какая почва обладает наибольшей водопроницаемостью

Какая почва обладает наибольшей водопроницаемостью

Очень важным свойством почвы является ее водопроницаемость. Водопроницаемостью почвы мы называем способность последней впитывать и затем фильтровать влагу. От водопроницаемости зависит та доля дождевых или талых вод, которая поступит в почву и может быть в дальнейшем использована растениями.
Просачивающаяся гравитационная влага появляется в почве после того, как на поверхность почвы начинает поступать жидкая влага в форме дождевых, талых, паводковых или оросительных вод. Судьба этих вод может быть различной. Часть их испаряется, в атмосферу, часть стекает по поверхности почвы под уклон, некоторое количество влаги просачивается в почвенную толщу.
Возможность и интенсивность поступления жидкой влаги в почву определяется водопроницаемостью последней, а сам процесс ее поступления в почву называется впитыванием воды в почву или поглощением воды почвой.
Водопроницаемость почвы зависит непосредственно от величины порозности почвы и, самое главное, от размера пор. Чем выше порозность и чем крупнее поры, тем водопроницаемость будет больше. Для грунтов и почв песчаных и гравелистых, бесструктурных, водопроницаемость зависит почти исключительно от их механического состава и сложения, поскольку размер пор определяется размером частиц и плотностью их укладки. Для грунтов и почв, обладающих структурой, последняя (имея в виду водопрочные агрегаты) будет оказывать решающее влияние на водопроницаемость. Поскольку межагрегатные поры всегда крупнее внутриагрегатных, водопроницаемость будет определяться преимущественно числом и размером межагрегатных пор. Поэтому естественно, что водопроницаемость почвы, помимо ее природных свойств, в широких пределах зависит также от культурного состояния и от агротехники.
Из других факторов, оказывающих влияние на водопроницаемость, следует указать на присутствие в почве защемленного воздуха, изолированные пузырьки которого занимают отдельные поры или системы пор, через которые вода просачиваться не может.
Существенное влияние на водопроницаемость оказывает наличие в почве крупных промежутков (трещин, ходов червей, корневых ходов, кротовин), а также характер растительности.
Водопроницаемость почвы уменьшается при замерзании почвы или, точнее, при замерзании содержащейся в почве влаги. Чем выше влажность почвы, тем ниже ее водопроницаемость при замерзании. Сильно увлажненная замерзшая вода теряет свою водопроницаемость полностью.
Если влага поступает в более или менее сухую почву, то водопроницаемость вначале бывает довольно высокой, а затем быстро уменьшается. Особенно резко это бывает выражено в почвах и грунтах суглинистого и глинистого механического состава. Уменьшение водопроницаемости в процессе просачивания зависит от того, что почва насыщается влагой, от набухания почвенных коллоидов, которое ведет к сужению пор, от разрушения в некоторых случаях структурных отдельностей и т. д.

Источник

Сельское хозяйство | UniversityAgro.ru

Агрономия, земледелие, сельское хозяйство

Популярные статьи

Приложения для Android

Водный режим почв

Водный режим — совокупность почвенных процессов поступления, перемещения, сохранения и расходы воды. Каждый из этих процессов в отдельности является элементом водного режима.

Водный режим почв складывается под влиянием ряда факторов: климата, рельефа, водно-физических свойств почвогрунтов, условий водного питания, а также хозяйственной деятельности человека. Специфика водных режимов конкретных зональных типов почв определяется прежде всего количеством атмосферных осадков и температурными режимами.

Вода относится к земным факторам жизни растений, в почве находится в жидкой фазе в виде почвенного раствора. В почве она находится в межфазном равновесии с почвой, обмениваясь с ней минеральными веществами. Часть почвенной влаги теряется, просачиваясь в более глубокие слои, либо за счет испарения или стока с поверхности. Оставшаяся влага удерживается почвой и представляет собой почвенный раствор. Характеризуется рядом важных агрохимических показателей.

Навигация

Значение воды в жизни растений

Почвовед Г.Н. Высоцкий подчеркивал исключительную важность воды в почве, сравнивая ее с кровью в живых организмах.

Роль влаги в жизни растений:

Потребность семян для набухания и перевода запаса питательных веществ в усвояемую форму составляет для разных растений (в % от массы семян): ячмень, пшеница — 50, овес, рожь — 55-65, кукуруза — около 40, лен, горох — 100, клевер, сахарная свекла — 120-150. Как правило, этот показатель для большинства растений составляет от 40 до 100% от массы семян.

Вода составляет значительную часть массы растений: в семенах ее количество составляет 7-15%, в стеблях, включающих много одревесневших мертвых клеток, — до 50, в корнеплодах, клубнях и листьях — до 75-93%.

На образование 1 г сухого органического вещества растения потребляет от 200 до 1000 г воды.

Таблица. Коэффициенты водопотребления сельскохозяйственных культур для Нечерноземной зоны, м 3 /т сухой биомассы 1

Нормальная деятельность почвенных микроорганизмов возможна при достаточной влагообеспеченности. Например, азотфиксирующим бактериям (Azotobacter, клубеньковые бактерии) для размножения требуется 25%-ная влажность почвы. Недостаток воды снижает усвоение питательных веществ бактериями, а чрезмерный избыток приводит к кислородному голоданию. Оптимальная влажность почвы для бактерий и растений совпадает — 60% полной влагоемкости почвы.

Избыток влаги в почве, складывающийся при превышении наименьшей полевой влагоемкости (НВ), угнетающе действует на рост и развитие растений. Хотя некоторые из них по-разному реагируют на переувлажнение.

В исследованиях и практике по земледелию и растениеводству для учета расхода воды на создание урожая используют коэффициент водопотребления. Коэффициент водопотребления — расход воды в м 3 на одну тонну урожая, включающий производительные, то есть потребление воды культурными растениями, и непроизводительные расходы на испарение с поверхности почвы.

Транспирация

Транспирация — испарение воды листьями.

Транспирационный коэффициент — количество воды, необходимое растению для образования единицы сухого вещества.

Растения используют почвенный раствор минеральных веществ в очень небольших концентрациях. Большая часть, поступающей в растения влаги, используется не полностью. Так, из 1 000 частей прошедшей через растение воды, только 1,5-2 части используются на питание, остальная вода испаряется через листья.

Транспирационный коэффициент зависит от освещенности, температуры, влажности почвы и воздуха, обеспеченности питательными веществами.

В опытах Гельригеля, при прямом солнечном свете транспирационный коэффициент составлял 349, при сильном рассеянном свете — 483, среднем — 519 и слабом — 676.

Коэффициент транспирации сильно зависит от влажности воздуха. В засушливые периоды у таких культур, как просо, пшеница, овес, кукуруза, он увеличивается в 2 и более раз по сравнению с влажными. В южных и восточных районах России испарение воды растениями значительно выше, чем в северных и западных.

Удобрения могут заметно снижать транспирационный коэффициент. Например, овес при недостатке питательных элементов имеет коэффициент транспирации 483, при достаточном их обеспечении — 372. Поэтому применение удобрений для засушливых районов земледелия имеет важное значение, так как растения более экономно расходуют ограниченные запас влаги.

Коэффициент водопотребления — сумма транспирационной воды и воды, испаряющейся с поверхности почвы. Выражается в м 3 на 1 т урожая. Варьирует в зависимости от увлажненности для озимых зерновых от 375 до 550, для свеклы — от 240 до 400, для картофеля — от 170 до 660, для многолетних трав — от 500 до 750 м 3 /т.

Потребность растений во влаге характеризуется транспирационным коэффициентом, который приближенно отражает способность растения расходовать определенное количество воды для создание в виде урожая единицы сухого вещества.

Транспирационный коэффициент изменяется от погодных условий, плодородия почвы, удобрения. При низкой влажности воздуха, сильном нагреве листьев и ветре он возрастает. Последний фактор особенно увеличивает испарение воды. К.А. Тимирязев писал, что даже при слабом ветре транспирация увеличивается в 2 раза, а при сильном ветре испарение в 20 раз больше, чем в сухую погоду.

Меньшее влияние на транспирационный коэффициент оказывают почвенные условия: обеспеченность питательными веществами, степень увлажнения, величина осмотического давления почвенного раствора.

Потребность в воде одного и того же растения зависит от фаз роста.

Источник

Водопроницаемость и водоподъемная способность почв

Водопроницаемость и водоподъемная способность почв

Водопроницаемость почв – способность почв и грунтов впитывать и пропускать через себя воду, поступающую с поверхности. В процессе поступления воды в почву и дальнейшего передвижения ее можно выделить 2 этапа: 1) поглощение воды почвой и прохождение ее от верхнего слоя к слою в ненасыщенной водой почве; 2) фильтрацию воды сквозь толщу насыщенной водой почвы. При этом первый этап представляет собой впитывание почвы и характеризуется коэффициентом впитывания. Второй этап – это собственно фильтрация. Интенсивность прохождения воды в почвенно-грунтовой толще, насыщенной водой, характеризуется коэффициентом фильтрации.

В природных условиях четко выделить отдельные этапы водопроницаемости практически невозможно. Значительно чаще при этом идет впитывание воды почвой, фильтрация же имеет место только в случае выпадения большого количества осадков, при орошении большими нормами и при снеготаянии. Границей между впитыванием почв и фильтрацией считают момент установления постоянной скорости фильтрации.

Водопроницаемость почв находится в тесной зависимости от их грану-лометрического состава и химических свойств почв, их структурного состояния, плотности, порозности, влажности и длительности увлажнения. В почвах тяжелого гранулометрического состава она всегда (при прочих равных условиях) меньше, чем в легких. Сильно снижает водопроницаемость почв присутствие набухающих коллоидов, особенно насыщенных Na+ или Mg2+, поскольку при увлажнении такие почвы быстро набухают и становятся практически водонепроницаемыми. Почвы оструктуренные, рыхлые характеризуются большими коэффициентами впитывания и фильтрации.

Водопроницаемость почв измеряется объемом воды, который проходит через единицу площади поперечного сечения в единицу времени. Величина эта очень динамичная и сильно варьирует как по профилю почв, так и пространственно. Оценить водопроницаемость почв тяжелого механического состава можно по шкале, предложенной Н. А. Качинским (1970):

В ненасыщенных водой почвах для количественной характеристики водопроницаемости почв пользуются коэффициентом водопроводимости, или влагопроводности. Он определяется как коэффициент пропорциональности между скоростью потока воды и градиентом сил, вызывающих передвижение воды (давление, гидравлический напор и т. п.). Коэффициент влагопроводности зависит от влажности почв: увеличивается с увеличением ее влажности и достигает максимума во влагонасыщенной почве. В этом случае его и называют коэффициентом фильтрации. Можно сказать, что коэффициент влагопроводности аналогичен коэффициенту фильтрации, но применяется он для ненасыщенных водой почв.

Так, в почвах при утяжелении их гранулометрического состава водо-подъемная сила будет сначала расти до определенного предела, а затем она начнет уменьшаться.

Объясняется это тем, что капиллярная вода передвигается не во всем объеме пор, а лишь в действующем их просвете. В любых порах по мере уменьшения их радиуса капиллярные силы сначала будут расти в связи с увеличивающейся кривизной менисков, но в дальнейшем начнут падать. При малом размере пор (1 мкм и менее) весь их внутренний просвет (или большая его часть) заполнен связанной пленочной водой и активные действующие поры либо совсем исчезают, либо просвет их становится настолько мал, что всасывающая сила мениска компенсируется силами трения движущейся капиллярной воды о стенки пленок жидкости, сорбированной почвой, и передвижение капиллярной воды, а следовательно, и капиллярного подъема происходить не может. Вода в таких порах может передвигаться только как пленочная, т. е. очень медленно.

Поведение воды в почве, ее физическое состояние, передвижение в профиле по вертикали и горизонтали, ее доступность растениям, вообще говоря, подчиняются очень сложным закономерностям схотастического (вероятностного) характера и могут быть описаны в терминах различных методологических подходов: водобалансового – изменения водозапасов почвы и приходорасходных статей водного баланса; гидродинамического – скорости и плотности водных потоков в почве; термодинамического – изменения термодинамических потенциалов почвенной воды.

Первый из указанных подходов наиболее широко используется в почвоведении и является традиционным в почвенных исследованиях, будучи основанным на периодических измерениях почвенной влажности; второй больше всего принят в почвенно-мелиоративных работах, когда инженеры имеют дело с потоками подаваемой в почву или отводимой из почвы воды. Термодинамический подход интенсивно разрабатывается в последнее время и сейчас рассматривается как наиболее перспективный и теоретически обоснованный, поскольку он не только позволяет описывать состояние и поведение воды в почве в данный момент времени в наиболее обобщенном виде на базе фундаментальной физической теории, рассматривая весь водообмен природных экосистем в единых терминах, но и допускает количественный прогноз водообменных процессов, что особенно важно для суждений о водообеспеченности и водопотреблении растений. На основе этого подхода возможно автоматизированное управление водным режимом почв в условиях искусственного увлажнения (орошения) или осушения (дренажа). Существо термодинамического подхода сводится к использованию понятий полного и частных термодинамических потенциалов почвенной воды, поддающихся инструментальному измерению, т. е. количественной энергетической оценке сил взаимодействия между водой и вмещающей ее твердой фазой почвы.

Поскольку вода в почве находится под одновременным сложным воз-действием нескольких силовых полей – адсорбционных, капиллярных, осмотических, гравитационных, – для характеристики их суммарного действия и оценки энергетического состояния воды в почве введено понятие термодинамического, или полного, потенциала почвенной воды.

Полный потенциал почвенной воды fV/) – это количество работы, Дж*кг-1, которую необходимо затратить, чтобы перенести единицу свобод-ной чистой воды обратимо и изотермически из стандартного состояния So в то состояние Sn, в котором она находится в рассматриваемой точке почвы. Иными словами, эта величина выражает способность воды в почве производить большую или меньшую работу по сравнению с чистой сво-бодной водой. За стандартное состояние So при этом принимается резервуар с чистой (без солей, т. е. с осмотическим давлением П = 0) свободной (т. е. не подверженной влиянию адсорбционных и капиллярных сил) водой при температуре То, высоте ho и давлении Ро. Потенциал почвенной воды – величина отрицательная, поскольку необходима работа (положительного знака) по его преодолению. Вместо понятия «потенциал» в почвоведении принято использовать понятие «давление почвенной воды», которое измеряется в паскалях.

Потенциал или давление почвенной воды в сильной степени зависит от водосодержания почвы, причем каждая почва в зависимости от своего гранулометрического, минералогического и химического состава и сложения имеет свою собственную характеристическую кривую зависимости давления почвенной воды от влажности почвы, которая получила название кривой водоудерживания. Кривая водоудерживания считается основной гидрофизической характеристикой почвы. Чем меньше воды в почве, тем сильнее она удерживается твердой фазой, тем ниже ее потенциал (больше абсолютное значение отрицательного давления воды). Кривые водоудерживания показывают очень быстрый рост водного потенциала от крайне низких отрицательных значений давления вплоть до нуля в полностью насыщенной водой почве.

Наименьший полный потенциал почвенной влаги (наибольшее абсолютное значение отрицательного давления порядка (2-5)-108 Па) отмечается для монобимолекулярных слоев адсорбированной воды (прочно связанная вода, «нерастворяющий объем» – часть гигроскопической воды). При давлении почвенной воды ниже – 107 Па, согласно И. И. Судницыну, вода в почве практически полностью представлена двойным электрическим слоем мономолекулярной, бимолекулярной толщины, описываемым теорией Гельмгольца, а количество адсорбированной воды определяется удельной поверхностью почвенных частиц при весьма слабой роли обменных катионов.

Невыровненность потенциалов почвенной воды в разных точках является непосредственной причиной движения воды в почвах: вода перемещается в сторону наиболее низкого потенциала, в общем случае из более влажных участков в более сухие.

В почве, насыщенной влагой и не содержащей солей, давление почвенной влаги равно нулю. При снижении влажности почвы оно приобретает все большие по абсолютной величине отрицательные значения. По мере иссушения у почвы появляется способность при соприкосновении с водой поглощать ее. Такая способность почв получила название сосущей силы почвы. Величина, характеризующая эту силу, получила название всасывающего давления почвы. Всасывающее давление (сосущая сила) почвы численно равно давлению почвенной воды, но выражается положительной величиной.

Всасывающее давление почвы измеряется при любых влажностях, начиная от полного насыщения почвы и кончая почти сухой почвой, специальными приборами. Чаще всего для этой цели используют тензиометры и капилляриметры. Выражается всасывающее давление, как и давление почвенной воды, в паскалях, атмосферах, сантиметрах водного столба или в барах (1 Па=105 бар = 9,87 •106 атм = 7,5*103 мм рт. ст. = 0,102 мм вод. ст.).

Всасывающее давление сухой почвы приближается к 107 см вод. ст., или 109 Па. Оперировать с величинами такого порядка неудобно и Р. К. Скофилд (1935) предложил выражать всасывающее давление почвы не числом сантиметров водного столба, а десятитысячным логарифмом этого числа pF. Тогда у почвы, почти полностью насыщенной пресной влагой, при давлении, равном 103 Па, pF=1, давлению в 105 Па будет соответствовать pF=3, а в сухой почве, когда давление приближается к 109 Па, pF приближается к своему верхнему пределу, равному 7. Скофилд показал, что между значениями влажности, подвижности и доступности почвенной влаги для растений и всасывающим давлением существует довольно тесная зависимость.

В настоящее время считают, что определенным водно-физическим характеристикам и формам воды соответствуют следующие значения pF: максимальная гигроскопическая вода – 4,5; влажность завядания – 4,2; наименьшая влагоемкость для почв:

тяжелого механического состава – 2,7– 3,0; среднесуглинистых – 2,5; песчаных – 2,0; вода прочносвязанная – 5,0– 7,0; вода капиллярная связанная– 3,5– 5,0; свободная– 1,75– 3,50; вода гравитационная– 1,75.

Оценка физического состояния почвенной воды по потенциалу или по всасывающему давлению является более правильной, нежели по абсолютному содержанию воды. Обусловлено это тем, что по значениям pF можно произвести объективную сравнительную качественную оценку состояния воды в почве с различными физико-механическими и водно-физическими свойствами. Почвы, обладающие одинаковыми pF, можно считать эквивалентно влажными, т. е. близкими по содержанию воды той или иной категории физиологической доступности, хотя абсолютное содержание воды в почве может быть различным.

Таким образом, в листьях потенциал воды всегда меньше потенциала корней, что определяет постоянное движение воды от корней к листьям. В засушливых почвах физическое испарение может привести к тому, что водный потенциал почвы будет намного меньше потенциала корня, и потребление воды из почвы станет невозможным.

Источник

Водные свойства почвы

Эти свойства характеризуются влажностью, влагоемкостью, водопроницаемостью, капиллярностью, гигроскопичностью и испаряющей способностью почвы.

Влажность почвы — количество воды, которое содержится в почве. Влажность выражается в процентах от веса почвы, высушенной при 105—110°. Мелкозернистая почва с мелкими порами отличается наибольшей влажностью. Влажность почвы зависит от влагоемкости, гигроскопичности, атмосферных осадков, а влажность глубоких слоев почвы, кроме того, от почвенной воды.

Влагоемкость почвы — способность ее удерживать то или иное количество воды. Влагоемкость различных почв неодинакова. Она бывает выше в мелкозернистых (мелкопористых) почвах, а также в почвах, содержащих большое количество перегноя, коллоидальных частиц, нитратов, поваренной соли и извести; последние впитывают (набухают) или поглощают воду. Так, песчаная почва удерживает только 15—20% воды, суглинистая — 30—40%, глинистая — более 70%, а торфяная — 200—300% и больше. Большая влагоемкость почвы уменьшает воздухе водопроницаемость, вызывает отсырение возведенных на ней помещений, повышает теплопроводность почвы и препятствует разложению органических веществ.

Водопроницаемость — фильтрационная способность почвы, то есть способность ее пропускать воду сверху вниз. Более водопроницаемы почвы с крупными почвенными частицами и большими порами. Мелкозернистые (глина, торф) плохо пропускают воду. Водопроницаемость почвы имеет большое санитарно-гигиеническое значение, так какова определяет водно-воздушный режим ее и характер происходящих в ней биологических процессов, что характеризует интенсивность разложения органических веществ и возможность использования почвы для обезвреживания органических отбросов и сточных вод.

Вода под влиянием капиллярных сил поднимается в порах почвы (от более влажной части почвы к более сухой). Это явление называется капиллярностью, или водоподъемной способностью почвы. Высота капиллярного подъема почвы зависит от механического состава: чем меньше почвенные частицы, тем выше капиллярный подъем. Например, в песчаных почвах величина подъема выражается несколькими дециметрами, а в суглинистых и глинистых может достигать 5—6 м. Благодаря капиллярности, особенно при отсутствии атмосферных осадков, верхние слои почвы обеспечиваются водой и питательными веществами. Высокая капиллярность почвы может служить причиной сырости помещений для животных, если не принять соответствующих мер.

Гигроскопичность почвы — свойство ее поглощать из воздуха водяные пары. Способность почвы сгущать в своих порах водяные пары воздуха зависит от величины поверхности соприкосновения или от общей поверхности почвенных частиц и от степени влажности воздуха. Поэтому гигроскопичность мелкозернистых почв выше, чем крупнозернистая. Большой гигроскопичностью отличаются почвы, содержащие гумус, торф, органические отбросы н некоторые соли. Гигроскопическая почва легко отсыревает в поверхностных слоях. Минимальной гигроскопичностью обладают крупнозернистые не загрязненные органическими отбросами почвы.

Испаряющая способность почвы — явление, противоположное гигроскопичности. Испарение воды с поверхности больше в почвах бесструктурных, уплотненных, темных, с малым количеством растворимых солей, па южных склонах. Сильная инсоляция, сухой воздух, ветры могут приводить к высушиванию верхних слоев почвы и ослаблению микробиологических процессов.

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

Источник

Какая почва обладает наибольшей водопроницаемостью

Глава 7. ВОДНЫЕ СВОЙСТВА И ВОДНЫЙ РЕЖИМ ПОЧВ

§1. Значение воды в почве

Почва как многофазная система способна поглощать и удерживать воду. В ней всегда находится определенное количество влаги. Вода поступает в почву в виде атмосферных осадков, грунтовых вод, при конденсации водяных паров из атмосферы, при орошении.

Почвенная вода является жизненной основой растений, почвенной фауны и микрофлоры, получающих воду главным образом из почвы. От содержания воды в почве зависят интенсивность протекающих в ней биологических, химических и физико-химических процессов, передвижение веществ и формирование почвенного профиля, водно-воздушный, питательный и тепловой режимы, ее физико-механические свойства, то есть, важнейшие показатели почвенного плодородия. Следовательно, почвенная вода оказывает прямое и косвенное влияние на развитие и урожайность растений.

Растения расходуют воду в огромном количестве. Для создания 1 г сухого органического вещества потребляется от 200 до 1000 г воды. Количество воды, затрачиваемое на создание единицы сухого вещества за вегетационный период, называется транcnupaцuoнным коэффициентом. Однако растениями усваивается только часть почвенной влаги, которая удерживается силами, меньшими, чем сосущая сила корней, – продуктивная влага. В процессе фотосинтеза вода вместе с углекислым газом – первичный источник образования органического вещества растений. В воде растворяются питательные вещества, которые с почвенным раствором поступают в растения. Растения нормально развиваются только при постоянном и достаточном количестве влаги в почве. Недостаток, как и избыток, влаги в почве ограничивает продуктивность растений. В этом случае неэффективными становятся различные приемы, направленные на повышение урожаев сельскохозяйственных культур (внесение удобрений, известкование и др.).

Водообеспеченность растений определяется не только количеством поступающей воды в почву, но и ее водными свойствами, способностью почвы впитывать, фильтровать, удерживать, сохранять воду и отдавать ее растению по мере потребления. В одинаковых климатических условиях при равной влажности почвы могут содержать разное количество доступной воды, что зависит от механического состава почв, структурного состояния, содержания гумуса и других показателей, предопределяющих их водные свойства. Поэтому создание благоприятного водного режима в почве – одно из важнейших условий получения высоких и устойчивых урожаев сельскохозяйственных культур в условиях интенсивного земледелия.

§2. Формы воды в почве

Для определения обеспеченности растений доступной водой необходимо знать формы и взаимосвязи воды в почве.

Жидкая и парообразная вода в почве подвергается воздействию различных природных сил: гравитационных, молекулярного притяжения твердой фазы почвы и силы притяжения между молекулами воды. В зависимости от преобладания одной из этих сил почвенная вода имеет различную подвижность и доступность для растений.

Выделяют следующие основные формы почвенной воды, различающиеся между собой прочностью связи с твердой фазой почвы и степенью подвижности: кристаллизационную, гигроскопическую, пленочную, капиллярную, гравитационную.

Кристаллизационная вода – это химически связанная вода, входящая в состав минералов либо в виде гидроксильных групп (Fе(ОН)з, А1(ОН)з, Са(ОН)₂), либо в виде целых молекул (например, гипса (CaS0_{4 *} 2 Н₂0), мирабилита (Na₂SО_{4 *} 10 Н₂О) и др.); выделяется при нагревании почвы до температуры 400 – 600 °С. Химически связанная влага не принимает непосредственного участия в физических процессах, протекающих в почве, и растениям недоступна.

Гигроскопическая влага. Часть воды, находящейся в воздухе в виде пара, поглощается поверхностью почвенных частиц, образуя гигроскопическую влагу – одну из форм так называемой сорбционной воды, т.е. удерживаемой силами сорбции. Содержание этой влаги зависит от: относительной влажности и температуры воздуха (чем влажнее воздух и ниже температура, тем ее больше в почве), содержания органического вещества (чем богаче почва гумусовыми веществами, тем ее больше) и механического состава (при прочих равных условиях почва суглинистая или глинистая всегда будет содержать больше гигроскопической влаги, чем почва песчаная или супесчаная). Наибольшее количество гигроскопической воды, поглощенное почвой и выраженное в процентах от массы сухой почвы, называется максимальной гигроскопичностью (МГ). Такое количество влаги почва может поглотить из воздуха, имеющего относительную влажность, близкую к 100 %. Максимальная гигроскопическая влажность – величина, постоянная для каждой почвы, так как она определяется при постоянных температуре и относительной влажности воздуха. Может колебаться для песчаных почв от 0,1 до 1,5 в глинистых, гумусированных – до 10 – 15, в органогенных – до 20 – 40 % от веса сухой почвы. Молекулы гигроскопической воды удерживаются на поверхности почвенных частиц с большой силой, поэтому удалить их можно лишь продолжительным нагреванием почвы при 105 °С. Следовательно, для растений гигроскопическая влага недоступна.

МГ используют для выяснения мертвого запаса влаги (МЗВ) в почве – количество влаги в почве, при котором растения начинают устойчиво завядать, так как эта вода не может быть использована растениями. Он равен 1,5 • МГ, т.е. в состав мертвого запаса влаги входит еще пленочная вода.

Пленочная вода покрывает почвенные частицы следующим за гигроскопической влагой слоем, также удерживается силами межмолекулярного притяжения, но слабее, поэтому является частично доступной (для взрослых растений). Кристаллизационная, гигроскопическая и пленочная формы воды относятся к прочносвязанной воде и составляют МЗВ.

Влага, которая содержится в почве сверх мертвого запаса, называется продуктивной. Благодаря этой влаге формируется урожай сельскохозяйственных растений.

Свободная вода не связана силами притяжения с почвенными частицами, доступна растениям, передвигается в почве под действием капиллярных и гравитационных сил. В связи с этим выделяют капиллярную и гравитационную воду.

Капиллярная вода заполняет тонкие (капиллярные) поры почвы и передвигается в них под влиянием капиллярных (менисковых) сил. Высота подъема воды тем выше, чем тоньше капилляр. В зависимости от характера увлажнения различают капиллярно- подвешенную и капиллярно-подпертую воду. При увлажнении почвы сверху (атмосферные осадки, оросительные воды) формируется капиллярно-подвешенная вода, не связанная с грунтовыми водами и находящаяся в верхней части профиля почв. Капиллярно-подпертая формируется при увлажнении снизу и поднимается от зеркала грунтовых вод. Почвенный слой, в котором она распространяется, называется капиллярной каймой, и мощность его зависит от водоподъемной способности почвы. Капиллярная вода легкодоступна для растений и является основным источником их водного питания. Разновидностью капиллярной воды является стыковая влага, находящаяся в почвах с атмосферным увлажнением, которая представляет собой влагу, удерживаемую между частицами почвы и не проходящую вниз.

Если почву, в которой все капиллярные поры уже заполнены водой, продолжать увлажнять, то влагой будут заполняться некапиллярные промежутки. Эта влага, свободно передвигающаяся в почве и подчиненная в своем движении силе тяжести, называется гравитационной. Гравитационная влага может передвигаться в почве только из верхних слоев вниз. Просачиваясь вниз, она либо является источником питания грунтовых вод, либо распределяется по толще почвы и переходит в другие формы воды. Гравитационная влага легкодоступна растениям, но избыточна (т.к. мало воздуха и нарушается газообмен) и поэтому непродуктивна. Полное насыщение почвы водой возможно после таяния снега или длительных дождей, однако это явление кратковременное.

Грунтовые воды играют важную роль в водном питании растений. Подходя близко к поверхности почвы, в северных районах они вызывают заболачивание, а в южных – засоление почвы. Критическая глубина залегания грунтовых вод, при которой происходит засоление почв на юге, колеблется в пределах 1,5 – 2,5 м.

§3. Водные свойства почвы и основные почвенно-гидрологические константы

Водный режим почвы зависит не только от количества атмосферных осадков, но и в значительной мере от водных свойств самой почвы. К главнейшим водным свойствам относятся водопроницаемость, водоподъемная способность (или капиллярность), влагоемкость.

Водопроницаемость – это способность почвы впитывать и пропускать через себя воду. Водопроницаемость измеряется объемом воды, протекающей через единицу площади поверхности почвы в единицу времени, выражается в мм водного столба в единицу времени.Процесс водопроницаемости включает впитывание влаги и ее фильтрацию. Впитывание происходит при поступлении воды в почву, не насыщенную водой, а фильтрация начинается тогда, когда большая часть пор почвы заполняется водой. Впитывание воды обусловлено сорбционными и капиллярными силами, фильтрация – силой тяжести.

Водопроницаемость зависит от механического состава, структуры (у структурных почв выше, чем у бесструктурных), содержания гумусовых веществ (в целом от общего объема пор в почве и их размера), а также от состава поглощенных катионов: натрий уменьшает водопроницаемость, а кальций – увеличивает. В легких по механическому составу почвах поры крупные и водопроницаемость всегда высокая. В почвах тяжелого механического состава с глыбисто-пылеватой структурой и плотных бесструктурных почвах водопроницаемость низкая. После оструктуривания такие почвы в несколько раз улучшают фильтрационную способность (суглинистые и глинистые почвы, обладающие водопрочной комковато-зернистой структурой, также отличаются высокой водопроницаемостью).

Хорошо водопроницаемыми считаются почвы, в которых вода в течение первого часа проникает на глубину до 15 см. В средневодопроницаемых почвах вода за первый час проходит от 5 до 15 см, а в слабоводопроницаемых – до 5 см. От этого свойства зависит степень использования водных ресурсов. При слабой водопроницаемости часть атмосферных осадков или оросительной воды стекаетпо поверхности, что приводит к непродуктивному расходованию влаги, могут происходить вымокание культур, застаивание воды на поверхности и развиваться эрозия почвы. При очень высокой водопроницаемости не создается хороший запас воды в корнеобитаемом слое почвы, а в орошаемом земледелии наблюдается большая потеря на полив.

Водоподъемная способность – свойство почвы поднимать содержащуюся в ней влагу за счет капиллярных сил (вода в почвенных капиллярах образует вогнутый мениск, на поверхности которого создается поверхностное натяжение). Высота капиллярного поднятия воды зависит от диаметра капилляров: чем они тоньше, тем выше поднятие, и наоборот. Поэтому водоподъемная способность растет от песчаных почв к суглинистым и глинистым. Максимальная высота подъема воды над уровнем грунтовых вод для песчаных почв 0,5 – 0,8 м, для суглинистых – 2,5 – 3,5 м, в глинистых почвах – 3,0 – 6,0 м.Скорость подъема зависит от размера пори вязкости воды, обусловливаемой ее температурой. По крупным порам вода поднимается быстрее, чем в почвах с тонкими капиллярами.С повышением температуры уменьшается вязкость воды, поэтому скорость ее капиллярного поднятия повышается. Растворенные в воде соли также оказывают значительное влияние на скорость капиллярного подъема. Минерализованные грунтовые воды в отличие от пресных поднимаются к поверхности по капиллярам с большей скоростью.

Благодаря капиллярным явлениям и водоподъемной способности почв грунтовые воды участвуют в дополнительном снабжении растений водой, особенно в засушливые годы, развитии восстановительных процессов и засолении почвенного профиля.

Влагоемкость – способность почвы впитывать и удерживать определенное количество воды. Выражается в % к весу сухой почвы. Эта способность зависит от гранулометрического состава, содержания гумуса, состава поглощенных катионов. Высокая влагоемкость характерна для глинистых почв, богатых коллоидами, с высоким содержанием гумуса. Высокой влагоемкостью обладают почвы, содержащие известь, хлориды, слабовлагоемкие песчаные почвы.

Различают следующие виды влагоемкости: максимальную гигроскопическую, капиллярную, полевую и полную.

Максимальная гигроскопическая влагоемкость (МГВ) – это наибольшее недоступное растениям количество влаги (мертвый запас влаги), которое прочно удерживается молекулярными силами почвы (адсорбцией). Величина этой влагоемкости зависит от суммарной поверхности частиц, а также содержания гумуса: чем больше в почве илистых частиц и гумуса, тем она выше.

Капиллярная влагоемкость – максимальное количество воды (капиллярно-подпертой влаги), которое удерживается в почве над уровнем грунтовых вод при заполнении капиллярных пор. Кроме свойств почвы, величина капиллярной влагоемкости зависит от высоты над зеркалом грунтовых вод. Вблизи грунтовых вод она наибольшая, а с поднятием к поверхности уменьшается и на границе капиллярной каймы равна наименьшей влагоемкости.

Наименьшая влагоемкость (НВ), или предельная полевая влагоемкость (ППВ) – это наибольшее количество воды, которое остается в почве после ее полного увлажнения и свободного стекания избыточной воды. Величина наименьшей влагоемкости зависит от гранулометрического и минералогического состава, плотности и пористости почвы. Она соответствует величине капиллярно-подвешенной воды. Наименьшая влагоемкость – важнейшая характеристика водных свойств почвы, дающая представление о наибольшем количестве воды, которое почва способна накопить и длительное время удерживать. Она составляет (в % от веса абсолютно сухой почвы): для песчаных – 4 – 9, супесчаных – 10 – 17, легко- и среднесуглинистых – 18 – 30, тяжелосуглинистых и глинистых – 23 – 40. Наибольшие значения ППВ характерны для гумусированных почв тяжелого механического состава, обладающих хорошо выраженной макро- и микроструктурой.

Полной влагоемкостью (ПВ) называется наибольшее количество воды, которое может вместить почва при полном заполнении всех ее пор водой при отсутствии оттока (численно равна пористости почвы).

Оптимальной влажностью для большинства культурных растений условно принято считать влажность, приблизительно равную 50 % полной влагоемкости данной почвы. Для большинства зерновых культур оптимальная влажность составляет 30 – 50 %, для зернобобовых – 50 – 60 %, технических растений и корнеплодов – 60 – 70 %, сеяных луговых трав (злаков и бобовых) – 80 – 90 % ПВ почвы. Поэтому оптимальная влажность почвы для разных растений и почв должна несколько отклоняться от условно принятой.

Полевая влажность (W_П) характеризует содержание влаги в почве на данный момент, выражается в % к массе сухой почвы.

Из общего количества влаги, содержащейся в почве при ее полном насыщении, выделяют такие пограничные значения влажности, при которых меняются поведение воды и ее доступность растениям. Границы значений влажности, характеризующие пределы появления различных категорий почвенной влаги, называются почвенно-гидрологическими константами. Наиболее широко используются следующие: максимальная гигроскопическая влагоемкость, влажность разрыва капилляров (ВРК), влажность завядания (ВЗ), наименьшая влагоемкость (НВ) и полная влагоемкость (ПВ).

При влажности НВ вся система капиллярных пор заполнена водой, поэтому создаются оптимальные условия влагообеспеченности растений. По мере испарения и потребления воды растениями теряется сплошность заполнения водой капилляров, уменьшаются подвижность воды и доступность ее растениям. Влажность, при которой происходит разрыв сплошного заполнения капилляров водой, называется влажностью разрыва капилляров (ВРК). Это важная гидрологическая константа почвы, характеризующая нижний предел оптимальной влажности. Для суглинистых и глинистых почв ВРК составляет 65 – 70 % НВ.

Влажность завядания растений – это почвенная влажность, при которой у растений появляются признаки завядания, не исчезающие при помещении растений в атмосферу, насыщенную водяными парами, т.е. это нижний предел доступной растениям влаги (численно равна 1,5 _* МГ). Влажность завядания зависит от вида растений и свойств почвы. Чем тяжелее механический состав почвы, чем больше в ней органического вещества, тем выше ВЗ. В среднем она составляет: в песках – 1 – 3 %, в супесях – 3 – 6 %, в суглинках – 6 – 15 %, в торфяных почвах – 50 – 60 %.

Для растений доступна только та часть почвенной влаги, которая может быть усвоена в процессе жизнедеятельности. Она называется продуктивной влагой, так как используется для образования урожая и вычисляется как разница между ППВ и ВЗ. Зная количество продуктивной влаги, можно рассчитать урожай растений (1 % продуктивной влаги дает 1 ц зерна) и дефицит влаги.

Продуктивный запас влаги (ПЗВ) в определенном слое (или почвенном профиле) вычисляют, зная общий запас воды (ОЗВ) в этом слое и запас труднодоступной воды (ЗТВ). Запас воды определяют для каждого почвенного горизонта по формуле:

Источник