10.3.1: Обчислення бюджету ґрунту - вологи

Найкращий спосіб зрозуміти, як працює водний баланс, - це фактично розрахувати бюджет ґрунтових вод. Ми будемо використовувати Рокфорд, штат Іллінойс, який розташований у вологому континентальному кліматі північного Іллінойсу. Рокфорд лежить на північній околиці прерії і змішується з листяним лісом. Ця рослинність була майже повністю замінена сільським господарством. Знання стану вологості ґрунту є важливим для аграрної економіки цього регіону, яка виробляє переважно кукурудзу та соєві боби.

Для роботи через бюджет візьмемо кожен місяць (стовпчик) по одному. Важливо працювати стовпчик за стовпцем, оскільки ми оцінюємо стан вологості в даному місяці, і значення одного місяця може визначатися тим, що сталося в попередньому місяці.

Таблиця\(\PageIndex{1}\): Водний бюджет - Рокфорд, IL Місткість поля = 90 мм

	J	F	М	A	М	J	J	A	S	O	П	D	Рік
Р	50	49	66	78	100	106	88	84	86	73	56	45	881
РЕ	0	0	5	40	84	123	145	126	85	44	8	0	531
Р-ПЕ	50	49	61	38	16	-17	-57	-42	1	29	48	45
ΔST	0	0	0	0	0	17	57	16	1	29	48	12
ВУЛ	90	90	90	90	90	73	16	0	1	30	78	90
АЕ	0	0	5	40	84	123	145	100	85	44	8	0	634
D	0	0	0	0	0	0	0	26	0	0	0	0	26
S	50	49	61	38	16	0	0	0	0	0	0	33	258

Підживлення вологи в ґрунті

Бюджетний процес ми почнемо в кінці сухого сезону, коли опади почнуть поповнювати ґрунтову вологу, звану підживленням ґрунтової вологи, у вересні. На початку місяця грунт вважається сухим, так як зберігання в серпні дорівнює нулю. Протягом вересня 86 мм води випадає на поверхню у вигляді опадів. Потенційна випаровування вимагає 85 мм. Тому опади задовольняють потребу у воді з залишеним міліметром води (P-PE=1). Надлишок одного міліметра води кладуть у сховище (ΔST=1), доводячи кількість в сховищі до одного міліметра (серпень ST = 0 так 0 плюс один міліметр у вересні дорівнює одному міліметру). Фактична евапотранспірація дорівнює потенційному випаровуванню, оскільки вересень є вологим місяцем (P>PE). Протягом цього місяця дефіциту немає, оскільки ґрунт зараз має трохи води та не має надлишку, оскільки він не досяг своєї водоутримуючої здатності.

Протягом жовтня кількість опадів значно перевищує потенційне випаровування (P-PE=29). Весь надлишок води додають до наявної вологості грунту (ST (вересень) + 29 мм = 30 мм). Будучи вологим місяцем, АЕ знову дорівнює ПЕ.

Розрахунок бюджету на листопад дуже схожий на вересень і жовтень. Різниця між Р і ПЕ все відводиться на зберігання (ST зараз дорівнює 78 мм) і АЕ дорівнює PE.

Надлишок вологи в грунті

Протягом грудня Рокфорд знаходиться глибоко в захваті зими. Потенційна випаровування знизилася до нуля, оскільки рослини перейшли в період спокою, тим самим зменшуючи потребу у воді, а холодні температури гальмують випаровування. Зверніть увагу, що P-PE дорівнює 45, але не всі поміщаються на зберігання. Чому? Наприкінці листопада ґрунт знаходиться в межах 12 мм від потужності поля. Тому лише 12 міліметрів з наявних 45 поміщається в грунт, а решта стікає як надлишок (S = 33).

Враховуючи, що ґрунт досяг своєї польової потужності в грудні, будь-яка надлишкова вода, яка потрапляє на поверхню в січні, швидше за все, призведе до надлишкового стоку. Згідно з таблицею водного бюджету це дійсно так. Зверніть увагу, що Р-ПЕ дорівнює 50 мм, а ΔST дорівнює 0 мм. Це вказує на те, що ми не можемо змінити кількість зберігання, оскільки ґрунт здатний утримувати воду. В результаті обсяг зберігання (ST) залишається на рівні 90 мм. Будучи вологим місяцем (P>PE) фактичне випаровування дорівнює потенційному випаровуванню. Зверніть увагу, що вся надлишок води (P-PE) проявляється як надлишок (S = 50 мм).

Подібні умови трапляються для місяців лютого, березня, квітня, травня. Це все вологі місяці, і грунт залишається на своїй польовій потужності, тому вся зайва вода стає надлишком. Зауважте також, що значення ПЕ зростають через ці місяці. Це говорить про те, що рослини оживають і переносять воду. Випаровування також збільшується в міру збільшення інсоляції та температури повітря. Зверніть увагу, як різниця між опадами та потенційним випаровуванням зменшується через ці місяці. Зі збільшенням попиту на воду опади мають важче задовольнити її. В результаті залишається менша кількість надлишків води за місяць.

Надлишки стоку можуть збільшити скидання потоку до місця, де відбувається затоплення. Період тривалості повені триває з грудня по травень (6 місяців), причому найбільш інтенсивне затоплення, ймовірно, відбудеться в березні, коли надлишок є найвищим (61 мм).

Самооцінка\(\PageIndex{1}\)

Якщо польова ємність цього ґрунту була більшою, чи буде щомісячний надлишок більшим або меншим, ніж він є при його теперішній потужності поля?

Відповідь

Менший - Якщо ємність поля більша, ґрунт займе більше часу, щоб насититися і утримувати більше води, що призводить до меншого надлишкового стоку.

Утилізація вологи в ґрунті

До того часу, коли червень котиться, температура зросла до того моменту, коли випаровування протікає досить швидко, і рослинам потрібно більше води, щоб зберегти їх здоровими. Оскільки потенційне випаровування наближається до максимального значення в ці теплі місяці, опади випадають. Протягом червня Р-ПЕ становить -17 мм. Це означає, що опади більше не здатні задовольнити вимоги потенційного випаровування. Для того, щоб задовольнити свої потреби, рослини повинні добувати воду, яка зберігається в грунті з попередніх місяців. Це показано в таблиці значенням 17 в осередку для ΔST (зміна зберігання грунту). Після того, як 17 м виймають зі зберігання (ST), він зменшує його значення до 73.

Червень вважається сухим місяцем (P<PE), тому AE дорівнює опадам плюс абсолютне значення ΔST (P + |ΔST|). Коли ми закінчимо цей розрахунок (106 мм + 17 мм = 123 мм) ми бачимо, що АЕ дорівнює ПЕ. Це означає, що опади і те, що було видобуто зі сховища, змогло задовольнити потреби, що вимагаються потенційним випаровуванням. Зауважте, що надлишку в червні немає, оскільки сховище вологи в ґрунті опустилося нижче його польової ємності. Дефіциту все ще немає, оскільки вода залишається в сховищі. Розрахунки за липень аналогічні червневі, просто різні значення. Зверніть увагу, що до моменту закінчення липня вода, що утримується в сховищах, знижується лише до 16 мм.

Дефіцит вологи в ґрунті

Серпень, як і червень і липень, є сухим місяцем. Потенційна випаровування все ж перевищує опади, а різниця становить -42 мм. До цього місяця було достатньо води від опадів та того, що знаходиться в сховищі, щоб задовольнити потреби потенційного випаровування. Однак серпень починається лише з 16 мм води в сховищі (ST липня). Таким чином, ми зможемо витягти лише 16 мм з 42 мм води, необхідної для задоволення потреб потенційного випаровування Отже, з 42 мм води, які нам знадобляться (P-PE) для вилучення з ґрунту. При цьому кількість в сховищі (СТ) падає до нуля і грунт висушується. Що відбувається з рештою 26 мм оригінального P-PE 42? Незадоволена потреба у воді проявляється як дефіцит вологи в ґрунті. Іншими словами, ми не змогли задовольнити нашу потребу у воді як з опадів, так і з того, що ми можемо витягти зі сховища. Отже, AE дорівнює 100 мм (84 мм опадів плюс 16 мм ΔST).

Отже, що робити фермеру, якщо їхні культури не можуть отримати необхідну воду від опадів або зберігання ґрунтової вологи... вони зрошують. Зрошувальна вода зазвичай перекачується з підземних вод, що утримуються в водоносних горизонтах глибоко нижче поверхні або з довколишніх потоків (якщо потік потоку достатній для забезпечення необхідною водою). Необхідна кількість поливної води - це величина дефіциту ґрунтової вологи.