Значение природных закономерностей эрозионных процессов – необходимая основа для разработки системы мер против эрозии. Чем более территория эрозионно опасна, тем надежнее должны быть приемы защиты почв от нее. При этом меры, предупреждающие эрозию, должны быть в первую очередь направлены на то, чтобы уменьшить неблагоприятное влияние тех природных факторов, которые создают наибольшую опасность для проявления эрозии.

Почва – это тот самый объект, плодородие которого подвергается разрушению поверхностным стоком осадков. Поэтому свойства и состояние почв не могут не оказывать существенного влияния на развитие эрозионных процессов.

Опасность развития эрозии тесно связанна со следующими факторами: 1) водопроницаемость, которая наряду с интенсивностью осадков определяет возможность и интенсивность формирования стока; 2) противоэрозионной устойчивостью почв – их способностью противостоять смыву и размыву, водным потокам и 3) общим уровнем плодородия почв, во многом обусловливающим уровень способности сельскохозяйственных культур защищать почву.

Водопроницаемость является важнейшим свойством почвы, которое лучше всего характеризует почву в физическом отношении и определяет ее водный режим. От величины водопроницаемости в значительной степени зависит водный баланс почв, в том числе поверхностный сток, а, следовательно, и увлажнение почвы. С водопроницаемостью почв и грунтов связаны многие проблемы, имеющие актуальное хозяйственное значение.

Знание этого свойства почвы необходимо в гидрологической практике, ибо позволяет рассчитывать количество поглощаемой почвой воды, что имеет большое значение для повышения точности прогнозов по запасам продуктивной влаги в пахотном слое.

Водопроницаемость почвы, обеспечивая благоприятный водно-воздушный режим в почве, является одним из существенных факторов плодородия.

Итак, под водопроницаемостью почв понимается явление, происходящее в почве при поступлении воды на ее поверхность, то есть это способность почвы пропускать через себя воду. Явление водопроницаемости состоит из двух фаз: 1) насыщение почвы водой (впитывание или инфильтрация) и 2) проникновение воды через слой почвы максимально насыщенный водой (просачивание или фильтрация). Поэтому в процессе проведения опыта, мы определяем две величины, характеризующие водопроницаемость: скорость впитывания и скорость фильтрации. Скорость впитывания определяется количеством воды, прошедшем в единицу времени на максимальное насыщение исследуемого слоя почвы (до предельной полевой влагоемкости). Скорость фильтрации есть скорость прохождения воды через слой почвы максимально насыщенный водой. Естественно, что твердой границы между первой и второй фазами нет.

Первую фазу можно подразделить на две стадии. Первая стадия – чистое впитывание, когда вода попадает на почву, не достигшую полевой влагоемкости, и передвигается в ней под действием всасывающих сил поверхности частиц почво-грунтов и капиллярных менисков. Действие силы тяжести не значительно. Во второй стадии преобладает просачивание. На этой стадии абсорбирующая способность почвы уменьшается до минимума, а преобладает пленочное, капиллярное и гравитационное передвижение воды. Переход ко второй стадии происходит быстрее в тех почвах и грунтах, которые обладают большей некапиллярной скважностью. По некапиллярным порам вода передвигается под действием силы тяжести действие молекулярных сил в некапиллярных порах ничтожно. Таким образом, задерживание воды в почве обусловливается ее капиллярной скважностью, а фильтрация находится в зависимости от некапиллярных промежутков в почве. И, наконец, в фазе фильтрации вода передвигается через исследуемый почвенный горизонт под действием силы тяжести.

При характеристике водопроницаемости почвы помимо скорости впитывания и скорости фильтрации, дается, и суммарная величина впитывания за определенный промежуток времени – слой воды (в миллиметрах). Скорости впитывания и фильтрации даются, как правило, в миллиметрах в минуту.

Н.А. Качинским (1965) предложена градация почв по водопроницаемости. Если почва пропускает за 1 час более 1000 мм воды при напоре 5 см и температуре 10°С, водопроницаемость считается провальной, от 1000 до 500 мм – излишне высокой, от 500 до 100 – наилучшей, от 100 до 70 мм – хорошей, от 70 до 30 мм – удовлетворительной, менее 30 мм – неудовлетворительной.

Наиболее широко применяемым в работах почвоведов является определение водопроницаемости почв с помощью рам (квадратов), погруженных в почву на глубину 5-10 см. Площадь квадратов колеблется в различных пределах (до 1 м²) и определяется, как правило, количеством воды, которое можно доставить к месту опыта. Для предотвращения растекания воды в стороны употребляются защитные рамы, площадь которых больше площади внутренних рам. С их помощью создается защитный экран переувлажненной почвы вокруг почвенного монолита, ограниченного внутренней рамой, по которой идет расчет водопроницаемости почвы. Во внутренней и внешней раме поддерживается постоянный уровень воды в 2-5 см. Опыты проводятся в нескольких повторностях. Для определения потерь, на впитывание воды в почву при расчетах максимальных ливневых расходов на малых водосборах, применяется двухрядное ограждение из колец. Недостатком этих способов определения водопроницаемости почвы является невозможность поддерживать постоянный уровень воды. При понижении уровня вода вновь подливается и измеряется объем залитой воды.

Существует и более совершенный способ определения водопроницаемости почвы, заключающийся в автоматическом поддерживании постоянного уровня воды при помощи сосудов Мариотта или других приспособлений. Все эти приборы имеют те или иные недостатки: малая глубина погружения прибора в почву, вследствие чего возможно боковое растекание воды, малая площадь внутреннего цилиндра, а также малый объем сосуда, из которого подается вода.

В настоящее время для определения водопроницаемости почвы широко применяется инфильтрометр Нестерова. Инфильтрометр ПВН состоит из двух цилиндрических колец высотой 150 см. Диаметр внутреннего кольца равен 226 мм, внешний – 450 мм, таким образом, площадь, ограниченная внутренним кольцом равна 400 см2, внешним – 1600 см2. Кольца забиваются в почву на глубину 8-10 см. Как во внутреннем, так и во внешнем кольцах во время опыта над поверхностью почвы с помощью сосудов Мариотта поддерживается постоянный уровень воды высотой 5 см. Слой впитывающейся воды в почву определяется по величине падения уровня воды в сосуде, установленном над внутренним кольцом. Цена одного деления на водомерном стекле сосуда равна 0,1 л, что в пересчете на слой почвы во внутреннем кольце составляет 2,5 мм.

И.С. Шпак применял инфильтрометр с цилиндрическими кольцами значительно большей высоты, которые забивались на глубину до 50 см. Инструментальная ошибка инфильтрометра складывается из ошибки определения величины падения уровня, которая соответствует объему впитавшейся за определенное время в почву воды, и ошибки времени. Возможная ошибка отсчета по водомерному стеклу равна половине наименьшего деления, что составляет 0,05 л. Так как наименьший интервал времени при установившейся величине инфильтрации равен 10 мин, а точность отсчета по секундомеру 0,2 сек, то относительная ошибка времени мала, и ею можно пренебречь. Таким образом, абсолютная инструментальная погрешность результатов исследований по инфильтрометру не превышает ±0,125 мм/мин. Наблюдения желательно проводить при одинаковом температурном режиме воды, воздуха и почвы, чтобы влияние этого фактора на точность измерения инфильтрации была незначительным.