислорода.
 Вот  почему  условия  питания  и  развития  растений  вообще
совершенно  справедливо  увязываются  с  условиями  воздухо-
обеспеченности  (кислородообеспеченности)  почвы.
 Воздухообеспеченность  почвы  зависит  и  складывается
в  основном  из:
 1) 	наличия  или  запаса  воздуха  (кислорода)  в  почве  (возду-
хоем  кость),
 2) 	интенсивности  потребления  кислорода,  или  активности
почвы,
 3) 	интенсивности  пополнения  кислорода  или  из  интенсивно¬
сти  газообмена  вообще.
 В  предыдущей  главе  показана  интенсивность  потребления
кислорода,  или  активность  почвы,  в  различных  условиях.  Из
этих  обобщенных  данных  видно,  что  при  рыхлом  сложении  до¬
статочно  влажной  почвы  и  при  температуре  в  20—30°  С  в  слое
0—30  см  кислород  может  потребляться  со  скоростью  от  0,5  до
1,7  л/м2  час.  При  средней  воздухоемкости  слоя  в  33,3%  исход¬
ного  запаса  20  л  кислорода  в  100  л  воздуха  будет  достаточно
без  пополнения  лишь  на  12—40  часов.
 Для  тех  же  условий  температуры  и  влажности,  но  для  сред¬
них  по  плодородию  и  физическому  строению  неразрыхленных

§  1] 	ГАЗООБМЕН  ПОЧВЕННОГО  ВОЗДУХА  С  АТМОСФЕРНЫМ 	845
 естественных  почв,  в  слое  0—25  см  кислород  может  по¬
требляться  со  скоростью  от  0,1  до  0,4  л/м2  час.  При  воздухо-
емкости  в  20%  исходного  запаса  10  л  кислорода  в  50  л  воздуха
будет  достаточно  без  пополнения  лишь  на  25—100  часов.
 Наши  опыты  с  герметизацией  монолитов  почвы  в  сосудах  по¬
казали,  что  в  нормальных  для  почвы  условиях  температуры  и
влажности  кислород  нацело  'может  исчезнуть  в  течение
48  часов.
 Остановимся  на  основных  источниках  кислорода  в  почве.
 Табличные  данные  и  расчет  показывают,  что  в  слое  0—30  см
запасы  кислорода,  растворенного  в  свежей  воде  при  20°  С,  со¬
ставят  лишь  6,6  см3/л,  или  0,6  л/м2  поверхности  почвы  при
влажности,  например,  в  30%  от  объема  почвы  и  их  будет  до¬
статочно  лишь  на  1  час.
 В  почвах,  избыточно  увлажненных  перемещающейся  водой,
богатой  кислородом,  этот  источник  в  значительной  степени  мо¬
жет  удовлетворять  имеющийся  там  расход  кислорода.  Как  ука¬
зывает  М.  Н.  Латышева  (1936),  по  данным  Хессельмана,  в  та¬
ких  условиях  наблюдается  хороший  рост  леса.
 Кислород,  адсорбированный  почвой  при  оптимальных  для
растений  влажностях,  не  должен  составить  существенного  коли¬
чества.  Большинство  адсорбентов,  .в  том  числе  и  твердые  ча¬
стицы  почвы,  в  больших  количествах  и  очень  активно  погло¬
щают  водяные  пары.  При  этом  водяные  пары  замещают  ранее
адсорбированные  газы  (обменная  адсорбция).  Как  известно,
частицы  почвы  почти  всегда  находятся  в  атмосфере,  насыщен¬
ной  водяными  парами,  и  даже  окружаются  водяными  пленками
и,  следовательно,  не  должны  иметь  заметного  количества  адсор¬
бированных  газов.  П.  А.  Костычев  (1940)  по  этому  поводу
указывает,  что  адсорбция  газов  твердыми  частицами  почв  про¬
исходит  главным  образом  в  сухих  почвах.  При  исследованиях
Шлезинга  влажных  почв  в  них  оказалось  ничтожное  количество
сгущенных  газов.
 Исходя  из  этого,  при  влажностях,  какие  могут  встретиться
в  почве  в  зоне  корнеобитания,  мы  не  можем  видеть  заметного
источника  снабжения  в  виде  адсорбированного  кислорода.
 Основным  источником  свободного  кислорода  в  обычных  поч¬
венных  условиях  является  почвенный  воздух  и  то  при  условии
его  постоянного  сообщения  с  атмосферным.  Последнее  условие
имеет  первостепенную  значимость,  так  как  за  счет  одних  запа¬
сов  почвенного  воздуха  (воздухоемкость)  кислорода  без  попол¬
нения  хватит,  как  было  показано  выше,  всего  на  несколько  су¬
ток.  То  или  иное  содержание  воздуха  в  почве  в  каждый  данный
момент  имеет  значение  не  только  как  наличие  определенных
запасов  кислорода,  но  оно  обуславливает  процесс  обмена
газов.

846
 ГАСООБМЕН  ПОЧВЕННОГО  ВОЗДУХА
 [ГЛ.  II
 Для  нормального  газообмена  почвы  должны  всегда  иметь  опре¬
деленное  количество  воздухоносных  пор,  сообщающихся  между
собой  и  с  атмосферой.  По  этой  сплошной  сети  и  происходит  дви¬
жение  углекислоты  и  кислорода  в  почве.  Многие  исследователи
(Копецкий,  Бэвер,  Стефенсон)  считают,  что  постоянное  наличие
в  почве  пор,  заполненных  воздухом  и  составляющих  воздухонос¬
ную  систему,  не  должно  снижаться  менее  6—10%,  чтобы  не  вы¬
звать  заметного  снижения  урожая  произрастающих  культур.
 Между  воздухоемкостью  почвы  и  интенсивностью  газообмена-
вообще  имеется  прямая  зависимость.  Отсюда  поддержание  бо¬
лее  высокой  воздухоемкости,  и  следовательно,  интенсивности
газообмена  является  одной  из  задач  предпосевных  и  междуряд¬
ных  обработок  почвы.  Но  газообмен  осуществляется  активными
процессами,  поэтому  в  некоторых  условиях  он  может  быть  ин¬
тенсифицирован.
 Так  же,  как  при  высокой  оборачиваемости  транспортных  еди¬
ниц  можно  обеспечивать  большие  перевозки  грузов  при  малом
наличии  единиц  в  каждый  данный  момент,  так  и  >при  интенсив¬
ном  газообмене  можно  восполнять  значительные  траты  кисло¬
рода  при  довольно  малой  воздухоемкости  почвы.  Следова¬
тельно,  газообмен  с  точки  зрения  воздухообеспеченности  почвы
имеет  самостоятельное  значение.
 Газообмен  почвенного  воздуха  представляет  сущность  аэра¬
ции  (вентиляции)  почвы  и  зависит  от  почвенных  и  метеороло¬
гических  условий.  Кроме  того,  газообмен  зависит  от  живого
населения  почвы  и  от  растительного  покрова  (почвенно-биоло¬
гические  условия).  Однако  почвенные  и  почвенно-биологические
условия  имеют  здесь  первостепенное  значение,  так  как  газооб¬
мен  осуществляется  через  поры  и  через  поверхность  почвы,
имеющую  иногда  резко  различное  состояние.
 Различное  количество  и  качество  почвенных  пор  с  точки  зре¬
ния  передвижения  в  них  воды  и  воздуха  (по  В.  Р.  Вильямсу),
обусловленное  механическим  составом,  структурностью  и  раз¬
личным  строением  почвы,  определяет  интенсивность  газообмена
и,  следовательно,  аэрацию  почвы.
 Состав  почвенного  воздуха,  а  также  степень  его  возобновле¬
ния,  согласно  А.  П.  Шенникову  (1941),  не  только  влияют  на
растительность,  но  и  сами  зависят  от  растительности:  например,
чрезмерное  задернение  почвы  может  быть  не  только  причиной,
но  и  следствием  недостатка  аэрации.
 Под  аэрацией  почвы  понимается  непрерывно  совершающийся
процесс  газообмена  почвенного  воздуха  с  атмосферным,  благо¬
даря  которому  восполняются  потребляемые  газы  и  отводятся
газы,  образующиеся  в  почве.
 В  аэрации,  или  в  процессе  газообмена,  почвенного  воздуха
с  атмосферным  необходимо  различать:

УСЛОВИЯ  АЭРАЦИИ  ПОЧВЫ
 847
 §  2]
 а) 	условия,  при  которых  протекает  процесс,  и
 б) 	действующие  факторы  аэрации,  благодаря  которым  осу¬
ществляется  самый  ход  процессов  газообмена  (механизм  газо¬
обмена).
 §  2.  Условия  аэрации  почвы
 Рассмотрим  совокупность  условий  в  почве  и  в  приземном
слое  воздуха,  влияющих  определенным  образом  на  аэрацию
почвы.
 К  почвенным  условиям,  влияющим  на  ход  аэрации,  следует
отнести  все  то,  что  влияет  на  систему  пор,  на  движение  воды
и  воздуха  в  них.  Сюда  относится  влажность  почвы,  структур¬
ность,  наличие  органических  веществ,  механический  состав,
плотность,  температура  почвы,  ее  тепловые  и  водные  свой¬
ства.  Сюда  же  нужно  отнести  состояние  поверхности  раз¬
дела  между  почвой  и  приземным  слоем1  воздуха,  т.  е.  состоя¬
ние  поверхности  почвы:  глыбистость,  трещиноватость  и  наличие
корки.
 К  почвенно-биологическим  условиям  нужно  отнести:  коли¬
чество  микро-  и  макроорганизмов  в  почве  и  количество  корней,
густоту  растительного  покрова,  наличие  дернины,  ‘мертвого  от¬
пада,  очеса  и  пр.
 К  условиям  в  приземном  слое  воздуха,  кроме  условий,  отно¬
сящихся  непосредственно  к  действующим  факторам  аэрации
(ветер  и  пр.),  необходимо  отнести:  содержание  или  концентра¬
цию  интересующих  нас  газов  в  атмосфере,  условия  перемешива¬
ния  воздуха  или  вообще  интенсивность  поступления  или  уда¬
ления  тех  или  иных  газов  от  поверхности  почвы  (например,
интенсивность  удаления  углекислоты  от  поверхности  почвы  и
потребления  ее  в  процессе  фотосинтеза  в  случае  оценки  пере¬
носа  углекислоты  из  почвы).
 Вопросы  о  значении  строения  почвы  в  аэрации  и,  далее,  об
отношении  почвы  к  воде  и  ее  антагонисту  —  воздуху  с  опреде¬
ленной  ясностью  разработаны  В.  Р.  Вильямсом.  Этими  каче¬
ствами  и  объясняется  основное  различие  структурных  и  бес¬
структурных  почв.
 Роль  растительного  покрова  в  свете  тех  изменений,  которые
он  вызывает  в  почве  (диалектическая  взаимосвязь  и  взаимо¬
обусловленность  явлений),  и  условия  аэрации  на  примерах
смены  (растительных  формаций  впервые  была  поднята  П.  А.  Ко¬
лычевым  и  блестяще  развита  В.  Р.  Вильямсом.
 В.  Р.  Вильямс,  Ромель,  Г.  Люндегорд  и  некоторые  другие
исследователи  совершенно  ясно  высказывались  и  относительно
механизма  газообмена  и  относительно  действующих  факторов
аэрации,  «о,  однако,  и  до  настоящего  времени  имеются  еще
самые  различные  толкования  этого  вопроса.

848
 ГАЗООБМЕН  ПОЧВЕННОГО  ВОЗДУХА
 [ГЛ.  II
 §  3.  Действующие  факторы  аэрации  почвы
(механизм  газообмена)
 Еще  у  первых  исследователей  почвенного  воздуха  вслед  за
установлением  фактов  образования  углекислоты  в  почве  возни¬
кали  вопросы,  связанные  с  газообменом.
 ’Ж.  Б.  Буссенго  еще  в  1853  т.  указывал,  что  углекислота
попадает  в  окружающую  атмосферу,  выделяясь  из  почвы.
П.Ф.  Смоленский  (1880)  в  литературном  обзоре  к  своей  диссер¬
тации  приводит  из  первоисточников  четкие  заключения  по  во¬
просам  газообмена  одних  из  первых  исследователей  почвенного
воздуха.  Так,  то  обстоятельство,  что  на  меньших  глубинах  поч¬
венный  воздух  беднее  углекислотой,  Петтенкофер  объяснил  тем,
что  в  верхних  слоях  почвы  вентиляция  лучше  и  диффузия  газов
совершается  энергичнее,  чем  в  нижних  слоях.
 Флек,  за  ним  Аммон,  экспериментально  определяли  воздухо¬
проницаемость  почвы  в  зависимости  от  размеров  частиц,  мощ¬
ности  слоя,  температуры  и  разности  в  давлениях.
 Величковский  в  1883—1884  гг.  на  основании  эксперименталь¬
ных  данных  предложил  формулу  для  вычисления  количеств  про¬
текшего  через  почву  воздуха  при  любом  давлении  (см.
К.  Д.  Глинка,  1932).
 Исследования  газообмена  почвенного  воздуха  нашли  даль¬
нейшее  развитие  у  Э.  Вольни  (мюнхенская  школа,  агрофизиче¬
ское  направление  в  агрономии);  им,  как  известно,  очень  :многое
было  сделано  в  отношении  изучения  физических  свойств  почвы,
в  том  числе  и  ее  водно-воздушных  свойств.
 В  курсе  лекций  по  почвоведению  (1886—1887  гг.)  П.  А.  Ко-
стычев  (1940)  писал,  что  почвенный  воздух  постоянно  обмени¬
вается  газами  с  атмосферным  путем  диффузии,  и,  так  как  со¬
став  почвенного  воздуха  неизбежно  изменяется,  то  и  причина,
обуславливающая  диффузию  газов  между  почвенным  и  атмо¬
сферным  воздухом,  существует  постоянно.  Однако  П.  А.  Косты-
чев,  совершенно  правильно  дав  качественную  оценку  диффузии
газов  и  не  имея  еще  в  своем  распоряжении  эксперименталь¬
ных  данных,  считал,  что  этот  процесс  обновления  почвенного
воздуха,  по  сравнению  с  другими,  имеет  второстепенное  значе¬
ние  потому,  что  может  происходить  только  медленно.
 Раман  (1893)  указывает  на  два  процесса,  обуславливающих
газообмен.  Первым  из  них  он  считает  диффузию  и  вторым  —
объемные  изменения  и  потоки  газов  в  почве  в  результате  раз¬
ностей  температур.
 П.  Ф.  Бараков  (1903)  факторы  газообмена  располагает
в  следующем  порядке:  диффузии  газов  отводит  первое  место,
затем  указывает  изменение  давления  и  температуры  воздуха  и
в  числе  последних  действующих  факторов  приводит  ветер  и
передвигающуюся  в  почве  воду.

ФАКТОРЫ  АЭРАЦИИ  ПОЧВЫ
 849
 §  3]
 К.  Д.  Глинка  (1908)  еще  в  первом  издании  курса  «Почво¬
ведения»  указывает,  что  углекислота  «постоянно  диффундирует
из  почвы  в  атмосферу».
 Непосредственными  определениями  диффузии  газов  в  почве
или  строгой  математической  оценкой  отдельных  действующих
факторов  аэрации  занимались  Ганнен  в  1892  г.,  Букингейм
в  1904  ,г.,  Летер  (Leather)  в  1915  г.  А.  Г.  Дояренко  в  1915  г.,
Ромель  в  1922  г.  и  др.
 Первые  опыты  по  диффузии  углекислоты  через  насыпные
образцы  почвы  были  проведены  Ганненом  в  1892  г.  Ромель
(1922)  указывает,  что  эти  опыты  имели  методические  недо¬
статки  и  полученные  результаты  позволили  дать  автору  лишь
качественную  оценку  диффузии  в  зависимости  от  исследован¬
ных  факторов.
 Ганнен  экспериментально  доказал  высокую  эффективность
диффузии  в  газообмене  почв.  Он  считал,  что  диффузия  угле¬
кислоты  из  почвы  зависит  главным  образом  от  суммы  почвен¬
ных  пор  и  что  всякое  уменьшение  объема  пор,  в  том  числе  и  за
счет  увлажнения  почвы,  влечет  за  собой  и  уменьшение  выде¬
ляющегося  газа  (К.  Д.  Глинка,  1932).
 Вторым  исследованием  диффузии  газов  в  почве  является
работа  Букингейма.  Его  эксперименты  показали,  что  вся  обра¬
зующаяся  углекислота  может  отводиться  из  почвы  благодаря
одной  диффузии.  Так,  самый  малый  коэффициент  диффузии  D
углекислоты  через  глину  при  влажности  более  20%  и  воздухо-
емкости  в  25%  был  равен  0,02  см2/сек  (точнее,  0,018  см2/сек)
(Ромель,  1922).  При  этом  коэффициенте  диффузии  из  слоя
почвы  на  глубине  15—25  см  может  отводиться  в  атмосферу
свыше  400  смъ/м2  час  углекислоты.  Верхние  слои  почвы  притом
же  строении  и  воздухоемкости  могут  пропускать  значительно
больший  «диффузионный  поток  углекислоты».
 В  своих  работах  Букингейм  рассматривает  и  дает  оценку
всем  действующим  факторам  аэрации.  Роль  изменений  баромет¬
рического  давления  по  его  расчетам  «исчезающе  мала  перед
диффузией»  (Ромель,  1922).  Летер  (1915)  на  почвах  Индии
проверил  теоретические  формулы  Букингейма  и  считал  диффу¬
зию  главным  фактором  аэрации  (Ромель,  1922).
 Рэссел  и  Аплайрд  (1915)  изучали  почвенный  воздух  с  точки
зрения  его  состава  и  динамики.  Они  установили,  что  изменения
углекислоты  в  почве  не  показывают  ясной  связи  с  изменениями
барометрического  давления  или  со  окоростью  ветра.
 Известный  шведский  эколог  Г.  Люндегорд  (1937)  относи¬
тельно  действующих  факторов  аэрации  почвы  указывал,  что
приток  кислорода  и  выделение  углекислоты  происходят  почти
исключительно  за  счет  диффузии  и  что  концентрация  обоих
этих  веществ  в  почве  зависит,  с  одной  стороны,  от  сопротивле¬

850 	ГАЗООБМЕН  ПОЧВЕННОГО  ВОЗДУХА 	[гл.  II
 ния  диффузии,  а  с  другой  —  от  интенсивности  дыхания  или
активности  почвы.
 Г.  Люндешрд  (настолько  считается  с  диффузией,  что  аэрацию
оценивает  по  показателю  скорости  диффузии  газов  в  почве.  За
меру  проветривания  почвенного  слоя  толщиной  h  он  (принимает
величину  диффузии  К,  т.  е.  такое  количество  углекислоты
(в  смг),  которое  проходит  в  секунду  через  цилиндр  высотой
в  1  см  и  поперечным  сечением  1  см2,  если  понижение  концентра¬
ции  достигает  1  атм.
 Как  видно,  величина  К,  по  Люндегорду,  есть  ни  что  иное,
как  коэффициент  диффузии  газов  в  почве,  или  велечина  D
в  общепринятом  значении.
 Пределом  нормальной  аэрации  Г.  Люденгорд  считает  вели¬
чину  К  =  0,009  см2/сек.  При  этом  значении  К  за  счет  одной
диффузии  с  глубины  15  см  может  отводиться  0,4  г/м2  час,  или
0,2  л/м2  час,  углекислоты  и  в  результате  содержание  ее  на  этой
глубине  не  превышает  1%.  Такое  выделение  углекислоты  со¬
ответствует  максимальной  производительности  средних  по  всем
показателям  естественных  почв.
 При  К  <  0,009  см2/сек,  указывается  Людегордом,  в  большин¬
стве  случаев  безусловно  необходимы  дополнительные  меры  для
усиления  аэрации.  Однако  автор  установил,  что  (большое  коли¬
чество  шведских  супесчаных  почв  с  различным  содержанием
гумуса  обнаруживали  величину  К  между  0,010  и  0,060  см2/сек.
 По  вопросу  аэрации  почвы  большие  исследования  в  1915—
1928  гг.  провел  А.  Г.  Дояренко.  Сопоставив  запасы  кислорода
в  почве  с  его  потреблением,  он  пришел  к  правильному  выводу
о  том,  что  никаких  запасов  воздуха  в  почве  не  может  хватить
на  сколь-нибудь  долгий  срок  для  удовлетворения  громадной  по¬
требности  полевых  культур  в  кислороде  почвенного  воздуха  и
что  судьба  урожаев  зависит  от  постоянного  газообмена  между
почвенным  и  атмосферным  воздухом.
 A. 	Г.  Дояренко  установил  также  первенствующую  ррль  не-
каппилярных  пор  в  процессе  газообмена.  Однако  в  отношении
роли  действующих  факторов  он  пришел  к  неправильным  выво¬
дам.  На  основании  своих  малочисленных  исследований  по  диф¬
фузии  он  сделал  неверное  заключение  о  том,  что  диффузия
газов  в  почве  для  целей  газообмена  не  играет  никакой  роли.
Основываясь  на  неправильных  расчетах  1915  г.  А.  Г.  Дояренко
слишком  завысил  суточный  газообмен  в  результате  дневного
нагревания  и  ночного  охлаждения  почвы  («дыхание  почвы»),
считая  его  наиболее  энергичным  и  равным  12%.
 B. 	Р.  Вильямс  во  всех  случаях  к  главным  факторам  газо¬
обмена  относил  осмос  или  диффузию  и  считал,  что  осмотиче¬
ское  движение  газов  через  некапиллярные  промежутки  поверх¬
ности  почвы  совершается  с  такой  скоростью,  как  будто  бы  ком¬

ФАКТОРЫ  АЭРАЦИИ  ПОЧВЫ
 851
 §  3]
 ков  -почвы  совсем  не  существует  и  осмос  совершается  в  непо¬
движном  воздухе.
 Ромель  (1922)  в  оригинальной  работе  «Газообмен  в  почве
как  экологический  фактор»  дал  критический  обзор  всех  факто¬
ров,  имеющих  отношение  к  газообмену  и  на  основе  строгих
математических  доказательств  произвел  оценку  многих’  дей¬
ствующих  факторов  газообмена.  Анализ,  расчеты  и  экспери¬
менты  Ромеля,  особенно  в  отношении  оценки  факторов  газо¬
обмена,  до  настоящего  времени  принимаются  в  иностранной
литературе  за  известные  нормативы.  Ромель  пришел  к  выводу,
что  при  определенном  изменении  активности  почвы  по  профилю,
и  при  скорости  выделения  углекислоты,  7  л/м2  сутки  для  пре¬
дотвращения  ее  накопления  необходимо,  чтобы  каждый  час.про¬
исходило  полное  обновление  почвенного  воздуха  до  глубины
20  см.  Такое  обновление  почвенного  воздуха  возможно  за  счет
одной  диффузии.  Ромель  сделал  вывод  о  том,  что  вентиляция
в  природных  и,  главным  образом,  в  лесных  почвах  осуще¬
ствляется  практически  исключительно  через  диффузию.
 Пенман  (1940)  провел  исследования  диффузии  газов  и  па¬
ров  через  почву  и  пористые  твердые  тела  и  установил  зависи¬
мость  между  коэффициентом  диффузии  и  пористостью  в  виде
D  —  0,66  D0p,  а  также  дал  количественную  оценку  роли  диффу¬
зии  в  аэрации  почв.  По  расчетам  Пенмана,  за  счет  одной  диф¬
фузии1  газов  возможен  газообмен,  вполне  достаточный  для
сохранения  обычного  среднего  состава  почвенного  воздуха,  и
для  целей  аэрации  почв  можно  не  прибегать  к  помощи  метеоро¬
логических  факторов.
 Выше  излагалась  история  вопроса  относительно  действую¬
щих  факторов  аэрации.  Из  этого  изложения,  видно,  что  к  ним
нужно  отнести  непрерывно  идущую  диффузию  газов  и  некото¬
рые  метеорологические  условия,  вызывающие  объемные  изме¬
нения  или  течения  воздуха  в  почве.
 Метеорологические  факторы,  вызывающие  перемещения  воз¬
духа  в  почве,  можно  сгруппировать  следующим  образом:
 1) 	изменение  температуры  почвы,
 2) 	изменение  барометрического  давления,
 3) 	изменение  количества  влаги  в  почве  (дожди,  орошение  и
испарение),
 4) 	влияние  ветра,
 5) 	изменение  уровня  грунтовых  вод  или  верховодки.
 Совершенно  очевидно,  что  такое  разобщение  действующих
 факторов  аэрации  является  искусственным  и  nipинимается,
лишь  для  их  раздельной  оценки  и  выяснения  механизма  дей¬
ствия  каждого  из  них.  На  самом  деле  в  природных  условиях  все
они  сочетаются,  накладываются  друг  на  друга  и  проявляется  их
суммарное  действие.

852
 ГАЗООБМЕН  ПОЧВЕННОГО  ВОЗДУХА
 [ГЛ.  II
 Одновременно  идут  изменения  барометрического  давления,
температуры  воздуха  и  почвы,  влажности  почвы,  меняются  сила
и  направление  ветров  и  пр.  Однако  в  целях  выяснения  меха¬
низма  явления  перейдем  к  рассмотрению  отдельных  факторов
газообмена.
 Изменение  температуры  почвы.  Потоки  воздуха,  обусловлен¬
ные  разностью  температур  между  почвой  и  атмосферой.  В  ре¬
зультате  дневного  нагревания  и  ночного  охлаждения  различные
слои  почвы  в  каждый  данный  момент  будут  иметь  различную
температуру.  Поверхностный  слой  почвы  и  вся  почва  в  целом
может  быть  теплее  или  холоднее  атмосферного  воздуха.  Во  всех
этих  случаях  плотность  почвенного  воздуха  будет  различна  и
может  идти  обмен  воздуха  путем  конвекции  между  отдельными
слоями  почвы.  Эффект,  очевидно,  будет  больше,  когда  нижние
слои  почвы  более  нагреты,  чем  верхние,  т.  е.  в  вечерние  и  ноч¬
ные  часы.  Днем,  когда  температурный  градиент  имеет  обратное
направление,  движение  воздуха  по  этой  причине  должно  отсут¬
ствовать.
 Ромель  произвел  оценку  такого  газообмена.  Для  упрощения
он  брал  цилиндр  наиретой  почвы  и  помещал  его  в  холодный
воздух.  Теплый  воздух  выходил  через  верхнюю  поверхность  и
на  его  место  через  нижнюю  поверхность  почвы  поступал  холод¬
ный.  Данными  опытами  было  установлено,  что  скорость  воздуш¬
ного  потока,  направленного  вверх,  зависит  от  падения  давления
вдоль  цилиндра  или  от  градиента  температур  и  от  воздухо¬
проницаемости  почвы.
 Б.  А.  Кин  (1933)  приводит  наибольшую  температурную  раз¬
ность  между  почвой  и  атмосферным  воздухом  на  японской  стан¬
ции.  При  этом  (расчеты  показывают,  что  для  рыхлой  почвы  (мо¬
жет  установиться  поток  воздуха  со  скоростью  2,4  см/час.
 Уплотнение  почвы  уменьшает  скорость  до  одной  четвертой
этой  величины.  Далее,  Б.  А.  Кин  указывает,  что  не  вся  почва
находится  при  одной  и  той  же  температуре,  и  разность  между
•ее  средней  температурой  и  температурой  воздуха  обычно  не
•бывает  очень  большой.  К  этому  следует  добавить,  что  в  есте¬
ственных  условиях  холодный  воздух  будет  поступать  не  снизу,
как  было  допущено  Ромелем,  а  сверху  и,  тем  самым,  механизм
•обмена  будет  совсем  другой  (более  замедленный).  Все  это  го¬
ворит  о  том,  что  поток  в  результате  различия  температур  почвы
и  атмосферного  воздуха  со  скоростью  2,4  см/час  является  слиш¬
ком  большой  переоценкой  аэрации.
 Объемные  движения  воздуха  при  нагревании  и  охлаждении
почвы.  В  результате  своей  малой  теплоемкости  почвенный  воздух
всегда  имеет  температуру  данного  слоя  почвы.  Все  изменения

ФАКТОРЫ  АЭРАЦИИ  ПОЧВЫ
 853
 §  3]
 температуры  почвы  сразу  же  сказываются  и  на  температуре
почвенного  воздуха.  В  результате  этого  последний  претерпевает
объемные  изменения,  т.  е.  расширяется  и  частично  выходит  из
почвы  при  нагревании,  сжимается  и  частично  дополняется  све¬
рим  атмосферным  воздухом  при  охлаждении  почвы.  Газообмен
.в  результате  этого  явления  зависит  от  величины  изменений  тем»
пературы  почвы  и  от  свободы  передвижения  почвенного  воздуха
,внутри  нее.  Аэрацию  почвы  под  воздействием  изменений  темпе¬
ратуры  можно  оценить,  предварительно  допустив  наличие  бес»
препятственного  перемещения  почвенного  воздуха  при  малей»
Д1их  изменениях  в  давлении.  При  этом  задача  сведется  главным
рбразом  к  оценке  средних  суточных  изменений  температуры
,в  слое  почвы  от  поверхности  до  глубины  проникновения  суточ¬
ной  температурной  волны.
 В  соответствии  с  амплитудой  колебаний  температуры  в  почве
могут  быть  подсчитаны  объемные  изменения  (расширение  и
сжатие)  почвенного  воздуха  и  оценена  аэрация  под  действием
этого  фактора.
 Располагая  данными  по  балансу  тепла  неорошаемой  темно¬
каштановой  почвы  под  ячменем  (Энгельсская  опытная  мелиора¬
тивная  станция)  за  сутки  25—26/VI  1951  г.,  Н.  П.  Поясов  про¬
извел  оценку  данного  явления.  По  его  расчетам,  в  период
дневного  нагревания  из  слоя  почвы  от  поверхности  до  глубины
проникновения  суточной  температурной  волны  выталкивается
около  4/273,  или  1,4%,  почвенного  воздуха.
 Как  было  сказано  ранее,  оценка  действия  данного  фактора
произведена  Н.  П.  Поясовьш  с  допущением1  беспрепятственного
перемещения  всей  массы  почвенного  воздуха  без  трения  в  ре¬
зультате  малейших  изменений  в  давлении.  Однако  в  естествен¬
ных  почвах  происходит  неполная  передача  давлений,  процесс
замедляется  во  времени  и  пр.  Все  это  создает  условия  для  ком¬
пенсации  процесса  во  время  обратных  температурных  измене¬
ний.  Заметная  часть  воздуха  находится  в  тончайших  капилля¬
рах,  где  силы  трения  могут  препятствовать  этим  ничтожным
изменениям  в  давлении.  Часть  почвенного  воздуха  может  быть
совершенно  изолированной  от  остальной  массы  (защемленный
воздух)  и  не  участвовать  в  процессе.  Следовательно,  в  реаль¬
ной  почве  эффект  аэрации  в  результате  объемных  движений
воздуха  при  нагревании  и  охлаждении  почвы  проявится  еще
в  меньшей  степени.  Сравним  этот  эффект  со  скоростью  продуци¬
рования  углекислоты  в  почве.
 Если  прекратить  аэрацию,  то  нарастание  углекислоты  в  почве
к  ее  исходной  концентрации,  по  Ромелю,  пойдет  со  скоростью
свыше  1000%  в  сутки  (увеличивается  в  10  раз  за  14  часов).
Опыты  Н.  П.  Поясова  с  герметизацией  монолитов  показали,  что
в  дерново-подзолистой  почве  при  влажности  в  40%  от  полной

854
 ГАЗООБМЕН  ПОЧВЕННОГО  ВОЗДУХА
 (ГЛ.  II
 влагоемкости  содержание  углекислоты  возросло  за  сутки  с  0,3
до  4,2%,  или  в  14  раз  (монолит  №  6).  Почвенный  воздух  моно¬
лита  №  4  за  сутки  обогатился  углекислотой  от  0,35  до  8,5%,
или  в  24  раза.
 Таким  образом,  в  результате  суточного  охлаждения  и  нагре¬
вания  почвы  по  подсчетам  Н.  П.  Поясова  будет  отводиться
в  атмосферу  приблизительно  7бо  часть  имеющейся  углекислоты,
а  продуцирование  ее  идет  неизмеримо  быстрее  (концентрация
углекислоты  может  увеличиться  в  десяток  раз).  Это  сопоставле¬
ние  убедительно  показывает  малую  эффективность  данного  дей¬
ствующего  фактора.
 Изменение  барометрического  давления.  Изменения  бароме¬
трического  давления  могут  передаваться  в  почву,  легко  прони¬
цаемую  для  воздуха.  При  этом  с  увеличением  барометрического
давления  почвенный  воздух  будет  сжат,  и  в  почву  войдет  неко¬
торое  количество  (слой)  атмосферного  воздуха.  П6  мере  умень¬
шения  давления  можно  представить  обратную  картину.
 В  тропических  странах  колебания  барометра  имеют  строгую
периодичность:  ежедневно  барограф  записывает  2  максимума  и
2  минимума  давлений  с  полной  амплитудой  в  2  мм.  Под  широ¬
тою  в  60°  суточная  амплитуда  давления  уменьшается  до  0,23  мм.
Однако  в  этих  широтах  суточные  (периодические)  колебания
затушевываются  более  сильными  непериодическими  колеба¬
ниями.  Другие  периодические  колебания  (волны:  полусуточная
стоячая,  8-часовая,  6-часовая  и  полусуточная  лунная)  имеют
полные  амплитуды,  меньшие  в  десятки  раз  (от  0,1  до  0,02  мм).
Следовательно,  для  всех  областей,  за  исключением  тропиков,
в  целях  аэрации  почвы  мы  можем  взять  для  рассмотрения  лишь
непериодические  колебания  давлений.  Последние  могут  дости¬
гать  23—30  мм  за  сутки  (см.  «Атмосфера»,  БСЭ,  изд.  2).
 Оценим  степень  аэрации  под  влиянием  изменений  барометри¬
ческого  давления.  Для  этой  цели  рассмотрим  почву  в  h  сму
однородную  по  сложению,  легко  проницаемую  для  воздуха  и
находящуюся  на  воздухонепроницаемом  слое.  Предположим,
что  происходит  изменение  барометрического  давления  от
(760  —  х)  до  (760  -f  *)  мм  рт.  ст.
 Предполагая,  что  никакого  смешения  атмосферного  воздуха
с  почвенным  не  происходит,  можно  найти,  насколько  опустится
плоскость  раздела  двух  видов  воздуха  от  своего  начального
положения  на  поверхности  почвы.
 Глубина  проникновения  плоскости  раздела  двух  видов  воз¬
духа  в  почву  будет  прямо  пропорциональна  глубине  почвы  (до
воздухонепроницаемого  слоя)  и  полному  изменению  барометри¬
ческого  давления  2х,  или  амплитуде  барометрических  коле¬
баний.

ФАКТОРЫ  АЭРАЦИИ  ПОЧВЫ
 855
 §  3J
 Предполагая  одновременно  беспрепятственное  перемещение
сжимающегося  и  расширяющегося  почвенного  воздуха,  Букин-
гейм  оценил  проветривающее  действие  изменений  барометриче¬
ского  давления.  Результаты  его  расчетов  приводятся  в  табл.  206.
 Из  табл.  206  видно,  что  при  имеющих  место  максимальных
изменениях  давления  в  30  мм  рт.  ст.  за  сутки  и  при  мощности
почвы  и  подпочвы  в  15  м  освежение  воздуха  произойдет  до  глу¬
бины  в  58  см.  Это  соответствует  7в  части  от  нормальной  аэра¬
ции  по  Ромелю.
 Таблица  206
 Вентилирующее  действие  изменений  барометрического  давления  2х
на  почвенный  воздух,  или  глубина  проникновения  атмосферного
воздуха  в  почву  (см)
 2х  мм  рт.  ст.
 Глубина  почвы
 и  подпочвы  до  газонепроницаемого
слоя,  м
 3
 7,5
 15
 1
 0,4
 1,0
 2,0
 2
 0,8
 2,0
 3,9
 4
 1,6
 3,9
 7,9
 1  10
 3,9
 9,8
 19,6
 20
 7,8
 19,5
 39,0
 40
 15,4
 38,5
 77,0
 В  реальных  почвах  почти  всегда  на  глубинах,  значительно
меньших  3—15  ж,  можно  уже  встретить  плотные  и  влажные
слои  почвы,  через  которые  очень  медленно  будут  передаваться
даже  значительные  (30—40  мм  <рт.  ст.)  колебания  барометриче¬
ского  давления.  Особенно  это  относится  к  почвам  подзолистой
зоны.  В  этом  случае  более  плотная  часть  иллювиального  или
оглеенного  горизонтов  будет  заметно  замедлять  скорость  про¬
движения  волны  давления  исключая,  конечно,  распространение
барометрической  волны  через  трещины,  расщелины  и  вертикаль¬
ные  ходы  в  почве  и  подпочве.  В.  Р.  Вильямс  (1951)  указывает,
что  уже  подзолистый  горизонт  во  влажном  состоянии  совер¬
шенно  непроницаем  для  воздуха.
 Замедление  скорости  продвижения  волны  давления  Букин-
гейм  (1904)  показал  расчетным  путем  и  подтвердил  лаборатор¬
ными  опытами.  По  его  данным,  для  плотной  мелкозернистой
почвы  15-метровой  глубины  с  пористостью  всего  около  20%
амплитуда  давления  почвенного  воздуха  для  трехдневной  волны
барометрического  давления  составляла  87%  амплитуды  внеш¬
ней  волны.

856
 ГАЗООБМЕН  ПОЧВЕННОГО  ВОЗДУХА
 [гл.  II
 С  другой  стороны,  почти  всегда  уменьшаются  с  глубиной
пористость  почвы  и,  особенно,  ее  воздухоемкость.  В  результате
этого  зона  проветривания  от  изменений  барометрического  дав¬
ления  также  уменьшится.  Таким  образом,  проветривание  почвы
в  результате  данного  фактора  практически  сводится  к  нулю  для
некоторых  широко  распространенных  типов  почв.
 Только  для  неорошаемых  почв,  формирующихся  на  мощных
лёссовидных  суглинках  и  им  подобных  отложениях,  можно
представить  этот  эффект  в  некотором  соответствии  с  табл.  206.
Однако  изменения  барометрического  давления  (с  периодом
в  12  часов,  24  часа  и  более)  происходят  при  одновременных  из¬
менениях  температуры  почвы  и  при  постоянно  идущей  диффузии
газов.  Следовательно,  и  для  этого  идеального  случая  роль  дан¬
ного  фактора  следует  расценивать  лишь  в  качестве  ускорителя
чли  замедлителя  постоянно  идущей  диффузии.
 Изменения  количества  влаги  в  почве  (дожди,  орошение  и
испарение).  При  поливах  или  при  выпадении  осадков  вода  вхо¬
дит  в  почву  и  вытесняет  равное  по  объему  количество  почвен¬
ного  воздуха.  С  водой  поступает  некоторое  количество  раство¬
ренных  в  ней  газов,  в  том  числе  и  кислород.
 По  мере  передвижения  прибывшей  воды  вглубь  почвы  про¬
исходит  сжатие  почвенного  воздуха  в  глубине  и  засасывание
атмосферного  воздуха  сверху.  При  этом  сжатый  почвенный
воздух  находит  себе  выход  и  вырывается  в  верхние  слои  почвы
или  непосредственно  в  атмосферу.  Происходит  перемещение
почвенного  воздуха,  замещение  его  на  атмосферный  к  обога¬
щение  за  счет  растворенного  в  воде  кислорода.
 При  таком  отвлеченном  анализе  можно  предположить,  чтс
скорость  поступления  свежего  атмосферного  воздуха  равна  ско¬
рости  просачивания  воды  в  почву.  Исходя  из  того,  что  скорость
просачивания  воды  иногда  достигает  заметной  величины,  на
первом  этапе  исследований  А.  Г.  Дояренко  принял  этот  фактор
за  основной  в  аэрации  почвы.
 Ромель,  принимая  для  условий  Швеции  скорость  просачива¬
ния  дождевых  вод  30—40  мм/сутки,  в  качестве  максимального
значения  считает,  что  обновление  почвенного  воздуха  при  его
содержании  в  10%  от  объема  почвы  происходит  до  глубины
в  30—40  см/сутки.  Это  составляет  Vie  или  V12  часть  от  приня¬
той  им  нормальной  аэрации.
 В  начале  данного  раздела  мы  указывали  на  искусственность
отрыва  и  рассмотрения  одного  действующего  фактора  от  всех
других.  Выше  мы  разобрали  прямое  действие  передвигающейся
воды  в  почве  на  аэрацию  и  с  этим  можно  бы  согласиться.
Однако  всем  известно,  что  после  выпавших  дождей  или  полива
условия  аэрации  почвы  ухудшаются.  Причина  здесь  в  том,  что

ФАКТОРЫ  АЭРАЦИИ  ПОЧВЫ
 857
 §  3]
 прибывшая  вода,  с  одной  стороны,  резко  уменьшает  количество
пор,  через  которые  идет  сообщение  почвенного  воздуха  с  атмо¬
сферным  и  происходит  резкое  ослабление  наиболее  мощного
фактора  аэрации  —  диффузии  газов.  С  другой  стороны,  с  повы¬
шением  влажности  (типично  как  раз  для  летнего  периода)  резко
возрастает  биологическая  активность  в  почве  и  в  растениях  и
возрастает  потребность  в  газообмене.  В  этих  случаях  косвенное
отрицательное  действие  воды  на  аэрацию  почвы  заметно  пре¬
валирует  над  прямым  положительным.
 В  полную  меру  прямое  положительное  действие  перемещаю¬
щейся  воды,  на  аэрацию  можно  представить  лишь  за  счет  той
воды,  которая  перемещается  под  действием  силы  тяжести  в  зоне,
расположенной  ниже  биологически  активных  слоев  почвы.  Но
здесь  уже  нельзя  гарантировать  засасывания  чистого  атмосфер¬
ного  воздуха1,  так  как  сжатый  внизу  почвенный  воздух  будет  вы¬
рываться  не  в  атмосферу,  а  скорее  всего  в  верхние  слои  почвы.
Как  известно,  количество  воды  в  почве,  перемещающейся  гра¬
витационным  путем,  не  так  уж  велико.
 Внутрипочвенное  испарение  воды  с  равным  замещением
объема  воды  на  атмосферный  воздух  происходит  так  медленно,,
что  ни  в  коей  мере  не  может  обеспечить  потребность  в  аэрации.
 Влияние  ветра.  Поток  воздуха,  проходящий  над  шерохова¬
той  поверхностью  почвы,  постоянно  искажается.  С  наветренной
стороны  каждого  препятствия  создается  некоторое  сгущение  по¬
тока  и,  следовательно,  возникает  некоторое  повышенное  давле¬
ние.  С  подветренной  стороны  препятствия  создается  несколько
разреженный  поток,  появляется  некоторое  пониженное  давление
и  возникают  завихрения.  В  результате  этих  возмущений  воздух
в  какой-то  части  верхнего  слоя  почвы  придет  в  движение  и  бу¬
дет  обновляться  атмосферным.  Последнее  будет  зависеть  от
скорости  ветра  вблизи  почвы,  от  крутизны  склона  почвы  и  на¬
правления  ветра,  от  шероховатости  поверхности  почвы,  включая
сюда  и  густоту  травостоя,  от  сложения  и  влажности  почвы  или
от  состояния  и  размеров  почвенных  пор.
 Ромель  (1922),  опираясь  на  исследования  ряда  авторов,  про¬
извел  количественную  оценку  действия  ветра  как  фактора  аэра¬
ции.  По  его  данным,  аэрация  песчаной  почвы  под  легко  проду¬
ваемым  сосновым  лесом  составляет  от  1/3000  до  1/1000
нормальной  аэрации.  Аэрация  почвы,  покрытой  заметным  траво¬
стоем  или  другим  достаточно  плотным  растительным  покровом,
под  воздействием  ветра,  видимо,  еще  менее  значительна,  так  как
растительный  покров  резко  замедляет  скорость  ветра.
 Известно,  что  скорость  ветра  ближе  к  поверхности  почвы
резко  убывает  и  при  наличии  растительного1  покрова  практиче¬

858 	ГАЗООБМЕН  ПОЧВЕННОГО  ВОЗДУХА 	[гл.  II
 ски  приближается  к  нулю,  чаще  всего  еще  .не  достигнув  поверх¬
ности  почвы.
 Распределение  скоростей  ветра  по  высоте  вблизи  поверхно¬
сти  почвы  имеет  вид  логарифмической  кривой.  В  качестве  при¬
мера  на  рис.  255  приведена  кривая  затухания  скорости  ветра
v  над  полем  яровой  пшеницы  с  изреженным  травостоем  высо¬
тою  в  75  см  (данные  лаборатории  физики  микроклимата  Агро¬
физического  института)  в  Заволжье  (Энгельсская  опытная
мелиоративная  станция)  в  степи  в  18  часов  25/VI  1951  г.  В  этот
день  была  отмечена  почти  максимальная  скорость  ветра  в  дан¬
ном  пункте,  исключая  бури  и  ураганы.
 Травостой  пшеницы  в  нашем  примере  по  плотности  был  ра¬
вен  примерно  естественному  травостою  засушливой  степи,  ха¬
рактерному  для  июня.  Для  довольно  многих  ассоциаций  расти¬
тельный  покров  бывает  значительно  плотнее.  Культурные  поля
 также  имеют  чаще  всего  более  плот¬
ный  покров.  Этот  пример  типичного
затухания  ветра  при  наличии  даже
из  р  ежен  н  ого  р  а  стител  ьного  покрова
указывает  на  отсутствие  аэрации  поч¬
вы  под  влиянием  данного  фактора.
 Видимо,  только  в  условиях  очень
пористой  почвы,  не  занятой  растения¬
ми,  и  больших  скоростей  ветра  эффект
в  виде  некоторой  аэрации  может
проявиться.  Однако  и  для  таких  край¬
них  случаев  следует  указать,  что
обновление  почвенного  воздуха  под
влиянием  ветра  не  может  захватить
более  или  менее  глубоких  слоев
почвы.
 Изменения  уровня  грунтовых  вод
или  верховодки.  Для  аэрации  почвы
имеет  значение  и  состояние  подпочвы.  При  оценке  объемных
изменений  почвенного  воздуха  под  влиянием  изменений  тем¬
пературы  или  барометрического  давления  мы  исходили  из  нали¬
чия  подстилающего  воздухонепроницаемого  слоя  почвы  или
подпочвы,  находящегося  в  неподвижном  состоянии.  Если  же
изменяется  уровень  подстилающего  воздухонепроницаемого  го¬
ризонта  (понижается  уровень  верховодки  или  грунтовой  воды
первого  яруса),  то  также  происходит  вытеснение  или  засасыва¬
ние  воздуха.
 Уровни  грунтовых  и  верхних  вод  имеют  годичные,  сезонные
и  суточные  колебания.  Наибольшие  амплитуды  имеют  годичные
колебания  уровней.  В  целях  рассмотрения  аэрации  больший  ин¬
 Рис.  255.  Распределение
скоростей  ветра  вблизи  по¬
верхности  почвы.

ФАКТОРЫ  АЭРАЦИИ  ПОЧВЫ
 859
 §  3J
 терес  (представляют  сезонные  и,  главным  образом,  суточные
изменения.  Причиной  колебаний  уровня  грунтовых  и  верхних
вод  являются  метеорологические  и  почвенные  условия  (измене¬
ние  барометрического  давления,  осадки,  транспирация,  испаре¬
ние  и  пр.).  По  мнению  многих  авторов  (Кинг,  П.  В.  Отоцкий,
Г.  Ф.  Басов),  суточные  колебания  и  вообще  колебания  с  ма¬
лыми  по  продолжительности  периодами  обязаны  главным  обра¬
зом  изменениям  влажности  верхнего  слоя  почвы  и  изменениям
барометрического  давления.
 Мы  здесь  указываем  на  наличие  данного  фактора,  считая
его  малозначимым,  и,  при  его  тесной  увязке  с  другими,  рас¬
цениваем  его  роль  как  замедлителя  или  усилителя  второго  и
третьего  факторов.

ГЛАВА  III
 ОСНОВНЫЕ  ЗАКОНОМЕРНОСТИ  ДИФФУЗИИ  ГАЗОВ
 В  ПОЧВЕ
 §  1.  Некоторые  теоретические  положения  о  диффузии  газов
в  пористых  телах  и  в  почве
 Если  переключить  наше  внимание  вообще  на  сущность  про¬
цессов  газообмена  в  почве,  в  растении  и  в  живой  клетке,  то  мы
неминуемо  должны  увязать  их  с  основными  функциями  или
отправлениями  живых  организмов,  т.  е.  с  синтезом  и  дыханием,
с  созиданием  и  разрушением.  Если  газообмен  имеет  место
в  каждой  живой  клетке  и  тесно  связан  с  жизнедеятельностью
всех  организмов,  следовательно,  и  механизм  газообмена  должен
базироваться  на  наиболее  всеобщем  явлении  в  природе.  Если
газообмен  между  живым  организмом  и  частью  среды,  приле¬
гающей  к  организму,  протекает  постоянно  во  времени,  то  сле¬
дует  искать  не  менее  постоянных  факторов  газообмена  и  в  са¬
мой  среде.
 Современная  физиология  (Н.  А.  Максимов,  1948)  считает,
что  поступление  веществ  в  живые  растительные  клетки,  напри¬
мер  в  клетки  корня,  осуществляется  путем  обменной  адсорбции
и  что  это  «является  активным  физиологическим  процессом,  тре¬
бующим  для  своего  осуществления  затраты  со  стороны  орга¬
низма  определенного  количества  энергии».  Допустим,  что  это
положение  можно  принять  и  для  поступления  свободного  кисло¬
рода.  Однако  зону  деятельности  «активных  физиологических
процессов»  нельзя  распространять  на  всю  среду,  в  данном  слу¬
чае  на  весь  почвенный  слой.  Пополнение  постоянного  расхода
кислорода  в  этих  прикорневых  микрозонах  должно  идти  далее
из  почвенного  слоя  уже  без  посредства  организма  и  на  основе
другого  постоянного  и  повсеместно  действующего  фактора  —
фактора  действующего  в  любых  условиях,  при  которых  воз¬
можна  жизнедеятельность.  То  же  самое  можно  сказать  и  отно¬
сительно  перемещения  ионов  и  газов  во  всей  почвенной  массе.
Таким  фактором  как  для  жидкой,  так  и  для  газообразной  среды
является  диффузия.

§  1] 	ДИФФУЗИЯ  ГАЗОВ  В  ПОРИСТЫХ  ТЕЛАХ  И  В  ПОЧВЕ 	861
 В  пользу  диффузии  как  первостепенного  фактора  говорят  и
следующие  очевидные  всем  факты.
 Тот  факт,  что  микроорганизмы  и  корни  растений  нормально
развиваются  на  мощных  и  маломощных  почвах,  на  почвах  всех
географических  широт,  на  горных  вершинах  и  в  глубоких  впа¬
динах,  при  наличии  температурных  колебаний  в  почве  и  почти
в  изотермических  условиях,  свидетельствует  о  том,  что  они  при¬
способились  не  к  газообмену  под  влиянием  изменений  темпера¬
туры,  барометрического  давления,  действия  ветра  и  других
в  разной  степени  эпизодических  факторов,  а  к  повсеместно  и
постоянно  идущему  газообмену  на  основе  диффузии.
 В  предыдущем  обзоре  мы  уже  давали  примеры,  когда  любой
из  пяти  рассмотренных  выше  факторов  в  тех  или  иных  при¬
родных  условиях  может  почти  отсутствовать  в  течение  дли¬
тельного  времени.  Это  относится  к  ветру,  к  изменениям  влаж¬
ности  почвы,  к  изменениям  барометрического  давления  и  уровня
грунтовых  вод  и  др.  *).  Однако  и  в  этих  природных  условиях
растения  могут  развиваться  и  приносить  богатый  урожай.
Практика  нашего  социалистического  земледелия  это  прекрасно
подтверждает.  Передовики  колхозов  и  совхозов  получают  вы¬
сокие  урожаи  сельскохозяйственных  культур  в  самых  различных
географических  пунктах,  на  самых  различных  по  мощности  поч¬
вах  и  при  различных  способах  подачи  воды  к  растению,  в  том
числе  и  при  подаче  воды  снизу  (подпочвенное  орошение).
 Неделями  могут  не  проявляться  все  перечисленные  выше
факторы  газообмена,  и  урожай  будет  обеспечен,  если  поддер¬
живать  достаточно  рыхлое  сложение  почвы  и  тем  самым  не
затруднять  диффузию.
 Тысячелетняя  практика  орошаемого  земледелия  подтвер¬
ждает,  что  лучшим  способом  подачи  воды  растению  как  раз
является  подача  воды  снизу  или  сбоку  (подпочвенное  ороше¬
ние  и  орошение  по  глубоким  бороздам).  Практики  и  ученые
видели  здесь  не  только  экономию  воды,  но  и  улучшение  воз¬
душного  режима  почвы.  Тем  самым  аэрация  за  счет  просачи¬
вающейся  воды  сверху  не  подтверждается  практикой;  наоборот,
подтверждается  вредное  воздействие  на  воздушный  режим
почвы  подачи  воды  сверху,  так  как  при  этом  закрываются
почвенные  поры  для  диффузионного  механизма  газообмена.
 *)  Более  всеобщий  характер  имеет  суточный  ход  температуры  почвы.
Мы  его  не  сбрасываем  со  счета  и  считаем,  что  суточные  изменения  темпе¬
ратуры  почвы  сказываются  на  газообмене  главным  образом  через  явление
термодиффузии.  Но,  исходя  из  того,  что  температурные  градиенты  меняют
свой  знак  в  течение  суток,  мы  вправе  рассматривать  термодиффузию  как
ускоритель  или  замедлитель  постоянно  идущей  диффузии  при  наличии
градиентов  концентрации.  Прямое  действие  суточных  изменений  температуры
почвы  на  аэрацию  не  отрицается  и  их  оценка  приведена  ранее.

862
 ЗАКОНОМЕРНОСТИ  ДИФФУЗИИ  ГАЗОВ  В  ПОЧВЕ
 [гл.  III
 Со  времен  древней  культуры  выращивают  отдельные  расте¬
ния  и  даже  сады  в  закрытых  помещениях  с  довольно  постоян¬
ной  температурой.  Свыше  сотни  лет,  со  времени  Буссенго,  вы¬
ращиваются  растения  в  вегетационных  сосудах.
 Ни  у  кого  сейчас  не  возникает  сомнений,  что  в  металличе¬
ском  сосуде,  при  «подаче  воды  снизу  в  условиях  «постоянной
температуры  и  давления  -воздуха,  можно  вырастить  растение,
даже  рекордное  по  урожаю.  Поэтому  не  должно  возникать  со¬
мнений  относительно  действующего  здесь  главного  фактора
газообмена.  В  этих  условиях  остается  постоянно  действующая
диффуз'ия  газов  через  поры  почвы  и  могут  полностью  отсут¬
ствовать  все  остальные  факторы  газообмена.  Коль  скоро  в  этих
условиях  одна  диффузия  газов  может  заменить  все  метеороло¬
гические  факторы  газообмена  «и  обеспечить  рекордный  урожай,
то,  следовательно,  она  и  является  главным  фактором  аэрации
почвы.  Однако  значение  диффузии  газов  в  нашей  литературе
оценивается  далеко  не  всегда  правильно.  Так,  А.  Г.  Дояренко
пришел  к  выводу  о  крайней  недостаточности  диффузии  газов
для  целей  аэрации  почвы.  За  А.  Г.  Дояренко  последовали
очень  многие  агрономы  и  почвоведы.  Основные  его  положения
о  действующих  факторах  аэрации  почвы  при  первенствующем
значении  «дыхания  почвы»  и  ничтожной  роли  диффузии  газов
некритически  были  перенесены  в  подавляющее  большинство
нашей  специальной  и  учебной  литературы  (см.  С.  А.  Захаров,.
В.  В.  Квасников,  С.  П.  Кравков,  Н.  М.  Константинов,  Д.  Г.  Ви¬
ленский,  В.  П.  Мосолов,  Н.  А.  Качинский,  С.  А.  Воробьев).
 В  чем  же  причина  такой  недооценки  диффузии?
 Видимо,  причина  здесь  в  сильно  укоренившемся  мнении,
согласно  которому  диффузия  рассматривается  как  медленный
молекулярный  процесс.
 Медленный  процесс  —  это  еще  не  значит,  что  недостаточный.
Многие  авторы  (Ганнен,  П.  Ф.  Бараков,  Букингейм,  К-  Д.  Глин¬
ка,  Летер,  Клементс,  Рэссел,  Ромель,  В.  Р.  Вильямс,  Люнде-
горд,  Пенман,  П.  В.  Вершинин,  Тейлор,  Реней,  Бевель)  счи¬
тают  и  убедительно  доказывают  полную  достаточность  этого
процесса  для  большинства  почвенных  условий.  Это  укоренив¬
шееся  мнение  усугублялось,  по-видимому,  тем  положением,  что
в  почве,  постоянно  влажной,  предполагалось  значительное  за¬
медление  диффузии.
 Одновременно  нужно  указать  на  наличие  ничтожного  коли¬
чества  прямых  определений  коэффициентов  диффузии  газов
сквозь  почву  и  на  малое  количество  определений  потребности
в  кислороде  корней  растений  и  почвы  в  естественном  со¬
стоянии.
 Ниже  остановимся  на  экспериментальном  определении
коэффициента  диффузии  углекислоты  в  почве  и,  рассмотрев

§  1] 	ДИФФУЗИЯ  ГАЗОВ  В  ПОРИСТЫХ  ТЕЛАХ  И  В  ПОЧВЕ 	863
 физические  условия  некоторых  почв,  покажем  роль  диффузии
газов  в  их  аэрации.
 Газообразная  фаза  почвы  —  почвенный  воздух  —  представ¬
ляет  собою  смесь  различных  газов.  Молекулы  всех  газов  нахо¬
дятся  в  непрерывном  тепловом  движении.  Благодаря  этому
происходит  непрерывное  перемешивание  молекул  (имеется
в  виду  перемешивание  без  конвекции),  следствием  которого
является  выравнивание  различий  между  отдельными  частями
газа.  Это  явление  дает  начало  нескольким  различным  процес¬
сам:  диффузии,  теплопроводности  и  внутреннему  трению.  Так,
если  две  части  объема  содержат  различные  по  природе  газы,
то  тепловое  движение  перемешивает  их,  пока  парциальные
давления  или  концентрации  каждого  газа  не  станут  одинако¬
выми  во  всем  объеме.  Этот  процесс'  называется  диффузией
газов  и  рассматривается  -как  перенос  массы.  Теплопроводность
рассматривается  как  перенос  энергии  и  внутреннее  трение  —
как  перенос  количества  движения.
 За  счет  диффузии  в  почвенном  воздухе  идет  выравнивание
концентрации  тех  газов,  которые  потребляются  или  выде¬
ляются  при  постоянно  идущих  тех  или  иных  биохимических
процессах.  Однако  в  условиях  нормальной  аэрации  -почвы  над
всеми  биологическими  и  биохимическими  процессами,  связан¬
ными  с  потреблением  или  образованием  газов,  превалирует
процесс  нормального  кислородного  дыхания,  при  котором  по¬
требляется  газообразный  кислород  и  образуется  газообраз¬
ная  углекислота.  В  основном  благодаря  этому  процессу  в  от¬
дельных  точках  почвы  возникают  различия  в  составе  газов
•в  почвенном  воздухе,  и  почвенный  воздух  в  целом  отличается
от  (исходного  для  него)  атмосферного  воздуха.
 В  некоторых  условиях,  особенно  при  внесении  в  почву  на¬
воза,  в  почвенном  воздухе  в  заметных  количествах  появляется
аммиак.  Следовательно,  в  почвенном  воздухе  и  осуществляется
главным  образом  перенос  (диффузия)  кислорода,  углекислоты
и  аммиака.  Одновременно  при  наличии  различных  концентра¬
ций  данных  газов  между  атмосферным  и  почвенным  воздухом
идет  диффузия  углекислого  газа  и  аммиака  в  атмосферу  и
диффузия  кислорода  в  почву.  Количество  азота  и  аргона  в  поч¬
венном  воздухе  почти  не  претерпевает  изменений  и  поэтому  не
имеется  причины  к  диффузионному  переносу  их.  (Диффузия
азота  осуществляется  крайне  медленно,  в  соответствии  с  его
потреблением  азотфиксирующими  бактериями.)
 С  некоторым  допущением  перенос  массы  интересующих  нас
газов  можно  рассматривать  как  их  диффузию  в  воздухе
(почвенный  воздух  приравнен  к  атмосферному)  и  можно  поль¬
зоваться  табличными  коэффициентами  диффузии.

864
 ЗАКОНОМЕРНОСТИ  ДИФФУЗИИ  ГАЗОВ  В  ПОЧВЕ
 [гл.  III
 В  технической  энциклопедии*)  приводятся  значения  коэф¬
фициентов  диффузии  D0  основных  газов  для  нормальной  тем¬
пературы  и  барометрического  давления.  В  табл.  207  даны  зна¬
чения  Do  некоторых  газов  в  воздухе.
 Таблица  207
 Значения  коэффициентов  диффузии  D0  некоторых  газов  в  воздухе
при  Т0  =  273°  К  и  с^о  =  760  мм  рт.  ст.
 Газы
 D0,  см^/свк
 тп
 02  —  воздух
 0,178
 1,75
 Н2  —  воздух
 0,611
 1,75
 С02  —  воздух
 0,138
 2,00
 Зависимость  коэффициента  диффузии  D  от  температуры  Т
и  давления  выражается  следующей  формулой:
 d  =  d'(-%Y№)’ 	0)
 где  D0  —  значение  коэффициента  диффузии  D  при  70  =  273°К
и  <^*0=1  а™>  m  —  константа,  зависящая  от  природы  газа.
 Из  формулы  видно,  что  коэффициент  диффузии  углекислоты
пропорционален  отношению  абсолютных  температур  во  второй
степени.  Отношение  Т/То  имеет  значения  -больше  единицы  при
температурах  выше  0°С  и  меньше  единицы  при  температурах
ниже  0°С.  Абсолютные  значения  коэффициентов  диффузии
плавно  возрастают  или  уменьшаются  е  возрастанием  или  умень¬
шением  абсолютной  температуры.  Последнее  обстоятельство
необходимо  учитывать  при  анализе  газообмена  в  среде,  насе¬
ленной  живыми  организмами.  Например,  в  области  температур
от  —5°  С  до  +75°  С  скорость  поступления  и  отвода  газов  за
счет  диффузии  будет  плавно  возрастать,  потребление  же  и  вы¬
деление  газов  за  -счет  жизнедеятельности  организмов  будет
иметь  ясно  выраженный  максимум,  лежащий  в  средней  части
данного  температурного  предела.  При  температурах,  оптималь¬
ных  для  населяющих  почву  организмов,  газообмен  иногда  мо¬
жет  оказаться  недостаточным,  но  он  очень  незначительно  будет
уменьшаться  при  более  резком  убывании  активности  биологи¬
ческих  процессов  с  уменьшением  температуры  почвы  и  скоро
станет  достаточным.
 Этим  и  объясняется  быстрое  исчезновение  продуцируемой
углекислоты  в  почве  в  начале  наступления  осенних  более  низких
температур.
 *)  Справочник  физических,  химических  и  технологических  величин,
т.  VII,  Изд.  С.  Э.,  1931.

КОЭФФИЦИЕНТ  ДИФФУЗИИ  УГЛЕКИСЛОТЫ  В  ПОЧВЕ
 865
 §  2)
 §  2.  Методика  определения  коэффициента  диффузии
углекислоты  в  почве
 П.  А.  Ребиндер  (1937)  указывает,  что  диффузия  газов  и
паров  может  быть  исследована  одним  из  двух  методов:
 1. 	Кинетическим  методом,  состоящим  в  измерении  во  вре¬
мени  парциального  давления  или  концентрации  одного  из  ком¬
понентов  в  одном  определенном  слое  диффузионного  сосуда
(диффузиометра).
 2. 	Стационарным  методом,  при  котором  на  концах  сосуда
концентрации  искусственно  поддерживаются  все  время  постоян¬
ными.  Обычно  в  нижней  части  поддерживается  максимальная
концентрация  тяжелого  компонента,  а  в  верхней  части  она
поддерживается  равной  нулю,  и  здесь  захватывается  и  в  даль¬
нейшем  учитывается  количество  продиффундировавшего  пара
или  газа.
 При  разработке  метода  мы  остановились  на  нестационарном
режиме.
 Наши  длительные  поиски  в  конечном  итоге  привели  к  кине¬
тическому  методу,  основанному  на  таком  установившемся  ре¬
жиме  изменения  концентрации,  когда  последняя  изменялась
экспоненциально  со  временем.
 Теория  метода  разработана  в  Агрофизическом  институте
М.  А.  Кагановым  и  представляет  собой  следующее.
 Формулировка  задачи.  Рассматривается  диффузия  газа
в  неограниченное  пространство  из  сосуда  объемом  V  через  ко¬
лонку  почвы  с  поперечным  сечением  5  и  высотой  h.  По  измене¬
нию  концентрации  газа  в  сосуде  определяется  коэффициент
диффузии  D  в  почве.
 Концентрация  С(Х,  t)  газа  в  почве  на  расстоянии  х  от  ниж¬
ней  поверхности  почвы  через  время  t  после  начала  опыта  опре¬
деляется  из  уравнения  диффузии:
 D
 д*С  _  дС
дх2  —  dt  *
 (2)
 Граничные  условия.  1.  Диффузия  происходит  в  среду,  где
концентрация  диффундирующего  газа  равна  нулю  и  не  меняется
в  ходе  опыта  благодаря  тому,  что  коэффициент  диффузии
в  свободном  воздухе  значительно  больше  такового  в  почве.
 Другими  словами:  концентрация  газа  на  верхней  граничной
поверхности  почвы  равна  нулю.
 2.  Масса  газа,  уходящего  в  данный  момент  из  сосуда,  равна
потоку  диффундирующего  газа,  проходящего,  в  данный  момент

866
 ЗАКОНОМЕРНОСТИ  ДИФФУЗИИ  ГАЗОВ  В  ПОЧВЕ
 [ГЛ.  III
 через  плоскость  х  =  0.  Или:
 Это  равенство  справедливо  при  условии,  что  газ  в  сосуде
всегда  распределен  равномерно.  В  нашем  случае  это  условие
обеспечивается,  так  как  размеры  сосуда  ограничены  и  коэф¬
фициент  диффузии  газа  в  нем  (в  свободном  пространстве)
больше  такового  в  почве.
 Само  решение  этой  задачи  довольно  сложно  и  мы  ограни¬
чимся  здесь  изложением  основных  результатов.
 1. 	Концентрация  газа  С  в  сосуде  во  времени  изменяется
согласно  экспоненциальному  закону,  когда  время  t  от  начала
опыта  становится  достаточно  большим,  и  может  быть  выражена:
 С~е-К 	(3)
 2. 	В  решении  задачи  доказывается,  что  (3  =  kD,  где  D  —
коэффициент  диффузии  и  k  —  постоянная  величина,  зависящая
от  параметров  прибора:  k  =  k(V,  S,  h).
 3. 	Известно,  что  экспоненциальная  зависимость  при  графи¬
ческом  изображении  в  прямоугольных  координатах,  когда  по
оси  абсцисс  откладывается  величина,  пропорциональная  неза¬
висимой  переменной,  а  по  оси  ординат  —  логарифм  функции,
дает  прямую  линию.
 Линия  CiC7  (рис.  256),  характеризующая  установившийся
регулярный  режим,  образует  угол  а  с  осью  абсцисс;  значение
тангенса  этого  угла  (наклон  прямой)  будет  зависеть  от  пара¬
метров  прибора  и  коэффициента  диффузии  D.
 В  нашем  методе:
 tg  a  =  lg  *(-£)*£>,
 (4)

КОЭФФИЦИЕНТ  ДИФФУЗИИ  УГЛЕКИСЛОТЫ  В  ПОЧВЕ
 867
 §  2J
 где  (i—постоянная  величина,  зависящая  от  параметров  при¬
бора;  h  —  высота  почвенной  колонки;  е—  основание  натураль¬
ных  логарифмов.
 Величина  р,  находится  из  следующего  трансцендентного
уравнения:
 V"  tgp  =  ^p 	(5)
 Это  уравнение  имеет  бесконечное  количество  корней,  но
в  уравнение  (4)  в  качестве  значения  р  следует  поставить  первый
корень  уравнения  (5).
 Следовательно,  в  уравнении  (4)  величина  lg  е  (jJ  является
 постоянной,  зависящей  от  параметров  прибора,  и  может  быть
заменена  постоянным  коэффициентом  k.  Тогда:
 tga  =  kD
 (б)
 D=T-
 (6а)
 Для  определения  постоянной  прибора  k  прежде  всего  нужно
найти  величину  р,  входящую  в  уравнение  (4).  Как  мы  уже  от¬
мечали,  для  этого  достаточно  найти  первый  корень  уравне¬
ния  (5).
 hS
 Введем  обозначение  -у-  =  А.  В  наших  условиях,  когда
 величина  А  достаточно  мала  (у  нас  объем  цилиндра  AS  =  0,3  л
достаточно  мал  по  сравнению  с  объемом  сосуда  V  =  13,3  л),
величину  tg\i  можно  принять  равной  \i.  Тогда  из»  уравнения  (5)
вытекает,  что  ц2  =  А.
 Приведем  решение  для  конкретного  примера,  для  которого
величина  А,  при  V=  13  300  см?,  А  =10,6  см  и  S  =  27,7  см2,
равна:
 л 	 hS  	 10,6  *  27,7 	р,  (Y)*)
 Л  V  13  300
 и  постоянная  прибора
 *=lg«(т)!-о.43429  TiSs=°'85  •  |0"‘-
 Анализируя  уравнения  (4)  и  (5),  можно  видеть,  что  по¬
стоянная  прибора  зависит  не  только  от  объема  сосуда  V,  но
также  и  от  объема  почвенного  образца  hS  и  от  его  высоты  А.
Поэтому  в  случае  изменения  габаритов  образца  (монолиты  и
др.)  определялась  новая  постоянная  прибора  А.
 Метод  был  осуществлен  следующим  образом.  Колонку  или
монолит  почвы  помещали  над  сосудом  довольно  большого
объема  (12,6  или  13,3  л),  в  который  вводили  газообразную
углекислоту.  Последняя  диффундировала  через  почву  и  у  ее

868 	ЗАКОНОМЕРНОСТИ  ДИФФУЗИИ  ГАЗОВ  В  ПОЧВЕ 	[гл.  III
 верхней  граничной  поверхности  «рассеивалась»  в  воздухе  по¬
мещения.  Таким  образом,  у  верхней  граничной  поверхности
образца  концентрация  углекислоты  была  постоянно  равна
0,03%.  Концентрация  углекислоты  в  сосуде  у  нижней  гранич¬
ной  поверхности  образца  закономерно  уменьшалась.  Изменение
во  времени  концентрации  углекислоты  в  пробах  газа,  взятых
из  сосуда,  определялось  с  помощью  газоанализатора,  количе¬
ство  продиффундировавшей  углекислоты  определялось  по
уменьшению  концентрации  газа.
 Рис.  257.  Схема  прибора  для  определения  коэффициента
диффузии.
 Прибор  для  определения  коэффициента  диффузии  имел  два
сообщающихся  между  собой  жестко  скрепленных  равного
объема  кубовидной  формы  сосуда  Л  и  Б  из  белой  жести
(рис.  257).  На  верхних  поверхностях  сосудов  имелись  панели/
квадратной  формы,  по  периметру  которых  размещалось  по
16  болтов  2.
 Монолиты  квадратного  сечения  в  оправах  или  цилиндры
с  почвой  3,  впаянные  в  квадратные  основания  4,  устанавлива¬
лись  над  вырезами  и  закреплялись  болтами.  В  местах  скрепле¬
ния  имелись  прокладки  5  из  мягкой  резины,  которые  обеспечи¬
вали  герметичность.  Вблизи  цилиндра  с  почвой  помещался
термометр  6  для  определения  температуры  среды  в  ходе  опыта.
 Сосуды  сообщались  между  собой  стеклянным  одноходовым
краном  7  большого  размера.  Для  ввода  углекислоты  имелись
трубки  8  и  для  взятия  пробы  газа  из  слоя  5—трубки  9.
 Коэффициенты  диффузии  углекислоты  определялись  в  на¬
сыпных  образцах  воздушносухих  почв  различного  структурного

§  3] 	СКОРОСТЬ  ДИФФУЗИИ  УГЛЕКИСЛОТЫ  И  ПОРИСТОСТЬ 	869
 состава  и  сложения,  в  образцах  почв  различной  степени  увлаж¬
нения,  в  образцах  почв,  взятых  с  ненарушенным  строением,  и
в  небольших  .почвенных  монолитах.  Прежде  всего  производили
необходимые  действия  для  определения  плотности  и  влажности
образца  (обмер,  взвешивание  и  определение  влажности)  и
параллельно  производили  сопутствующие  определения  *  для
общей  характеристики  почвы  (структурный  состав,  ъодопроч-
ность  структуры,  механический  состав,  объемный  вес  агрегатов,
удельный  вес  твердой  фазы  и  др.).  Насыпные  образцы  упако¬
вывали  в  металлические  цилиндры,  имеющие  внизу  туго  натя¬
нутую  металлическую  сетку  с  отверстиями  в  0,5  мм.  Для
каждого  опыта  готовили  два  образца  аналога.  Чаще  всего  это
были  две  повторности  с  одной  и  той  же  почвой.  Образцы  (ци¬
линдры  с  почвой)  устанавливали  на  оба  сосуда  для  того,  чтобы
выдерживалась  примерно  одинаковая  интенсивность  процесса
диффузии  в  обеих  секциях  установки.  Цилиндры  характеризо¬
вались  следующими  данными:  объем  —  около  300  см3,  площадь
сечения  —  около  27  см3  и  высота  —  около  11  см.
 В  конце  рабочего  дня  цилиндры  устанавливали  на  сосуды
и  герметизировали  в  месте  сочленения  с  помощью  болтов.  За¬
тем  в  каждый  сосуд  вводили  приблизительно  по  3  л  угле¬
кислоты  и  открывали  соединительный  кран  между  ними.  В  те¬
чение  ночи  шло  выравнивание  концентрации  углекислоты
в  сосудах  и  шла  диффузия,  при  этом  14—16  часов  было  вполне
достаточно  для  того,  чтобы  установился  регулярный  режим
диффузии.  На  следующий  день  утром  и  вечером  брали  на  ана¬
лиз  пробы  газа  из  сосуда  А  и  отмечали  время  и  температуру
окружающего  воздуха.  При  взятии  пробы  цилиндры  3  накры¬
вали  колпаками  из  тонкой  резины  и  открывали  кран  7.  Таким
образом,  на  'место  взятой  пробы  в  сосуд  А  поступала  газовая
смесь  из  -сосуда  Б  примерно  с  такой  же  концентрацией  угле¬
кислоты  и  не  происходило  разбавления  газовой  смесив  сосуде  Л.
 Экспериментально  установлено,  что  при  частоте  2—3  проб
в  сутки  .получались  наиболее  точные  результаты.
 §  3.  Зависимость  скорости  диффузии  углекислоты
от  пористости  (плотности)  воздушносухих  почв
 Определение  скорости  диффузии  углекислоты  сквозь  воз¬
душносухие  почвы  в  зависимости  от  пористости  производили
путем  изменения  упаковки  образцов  и,  следовательно,  их  плот¬
ности.
 Для  исследования  был  взят  обыкновенный  глинистый  черно¬
зем  —большой  монолит  из  горизонта  Ai  с  56-летней  некосимой
залежи  в  степи  (Каменная  Степь,  Воронежская  обл.).  Почва
обладала  высокой  водопрочностью  и  хорошо  выраженной

870
 ЗАКОНОМЕРНОСТИ  ДИФФУЗИИ  ГАЗОВ  В  ПОЧВЕ
 [ГЛ.  III
 структурой.  Сухой  рассев  нескольких  килограммов  образцов  из
монолита  показал  следующий  состав  структурных  фракций:
 Диаметр  агрегата,  мм 	>10  5—10 	3—5 	2—3 	1—2 	1—0,5 	0,25—0,5  <0,25
 Содержание,  % 	0,5 	4,1 	17,3 	36,4 	18,0 	10,3 	11,6 	1,8
 Для  нахождения  расчетным  путем  всех  видов  пористости
образцов  определяли  удельный  .вес  твердой  фазы  почвы  и  плот¬
ность  (объемный  вес)  агрегатов.  Кроме  того,  коэффициент
диффузии  определялся  через  колонки  воздушносухого  кварце¬
вого  песка  0,25—0,50  мм.  Было  найдено:  влажность  ку  =  0,03%,
удельный  вес  d  =  2,66  г/см3;  плотность  изменялась  от  1,55  до
1,68  г/см3.  Результаты  опытов  представлены  «а  рис.  258.
 Рис.  258.  Зависимость  относительного  коэффициента
диффузии  от  пористости  структурной  почвы.
 Конечный  результат  исследования  лучше  выражать  в  виде
относительного  коэффициента  диффузии  D/D0,  где  D  —  коэффи¬
циент  диффузии  данного  газа  в  пористой  среде  и  D0—в  воздухе.
Относительный  коэффициент  не  зависит  от  природы  диффунди¬
рующего  газа  и  позволяет  переходить  при  расчетах  на  любой
газ  путем  использования  табличных  коэффициентов  диффузии
газов  >в  воздухе.  Экспериментальные  данные  Н.  П.  Поясова
приводятся  в  табл.  III  и  IV  приложения.
 На  рис.  258  дана  зависимость  относительного  коэффициента
диффузии  D/Do  от  пористости  р  структурных  (агрегированных)
почв.  Линия  АБ  отражает  эту  зависимость  от  межагрегатной
пористости  образцов.  Эта  линия  представляет  собой  слабо
выпуклую  к  оси  ординат  кривую,  идущую  к  началу  координат.
Наклон  кривой  в  точке  А  соответствует  tga  =  0,67  и  в  точке

§  3] 	СКОРОСТЬ  ДИФФУЗИИ  УГЛЕКИСЛОТЫ  И  ПОРИСТОСТЬ 	871
 Б  —  значению  tga  =  0,65.  Следовательно,  зависимость  Z)/Z)0  от
межагрегатной  пористости  в  общем  соответствует  таковой  для
системы  рыхло  упакованных  шаров,  и  коэффициент  диффузии
пропорционален  межагрегатной  пористости.
 Никакого  противоречия  с  этим  выводом  не  дает  и  линия
ВГ,  которая  отражает  зависимость  D/D0  от  свободных  пор
в  образцах  (общая  пористость  минус  объем  гигроскопической
воды).  При  этом,  значения  р  экспериментальных  точек  увели¬
чились  на  величину  внутриагрегатных  пор,  свободных  от  воды,
т.  е.  на  величину  впутриагрегатной  пористости  за  вычетом
объема  гигроскопической  воды.  Кривая  ВГ  направлена  не
 Рис.  259.  Изменение  межагрегатной  и  общей
пористости  в  зависимости  от  плотности  образ¬
цов  структурной  почвы.
 к  началу  координат,  а  в  точку,  соответствующую  пористости
в  26,6%.  На  рис.  259  дано  приблизительно  в  том  же  масштабе
теоретическое  изменение  межагрегатной  и  общей  пористости
и  свободных  пор  в  зависимости  от  плотности  образцов  этой  же
почвы  (удельный  вес  d  =  2,59  г/см?),  плотность  агрегатов
р  =  1,60  г/см3,  весовая  влажность  7,3%.  В  отсутствие  межагре¬
гатной  пористости  при  плотности  образца,  равной  плотности
агрегатов  (1,6  г/сж3),  внутриагрегатные  поры,  свободные  от
воды,  составят  38,3—11,7  =  26,6%.
 Представляя  линией  ВГ  на  рис.  258  зависимость  DJD0  от  сво¬
бодных  пор  образцов,  мы  видим,  что  все  внутриагрегатные
поры,  свободные  от  воды,  не  участвуют  в  процессе  диффузии.
Отсюда  тот  же  вывод:  скорость  диффузии  пропорциональна
межагрегатной  пористости  высокоструктурных  почв.
 Однако  это  положение  справедливо  в  определенных  пре¬
делах  плотности  почвы.  Оно  применимо  для  рыхлосложенны*

872
 ЗАКОНОМЕРНОСТИ  ДИФФУЗИИ  газов  в  почве
 [гл.  III
 почв,  пока  значения  межагрегатной  пористости  превышают
значения  межагрегатной  пористости  плотно  уложенных  агрега¬
тов  (шаров),  т.  е.  превышают  межагрегатную  пористость,  рав¬
ную  25,9%  *).
 При  меньших  значениях  межагрегатной  пористости,  что
соответствует  принудительно  уплотненному  сложению  агрега¬
тов,  когда  часть  из  них  будет  деформирована  или  разрушена,
постепенно  исчезает  заметная  до  сих  пор  дифференциация  пор,
и  диффузия  будет  осуществляться  все  с  большим  и  большим
участием  внутриагрегатных  пор.  В  конечном  итоге,  в  искус¬
ственно  созданной  системе  агрегатов,  уложенных  без  промежут¬
ков  между  ними,  диффузия  пойдет  через  все  внутриагрегатные
 (теперь  уже  общие)  поры
за  вычетом  тупиков.  В
этом  случае  вся  эта  струк¬
турная  масса  будет  пред¬
ставлять  собой  массу
бесструктурную.
 Зависимость  относи¬
тельного  коэффициента
диффузии  от  общей  по¬
ристости  раздельноча¬
стичных  бесструктурных
почв  (песок  и  распылен¬
ный  обыкновенный  черно¬
зем)  показана  -на  рис.
260.  Здесь  же  для  сравне¬
ния  повторена  и  линия
АБ  рис.  258.
 Линия  ЖЗ  для  рас¬
пыленного  обыкновенного
глинистого  чернозема  (частицы  менее  0,25  мм)  оказывается  на¬
правленной  не  к  началу  координат,  а  пересекает  ось  абсцисс
в  точке,  в  которой  пористоть  равна  10%.  Это  говорит  о  том,  что
диффузия  в  этом  образце  идет  более  замедленно  из-за  тупиков
и  сужений  и  это  замедление  графически  выразилось  в  виде  от¬
ключения  пор  в  10%  от  объема  почвы,  как  не  участвующих  в  про¬
цессе.  По  сравнению  с  линией  ВГ  (рис.  258)  видно,  что  приблизи¬
тельно  с  тем  же  эффектом  здесь  участвует  большее  количе¬
ство  пор.
 Линия  ДЕ  отражает  зависимость  относительного  коэффи¬
 *)  Из  геометрии  известно,  что  при  плотной  укладке  шаров  в  беско¬
нечно  большом  объеме,  когда  каждый  шар  касается  с  12-ю  другими  шарами,
межшаровые  пространства  (поры)  составляют  25,95%.  При  рыхлой  укладке
шаров,  когда  каждый  шар  касается  с  6-ю  другими  шарами  (кубическая  си¬
стема),  пористость  равна  47,64%.
 Рис.  260.  Зависимость  относительного  ко¬
эффициента  диффузии  от  общей  пористо¬
сти  бесструктурных  почв.

§  3]
 СКОРОСТЬ  ДИФФУЗИИ  УГЛЕКИСЛОТЫ  И  ПОРИСТОСТЬ
 873
 циента  диффузии  для  кварцевого  песка  с  размерами  частиц  от
0,25  до  0,5  мм.  Линия  направлена  к  началу  координат,  что  гово¬
рит  о  том,  что  диффузия  через  сухие  песчаные  почвы  пропор¬
циональна  общей  пористости,  но  угол  наклона  линии  дает
tga  =  0,60.  Коэффициент,  отражающий  геометрию  пор,  будет
равен  0,60.  Линии  ДЕ  и  ЖЗ  идут  параллельно  (одинаково
наклонены).  Видимо,  можно  сделать  предположение,  что  тупики
и  некоторые  поры  с  резкими  сужениями  бесструктурной  распы¬
ленной  почвы,  составившие  в  нашей  почве  10%  от  объема
почвы,  не  участвуют  в  процессе  диффузии.  Через  остальные  же
поры  процесс  осуществляется  с  той  же  интенсивностью,  как  и
через  все  поры  достаточно  мелкого  песка.
 Этим,  видимо,  и  можно  объяснить  различие  в  значениях
относительного  коэффициента  диффузии  при  одной  и  той  же
общей  пористости,  равной  40%  (рис.  260)  для  распыленной
-почвы  (точка  В3,  D/D0  =  0,18)  и  для  песка  (точка  В2г
D/D0  =  0,24).  Структурный  обыкновенный  чернозем  при  меж¬
агрегатной  пористости,  равной  40%!  от  объема  .почвы,  имеет
еще  большее  значение  коэффициента  диффузии  (точка  Вь
D/D0  =  0,265).
 Различные  углы  наклона  кривых  на  графиках,  указывают
на  то,  что  пористые  системы  почв  отличаются  друг  от  друга,
что  подтверждается  и  данными  Тейлора  (1950).  Они  отражают
почвенные  условия  для  диффузионного  потока,  так  как  зависят
от  степени  извилистости  и  характера  сужения  почвенных  пор.
Другими  словами,  они  отражают  геометрию  пор,  зависящую
от  формы  воздушносухих  первичных  частиц  или  агрегатов  и  от
их  упаковки  (укладки).
 При  нашей  методике,  когда  мы  получали  несколько  экспери¬
ментальных  точек  с  определенной  воздушносухой  почвой,  меняя
пористость  за  счет  твердой  фазы,  мы  могли  вскрывать  долю
участия  пор  в  диффузионном  процессе.  Это  подтверждается
ходом  кривых  на  наших  графиках  и  дает  возможность  предста¬
вить  зависимость  между  D/D0  и  р  в  следующем  виде:
 где  п  —  коэффициент  извилистости  пор,  показывающий,  во
сколько  раз  истинный  путь  движения  молекул  диффундирую¬
щего  газа  больше  протяженности  пористого  тела,  через  которое
идет  диффузия;  р  —  общая  пористость  водушносухих  почв,
выраженная  как  часть  общего  объема;  рт—  пористость,  не  уча¬
ствующая  в  процессе  диффузии  (тупики),  или  объем  пор,  не
участвующих  в  процессе  диффузии,  выраженный  как  часть  об¬
щего  объема.
 (7)

^374 	ЗАКОНОМЕРНОСТИ  ДИФФУЗИИ  ГАЗОВ  В  ПОЧВЕ 	[гл.  III
 Коэффициент  извилистости  п  всегда  больше  единицы.  Тео¬
ретические  подсчеты  показывают,  что  для  системы  рыхлоупа-
кованных  шаров  (агрегатов),  когда  каждый  шар  соприкасается
с  6-ю  другими  шарами,  он  может  достигать  V2  тс  или  1,57.
 На  индивидуальный  для  каждой  почвы  характер  диффузии
и  на  роль  замкнутых  пор  и  тупиков,  не  участвующих  в  про¬
цессе,  указывали  П.  В.  Вершинин  и  Н.  В.  Кириленко  (1948).
 §  4.  Зависимость  скорости  диффузии  углекислоты
от  влажности  почвы
 При  увлажнении  почвы  на  всю  систему  пор,  от  которой  за¬
висит  процесс  диффузии  газов,  накладывается  новый,  более
мощный  фактор  —  вода.  Смачивая  почвенные  частички  и  ко¬
мочки  почвы,  вода  совершенно  изменяет  геометрию  воздухо¬
носных  пор.  Она  сглаживает  все  острые  углы,  совершенно  от¬
ключает  тонкие  и  тончайшие  поры  и  образует  водяные  пробки
даже  в  довольно  крупных  порах.  Вся  прежняя  система  воздухо¬
носных  пор  может  быть  нарушенной,  так  как  при  значительном
обводнении  почвы  в  первое  время  в  виде  сообщающихся  между
собой  пор  остаются  только  некапиллярные  и  из  них,  —  главным
образом,  вертикально  расположенные  поры.
 При  поступлении  воды  сверху  (дождь,  полив)  на  какое-то
время  воздух  в  почве  может  быть  совершенно  изолирован  от
атмосферного,  так  как  вода  может  заполнить  все  поры  верх¬
него  слоя  почвы.
 Ход  смачивания  и  перераспределение  воды  целиком  зависят
от  свойств  почвы:  от  механического  состава  и  структуры  почвы
и  от  химических  и  физико-химических  свойств  смачиваемых  по¬
верхностей.  В  структурных  или  песчаных  почвах  вода  будет
быстро  перераспределяться,  заполнит  тонкие  и  тончайшие
поры  внутри  агрегатов  и  смочит  поверхности  частиц  почвы.
Все  же  крупные  поры  останутся  под  воздухом,  и  газообмен
почвы  почти  -не  будет  замедлен.  В  бесструктурных  почвах  вода
заполнит  всю  систему  пор  и  будет  очень  медленно  перераспре¬
деляться,  постепенно  освобождая  наиболее  крупные  поры.
 Физико-химические  и  химические  свойства  почвы  в  сильной
степени  определяют  набухаемость  почвенных  частиц  и  их  сма¬
чивание.  Известно,  что  мельчайшие,  так  называемые  коллои¬
дальные  частички,  очень  сильно  набухают.  К  ним  относятся
перегнойные  вещества  по4вы,  или  почвенный  гумус,  сильно  раз¬
ложившиеся  органические  остатки,  частички  торфа  и  тончайшие
минеральные  частички  почвы.  В  сильно  набухающих  и  бесструк¬
турных  почвах  вода  перераспределяется  особенно  медленно,  и
это  отрицательно  влияет  на  аэрацию  почвы.  Из  сильно  набухаю¬
щих  почв  исключение  составляют  лишь  черноземные,  так  как

§  4] 	СКОРОСТЬ  ДИФФУЗИИ  УГЛЕКИСЛОТЫ  и  влажность 	»75
 здесь,  благодаря  хорошей  структуре  и  высокой  некапиллярной
пористости  не  происходит  закупорки  водой  крупных  пор.
 Смачиваемость  почвенных  частиц  также  различна.  Все  легко
смачиваемые  водой  вещества  называются  гидрофильными,
а  вещества,  несмачиваемые  водой,  называются  гидрофобными.
К  гидрофобным  веществам  относятся,  например,  жирные  кис¬
лоты.  Некоторое  количество  гидрофобных  веществ  бывает  и
в  почве.  Иногда  заметное  их  количество  поступает  в  нее  вместе
с  фекалием,  навозной  жижей,  навозом  и  компостами,  и  тогда
почва  очень  плохо  смачивается  водой.  Лучше  всего  смачи¬
ваются  водой  окислы  большинства  металлов,  чистые  минераль¬
ные  частички  и  коллоиды  почвы.
 Благодаря  различной  смачиваемости  поверхностей  почвен¬
ных  частиц  и  агрегатов  вода  перемещается  .неравномерно.  Этим
еще  более  нарушается  система  ранее  сообщающихся  между  со¬
бой  воздухоносных  пор,  так  как  заметные  ее  участки  могут
оказаться  изолированными.  Гидрофобная  почва  задерживает
воду  в  поверхностном  слое  и  на  своей  поверхности  и  при  этом
почвенный  воздух  оказывается  изолированным  от  атмосферного.
 Определения  коэффициентов  диффузии  через  увлажненные
почвы  производились  в  образцах  почвы,  взятых  с  ненарушен¬
ным  строением  при  полевых  влажностях,  в  насыпанных  образ¬
цах  почвы  с  известной  плотностью  и  влажностью  и  в  почвенных
монолитах  при  их  различном  увлажнении  снизу.
 В  результате  увлажнения  снизу  получался  естественный
профиль  влажности  почвы,  но  иногда  с  несколько  большими
градиентами  влажности.  Чаще  всего  герметично  закрытые  об¬
разцы  выдерживались  в  течение  нескольких  суток  в  лаборато¬
рии  или  в  термостате  при  70°  С  и  этим  достигалось  довольно
равномерное  перераспределение  воды.  Наши  условия  увлажне¬
ния  являлись  лишь  частным  случаем  природных  условий.  Влаж¬
ности  характеризовались  не  послойно,  а  в  среднем  на  всю  ко¬
лонку.
 На  образцах  с  ненарушенным  строением,  взятых  в  поле,
определялась  одна  или  несколько  экспериментальных  точек,  до
тех  пор,  пока  не  появлялась  трещина  вдоль  стенок  хотя  бы
в  верхней  части  образца.  По  начальной  и  конечной  влаж¬
ностям  графически  определялись  интересующие  нас  влажности
для  тех  периодов  времени,  в  течение  которых  определялась  та
или  иная  точка.  Все  опыты  проводились  как  можно  быстрее  и
заканчивались  иногда  в  течение  суток,  если  3-я  и  4-я  точки
хорошо  совпадали  с  предыдущими.
 Результаты  исследований  приводятся  на  рис.  261.
 В  данной  серии  опыты  проводились  с  типичными  тяжелыми
бесструктурными  почвами  (растертый  в  пыль  чернозем,  полевой
образец  мощной  корки  дерново-подзолистой  почвы  и  др.),

876
 ЗАКОНОМЕРНОСТИ  ДИФФУЗИИ  ГАЗОВ  В  ПОЧВЕ
 [ГЛ.  III
 с  типичными  структурными  почвами  (полевой  образец  обыкно¬
венного  глинистого  чернозема  и  полевой  образец  из-под  трав
дерново-слабоподзолистой  почвы  на  карбонатной  морене)  и
с  идеально  структурной  почвой  (одноразмерные  агрегаты
обыкновенного  глинистого  чернозема).
 Исходя  из  поставленной  задачи  проследить  за  измене¬
ниями  скорости  диффузии  от  влажности  образцов,  считаем  ме¬
тодически  правильным  принятое  решение  не  менять  агрегацию
и  сложение  образцов  и  не  перемешивать  увлажненную  почву.
 Рис.  261.  Зависимость  относительного  коэффициента
диффузии  от  пористости  влажных  почв.
 В  противном  случае  каждый  раз  получалось  бы  новое  сложение
образцов,  с  новой  конфигурацией  пор  и  получался  бы  не  ряд,
а  хаотический  набор  точек.
 В  данной  серии  опытов  благодаря  диффузии,  протекающей
в  газообразной  фазе  почвы,  удалось  установить  влияние  не
просто  увлажнения  почвы  на  диффузию,  а  существующее
взаимоотношение  между  водой  и  почвой,  то  взаимоотношение,
которое  В.  Р.  Вильямсом  именуется  как  «отношение  почв
к  воде»  и  составляет  основное  различие  в  водно-воздушных
свойствах  или  в  водно-воздушном  режиме  почв.
 Эти  взаимоотношения  между  водой  и  почвой,  которые  ска¬
зались  на  процессе  диффузии  в  газообразной  фазе  почвы  и,  сле¬
довательно,  сказались  на  воздушном  режиме,  можно  предста¬
вить  в  следующем  виде.
 1.  Любое  заметное  поступление  воды  в  почву  вызывает  на¬
бухание  почвенных  частиц  и  непропорционально  большее  по

СКОРОСТЬ  ДИФФУЗИИ  УГЛЕКИСЛОТЫ  И  ВЛАЖНОСТЬ
 877
 §  4]
 сравнению  с  объемом  поступившей  воды  отключение  пор,  через
которые  могла  бы  идти  диффузия  газов  или  осуществляться
аэрация  почвы.  Это  положение  подтверждается  всеми  кривыми
рис.  261,  на  которых  видно  более  резкое  уменьшение  относи¬
тельного  коэффициента  диффузии  в  зависимости  от  оставшейся
свободной  пористости.  (Все  кривые  оказались  заметна  вогну¬
тыми  к  оси  пористости.)
 2. 	Отключение  пор,  через  которые  могла  бы  идти  диффузия
газов,  особенно  резко  проявляется  и  сказывается  в  течение  дли¬
тельного  времени  на  раздельно  частичных  бесструктурных  поч¬
вах  и  значительно  слабее  на  структурных  почвах.  Например,
точка  21  рис.  261  показала  на  много  меньшее  значение  D/D0  по
сравнению  с  точками  12  и  1  в  опытах  со  структурными  почвами,
хотя  времени  на  перераспределение  воды  здесь  было  значи¬
тельно  больше.  В  образце  растертого  чернозема  воду  при¬
бавляли  три  раза  по  10  мм  и  она  выравнивалась  в  течение
13  суток.  В  исходную  структурную  почву  (точка  12)  воду  при¬
бавляли  три  раза  по  10  мм  и  она  выравнивалась  8  суток.
Точка  1  на  идеально  структурной  почве  получена  через  28  ча¬
сов  после  однократного  такого  же  сильного  увлажнения.
 3. 	Благодаря  различию  в  системе  пор  (наличие  или  отсут¬
ствие  крупных  пор)  и  различному  отношению  почв  к  воде  (пере¬
распределение  воды,  набухание  почвенных  частиц,  отключение
части  пор  или  создание  тупиков)  одинаково  увлажненные  струк¬
турные  и  бесструктурные  почвы  по-разному  препятствуют  про¬
цессу  диффузии.
 Отключение  пор  и  связанное  с  ним  уменьшение  коэффициен¬
тов  диффузии  особенно  резко  проявляется  на  бесструктурных
почвах  и  на  почвах,  сильно  набухающих.  Так,  почвенная  корка
уже  при  17%  весовых  влажности  (22,2%  к  объему  почвы)  пре¬
пятствует  нормальной  аэрации  (D  =  0,0076  см2!сек).
 4. 	Высокоструктурная  почва  может  вместить  значительные
количества  влаги  (до  полной  капиллярной  влагоемкости)  и  со¬
хранить  достаточное  количество  пор  аэрации,  через  которые
диффузия  углекислоты  пойдет  всего  лишь  в  5  раз  медленнее,
чем  в  свободном  воздухе  (точка  /,  D/D0  =  0,188),  и  будет  всегда
достаточной  для  нормальной  аэрации.
 6. 	В  отдельных  горизонтах  почв  или  в  почвах  бесструктур¬
ных,  плотных,  с  большим  содержанием  сильно  набухающих  ча¬
стиц  (органические,  минеральные  и  органо-минеральные  кол¬
лоиды)  с  прибавлением  воды  условия  аэрации  резко  и  на  дли¬
тельное  время  ухудшаются.  В  соответствии  с  этими  свойствами
почвы  кривые  зависимости  D/D0  от  р  будут  круче  направлены
в  сторону  уменьшения  D/D0.
 7. 	Все  найденные  коэффициенты  диффузии  для  обычных
почв,  т.  е.  не  переувлажненных  и  не  сильно  плотных,  были

878 	ЗАКОНОМЕРНОСТИ  ДИФФУЗИИ  ГАЗОВ  В  ПОЧВЕ 	[гл.  Ill
 всегда  выше  0,009  см2/секу  что  по  оценке  Г.  Люндегорда  будет
вполне  достаточно  для  обеспечения  нормального  газообмена.
 На  основе  изложенного  диффузию  следует  оценивать  в  каче¬
стве  основного  фактора  газообмена,  благодаря  которому
в  обычных  условиях  почв  обеспечивается  нормальная  аэрация.
 Особенно  интересно  проследить  за  скоростью  увеличения
диффузии  в  результате  перераспределения  влаги  в  почве  и  за
участием  различных  пор  в  газообмене  почвы.  Для  этого  был
проведен  специальный  опыт.
 В  цилиндры  были  упакованы  два  образца-аналога  из  воз¬
душносухих  агрегатов  обыкновенного  глинистого  чернозема
диаметром  от  2,5  до  3,0  мм  при  плотности  0,758  г/смъ.  Коэффи¬
циент  диффузии  определялся  при  воздушносухом  состоянии
 почвы  (точка  8  рис.  261).  За¬
тем  из  расчета  агрегатной
влагоемкости  почвы  образец
был  увлажнен  снизу  до  38,6%
влажности.  В  расчет  прини¬
мались  теоретическая  агрегат¬
ная  влагоемкость,  равная  по¬
ристости  агрегатов  в  абсо¬
лютно  сухом  состоянии.  Для
данной  почвы,  при  плотности
агрегатов  в  обсолютно  сухом
состоянии  1,6  г/смъ  и  удель¬
ном  весе  твердой  фазы
2,59  г/смг  пористость  агрега¬
тов  была  равна  38,3%.
 Через  20  часов  с  момента
подачи  воды  было  начато  определение  коэффициента  диффузии
(точка  1,  рис.  262).  Спустя  40  часов  был  получен  резко  отлич¬
ный  коэффициент  (точка  2).  Опыт  длился  70  суток  и  периоди¬
чески  измерялся  коэффициент  диффузии.  В  периоды  между
этими  определениями  образец  прикрывали  сверху  колпачком,
чтобы  ускорить  выравнивание  влаги  и  уменьшить  испарение.
Влажность  почвы  определялась  в  исходном  образце  перед  опы¬
том  (термостатная  сушка)  и  в  дальнейшем,  —  по  изменениям
его  веса.
 На  рис.  262  показано  изменение  относительного  коэффи¬
циента  диффузии  D/D0  во  времени.  Время  от  начала  увлажне¬
ния  почвы  и  изменение  D/D0  характеризуют  скорость  освобо¬
ждения  пор  от  воды.  Из  анализа  кривой  видно,  что  в  исследуе¬
мом  образце  уже  в  первый  час  после  увлажнения  какая-то  часть
пор  оказалась  открытой,  и  шла  диффузия.  Затем  открывалось
все  большее  и  большее  число  пор,  и  скорость  диффузии  нара¬
стала  почти  линейно  (с  малозаметным  затуханием).
 €.3
 аг
 0.1
 В
 Вп
 3
 и
 А
 Y
 	7
 /
 /
 /
 /
 /
 t,4(LC
 го  но  во
 100  120  ПО  т
 Рис.  262.  Изменение  относительного
коэффициента  диффузии  в  связи  с  пе¬
рераспределением  воды  в  образце.

СКОРОСТЬ  ДИФФУЗИИ  УГЛЕКИСЛОТЫ  И  ВЛАЖНОСТЬ
 879
 §  4]
 По  истечении  40  часов  затухание  выявилось  отчетливо  и
с  точки  3  (51  час)  установилась  почти  постоянная  скорость  диф¬
фузии.  Некоторое  дальнейшее  увеличение  скорости  диффузии
можно  объяснить  заметным  уменьшением  влаги  в  образце  и
Некоторым  уменьшением  объемов  агрегатов,  так  как  от  точки  3
к  точке  4  образец  потерял  путем  испарения  1  %  воды.
 Из  этого  опыта  видно,  что  перераспределение  влаги  в  той
мере,  пока  оно  заметно  влияет  на  скорость  диффузии,  заканчи¬
вается  в  течение  первых  двух  суток.  В  это  время  фактически
открываются  все  те  поры,  через  которые  осуществляется  про¬
цесс  диффузии.  Позволительно  поставить  вопрос:  через  какие  же
поры  осуществляется  в  основном  процесс  диффузии  в  структур¬
ных  почвах?  Не  может  вызывать  сомнения,  что  через  1—2  суток
после  значительного  увлажнения  (32  мм  в  нашем  опыте)  от¬
кроются  лишь  межагрегатные  некапиллярные  поры,  так  как
перераспределится  главным  образом  гравитационная  вода  и
часть  воды  в  углах  между  агрегатами.  Сами  агрегаты  к  концу
вторых  суток  будут  насыщены  водой.  Это  следует  и  из  методов
определения  полевой  влагоемкости  почв,  согласно  которым  счи¬
тается,  что  через  1—2  суток  после  избытка  воды  теряется  лишь
гравитационная  вода,  не  удерживаемая  почвой.
 В  нашем  опыте  с  черноземной  почвой  вода  была  дана  без
избытка  (рассчитана  по  агрегатной  влагоемкости)  и,  несом¬
ненно,  что  через  двое  суток  вся  она  была  в  агрегатах.  Раз
с  момента  полного  освобождения  от  воды  всех  межагрегатных
пор  установилась  почти  постоянная  скорость  диффузии,  то  меж¬
агрегатные  поры  обеспечивали  и  в  основном  обеспечивают  про¬
цесс  диффузии.  Следовательно,  в  увлажненных  и  влажных  поч¬
вах  в  диффузионном  переносе  участвуют  главным  образом  меж¬
агрегатные  или  вообще  неканиллярные  поры.
 При  рассмотрении  рис.  262  и  немасштабного  во  времени
рис.  261  видно,  что  от  точки  3  к  исходной  точке  8  скорость  диф¬
фузии  нарастает,  но  с  меньшим  постоянным  приращением.  Если
скорость  диффузии  для  точки  8  (воздушносухое  состояние
почвы)  принять  за  100%  (D  =  0,0546  см2/сек),  то  ее  скорость
для  точки  3  составит  лишь  73%  (D  =  0,0399  см2/сек).  Это  уве¬
личение  коэффициента  диффузии  на  27%  можно  объяснить  за
счет  увеличения  межагрегатных  пор  в  результате  уменьшения
в  размерах  набухших  агрегатов  при  высыхании  их  до  воздушно¬
сухого  состояния.  По  нашим  данным,  исследуемый  обыкновен¬
ный  чернозем  имеет  высокую  агрегатную  влагоемкость  и  до¬
вольно  сильно  набухает.  Увеличение  объема  агрегатов  при  на¬
бухании,  если  принять  большую  величину  за  100%,  достигает
25%.

ГЛАВА  IV
 ФИЗИЧЕСКИЕ  СВОЙСТВА  ПОЧВ  НЕДОСТАТОЧНОГО
И  ИЗБЫТОЧНОГО  УВЛАЖНЕНИЯ  И  ПУТИ
РЕГУЛИРОВАНИЯ  АЭРАЦИИ
 §  1.  Условия  аэрации  почв  недостаточного  увлажнения
 Ранее  уже  указывалось,  что  для  того,  чтобы  судить  об  усло¬
виях  аэрации  почвы,  нужно  иметь  представление  о  воздухо-
емкости,  биохимической  активности  почвы  и  интенсивности  газо¬
обмена.  Для  исследо;вания  воздушного  режима  при  различном
увлажнении  почвы  или  вообще  в  различных  естественных  усло¬
виях  нужно  иметь  представление  о  еще  большем  количестве
факторов,  влияющих  на  воздушный  режим  конкретной  почвы.
Сюда  входят,  как  уже  отмечалось,  почвенные,  почвенно-биоло¬
гические  и  гидрометеорологические  условия  участка  или  поля.
Следовательно,  для  того,  чтобы  получить  полное  представле¬
ние  о  воздушном  режиме  участка  или  поля,  для  того,  чтобы
зафиксировать  данное  его  состояние  и  иметь  суждение  об  из¬
менении  основных  измеряемых  характеристик,  нужно  провести
сложное  комплексное  исследование.
 Мы  не  ставим  себе  задачей  показать  здесь  всю  зависимость
факторов  воздушного  режима  почвы,  так  как  это  будет  очень
сложно.  Ограничимся  лишь  указаниями,  подтвержденными  экс¬
периментальными  данными,  о  том,  что  сложение  почвы,  струк¬
турность,  способность  почвы  быстро  или  медленно  проводить  и
перераспределять  воду  определяют  воздушный  режим  почвы
или,  более  конкретно,  условия  ее  газообмена.
 Комплекс  почвенно-биологических  условий,  влияющих  на
воздушный  режим  почвы,  также  может  быть  предметом  само¬
стоятельного  изложения.  Здесь  укажем,  что  различные  микро¬
организмы  и  корни  различных  растений  в  соответствии  с  их
ростом  и  развитием  в  конкретных  условиях  местообитания,  по-
разному  выделяют  и  потребляют  те  или  иные  газы.  Укажем
также,  что,  так  как  газообмен  между  почвой  и  атмосферой  осу¬
ществляется  главным  образом  путем  диффузии  через  поверх¬
ность  почвы,  то  состояние  последней  (наличие  корки,  густого

§  1] 	УСЛОВИЯ  АЭРАЦИИ  почв  НЕДОСТАТОЧНОГО  УВЛАЖНЕНИЯ 	881
 растительного  покрова,  мертвого  отпада  и  др.)  будет  опре¬
делять  условия  ее  газообмена.
 Действие  гидрометеорологических  факторов  мы  показали
здесь  односторонне,  только  в  смысле  их  роли  как  факторов  га¬
зообмена  или  как  факторов  аэрации  почвы,  но  все  они  имеют
прямое  воздействие  на  рост  растений  и,  следовательно,  смещают
потребности  в  газообмене.
 Резко  ограничить  наши  суждения  об  области  воздушного  ре¬
жима  почв  вполне  возможно,  если  дать  в  первую  очередь  ответ
о  запасах  воздуха  в  почве  и  о  тенденциях  в  направлении  основ¬
ных  биохимических  процессов.
 Запасы  воздуха  в  почве  в  каждый  данный  момент  можно
•определить,  зная  воздухоемкость  почвы  или  объем  пор,  запол¬
ненных  воздухом.  Направленность  биохимических  процессов,
например,  в  сторону  анаэробиозиса,  кроме  методов  микробиоло¬
гических,  можно  установить  по  изменениям  в  составе  газов  поч¬
венного  воздуха.  Для  обслуживания  этих  минимальных  требова¬
ний  из  круга  вопросов,  касающихся  воздушного  режима  почвы
или  условий  ее  аэрации,  необходимо  с  требуемой  частотой  опре¬
делять  объемный  вес  и  влажность  по  профилю  почвы  и  анали¬
зировать  почвенный  воздух  на  содержание  в  нем  кислорода  и
углекислоты.  По  данным  объемного  веса  и  влажности  почвы
определяется  общая  пористость  и  воздухоемкость  почвы  или
объем  свободных  пор.  Анализ  почвенного  воздуха  дает  процент¬
ное  содержание  в  нем  кислорода  и  углекислоты.  Располагая
этими  минимальными  данными,  можно  определить  запасы
кислорода,  в  том  или  ином  слое  почвы  и  на  основе  диффузии
можно  подсчитать  перенос  тех  или  иных  газов.
 Систематические  определения  всех  этих  характеристик
в  поле  и  без  расчетов  могут  показать  в  динамике  воздухообеспе-
ченность  или  кислородообеспеченность  почвы  за  весь  период
наблюдений.  В  литературе  имеется  достаточное  количество  та¬
кого  рода  экспериментальных  данных.  Приведем  часть  из  них
в  качестве  типичных  примеров.  Ф.  Ю.  Гельцер  (1930)  приводит
экспериментальные  данные  по  содержанию  углекислоты  в  поч¬
венном  воздухе  в  зависимости  от  влажности  почвы.  Опыты  про¬
водились  в  полях  Ак-Кавакской  опытно-оросительной  станции
(в  20  км  на  северо-запад  от  г.  Ташкента)  на  типичных  серо¬
земах.  Результаты  исследований  по  неорошаемому  и  орошае¬
мому  пару  приводятся  в  табл.  208  и  209.
 Таблица  208  показывает,  что  аэрация  'неорошаемого  пара
всегда  достаточна.  Здесь  не  происходит  накопления  больших
количеств  углекислоты,  и  кислорода  всегда  достаточно.  Однако
биологическая  активность  резко  падает  при  влажности  почвы
ниже  7—8%,  несмотря  на  оптимальную  температуру,  обилие
органического  вещества  и  высокую  воздухоемкость.

882  ФИЗИЧЕСКИЕ  СВОЙСТВА  ПОЧВ  И  ПУТИ  РЕГУЛИРОВАНИЯ  аэрации  [гл.  IV
 Данные  таблицы  209  показывают,  что  поливы  имеют  такое
же  значение  как  зимне-весенние  осадки  для  неорошаемых  почв.
После  каждого  полива  происходит  вспышка  микробиологиче¬
ской  деятельности  в  почве.  Однако  аэрация  уже  на  3-и  день
после  полива  обеспечивает  отвод  углекислоты  в  атмосферу  и  не
происходит  ее  интенсивного  накопления.  Максимальное  содер¬
жание  углекислоты  15/VII  достигает  6,5%  от  объема  почвенного
воздуха  и  на  следующий  день  падает  почти  в  2  раза.  (Очень
жаль,  что  не  приводятся  данные  за  первые  и  вторые  сутки
после  поливов.)  В  межполивные  периоды  биологическая  дея¬
тельность  идет  в  соответствии  с  оставшейся  влажностью  и  аэра¬
ция  почвы  вполне  достаточная.
 Таблица  20В
 Динамика  углекислоты  в  почвенном  воздухе  в  зависимости
от  влажности  почвы  на  неорошаемом  пару,  удобренном  навозом
 Дата
 Влажность,
 %
 Воздухоемкость,
 %
 С02  мг!л
 3/IV
 20,8
 33,1
 46,5
 8/V
 12,0
 41,8
 44,5
 14/V
 19,9
 34,9
 54,8
 16/V
 18,9
 41,6
 41,3
 28/V
 12,9
 45,6
 32,5
 14/VI
 11,8
 43,9
 24,1
 1/VII
 5,4
 55,0
 18,9
 12/VII
 7,0
 54,9
 15,7
 10/VIII
 3,3
 56,4
 12,7
 В.  Б.  Мацкевич  (1953)  проводила  исследования  режима
углекислоты  в  почвенном  воздухе  обыкновенных  черноземов
Каменной  Степи  (Воронежская  область).  Ее  экспериментальные
данные  подтвердили  известное  положение  о  том,  что  концентра¬
ция  углекислоты  в  почвенном  воздухе  при  одинаковом  газо¬
обмене  зависит  от  непряженности  биологических  и  биохимиче¬
ских  процессов  в  почве.  А  эта  напряженность,  как  следует  из  ее
выводов,  зависит  от  температуры  почвы,  вида  растительности,
фазы  развития  или  от  продолжительности  жизни  растений  и  от
некоторых  других  факторов.  Из  условий,  необходимых  для
газообмена,  показана  зависимость  последнего  от  влажности
верхних  слоев  почвы.  При  этом  цитируемый  автор  ухудшение
газообмена  относит  за  счет  уменьшения  скорости  диффузии  га¬
зов  вследствие  заполнения  почвенных  пор  влагой.
 В  отношении  кислородообеспеченности  В.  Б.  Мацкевич  кате¬
горически  утверждает,  что  недостатка  кислорода  в  почвенном

§  1] 	УСЛОВИЯ  АЭРАЦИИ  ПОЧВ  НЕДОСТАТОЧНОГО  УВЛАЖНЕНИЯ 	883
 воздухе  этих  почв  нет.  Это  подтверждается  табл.  210,  из  кото-
рой  следует,  что  содержание  кислорода  в  почвенном  воздухе
Каменной  Степи  мало  отличается  от  содержания  его  в  атмо¬
сферном  воздухе.
 Таблица  209
 Динамика  углекислоты  в  почвенном  воздухе  в  зависимости
от  влажности  почвы  на  орошаемом  удобренном  пару
 Дата
 Влажность,
 %
 Воздухоемкость,
 %
 С02  мг/л
 5/1V
 28,3
 19,3
 27,7
 29/IV
 17,4
 36,7
 32,2
 8/V
 12,2
 44,1
 40,0
 14/V
 21,1
 36,0
 72,9
 16/V
 20,8
 35,5
 56,0
 28/V
 13,5
 46,3
 28,3
 14/VI
 12,0
 43,6
 25,9
 17/V1  •)
 20,3
 31,4
 93,1
 18/VI
 18,5
 34,7
 54,1
 1/VII
 11,1
 50,6
 33,2
 12/VII
 12,7
 47,2
 29,5
 15/VII
 20,4
 32,0
 115,1
 16/V1I  *)
 18,1
 35,1
 72,6
 10/VII1
 6,5
 54,6
 18,  5
 *)  Третий  день  после  полива.
 Определения  концентрации  кислорода  в  почвенном  воздухе,,
приведенные  в  таблице  210,  были  произведены  в  период  макси¬
мального  содержания  в  нем  углекислоты  (сентябрь),  т.  е.  в  (пе¬
риод  ухудшенной  аэрации  почвы.
 В  мае  —  августе  1951  г.  на  полях  Энгельсской  опытной  ме¬
лиоративной  станции  (ЭОМС)  группа  сотрудников  Агрофизиче¬
ского  института  занималась  изучением  некоторых  вопросов,
связанных  с  аэрацией  темно-каштановой  почвы  под  различными
культурами  при  двух  способах  полива  (по  бороздам  и  дожде¬
ванием).  На  данном  конкретном  примере  постараемся  оценить
возможный  газообмен  почвы,  протекающий  на  основе  одной
диффузии.
 Для  ознакомления  с  условиями  аэрации  приведем  краткие
сведения  о  распределении  корней,  воды  и  воздуха  в  почве  и  дру¬
гие  характеристики.
 ЭОМС  расположена  на  обширной  аллювиальной  равнине,
образованной  третьей  террасой  левого  берега  Волги.  В  верхней

884  ФИЗИЧЕСКИЕ  СВОЙСТВА  ПОЧВ  И  ПУТИ  РЕГУЛИРОВАНИЯ  АЭРАЦИИ  [гл.  IV
 своей  толще  эта  терраса  сложена  лёссовидными  карбонатными
суглинками,  которые  и  явились  почвообразующей  породой  для
почв  данной  территории.  Почвенный  покров  сформировался  под
воздействием  типчаково-ковыльно-ромашниковой  степной  расти¬
тельности  и  представлен  пылевато-суглинистыми  темно-кашта¬
новыми  почвами  (Н.  И.  Усов,  1948).
 Таблица  210
 Содержание  кислорода  и  углекислоты  в  почвенном  воздухе
 (в  объемных  процентах)
 Глубина,
 см
 Некосимая  залежь,
27/1X  1951  г.
 Травы  первого  года  жизни  после
уборки  пшеницы,  28/1X  1951  г.
 см
 О
 и
 02
 Сумма
 см
 О
 и
 о2
 Сумма
 20
 0,20
 0,18
 20,83
 21,01
 75
 0,35
 20,73
 21,08
 0,41
 20,78
 21,19
 100
 0,47
 —
 —
 0,43
 —
 —
 150
 0,64
 20,64
 21,28
 0,57
 20,62
 21,19
 200
 0,92
 —
 —
 0,76
 —
 —
 300
 1,70
 19,72
 21,42
 0,81
 20,50
 21,31
 По  данным  Н.  А.  Соколовской,  почвы  ЭОМС  содержат  (по
Охотину)  глинистых  частиц  от  16  до  20%,  пылеватых  и  илова¬
тых  от  77  до  81  %,  песчаных  частиц  до  2%  и  могут  быть  названы
по  механическому  составу  как  пылеватые  средние  суглинки.
 Удельный  вес  твердой  фазы  почвы  для  слоя  0—20  см  коле¬
бался  от  2,64  до  2,68  г/см3  и  для  слоя  20—50  см  —  в  среднем
2,69  г/см3.
 По  агрегатному  составу  (сухой  рассев)  почвы  имели  значи¬
тельное  количество  глыб  более  7  мм.  При  погружении  в  воду
глыбы  и  крупные  агрегаты  довольно  быстро  распадались  на
микроагрегаты  и  на  первичные  частицы.  Количество  микро¬
агрегатов  от  0,25  до  0,5  мм  невелико.  Количество  водопрочных
агрегатов  от  7  до  0,25  мм  по  измененному  методу  Н.  И.  Сави¬
нова  (без  купания  в  цилиндре)  колебалось  от  20  до  40%  в  па¬
хотном  слое  почвы  под  различными  культурами.
 Совершенно  четко  обнаружено  снижение  водопрочной  струк¬
туры  на  всех  исследуемых  полях  от  мая  к  июлю.  Это  снижение
относится  за  счет  вегетационных  поливов  и  деятельности  микро¬
организмов.  Корни  растений  были  развиты  главным  образом
в  слое  0—20  см  (до  80—85%)  и  составили  для  начала  июля
 10,7 	ц/га  воздушносухих  корней  на  поле  яровой  пшеницы,
52,2  ц/га  на  поле  трав  и  12,1  ц/га  на  поле  овса.

§  1] 	УСЛОВИЯ  АЭРАЦИИ  ПОЧВ  НЕДОСТАТОЧНОГО  УВЛАЖНЕНИЯ 	885
 В  план  исследований  условий  аэрации  почвы  входило  систе¬
матическое  определение  плотности  и  влажности  почвы,  опреде¬
ление  структурного  состояния  и  удельного  веса  твердой  фазы
почвы.  Тем  самым  мы  имели  данные  по  динамике  воздухо-
емкости  почвы  во  времени.
 Об  аэрации  почвы  мы  судили  по  систематическим  определе¬
ниям  содержания  кислорода  и  углекислоты  в  почвенном  воз¬
духе.  Для  этих  целей  был  разработан  полевой  метод  и  созданы
приборы.  Согласно  методу,  почвенный  воздух  извлекался  из
любой  точки  корнеобитаемого  слоя  почвы  (до  1  м)  с  помощью
иглы-бура  и  анализировался  на  содержание  кислорода  и  угле¬
кислоты  здесь  же  в  поле  с  помощью  почвенного  или  биологиче¬
ского  газоанализатора  (рис.  263,  на  котором  видны  иглы  и
газоанализатор,  установленные  в  поле).
 В  табл.  211  приводятся  данные  по  составу  почвенного  воз¬
духа  для  поля  сахарной  свеклы.  Эти  данные,  хотя  и  немного¬
численны,  но  типичны  для  исследуемого  объекта.
 Таблица  211
 Состав  почвенного  воздуха  на  глубине  в  25  см
 (сахарная  свекла)
 Дата
 Время
 суток
 Влажность
 Воздухо-
 емкость
 О
 о
 г-3
 02
 Температура
почвы  на  глу¬
бине  20  см,  °С
 в  %  к  объему  почвы
 в  %  к  объему
воздуха
 23/VI
 12—00
 31,0
 16,0
 1,28


 26/VI
 20—00
 Произведен  полив  дождеванием
 (34  мм)
 27/VI
 10—25
 33,0
 14,0
 2,52
 —
 16,6
 27/VI
 11—35
 32,0
 15,0
 2,73
 16,70
 16,8
 27/VI
 12—35
 31,0
 16,0
 2,82
 16,75
 16,8
 27/VI
 15—35
 27,3
 19,5
 3,05
 16,50
 17,1
 27/VI
 21—15
 27,3
 19,5
 3,18
 14,60
 17,5
 28/VI
 10—00
 27,2
 19,6
 2,25
 18,15
 15,6
 28/VI
 21—30
 27,2
 19,6
 3,00
 —
 17,8
 29/VI
 12—00
 27,1
 19,7
 2,00
 19,20
 —
 30/VI
 15—30
 27,0
 19,8
 1,58
 19,25
 —
 2/VII
 17—30
 26,8
 20,0
 .  0,99
 —
 —
 В  результате  проделанной  работы  было  установлено,  что  со¬
держание  углекислоты  и  кислорода  в  почвенном  воздухе  в  усло¬
виях  поливного  земледелия  изменяется  главным  образом
б  связи  с  изменением  влажности  почвы  (табл.  211).

886  ФИЗИЧЕСКИЕ  СВОЙСТВА  ПОЧВ  И  ПУТИ  РЕГУЛИРОВАНИЯ  АЭРАЦИИ  [ГЛ.  IV

§  1] 	УСЛОВИЯ  АЭРАЦИИ  ПОЧВ  НЕДОСТАТОЧНОГО  УВЛАЖНЕНИЯ 	887
 После  каждого  полива  идет  накопление  углекислоты.  Однако
процесс  направлен  не  все  время  в  одну  сторону.  В  первую  же
ночь  после  интенсивного  образования  углекислоты  в  дневное
время  (табл.  211)  содержание  ее  уменьшается  с  3,18  до  2,25%,
хотя  аэрация  почвы  почти  не  изменилась,  так  как  влажность
ее  оставалась  высокой  (27,2%  вместо  27,3%).  Видимо,  здесь
идет  постоянный  довольно  сильный  газообмен  и  меньше  продуци¬
руется  углекислоты  в  ночные  часы.  При  сравнении  содержания
углекислоты  в  почвенном  воздухе  на  глубине  25  см  с  ходом  тем¬
пературы  почвы  примерно  на  той  же  глубине  видна  прямая
зависимость  между  ними.  Следовательно,  производство  угле¬
кислоты  находится  в  прямой  зависимости  от  температуры
почвы,  а  содержание  ее  в  почве  зависит  как  от  производства,
так  и  от  интенсивности  газообмена  или  от  аэрации  почвы.
 После  других  вегетационных  поливов  наблюдалось  не¬
сколько  меньшее  накопление  углекислоты.  При  этом  также
всегда  наблюдалось  снижение  ее  концентрации  ночью  и  не  на¬
ступала  опасность  накопления.  Содержание  кислорода  в  почве
после  поливов  уменьшалось  до  16—14%,  однако  быстро  и  вос¬
станавливалось  вновь  до  18—19%.
 В  целях  выяснения  критических  условий  аэрации  при  поли¬
вах  была  установлена  серия  трубок  для  извлечения  почвенного
воздуха  на  пониженной  части  поля,  засеянного  сахарной  свек¬
лой.  Сюда  стекало  некоторое  количество  воды  с  соседних  уча¬
стков,  действие  поливов  было  сильнее  и  здесь  резче  могли  про¬
явиться  условия  анаэробиозиса.  Однако  даже  на  этой  площадке
во  всех  случаях,  когда  удавалось  через  трубки  извлекать  поч¬
венный  воздух  при  разрежениях,  не  превышающих  0,1  атм,  мы
находили  все  же  нормальный  состав  почвенного  воздуха.  Так,
через  7  часов  после  6-го  полива  дождеванием  пробу  воздуха
в  100  мл  набирали  с  глубины  15  см  в  течение  5  часов  и  обна¬
ружили  всего  1,45%  углекислоты.
 На  5-й  и  6-й  дни  после  второго  полива  дождеванием  на  по¬
ниженных  участках  поля  удавалось  извлекать  воздух  лишь
с  глубины  15,  18,  20  и  22  см.  Анализ  почвенного  воздуха  из
этого  сильно  увлажненного,  но  все  же  аэрируемого  слоя  почвы,
показал  содержание  углекислоты  и  кислорода,  приведенное
в  табл.  212.
 В  слое  20—70  см  оставалось  некоторое  количество  воздуха,
разобщенного  водными  пробками,  который  невозможно  было
извлечь.  Как  этот  воздух,  так  и  воздух  глубинных  слоев  был
изолирован  от  атмосферного.  Разобщенный  (защемленный)  воз¬
дух  из  слоя  20—70  см  не  удавалось  проанализировать,  но,  со¬
гласно  нашим  опытам  с  герметизацией  почвы,  в  таких  условиях
в  нем  очень  быстро  должен  исчезнуть  кислород.  Воздух  на  глу¬
бине  80—90  см,  несмотря  на  разобщение  от  атмосферного,

888  ФИЗИЧЕСКИЕ  СВОЙСТВА  ПОЧВ  И  ПУТИ  РЕГУЛИРОВАНИЯ  АЭРАЦИИ  [гл.  IV
 содержал  не  свыше  2%  углекислоты  и  не  менее  16%  кислорода,
так  как  потребление  кислорода  здесь  резко  уменьшено.
 Таблица  212
 Содержание  углекислоты  и  кислорода  в  процентах  к  объему
почвенного  воздуха
 (сахарная  свекла,  пониженная  часть  поля,  1951  г.)
 Газ
 31/V
 1/V1
 точка  1
 точка  2
 точка  3
 точка  4
 СОо
 Оо
 0,66
 20,3
 0,76
 20,0
 0,83
 20,1
 0,65
 20,2
 Распределение  воды  и  воздуха  в  почве  1/VI  1951  г.  на
6-й  день  после  второго  полива  приведено  в  табл.  213.
 Таблица  213
 Воздухоемкость  почвы  на  6-й  день  после  второго  полива  дождеванием
 (сахарная  свекла,  пониженная  часть  поля)
 Глубина,
 см
 Удельный  вес
твердой  фазы,
г/см*
 Р>
 г/см*
 Общая
 пористость
 Влажность
 Воздухоем¬
 кость
 в  процентах  от  объема  почвы
 0—10
 2,65
 1,24
 53,3
 27,8
 25,5
 10—20
 2,64
 1,37
 48,2
 30,1
 18,1
 20—30
 2,65
 1,41
 46,8
 38,0
 8,8
 30—40
 2,68
 1,35
 49,7
 34,2
 15,5
 40—50
 2,71
 1,35
 50,2
 31,7
 18,5
 50—60
 2,71
 1,34
 50,6
 29,5
 21,1
 80-90
 2,71
 1,34
 50,6
 26,0
 24,6
 Пахотный  слой  почвы  в  данной  пониженной  части  поля
спустя  5—6  дней  после  полива  был  еще  сильно  увлажнен  и
только  в  последние  сутки  стал  аэрироваться.  Как  только  уда¬
лось  извлечь  почвенный  воздух  (31/V  1951  г.),  приведенный
выше  анализ  его  показал  обычный  состав.  Эти  факты  говорили
о  том,  что  после  поливов  в  условиях  почв  ЭОМС  всегда,  когда
открывается  сообщение  пор  между  собой  и,  следовательно,
с  атмосферой,  наступают  удовлетворительные  условия  для  аэра¬
ции.  С  этого  момента  благодаря  диффузии  и  термодиффузии
уже  успевает  отводиться  углекислота  и  кислород  успевает  по¬

§  1] 	УСЛОВИЯ  АЭРАЦИИ  ПОЧВ  НЕДОСТАТОЧНОГО  УВЛАЖНЕНИЯ 	889
 ступать  в  почву  в  соответствии  с  ходом  биохимических  про¬
цессов.  Последние  в  этих  условиях  идут  на  небольших  аэрируе¬
мых  поверхностях  некапиллярных  пор.  Почвенный  воздух  успе¬
вает  выравниваться  по  составу  газов  и  удовлетворяет  потреб¬
ностям  растений.
 Такое  свободное  сообщение  между  порами  (вместо  закупо¬
ренного  воздуха)  наступает  путем  скачка  и  является  определен¬
ной  характеристикой  почвы.  С  ним  связано  начало  аэрации.
 Начало  аэрации  совпадает  с  появлением  воздухопроницае¬
мости  почвы  и  по  ней  оно  может  быть  определено  в  поле.  Пред¬
ставляет  интерес  состояние  влажности  почвы  в  момент  мини¬
мальной  воздухопроницаемости.  Тогда,  зная  объем  твердой
фазы  почвы  и  объем  воды,  можно  определить  по  разности  объем
защемленного  воздуха,  или  объем  воздухоносных  пор,  не  уча¬
ствующих  в  процессе  газообмена.  Эта  величина  (объем  защем¬
ленного  воздуха)  и  ее  уменьшение  при  уменьшении  влажности
почвы  позволяет  судить  о  количестве  пор  аэрации  по  величине
воздухоемкости.
 Опытным  путем  для  темно-каштановой  почвы  ЭОМС  на  трех
площадках  при  значительном  числе  проб  на  плотность  и  влаж¬
ность  почвы  по  вышеизложенной  методике  определялся  объем
защемленного  воздуха  в  верхних  слоях  почвы.  Как  показали
определения  Н.  П.  Поясова,  сильно  увлажненная  темно-кашта¬
новая  почва  ЭОМС  в  момент  минимальной  аэрации  и  минималь¬
ной  воздухопроницаемости  имела  12%  защемленного,  или
разобщенного,  воздуха.  При  этой  воздухоемкости  (12%)  аэра¬
ция  почвы  близка  к  нулю.  Влажность  почвы  была  равна
33—35%  от  объема  почвы  и  представляла  пблевую  влагоемкость
наиболее  плотных  слоев  почвы  (плотность  около  1,40  г/смг).
Только  в  состоянии  полевой  влагоемкости  для  плотных  слоев
почвы  или  при  более  высокой  влажности  для  других  по  сложе¬
нию  почв  происходило  полное  отключение  пор  от  атмосферы.
При  незначительном  уменьшении  влаги  начинают  исчезать  вод¬
ные  пробки  и  какая-то  заметная  часть  пор  начинает  сообщаться
между  собой  и  с  атмосферным  воздухом.  Это  будут  поры  аэра¬
ции.  С  появлением  пор  аэрации  происходит  скачок  в  аэрации
почвы.
 Зависимость  между  воздухоемкостью  почвы  Ае  и  порами
аэрации  Ла,  выраженными  в  процентах  от  объема  почвы,  для
нашего  конкретного  примера  дается  на  рис.  264.  Из  рисунка
видно,  что  при  содержании  воздуха  менее  12%  от  объема  почвы
количество  аэрируемых  пор  равно  нулю.  И  только  при  воздухо¬
емкости  почвы  более  12%  появляются  поры  аэрации,  т.  е.  дей¬
ствующие  (эффективные)  для  целей  аэрации  поры.  Количество
их  увеличивается  по  мере  возрастания  воздухоемкости.  В  со¬
стоянии  почвы,  близком  к  сухому,  количество  аэрируемых  пор
 57  Зак.  196.

890  физические  свойства  почв  и  пути  регулирования  аэрации  [гл.  IV
 будет  приближаться  к  величине  воздухоемкости,  так  как  в  этом
случае  останется  всего  2—3%  тупиков.
 Найденное  нами  состояние  почвы,  соответствующее  ее  мини¬
мальной  аэрации,  имеет  практическое  значение  при  проведении
вегетационных  поливов  на  данных  почвах.
 Мы  считаем,  что  расчеты  норм  вегетационных  поливов
должны  производиться,  кроме  всех  других  показателей,  с  уче¬
том  воздухообеспеченности  или  кислородообеспеченности  почвы,
 зависящей  от  ее  строения  и
скорости  перераспределения
воды.  Расчеты  должны
производиться  также  с  уче¬
том  того  обстоятельства,
чтобы  в  наиболее  плотном
слое  почвы  на  глубине  от
0,  до  30  см  не  более  как
через  сутки  воздухоемкость
для  данной  почвы  стала  бо¬
лее  12%  и  чтобы  не  оказа¬
лось  воздухонепроницае¬
мого  экрана.  В  противном
случае  при  образовании  воз¬
духонепроницаемого  экрана
в  любом  месте  основного
корнеобитаемого  слоя  зна¬
чительная  часть  корней  и
сопутствующая  им  микро¬
флора  уже  через  сутки  ока¬
жется  в  условиях  полного
анаэробиозиса.
 При  поливах  именно  плотные  прослойки  почвенного  профиля
(плужная  подошва  и  др.)  лимитируют  промачивание  почвы,
перераспределение  воды  и  освобождение  для  воздуха  пор  аэра¬
ции.  Не  учитывая  данного  фактора,  во  время  обильных  вегета¬
ционных  поливов  можно  поставить  растения  в  условия  факти¬
ческого  и  кислородного  голодания.  Растения  его  перенесут,  но
состав  почвенных  микроорганизмов  в  это  время  резко  изме¬
нится  в  худшую  сторону,  и  все  это  в  конечном  итоге  скажется
на  урожае.  Если  после  обильных  поливов  образовалась  почвен¬
ная  корка,  то  она  также  ухудшает  аэрацию,  и  в  результате  при
больших  затратах  воды  можно  получить  меньший  урожай.
 Следовательно,  всякие  мероприятия,  направленные  на  пре¬
дотвращение  образования  уплотненных  прослоек  (слоев)  в  кор¬
необитаемой  зоне  почвы  или  на  их  рыхление,  будут  только
улучшать  водно-воздушный  режим  почвы.  Так  же  крайне  жела¬
тельны  все  мероприятия,  направленные  на  создание,  сохране¬
 Воздулоешость  Ае,  %
 Рис.  264.  Зависимость  между  воздухо-
емкостью  и  порами  аэрации  для  темно¬
каштановой  почвы  (ЭОМС).

§  1] 	УСЛОВИЯ  АЭРАЦИИ  ПОЧВ  НЕДОСТАТОЧНОГО  УВЛАЖНЕНИЯ
 891
 ние  и  поддержание  структурного  строения  пахотного  слоя  почвы,
на  его  углубление  и  др.
 В  конкретных  условиях  ЭОМС  летом  1951  г.  Н.  П.  Поясовым
отмечено  наличие  длительного  анаэробиозиса  на  значительной
пониженной  части  поля  под  сахарной  свеклой  после  второго  и
четвертого  поливов.  В  этих  случаях  даже  на  3—6-й  дни  после
поливов  аэрировался  лишь  верхний  слой  в  12—22  см.  В  слое
20—70  см  был  полный  анаэробиозис.  В  слоях  ниже  70  см  напря¬
женность  аэробных  процессов  резко  снижена,  кислорода  там
было  достаточно,  но  здесь  не  решалась  судьба  урожая.  В  то
время  (26/V—18/VI)  молодые  растения  сахарной  свеклы  еще
находили  все  необходимое  /в  верхнем  аэрируемом  слое  почвы  и
не  произошло  заметной  задержки  в  их  росте.
 В  период  же  интенсивного  роста  растений  нужно  осторожно
подходить  к  нормам  полива  в  противовес  желанию  дать  расте¬
ниям  как  можно  больше  воды.  Запасы  воды  на  это  время
должны  быть  созданы  в  почве  заранее.  С  этой  точки  зрения
целесообразно  проводить  сочетание  влагозарядковых  поливов
с  вегетационными  с  учетом  особенностей  климатического  района,
почвы  и  потребностей  растения  в  воде.
 На  основании  изложенного  можно  утверждать,  что  данные
темно-каштановые  пылеватые  легкосуглинистые  неводопрочные
почвы  в  отношении  аэрации  все  же  не  являются  плохими.
 Как  видно  из  табл.  213,  общая  пористость  почвы  даже  после
двух  поливов  оставалась  довольно  высокой  и  составляла
47—53%.  При  состоянии  влажности,  близкой  к  полевой  влаго-
емкости,  например  при  30%  к  объему  почвьг,  поры  аэрации
составляли  11,8—18,8%  (рис.  264).  По  нашим  наблюдениям,
для  выравненных  участков  полей  только  в  ближайшие  часы
после  поливов  (менее  24  часов)  воздухоемкость  почвы  опуска¬
лась  ниже  12%  и  количество  пор  аэрации  падало  до  нуля.  Это
объясняется  быстрым  впитыванием  и  перераспределением  воды
в  данной  почве.
 С  учетом  пористости,  влажности  и  температуры  почвы,
а  также  с  учетом  размещения  корней  растений  можно  оценить
возможный  газообмен  почвы.  Диффузионный  перенос  угле¬
кислоты  от  верхней  границы  наиболее  активного  слоя  данной
почвы  (15—25  см)  при  температуре  почвенного  воздуха-  в  10°  С,
градиенте  концентрации  углекислоты  0,066%  на  1  см  и  влаж¬
ности,  например,  в  32%  к  объему  почвы  составил,  по  подсче¬
там  Н.  П.  Поясова,  0,67  л/м2  час.  Производство  углекислоты  для
этой  почвы  при  той  же  влажности  через  13  часов  после  полива
составило  0,13  л!м2час.
 Следовательно,  при  влажности  почвы,  соответствующей  ее
полевой  влагоемкости,  только  при  плотности  в  1,4  г/сж3,  в  дан¬
ной  почве  ЭОМС  может  накапливаться  углекислота  и  аэрация

892  ФИЗИЧЕСКИЕ  СВОЙСТВА  ПОЧВ  И  ПУТИ  РЕГУЛИРОВАНИЯ  АЭРАЦИИ  (гл.  IV
 может  быть  недостаточной  для  нормальной  жизнедеятельности
аэробных  организмов.  Сложение  всего  активного  слоя  почвы
при  плотности  в  1,2  г!смъ  может  обеспечивать  нормальную  аэра¬
цию  за  счет  одной  диффузии  газов  при  любой  влажности,
имеющей  место  во  время  вегетационного  периода,  и  даже  при
непродолжительном  увлажнении,  превышающем  полевую  влаго-
емкость  на  10%.
 Однако  все  это  относится  как  ко  всему  корнеобитаемому
слою,  так  и  к  любой  его  даже  тонкой  прослойке.  Аэрация  может
быть  ухудшена  при  наличии  в  корнеобитаемом  слое  почвы
любых  плотных  прослоек.
 §  2.  Физические  свойства  почв  временного  избыточного
увлажнения  и  некоторые  агротехнические  приемы
по  улучшению  их  аэрации
 Все  минеральные  почвы  зоны  временного  избыточного
увлажнения  имеют  повышенное  количество  влагоемкого  органи¬
ческого  вещества.  Последнее,  находясь  в  верхнем  горизонте
почвы,  сильно  набухает,  задерживает  дождевые  воды  и  может
затруднять  аэрацию  почвы.  Такие,  иногда  даже  критические
в  отношении  аэрации  периоды  наступают  после  обильно  выпав¬
ших  осадков  и  особенно  весной  и  осенью,  когда  испарение
влаги  сильно  затруднено  в  результате  низких  температур  почвы
и  воздуха.
 Почвенный  покров  данной  зоны  широко  представлен  под¬
золистыми,  дерново-подзолисто-глеевыми,  торфяно-подзолисто-
глеевыми  и  подзолисто-глеевыми  почвами.
 Подзолистый  и,  особенно,  глеевый  горизонты  этих  бесструк¬
турных  почв  при  избыточном  увлажнении  приобретают  высокую
плотность,  так  как  они  не  обладают  водопрочностью  и  практи¬
чески  становятся  водонепроницаемыми  и  непроницаемыми  для
воздуха.  Раз  появившееся  оглеение,  как  указывает  А.  А.  Роде
(1952),  приводит  к  разрушению  микроструктуры,  к  еще  боль¬
шему  уплотнению  почвенной  массы  и  к  ухудшению  аэрации
даже  в  сухое  время  года.  Но  как  только  избыток  воды  выше¬
лежащего  почвенного  слоя  опустится  до  оглеенного  горизонта,
последний  станет  воздухонепроницаемым  и  тем  самым  прекра¬
тится  аэрация  всех  нижележащих  слоев.
 Следовательно,  в  отношении  аэрации  рассматриваемые
почвы  имеют  наихудшие  условия.
 На  основании  морфологического  изучения  и  анализа  физиче¬
ских  характеристик  почвенного  профиля  А.  Ф.  Лебедев  (1930)
констатирует  для  подзолистой  зоны,  что  во  всех  тех  случаях,
когда  пористость  почвы  в  нижних  слоях  (30—60  см)  опускается
до  33%,  в  ней  развивается  процесс  оглеения  из-за  отсутствия

§  2]  СВОЙСТВА  ПОЧВ  ВРЕМЕННОГО  ИЗБЫТОЧНОГО  УВЛАЖНЕНИЯ 	893
 аэрации  в  период  переувлажнения.  Таким  образом,  здесь  четко
видна  связь  почвенных  условий  с  аэрацией  почвы.
 На  связь  воздухоемкости  почвы  с  аэрацией  указывает  Фаге-
лер  (1938),  ссылаясь  на  данные  Конецкого,  согласно  которому
почва  нуждается  в  осушении,  а  культурные  злаки  начинают
испытывать  угнетение,  если  содержание  воздуха  в  ней  оказы¬
вается  менее  6%  объемных.
 На  почвах  подзолистой  зоны  и  вообще  на  всех  бесструктур¬
ных  почвах  очень  вредное  влияние  на  аэрацию  оказывает  поч¬
венная  корка.  Об  этом  говорит  следующее.
 Почвенная  корка  представляет  собою  самый  поверхностный
слой,  ниже  которого  находится  весь  корнеобитаемый  и  весь
жизнедеятельный  слой  почвы.  Затрудненный  газообмен  в  этом
слое  отрицательно  скажется  на  газообмене  всего  жизнедеятель¬
ного  слоя  почвы.
 Корка  имеет  малую  пористость,  так  как  первичные  частички
из  разрушенных  агрегатов  при  высыхании  образуют  макси¬
мально  плотную  слитную  систему.  По  данным  Н.  П.  Поясова,
плотность  почвенной  корки  толщиною  в  5  см  дерново-подзоли¬
стой  тяжело  суглинистой  почвы  (совхоз  «Восход»,  Сестрорец-
кий  район  Ленинградской  обл.)  составила  1,30  г!  смъ  и  общая
пористость  49,6%.  Верхний  же  2-сантиметровый  ее  слой  был  за¬
метно  плотнее.
 По  данным  П.  В.  Вершинина  (1948),  плотность  глыбок,  об¬
разованных  при  высушивании  ранее  увлажненной  обесструкту-
ренной  почвы  до  абсолютно  сухого  состояния,  может  достигнуть
максимальной  плотности  идеальной  системы  из  шаровых  частиц
с  пористостью  в  26%.
 По  данным  С.  Н.  Рыжова  (1937),  пористость  хвалынской
глины  варьирует  между  27  и  30%.
 Такая  плотная  система,  имеющая  тонкие  поры,  может  стано¬
виться  воздухонепроницаемой  при  незначительном  увлажнении.
Воды  потребуется  здесь  гораздо  меньше,  чем  это  дает  расчет,
если  исходить  из  общей  пористости,  так  как  защемленный  воз¬
дух  в  такой  системе,  видимо,  может  достигать  12—16%.  Для
2-сантиметровой  корки  при  ее  пористости  в  30%  и  влажности
в  4%  достаточно  20(0,30  —  0,04  —  0,12)  =  2,8  мм  осадков,  чтобы
превратить  ее  на  несколько  часов  в  воздухонепроницаемую
прослойку.  В  результате  каждый  небольшой  дождь  в  3—5  мм
будет  заметно  ухудшать  на  несколько  часов  аэрацию  почвы
под  коркой.  Внутрипочвенная  конденсация  в  ночные  часы  также
будет  заметно  ухудшать  аэрацию  почвы  под  коркой.
 Следовательно,  почвы  временного  избыточного  увлажнения
при  переувлажнении  страдают  от  недостатка  или  от  полного
отсутствия  аэрации.  В  летний  же  период  за  счет  весенних
обработок  почвы,  уменьшения  осадков,  большего  испарения  и

894  ФИЗИЧЕСКИЕ  СВОЙСТВА  ПОЧВ  И  ПУТИ  РЕГУЛИРОВАНИЯ  АЭРАЦИИ  [гл.  IV
 потребления  воды  растениями  создаются  такие  условия,  при
которых  нет  избытка  воды  и  значительная  часть  пор  открыта
для  воздуха.  Поры  сообщаются  между  собой  и  с  атмосферным
воздухом  и  идет  вполне  достаточный  газообмен.
 Состав  почвенного  воздуха  таких  почв  в  летний  период  дает
обычную  картину  и  не  говорит  о  недостаточной  аэрации.  По¬
этому  и  в  этой  почвенно-климатической  зоне  имеются  условия
для  нормальной  аэрации  и  получаются  обычные  урожаи  сель¬
скохозяйственных  культур.  Однако  по  ряду  причин,  и  прежде
всего  потому,  что  земледелие  западных,  северо-западных  и
северных  областей  не  должно  довольствоваться  обычными  уро¬
жаями,  необходимо  бороться  за  выполнение  некоторых  извест¬
ных  мероприятий  и  за  внедрение  передовой  агротехники.
 Тот  или  иной  воздушный  режим  создает  соответствующий
пищевой  режим  для  растений,  так  как  наличие  и  образование
пищи  в  почве  тесно  связано  с  ее  аэрацией.
 Совершенно  очевидно,  что  почвы,  имеющие  даже  временное
избыточное  увлажнение,  нуждаются  в  осушении.  В  настоящее
время  вместо  простого  осушения  ставится  задача  регулирова¬
ния  количества  воды  в  почве.  Достигается  это  путем  создания
соответствующей  гидротехнической  сети.  Отвод  воды  из  послед¬
ней  производится  по  мере  необходимости  и  в  полном  соответ¬
ствии  с  системой  агротехники  и  с  потребностями  произрастаю¬
щих  сельскохозяйственных  культур.
 Остановимся  на  некоторых  широко  применяемых  агротехни¬
ческих  приемах,  которые  приводят  и  к  улучшению  аэрации
почвы.  Отсюда  отдельные  рекомендации  будут  носить  общий
характер:  они  применимы  для  всех  почв  и  для  всех  условий
произрастания  сельскохозяйственных  культур,  за  исключением,
может  быть,  условий  неполивного  земледелия  в  засушливой
зоне.
 В  почве  нужно  создавать  такие  условия,  чтобы  она  могла
как  можно  больше  вмещать  влаги,  как  можно  лучше  сохранять
ее  для  растений  и  одновременно  иметь  какое-то  достаточное
количество  пор  для  почвенного  воздуха  при  обязательном  усло¬
вии  сообщения  этих  воздухоносных  шор  между  собой  и  с  атмо¬
сферным  воздухом.  Для  этого  нужно,  чтобы  общая  пористость
почвы  во  всем  корнеобитаемом  слое  не  опускалась  ниже  опре¬
деленного  уровня  для  каждого  почвенно-климатического
района.
 Общая  пористость  в  естественных  почвах  обычно  умень¬
шается  с  глубиной,  так  как  с  глубиной  растет  плотность  почвы.
Особенно  заметное  возрастание  плотности  почвы  наблюдается
в  подпахотных  горизонтах  тяжелых  бесструктурных  почв,  таких
как  подзолистые  и  сероземы.  Для  целей  же  аэрации  желателен
однородный  то  плотности  профиль  почвы  во  всей  основной  зоне

§  2]  СВОЙСТВА  ПОЧВ  ВРЕМЕННОГО  ИЗБЫТОЧНОГО  УВЛАЖНЕНИЯ 	895
 корнеобитания,  т.  е.  по  крайней  мере  до  глубины  в  30—60  см.
Данная  однородная  плотность  должна  быть  такой,  чтобы  общая
пористость  удовлетворяла  указанному  выше  условию  об  одно¬
временном  наличии  в  почве  воды  и  воздуха.
 В  этом  отношении  совершенно  прав  Т.  С.  Мальцев.  Его
метод  очень  глубокой  (до  50  см)  безотвальной  вспашки  при¬
водит  к  уничтожению  плотных  прослоек  почвы,  к  созданию
заметного  количества  воздухоносных  пор  и  полостей  в  нижней
части  пахотного  слоя.  Излишняя  рыхлость  такого  мощного,  бо¬
лее  однородного  по  плотности  пахотного  слоя  и  не  нужна,
поэтому  Т.  С.  Мальцев  отказывается  от  ежегодной  глубокой
вспашки.  С  другой  стороны,  благодаря  более  высокой  воздухо-
емкости  в  периоды  хорошей  аэрации  в  нижней  части  пахотного
слоя  может  содержаться  несколько  большее  количество  кисло¬
рода.  Тогда  во  время  наиболее  интенсивного  потребления
кислорода  последний  будет  поступать  в  основную  корнеобитае¬
мую  зону  как  сверху,  из  атмосферы,  так  и  снизу—из  воздухо¬
носных  полостей  и  пор  глубинных  слоев  почвы.
 Глубокая  безотвальная  вспашка  привадит  к  улучшению
нижней  части  пахотного  слоя  с  одновременным  повышением,
а  не  снижением  биологической  активности  его  верхней  части.
Дело  в  том,  что  в  верхней  части  пахотного  слоя  (0—20  см)  био¬
логическая  активность  почвы  очень  высокая  или  потенциально
высокая  (быстро  может  быть  восстановлена,  например,  весной)
и  этот  слой  вовсе  не  следует  помещать  на  глубину  20—40  см
в  худшие  условия.  Нижняя  же  часть  пахотного  слоя  постепенно
улучшается.  Тем  самым  данный  прием  можно  рассматривать
как  прием,  направленный  на  мобилизацию  природного  плодоро¬
дия  почвы.
 Все  другие  мероприятия,  направленные  на  создание  более
глубокого  однородного  пахотного  слоя:  вспашка  с  почвоуглу¬
блением,  мелиоративная  вспашка,  ярусная  вспашка  и  др.,
также  улучшают  аэрацию  таких  почв.
 Вспашка  с  почвоуглублением  (производится  плугами  с  почво¬
углубителями:  трехкорпусный  плуг  П-З-ЗОП  обеспечивает  рых¬
ление  на  глубину  35—40  см  при  глубине  вспашки  на  20—25  см;,
пятикорпусный  плуг  с  почвоуглубителями  П-5-35П  обеспечивает
рыхление  на  глубину  40—45  см  при  глубине  вспашки
в  25—27  см.
 Почвенным  институтом  им.  В.  В.  Докучаева  АН  СССР  раз¬
работан  прием  так  называемой  «мелиоративной»  вспашки  дер¬
ново-подзолистых  почв  плугом  особой  конструкции.  В  резуль¬
тате  такой  вспашки  дерново-пахотный  слой  рыхлится,  остается
на  поверхности  и  разбавляется  примерно  на  '/з  за  счет  мате¬
риала  горизонта  вмывания.  Общая  глубина  рыхления  здесь
достигает  40—45  см.  Мелиоративная  вспашка  проводилась

896  ФИЗИЧЕСКИЕ  СВОЙСТВА  ПОЧВ  И  ПУТИ  РЕГУЛИРОВАНИЯ  аэрации  [гл.  IV
 в  производственных  условиях  в  совхозе  «Степановское»  Брониц-
кого  района  Московской  обл.  При  этом  было  установлено,  что
микробиологическая  активность  в  почве  возрастает  параллельно
с  увеличением  общей  пористости  и  содержанием  перегноя,
Б.  Н.  Макаров  (1954)  установил  повышение  интенсивности
газообмена  между  почвой  и  атмосферным  воздухом.
 Ярусная  вспашка  производится  также  плугами  специальной
конструкции,  которые  позволяют  перемещать  подзолистый  гори¬
зонт  в  нижнюю  часть  пахотного  слоя  почвы.  Общий  разрыхлен¬
ный  слой  почвы  при  этом  достигает  60  см.
 Создание  мощного  однородного  более  рыхлого  пахотного
слоя  такого  рода  вспашками  обеспечивает  лучший  водно-воз¬
душный  режим  почв  временного  избыточного  увлажнения.  Тем
самым  создаются  лучшие  условия  произрастания  сельскохозяй¬
ственных  культур  в  течение  всего  вегетационного  периода  и  по¬
лучаются  более  высокие  урожаи.
 Вредное  действие  почвенной  корки  может  быть  резко  умень¬
шено  эффективными  мерами  борьбы  с  ней.  А.  И.  Каспиров
(1951)  указывает  способы  предупреждения  образования  поч¬
венной  корки  (мульчирование)  и  меры  борьбы  с  ней  (боронова¬
ние  посевов,  разрушение  корки  ребристыми  катками  и  др.).  Все
междурядные  обработки  пропашных  культур  приводят  к  уничто¬
жению  почвенной  корки.  Поэтому  своевременные  и  качествен¬
ные  междурядные  обработки  являются  лучшими  мерами  борьбы
с  почвенной  коркой  на  пропашных  культурах.
 Несомненно,  что  все  эффективные  приемы,  направленные  на
улучшение  структуры  почвы,  являются  одновременно  и  основ¬
ными  мероприятиями  по  борьбе  с  почвенной  коркой.  Таким  об¬
разом  улучшается  структура  почвы  и  физические  условия
в  почве.
 Поэтому  создание  и  сохранение  водопрочной  структуры
почвы  является  главным  условием  ее  высокого  плодородия.
 В  гл.  I  этой  части  показано,  что  при  очень  рыхлом  сложении
биохимическая  активность  почвы  повышается  в  несколько  раз
по  сравнению  с  таковой  на  плотной  почве.  Это  происходит  не
за  счет  лучшей  аэрации,  так  как  она  могла  быть  при  средних
влажностях  почвы  достаточной  и  во  втором  случае,  а  за  счет
резкого  увеличения  внутренней  аэрируемой  поверхности  почвы.
В  рыхлых  достаточно  влажных  почвах  на  значительно  большей
внутренней  поверхности  создаются  благоприятные  условия  для
развития  полезной  аэробной  микрофлоры.  Здесь  при  хорошей
или  вполне  достаточной  аэрации  будет  больше  образовано  пищи
и  растения  будут  лучше  произрастать.  Поэтому  на  хорошо  за¬
правленных  органическими  и  минеральными  удобрениями  поч¬
вах  при  мощном  пахотном  горизонте  или  на  гребнях  и  грядах,
если  почву  поддерживать  в  достаточно  влажном  и  рыхлом  со¬

ЛИТЕРАТУРА
 897
 стоянии,  можно  получать  рекордные  урожаи  сельскохозяйствен¬
ных  культур.  Успехи  многих  передовиков  земледелия  в  значи¬
тельной  степени  объясняются  этими  факторами.
 ЛИТЕРАТУРА
 Бараков  П.  Ф.  Содержание  углекислоты  в  почвах  в  различные
периоды  роста  растений.  ЖОА,  т.  XI,  кн.  3,  1910.
 Буссенго  Ж.  Б.  Избранные  произведения  по  физиологии  растений,
Сельхозгиз,  1936.
 Вершинин  П.  В.  и  Кириленко  Н.  В.  О  диффузии  СОг  через
почву.  Почвоведение,  №  5,  1948.
 Вершинин  П.  В.,  Поясов  Н.  П.  О  методике  анализа  почвенного
воздуха.  Доклады  ВАСХНИЛ,  №  6,  1950.
 Вершинин  П.  В.,  Поясов  Н.  П.  Метод  исследования  почвенного
воздуха.  Сб.  трудов  по  агроном,  физике.  Вып.  5,  Сельхозгиз,  1952.
 Вершинин  П.  В.,  Поясов  Н.  П.  Влияние  орошения  на  физические
условия  в  почве  в  полях  севооборота.  Сб.  трудов  по  агроном,  физике,
вып.  7.  Сельхозгиз,  1954.
 Вольни  Эвальд.  Физические  свойства  почвы.  Перевод  А.  А.  Бычи¬
хина  (Из  «Записок»  Императорского  общ.  сельск.  хоз.  южной  России
за  1896  г.),  Отд.  издание.  Одесса,  1896.
 Г  е  л  ь  ц  е  р  Ф.  Ю.  Динамика  СОг  почвенного  воздуха  в  условиях  оро¬
шаемого  земледелия.  Труды  Средне-Азиатского  опытно-исследоват.  ин-та
водного  хоз.,  вып.  6/21.  Труды  Ак-Кавакской  опытной  станции,  вып.  6.  Таш¬
кент,  1930.
 Глинка  К.  Д.  Почвоведение,  Сельхозгиз,  1932.
 Диковский  Ф.  Ф.  Определение  потребности  почв  в  кислороде  как
метод  оценки  возможностей  развития  в  них  аэробных  микробиологических
процессов  ДАН  СССР,  т.  80,  N®  2,  1951.
 Дояренко  А.  Г.  К  изучению  аэрации  почвы.  Изв.  Московского  с.-х.
ин-та,  кн.  1  и  2,  1915.
 Захаров  С.  А.  Курс  почвоведения.  Сельхозгиз,  1931.
 Кин  Б.  А.  Физические  свойства  почвы.  ОНТИ,  1933.
 Корсакова  М.  П.  и  Лопатина  Г.  В.  Микробиологическая  харак¬
теристика  почв  подзолистой  зоны  (Исследования  по  биодинамике  почв).
Труды  отдела  с.-х.  микробиологии,  т.  I,  1926.
 Коссович  П.  С.  Количественное  определение  углекислоты,  выделяе¬
мой  корнями  во  время  их  развития.  ЖОА,  СПБ,  т.  5,  1904,  стр.  482—400.
 Костычев  П.  А.  Почвоведение  (1,  2  и  3  части).  Курс  лекций,  читан¬
ный  в  1886—1887  гг.  Сельхозгиз,  1940.
 Костычев  С.  П.,  Шелоумова  А.  и  Шульгина  О.  Микробиоло¬
гическая  характеристика  южных  почв  (Исследования  по  биодинамике  почв).
Труды  отдела  с.-х.  микробиологии,  т.  1,  1926.
 Костычев  С.  П.  Физиология  растений,  ч.  1,  ОГИЗ,  1933.
 Кудрявцева  А.  А.  Потребность  корней  растений  в  кислороде.
Научно-агрономич.  журнал,  №  1,  1924.
 Курсанов  А.  Л.  Физиология  растений  и  ее  роль  в  развитии  расте¬
ниеводства.  Природа,  №  7,  1954.
 Лебедев  А.  Ф.  и  Баукова  Е.  Е.  Физическая  характеристика
почвенного  профиля.  Москва,  1930.
 Люндегорд  Генрих.  Влияние  климата  и  почвы  на  жизнь  растений.
Сельхозгиз,  1937.
 Макаров  Б.  И.  Динамика  газообмена  между  почвой  и  атмосферой
в  течение  вегетационного  периода  под  различными  культурами  севооборота.
Почвоведение,  №  3,  1952.

898  ФИЗИЧЕСКИЕ  СВОЙСТВА  ПОЧВ  И  ПУТИ  РЕГУЛИРОВАНИЯ  АЭРАЦИИ  [гл.  IV
 Максимов  Н.  А.  Краткий  курс  физиологии  растений.  Сельхозгиз,  1948.
 Мацкевич  В.  Б.  Наблюдения  над  режимом  углекислоты  в  почвен¬
ном  воздухе  мощных  черноземов.  Труды  Почвенного  ин-та  им.  В.  В.  Доку¬
чаева,  т.  31.  Изд.  АН  СССР,  1950,  стр.  230.
 Мацкевич  В.  Б.  Режим  углекислоты  в  почвенном  воздухе.  Вопросы
травопольной  системы  земледелия,  том  2.  Изд.  АН  СССР,  1953.
 Поясов  Н.  П.,  Вершинин  П.  В.  Авторское  свидетельство  №  87662
на  изобретение  «Игла-бур  для  взятия  пробы  почвенного  воздуха».  Москва,
25/VII,  1950.
 Ребиндер  П.  А.  Диффузия.  Физический  словарь.  Энциклопед.  изд.,
1937.
 Рыжов  С.  Н.  К  определению  порозности  почвенных  агрегатов.  Труды
ВИУАА,  вып.  18,  1937.
 Рэссел  М.  Б.  (Рассел)  Аэрация  почвы  и  развитие  растений.  В  Сб.
«Физические  условия  почвы  и  растение».  ИЛ,  1955.
 Рэссел  Э.  (Рассел)  Почвенные  условия  и  рост  растений.  ИЛ,  1955.
 Смоленский  П.  О.  Об  угольной  кислоте  почвенного  воздуха.  Мате¬
риалы  для  гигиены  Красносельского  лагеря.  СПБ,  1880.
 Фагелер  П.  Режим  катионов  и  воды  в  минеральных  почвах.  Сель¬
хозгиз,  1938.
 Ша  лыт  М.  С.  Подземная  чакть  растительного  покрова  степной  и
пустынной  зон  и  ее  значение  для  процессов  эрозии.  Труды  Юбилейной  сес¬
сии,  посвященной  100-летию  со  дня  рождения  В.  В.  Докучаева.  Изд.  АН
СССР,  1949.
 Штатное  В.  И.  К  методике  определения  биологической  активности
почвы.  Доклады  ВАСХНИЛ,  вып.  6,  1952.
 Buckingham  Е.,  Contributions  to  our  knowledge  of  the  aeration  of
soils.  U.  S.  Dept.  Agric.  Bur.  of  Soils,  Bull.  №  25,  1904.
 Penman  H.  L.  Gas  and  vapour  movements  in  the  soil,  I.  The  diffusion
of  vapours  through  porous  solids.  P.  3.  II.  The  diffusion  of  carbon  dioxide
through  porous  solids.  P.  4.  The  Journal  of  Agric.  Science,  vol.  XXX,
Part.  3-4,  1940.
 Ramann  E.  Forstliche  Bodenkunde  und  Standartslehre,  Berlin,  1893.
 Rome  11  L.  G.,  Medd.  fr.  Stat.  Skogsforrsoksanstalt,  Hafte,  19.  1922.
 Cannon  W.  A.  Physiological  features  of  roots  with  especial  reference
to  the  relation  of  roots  to  the  aeration  of  soil,  Carnegie  Inst,  of  Washington,
Pub.,  1925.

ПРИЛОЖЕНИЕ
 899
 ПРИЛОЖЕНИЕ
 ЗНАЧЕНИЕ  КОЭФФИЦИЕНТОВ  ДИФФУЗИИ  ДЛЯ  ПОРИСТЫХ
ТВЕРДЫХ  ТЕЛ,  ГРУНТОВ  И  ПОЧВ
 Таблица  I
 «Константы  диффузии»  и  коэффициенты  диффузии  углекислоты
Экспериментальные  данные  Букингейма  (1904)
 Почва,  грунт
 Влажность,  %
 Пори¬
стость  р,
 %
 «Константа
диффузии»
/С-10*
 К-Ю4
 ^~-А
 DCO.
 Дюнный  песок
 4,8
 56,1
 0,826
 2,62
 0,11
 4,8
 46,0
 0,471
 2,23
 0,07;  0,08
 Воздушносухой
 48,5
 0,473
 2,01
 0,07;  0,08
 43,0
 0,367
 1,98
 0,06;  0,07
 Садовый
 »
 31,2
 0,256
 2,63
 0,06
 суглинок
 18,6
 49,1
 0,529
 2,19
 0,08;  0,10
 18,6
 39,9
 0,393
 2,47
 0,08
 18,6
 31,9
 0,264
 2,59
 0,06
 Крупнозернистый
 52,0
 0,308
 1,14
 0,04;  0,05
 грунт
 46,8
 0,266
 1,21
 0,04;  0,05
 Воздушносухая
 60,9
 0,526
 1,42
 0,06;  0,07
 19,6
 47,5
 0,441
 1,95
 0,07
 19,6
 35,1
 0,236
 1,92
 0,04;  0,07
 Глина  сесил
 19,6
 24,9
 0,180
 2,90
 0,05;  0,06
 20,1
 46,3
 0,389
 1,81
 0.06;  0,08
 20,1  *)
 34,7
 0,193
 1,61
 0,04
 >21
 25,3
 0,061
 0,95
 0,02;  0,03
 4,2
 54,9
 0,750
 2,49
 0,09;  0,10
 Песчаная  почва
 4,2
 33,1
 0,328
 2,99
 0,07;  0,09
 >5
 16,3
 0,051
 1,91
 0,02
 Взвешенное  среднее  .  .  .
 —
 2,16
 Среднее  .  .  .
 —
 2,04+0,09
 —
 *)  Грунт  до  некоторой  степени  глыбистый.

900
 ПРИЛОЖЕНИЕ
 Таблица  II
 Относительные  коэффициенты  диффузии
Экспериментальные  данные  Пенмана  (1940)
 Диффун¬
дирую-
щий  пар
 Пористые  тела
 Влажность,
 %
 Пори¬
 стость,
 %
 t°  С
 D
 Do
 Песок
 Воздушносухой
 35,7
 16,6
 0,249
 37,2
 15,4
 0,245
 37,4
 15,4
 0,248
 37,8
 15,5
 0,252
 38,1
 15,6
 0,252
 Песчаная  смесь
 Воздушносухая
 15,5
 13,0
 0,109
 16,4
 15,6
 0,124
 20,5
 14,0
 0,120
 23,2
 15,0
 0,145
 26,7
 14,4
 0,176
 27,5
 10,8
 0,168
 30,0
 16,4
 0,206
 1
 Поваренная  соль
 45,2
 14,4
 0,279
 CD
 ц
 47,5
 18,5
 0,294
 >»
 о
 54,5
 14,4
 0,350
 О,
 CD
 и
 61,0
 17,5
 0,420
 3
 О.
 Тальк
 Воздушносухой
 70,5
 17,2
 0,536
 СО
 С
 74,2
 14,0
 0,548
 75,6
 15,3
 0,590
 Каолин
 »
 77,2
 16,0
 0,598
 78,2
 17,6
 0,600
 Кизельгур
 i>
 84,4
 15,6
 0,677
 92,4
 15,0
 0,805
 Стальная  вата
 Воздушносухая
 93,0
 16,9
 0,815
 Стеклянные  шары
 Воздушносухие
 большие  d  =  3  мм
 39,7
 16,7
 0,319
 малые  d  =  1—2  л/л*
 36,4
 17,0
 0,282
 смесь
 18,5
 15,5
 0,151

ПРИЛОЖЕНИЕ
 901
 Продолжение  таблицы  II
 Диффун¬
 дирую-
 Пористые  тела
 Влажность,
 Пори¬
 стость,
 t°  С
 D
 щий  пар
 /О
 %
 Do
 Слюда
 Воздушносухая
 88,0
 18,8
 0,304
 89,0
 18,2
 0,380
 85,0
 14,2
 0,494
 Ротамстедская
 1
 51,8
 12,7
 0,298
 подпочва
 Воздушносухая
 51,8
 13,8
 0,304
 54,7
 14,3
 0,346
 55,0
 16,5
 0,358
 сз
 е*
 11,0
 43,8
 18,4
 0,278
 О
 Си
 О
 17,0
 44,8
 16,7
 0,297
 6?
 >>
 25,0
 62,6
 17,2
 0,442
 О
 о.
 о
 29,6
 54,9
 16,8
 0,364
 3
 с.
 Ротамстедская  под¬
 Воздушносухая
 42,2
 15,1
 0,273
 св
 С
 почва  и  песок
 Натанская  почва
 49,6
 16,8
 0,300
 (№  64)
 62,0
 16,4
 0,417
 67,6
 17,1
 0,475
 11,0
 47,5
 17,0
 0,312
 19,3
 35,5
 19,4
 0,249
 22,0
 42,5
 14,9
 0,299
 30,6
 19,5
 17,0
 0,118
 Смесь  стеклянных  ша¬
 15,5
 14,4
 0,105
 ров
 «3
 я
 о
 Песок
 35,5
 17,0
 0,244
 И
 я
 СО
 Ротамстедская  подпочва
 53,7
 16,3
 0,307
 3
 а.
 Натанская  почва  (№  64)
 62,2
 16,2
 0,410
 С
 Каолин
 77,2
 14,7
 0,566
 Кизельгур
 84,4
 14,4
 0,677
 92,4
 13,7
 0,792

902
 ПРИЛОЖЕНИЕ
 Таблица  ///
 Диффузия  углекислого  газа  в  сухом  песке  и  в  почве
Экспериментальные  данные  Н.  П.  Поясова
 Характеристика
песка  или  почвы
 Плот¬
ность  р,
 г/см9
 Влаж¬
 ность,
 %
 к  объему
 Свобод¬
 ные
 пары,  %
 t°  с
 D
 Do
 D
 Кварцевый  песок.  Ча-
 1,55
 0,03
 41,6
 21
 0,0399
 0,248
 стицы  0,25—0,5  мм;
 1,56
 0,03
 41,3
 21
 0,0399
 0,248
 d  =  2,66  г/см3
 1,58
 0,03
 40,6
 20
 0,0388
 0,242
 1,58
 0,03
 40,6
 20
 0,0391
 0,244
 1,66
 0,03
 37,7
 20
 0,0360
 0,225
 1,66
 0,03
 37,7
 20
 0,0358
 0,223
 1,68
 0,03
 36,7
 20
 0,0354
 0,221
 1.68
 0,03
 36,7
 20
 0,0352
 0,220
 Обыкновенный  глини-
 0,83
 6,1
 61,7
 19
 0,0499
 0,312
 стый  чернозем.  Камен-
 0,90
 6,6
 58,5
 19
 0,0461
 0,290
 ная  степь,  Воронежская
обл.
 Исходная  почва  d  =
=  2,59  г/см9
 0,99
 7,2
 54,8
 20
 0,0410
 0,256
 Пылеватая  фракция  той
 0,85
 5,5
 61,8
 19
 0,0474
 0,298
 же  почвы.
 0,95
 6,2
 57,2
 19
 0,0434
 0,274
 Частицы  менее  0,25  мм
 1,02
 6,7
 53,7
 17
 0,0426
 0,271
 1,12
 7,3
 49,5
 21
 0,0366
 0,227
 1,14
 7,4
 48,8
 17
 0,0384
 0,245
 Агрегаты  от  0,25  до
 0,79
 5,8
 63,7
 23
 0,0546
 0,334
 0,5  мм  той  же  почвы
 0,81
 5,9
 62,7
 23
 0,0528
 0,323
 0,91
 6,7
 58,0
 23
 0,0465
 0,285
 0,93
 6,8
 57,3
 23
 0,0451
 0,276
 0,96
 7,0
 56,0
 23
 0,0440
 0,270
 0,97
 7,0
 55,7
 23
 0,0432
 0,265
 Агрегаты  от  2,5  до
 0,72
 5,2
 67,1
 17
 0,0547
 0,349
 3,0  мм  той  же  почвы
 0,74
 4,5
 66,8
 21
 0,0566
 0,352
 0,74
 4,5
 66,7
 19
 0,0542
 0,342
 0,76
 4,5
 66,2
 20
 0,0546
 0,342
 0,78
 4,9
 64,8
 20
 0,0541
 0,338
 0,83
 6,1
 61,8
 18
 0,0500
 0,316
 0,84
 5,6
 61,8
 20
 0,0502
 0,312
 0,90
 6,5
 59,0
 17
 0,0469
 0,299
 0,90
 6,5
 59,0
 17
 0,0465
 0,296

ПРИЛОЖЕНИЕ
 903
 Таблица  IV
 Диффузия  углекислого  газа  во  влажных  почвах  .
Экспериментальные  данные  Н.  П.  Поясова
 Характеристика  почвы
 Плот¬
ность  р,
 г/см*
 Влаж¬
 ность,
 %
 к  объему
 Свобод¬
 ные
 поры,  %
 t°  С
 D
 D
 Do
 Обыкновенный  глини-
 0,85
 6,2
 61,1
 21
 0,0473
 0,294
 стый  чернозем.  Камеи-
 0,85
 15,3
 52,0
 21
 0,0352
 0,218
 ная  степь,  Воронеж-
 0,85
 23,7
 43,6
 21
 0,0261
 0,162
 ская  обл.
 0,85
 30,6
 36,7
 21
 0,0203
 0,126
 Исходная  почва  d  =
 0,85
 36,1
 31,2
 20
 0,0172
 0,107
 =  2,59  г/см3
 0,85
 39,6
 27,7
 20
 0,0160
 0,100
 Пылеватая  фракция  той
 0,82
 4,9
 63,5
 21
 0,0521
 0,323
 же  почвы.  Частицы
 0,82
 13,7
 54,7
 20
 0,0342
 0,213
 менее  0,25  мм
 0,82
 22,6
 45,8
 19
 0,0233
 0,147
 0,82
 28,7
 39,7
 19
 0,0166
 0,104
 0,82
 36,0
 32,4
 19
 0,0134
 0,084
 Агрегаты  от  2,5  до
 0,76
 4,5
 66,2
 20
 0,0546
 0,342
 3,0  мм  той  же  почвы
 0,76
 29,3
 41,4
 20
 0,0302
 0,188
 0,76
 25,2
 45,5
 20
 0,0448
 0,280
 0,76
 20,3
 50,4
 20
 0,0460
 0,288
 0,76
 17,1
 53,6
 18
 0,0482
 0,302
 Дерново-слабоподзоли¬
 1,46
 24,5
 21,4
 19
 0,0106
 0,067
 стая  тяжелосуглини¬
 1,46
 22,2
 23,7
 18
 0,0117
 0,074
 стая.  Травы  2-го  года
пользования.  Ненару¬
шенный  образец  из
горизонта  Ах
 1,46
 19,0
 26,9
 17
 0,0123
 0,078
 Дерново-подзолистая  тя¬
 1,30
 5,1
 44,5
 22
 0,0230
 0,142
 желосуглинистая.  Не¬
 1,30
 5,1
 44,5
 21
 0,0229
 0,142
 нарушенная  почвенная
 1,30
 8,8
 40,8
 21
 0,0182
 0,117
 корка
 1,30
 8,8
 40,8
 22
 0,0194
 0,119
 1,30
 12,6
 37,0
 19
 0,0148
 0,093
 1,30
 22,2
 27,4
 19
 0,0076
 0,048
 1,30
 22,2
 27,4
 21
 0,0092
 0,056
 Дерново-подзолистая  тя¬
 1,13
 50,2
 6,7
 21
 0,0012
 0,008
 желосуглинистая.  Не¬
нарушенный  образец,
взятый  на  месте  «вы¬
мочки»  озимой  ржи
 1,13
 50,2
 6,7
 18
 0,0009
 0,006
 Тот  же,  но  сухой
 1,32
 4,6
 45,1
 18
 0,0196
 0,123
 образец
 1,32
 4,6
 45,1
 18
 0,0191
 0,121

Вершинин  Петр  Васильевич,  Мельникова  Мария  Константиновна
Мичурин  Борис  Николаевич.  Мошков  Борис  Сергеевич,  Поясов  Николай  Петрович
Чудновский  Абрам  Филиппович.
 Редактор  Л.  И.  Орлова
 Технический  редактор  Р.  Г.  Польская.  Корректор  Е.  А.  Максимова
 Сдано  в  набор  5/III  1959  г. 	Подписано  к  печати  14/VII  1959  г. 	Бумага  00x92*/,.,.
 Физ.  печ.  л.  56,5  И  вклейка.  Уч.-изд.  л.  55,77.  Тираж  3500  экз.  Цена  29  р.  90  к.  Т-06327.
 Зак.  №  196.
 Государственное  издательство  физико-математической  литературы
Москва,  В-71.  Ленинский  проспект,  15
 Типография  2  им.  Евг.  Соколовой  УПП  Ленсовнархоэа.
Ленинград.  Измайловский  пр.,  29.

ОПЕЧАТКИ
 Cip.
 Строка
 Напечатано
 Должно  быть
 17
 5  СВ.
 1/200Э00
 1/2000000000
 Зак.  >#  190

Глубина,  см
 ШШ>21% 	Шгмэ% 	Ш,з-,б% 	Ш  16-13% 	CD  <13%
 Влажность  в  процентах  от  сухого  веса  почвы
 Рис.  250.  Хроноизоплеты  влажности  южного  пахотного  чернозема  на  Владимирской  опытно-мелиоративной  станции.  Водный  режим  непромывного  типа.