Формы (категории) почвенной влаги (по Роде а. А.). Какие формы почвенной влаги наиболее доступны растениям

Биология для студентов - 20. Свойства и формы почвенной влаги

Движение воды в почве зависит от степени увлажнения и проявления разнообразных сил. Непременным условием передвижения влаги является разность сил (градиент). Все силы действуют на почвенную влагу в совокупности, но преобладает какая-то определённая в зависимости от влажности почвы. Формы почвенной влаги:

• Свободная (гравитационная) вода заполняет крупные почвенные поры, под действием силы тяжести образует нисходящий ток, формируя верховодку и частично просачиваясь в грунтовые воды. За счёт гравитационной воды в почве проходят элювиальные и иллювиальные процессы, из неё образуются все другие формы почвенной влаги. Свободная вода может конденсироваться из парообразной, но преимущественно пополняется за счёт атмосферных осадков.
• Парообразная влага присутствует в почве при любом уровне её увлажнения, заполняя поры, свободные от капельно-жидкой. Различают активное и пассивное передвижение парообразной влаги. Первое обусловлено явлениями диффузии, второе происходит вместе опосредованно совместно с перемещением почвенного воздуха. Парообразная влага имеет большое значение в круговороте воды в почве, хотя на неё приходится не более 0,001 % от общей массы почвенной влаги.
• Лёд образуется в почвах при понижении температуры из других форм влаги последовательно — начиная от свободных и заканчивая связанными. Так, гравитационная вода замерзает в незасоленных почвах при температурах, близких к 0 °C, а максимально гигроскопическая — только при −78 °С. Промерзание почвы, смоченной не сильнее её общей влагоёмкости, сопровождается улучшением почвенной структуры за счёт спрессования зёрен и комочков водой, замёрзшей в крупных порах, и коагуляции коллоидов в незамёрзших объёмах воды. Промерзание же переувлажнённой почвы влечёт за собой её обесструктуривание из-за разрыва льдом структурных элементов. Замёрзшие умеренно увлажнённые почвы обладают некоторой водопроницаемостью, тогда как переувлажнённые почвы вплоть до своего оттаивания являются водоупорами.
• Химически связанная (конституционная) влага — входит в состав молекул веществ (например Al(OH)3), образующих минеральную часть почвы, в виде гидроксильной группы, фактически участвуя лишь при их образовании. При прокаливании почвы в интервале 400—800 °С удаляется, что сопровождается разложением соответствующего минерала. Наибольшее количество химически связанной воды содержится в глинистых минералах, поэтому о её содержании в почве можно судить по степени глинистости грунта.
• Кристаллогидратная (кристаллизационная) влага — в отличие от химически связанной, входит в состав веществ целыми молекулами, образуя кристаллогидраты — CaSO42h3O (гипс), Na2SO4·10h3O (мирабилит) и др. Удаляется скачкообразно при температурах 100—200 °С, причём каждая последующая молекула воды отщепляется при более высокой температуре, что приводит лишь к изменению физических свойств минералов, а не к их разложению, как в случае с химически связанной влагой. Химически связанную и кристаллогидратную влагу часто объединяют под названием гидратной. Гидратная влага в почве не передвигается и растениям недоступна.
• Гигроскопическая влага — адсорбированная частицами почвы из атмосферы при её влажности менее 95 %, либо остающаяся в почве при её высушивании до воздушно-сухого состояния (при влажности воздуха 50-70 %). Соответственно, при повышении влажности воздуха возрастает и величина гигроскопической влажности почвы. По представлениям большинства исследователей, гигроскопическая влага не сплошь покрывает частицы почвы, а концентрируется лишь на некоторых участках.
• Максимально-гигроскопическая влага адсорбируется почвой из атмосферы с относительной влажностью 95-100 %. При отрицательных температурах максимальная гигроскопическая влажность незасоленной почвы совпадает с процентным содержанием незамёрзшей воды в целом. Адсорбционная способность частиц почвы зависит от их величины, формы и химического состава, причём даже на одной частице мощность слоя влаги может быть различной в зависимости от формы поверхности. При этом часть паров конденсируется на вогнутых участках, в результате чего суммарное количество воды имеет двойную природу, складываясь из адсорбированной и капиллярно-конденсированной влаги. Гигроскопическая и максимально-гигроскопическая влага удаляются из почвы при нагреве до 100—105 °C, растениям эти формы недоступны.
• Плёночная (молекулярная) влага — дополнительная влага, адсорбируемая почвой из жидкой фазы поверх слоя максимально-гигроскопической. С частицами почвы связана слабее, чем последняя, причём рыхлость возрастает от внутренних слоёв ко внешним. По этой причине плёночная влага, хотя слабо, но усваивается растениями. Передвигается она под влиянием градиентов напора воды, температуры и влажности почвы.
• Капиллярная влага — удерживается и передвигается по мелким порам в почве под действием капиллярных сил. В порах более 8 мм в диаметре сплошной вогнутый мениск не образуется, так как капиллярные силы не выражены. В порах же менее 3 мкм вода находится преимущественно в адсорбированном состоянии, а капиллярное движение сильно затруднено или вообще отсутствует. Соответственно, наибольшая интенсивность капиллярного движения влаги наблюдается в почвах со средним гранулометрическим составом.  Выделяется три вида капиллярной влаги: подпёртая (когда капилляры нижней своей частью сообщаются с водоносным горизонтом — почвенной верховодкой или грунтовыми водами), подвешенная (когда капиллярная влага оторвана от водоносных горизонтов и удерживается равнодействующей силой менисков) и посаженная (образующаяся при движении воды при резкой смене гранулометрического состава и на границах с внутрипочвенными пустотами). Капиллярная влага бывает открытая и закрытая (замкнутая) для проникновения воздуха. Закрытая находится непосредственно под водоносными горизонтами, и капилляры оказываются полностью заполнены водой, хотя и содержащей некоторое количество растворённого воздуха; вода же открытого типа чередуется в капиллярах с участками, заполненными воздухом и появляется в почве обычно через некоторое время после осадков или полива. Капиллярная влага легко доступна растениям и является одним из основных источников их водного питания; посредством её передвигается основная масса растворимых солей из нижних горизонтов.
• Внутриклеточная вода содержится в отмерших неразложившихся частях растений. До полного разложения растительной массы такая вода растениям не доступна. Большой процент её имеется в слабо- и неразложившихся торфах, дернине и лесной подстилке.

vseobiology.ru

Формы состояния почвенной влаги

Вода в почве имеет разные физические свойства в зависимости от взаимного расположения и взаимодействия молекул воды между собой и с другими фазами почвы (твердой, газовой, жидкой). Части воды, обладающие одинаковыми свойствами, получили название форм почвенной воды.

Твердая вода (лед) является одним из источников жидкой и парообразной воды. Появление воды в форме льда зависит от климатических условий и может иметь сезонный или многолетний характер. Чаще всего многолетняя влага приурочена к вечной мерзлоте.

Химически связанная вода включает конституционную и кристаллизационную влагу.

Конституционная вода входит в состав минералов (А1(ОН)3, Fe(OH)3, глинистых и др.), органических и органо-минеральных соединений в виде групп ОН.

Кристаллизационная вода содержится в кристаллогидратах различных солей: гипс – CaSО4 * 2Н2О, мирабилит – Na2SО4 * 10Н2О, битофит – MgCl2 * 6Н2О, гидрофилит – СаСl2 * 6Н2О и т. д.

Парообразная вода содержится в почвенном воздухе в виде водяного пара. Почвенный воздух практически всегда близок к насыщению парами воды и незначительное понижение температуры приводит к конденсации влаги. Система «парообразная вода – жидкая вода» постоянно находится в движении, пары воды передвигаются в почвах и грунтах от участков с более высокой температурой к более холодным участкам. Во многих случаях переход парообразной воды в жидкую становится важнейшим источником снабжения растений. Это характерно, например, для заасфальтированных городских улиц и площадей с древесными растениями. В условиях умеренного климата типична следующая закономерность: в теплые периоды года парообразная вода атмосферы мигрирует в холодные слои почв и почвообразующих пород с возможной ее конденсацией и, наоборот, в зимнее время происходит обратный процесс – миграция пара из глубоких слоев и его конденсация в верхних почвенных горизонтах. По исследованиям С.Ф. Неговелова, в Краснодарском крае в отдельные годы накопление в почвенных слоях конденсационной воды к началу весны может достигать 200 м3 на 1 га.

Физически связанная (сорбированная) вода представлена двумя формами: прочносвязанная и рыхлосвязанная влага.

Физически прочносвязанная (гигроскопическая) вода адсорбируется из водяных паров почвенного воздуха твердыми частицами почвы, главным образом, илистой фракцией. Она прочно удерживается силами электростатического притяжения и для растений недоступна. Содержание этой воды в почвах зависит от механического состава. В глинистых почвах количество гигроскопической воды достигает 5-6%, а в песчаных и супесчаных ее содержание не превышает 1-2% от массы почвы.

Физически рыхлосвязанная (пленочная) вода представляет собой многомолекулярную пленку вокруг почвенных частиц, в углах их стыка и внутри тончайших пор. Эта вода находится как бы в вязкожидкой форме и ограниченно доступна для растений. Осмотическое давление внутриклеточного сока позволяет корневым волоскам всасывать пленочную воду. Но подвижность этой влаги крайне низкая, и поэтому растения расходуют запас влаги быстрее, чем он восстанавливается. При снижении влажности почвы до уровня рыхлосвязанной воды растения начинают увядать и не в состоянии синтезировать органическое вещество.

Свободная вода наблюдается в двух формах: капиллярная и гравитационная.

Капиллярная вода находится в капиллярах или на стыках (точках соприкосновения) почвенных частиц. Удерживается в почве силами менискового сцепления. Это основная форма влаги, используемая растениями. Она может находиться в разобщенном, или неподвижном, состоянии (влага разрыва капилляров) или в капиллярно-подвижном, когда все капилляры заполнены. Капиллярная влага является продуктивной формой влаги в почвах. Она подразделяется на капиллярно-подвешенную и капиллярно-подпертую, др.

Капиллярно-подвешенная вода заполняет капиллярные поры при увлажнении почв сверху (после дождя или полива). При этом под промоченным слоем всегда имеется сухой, т. е. гидростатическая связь увлажненного горизонта с постоянным или временным горизонтом подпочвенных вод отсутствует. Вода, находящаяся в промоченном слое, как бы «висит», не стекая, в почвенной толще над сухим слоем. Поэтому она и получила название подвешенной.

Капиллярно-подпертая вода образуется в почвах при подъеме воды снизу от горизонта грунтовых вод по капиллярам на некоторую высоту, т. е. это вода, которая содержится в слое почвы непосредственно над водоносным горизонтом и гидравлически с ним связана – подпирается водами этого горизонта. Капиллярно-подпертая вода встречается в почвенно-грунтовой толще любого гранулометрического состава. Слой почвы или грунта, содержащий капиллярно-подпертую воду непосредственно над водоносным горизонтом, называют капиллярной каймой. В почвах тяжелого механического состава она обычно больше (от 2 до 6 м), чем в почвах песчаных (40-60 см). Содержание воды в кайме уменьшается снизу вверх. Изменение влажности в песчаных почвах при этом происходит более резко. Мощность капиллярной каймы при равновесном состоянии воды в ней характеризует водоподъемную способность почвы. Выход капиллярной каймы на поверхность или в активно испаряющие почвенные горизонты в условиях сухого климата приводит к накоплению легкорастворимых солей.

Гравитационная вода – свободная форма воды в почве, передвигающаяся под действием сил тяжести. Занимает крупные поры в почве. Принимает участие в формировании уровня грунтовых вод. Гравитационная вода – явление временное. Длительное ее присутствие в почве вызывает процесс заболачивания. Гравитационную воду делят на просачивающуюся гравитационную и воду водоносных горизонтов (подпертая гравитационная вода).

Рекомендуемые страницы:

poisk-ru.ru

Водные свойства почвы и доступность почвенной влаги растениям

Основными водными свойствами почв являются водоудерживающая способность, водопроницаемость и водоподъёмная способность.

Водоудерживающая способность – свойство почвы удерживать воду, обусловленное действием сорбционных и капиллярных сил. Поглощение воды зависит от типа почвы, механического, минералогического, химического состава почвы, а также её гумусированности.

Водопроницаемость – способность почвы впитывать и пропускать воду. Она зависит от общего объёма пор в почве, их размера, заметно изменяется на почвах разного гранулометрического состава (песчаные, глинистые). Кроме этого, на водопроницаемость оказывает большое влияние состав поглощённых оснований. При содержании большого … количества Na+ почвы быстро набухают и становятся практически непроницаемы для воды (солонцы).

Н. А. Качинским предложена следующая градация почв по водопроницаемости (время – 1час, напор 5 см и температура – 100 С).

Провальная — >1000 мм

Излишне высокая – 1000-500мм

Наилучшая – 500 – 100 мм

Хорошая – 100-70

Удовлетворительная – 70-30

Неудовлетворительная — < 30 мм

Водоподъемная способность – свойство почвы вызывать капиллярный подъем влаги. Капиллярные силы начинают проявляться в порах диаметром 8 мм, но особенно ярко выражены в порах диаметром 0.1-0.003 мм.

Более тонкие поры заполнены связанной водой. Поэтому водоподъемная способность растёт от песчаных почв к суглинистым и снижается в глинистых. Максимальная высота подъема воды над уровнем грунтовых вод для песчаных почв 0.5-0.7 м, для суглинистых – 3-6 м.

Благодаря капиллярным явлениям и водоподъемной способности почв грунтовые воды участвуют в дополнительном снабжении растений водой, в развитии восстановительных процессов (оглеение) и засоления в почвенном профиле. Степень минерализации грунтовых вод оказывает значительное влияние на скорость капиллярного подъема. Засоленные воды в отличие от пресных характеризуются более высокими скоростями поднятия.

Доступность почвенной влаги растениям. Для растений доступна та часть почвенной влаги, которая может быть усвоена в процессе их жизнедеятельности. Доступную воду называют продуктивной (полезной), т.к. она используется на формирование урожая.

Сосущая сила корней многих сельскохозяйственных культур составляет не более 15 атм. Поэтому вся влага, которая удерживается силами большими, чем сосущая сила корневых волосков, недоступна растениям. Если доступная влага использована, растения завядают.

В диапазоне влажности сухая почва – МАВ – МГ – ВЗ влага недоступна растениям.

Влага в пределах ВЗ – ВРК труднодоступна, малопродуктивна, вызывает замедление роста растений.

В диапазоне влажности ВРК – НВ (ППВ) содержится капиллярная вода, водоудерживающие силы которой невелики. Эта вода легкодоступна, высокопродуктивна.

В диапазоне влажности НВ – ПВ содержится гравитационная вода. Она также легко доступна, но избыточна, поэтому непродуктивна. Почва способна отдавать гравитационную воду путём стекания. Разница между полной и наименьшей влагоёмкостью характеризует максимальную водоотдачу (МВО). В структурных почвах МВО составляет не менее 15%.

Таким образом, продуктивная (полезная) влага в почве находится в интервале влажности ВЗ – НВ, а наиболее благоприятная, высокопродуктивная влага – ВРК – НВ (ВТР – НВ).

ВЗ – нижний предел (порог) продуктивной влаги в почве.

ВЗ = 1.5 МГ

НВ – верхний предел продуктивной влаги в почве.

ВРК (ВТР)– нижний предел продуктивной влаги в почве – предполивные пороги для сельскохозяйственных культур.

refac.ru

9. Вода в почве, формы почвенной влаги. » СтудИзба

9. Вода в почве: формы почвенной влаги. Типы водного режима и их  влияние на почвообразование.

Почвенная влага. Говоря о физике почвы, коснемся вкратце вопроса о почвенной влаге. Вода в почве содержится в нескольких формах:

1. Гравитационная вода. Подпертая водонепроницаемым слоем грунтовая вода, свободно передвигающаяся по горизонтали. Заполняет все полости между комками почвы и перемещается ↓.

2. Доступная капиллярная вода. Содержится в порах и крупных капиллярах. Доступна в любой момент для усвоения корнями растений.

3. Недоступная капиллярная вода. Содержится в наиболее мелких капиллярах, но за счет сил поверхностного натяжения на частичках почвы недоступна для растений.

4. Гигроскопическая вода. Пленки из молекул воды, адсорбированных на поверхности минеральных частиц. Абсолютно недоступна для растений.

Важным параметром влажности почвы является влага завядания. В зависимости от свойств почвы (в основном от механического состава) влага завядания может быть разной. Наиболее низка она в песчаных почвах, где между крупными частичками не образуется мелких капилляров и вода из пор быстро просачивается вниз. Остается только гигроскопическая влага. Средних значений этот параметр достигает в глинистых почвах, где между коллоидными частичками много мелких капилляров и мало крупных. В таких почвах влага завядания представлена недоступной капиллярной водой. Максимальных или оптимальных значений этот показатель достигает в суглинистых или супесчаных почвах, где в изобилии сочетаются друг с другом крупные и мелкие капилляры и поры.

Рис. 9. Подвешенная (1) и подпертая (2) капиллярная влага.ГВ – грунтовые воды; В – водоупор

Капиллярная вода бывает подпертой и подвешенной (рис. 9). Подпертая капиллярная влага наблюдается на границе водоносного горизонта, где по его верхней границе поднимается вверх по капиллярам. Подвешенная капиллярная влага образуется в верхней части почвы после дождя. Наиболее высоко поднимается подпертая влага и длительнее всего подвешенная удерживается в легкосуглинистых почвах. Это почвы, обладающие наилучшими лесорастительными свойствами. Однако если на таких почвах водоупор залегает относительно близко к поверхности, происходит смыкание подпертой и подвешенной капиллярной каймы и происходит заболачивание.

5.  Кристаллизационная вода – входит в состав почвенных минералов. Недоступна, не принимает участие в почвообразовании

6. Парообразная форма.

7. Сорбционно – связанная  вода (гигроскопическая, пленочная)

Типы водного режима.

1. Промывной тип водного режима (Тайга). Атмосферные осадки просачиваются через толщу грунта или почвы на некоторую глубину и достигают 1 водоупорного горизонта.

2. Периодически промывной тип водного режима.

3. Непромывной. К< 1. просачивается на несколько десятков см.

4. В этих же аридных районах формируется также выпотный тип водного режима, где K > 1. Наблюдается в отрицательных формах рельефа. Грунтовые воды (хлориды) поднимаются за счёт капиллярного поднятия. Здесь формируются засолённые почвы – солончаки, солонцы, солоди.

солончаки                 соленость

солонцы

солоди

5.Застойный тип водного режима. Избыточное увлажнение. Тяжелый механический состав грунтов.

Оглеение. Fe2O3  – окись →FeO – закись.

Тундро-глеевые почвы. Заболачивание

6. Мерзлотный тип водного режима.

При таком движении воды формируются почвы, у которых очень плохо выражены почвенные горизонты. Т.к. Летом вода оттаивает и опускается, а на контакте с мерзлотой замерзает.

Зимой когда вода замерзает, она начинает подниматься вверх. Из-за этого движения грунт перемешивается и получаются криозёмы.

Факторы:

Прямое воздействие: антропогеновое (антропоземы или агрозёмы). Человек перекапывает землю, вносит в неё удобрение (минеральное) → почва начинает отличаться от той, что была раньше – появляется агрозём.

(Ветровая эрозия - дефляция).

Косвенное:  пестициды, ДДТ (дуст), заводы, ЦБК, машины.

studizba.com

Формы воды в почве

Вода в почве — один из основных ее компонентов. Она нахо­дится в сложном взаимодействии с твердой фазой.

Почвенная вода имеет большое значение, является одним из факторов плодородия и урожайности растений. От содержания и качества воды в почве зависят произрастание растений и деятель­ность микроорганизмов, процессы почвообразования и выветрива­ния, производственная деятельность человека.

Основной источник влаги — атмосферные осадки, которые про­никают в почву и заполняют ее поры. В почве влага активно вза­имодействует с твердой фазой (частью) почвы. Передвижение влаги, ее доступность растениям зависят от состава и свойств почвы.

В естественных условиях почва обладает различной степенью влажности. Понятие «влажность» характеризует содержание воды в почве, выраженное в процентах от массы сухой почвы (весовая влажность) или от объема почвы (объемная влажность).

В зависимости от подвижности и доступности растениям раз­личают несколько форм воды в почве: 1) гравитационную; 2) капиллярную; 3) сорбированную; 4) парообразную; 5) грунто­вую; 6) твердую; 7) химически связанную и кристаллизационную.

Непосредственно для питания растений имеет значение только гравитационная и капиллярная вода, а остальные формы почвенной влаги, кроме небольшой части пле­ночной, растениям недоступны.

Гравитационная вода заполняет капиллярные поры между структур­ными — отдельностями, по которым она передвигается под влиянием си­лы тяжести (отсюда и ее название).

Капиллярная вода заполняет капиллярные поры, главным об­разом, внутри структурных отдельностей. Она может передвигать­ся в почве во всех направлениях.

Сорбированная вода удерживается на поверхности почвенных частиц сорбционными силами, то есть молекулы воды притягива­ются к твердым частицам почвы и прочно удерживаются ими. Эту форму воды подразделяют на два вида: пленочную и гигро­скопическую.

Пленочная вода окружает твердые частицы почвы в виде плен­ки, притягиваясь к ним под действием поверхностной энергии. Она передвигается только под влиянием молекулярных сил в раз­ных направлениях, но всегда от более толстых пленок к тонким.

Пленочная вода определяет смачивание почвы, но растениям почти недоступна, так как притягивается к поверхности частиц твердой фазы почвы с силой в несколько тысяч атмосфер (от 6 до 10 тыс.).

Гигроскопическая влага представляет собой молекулы водяно­го пара, удерживаемые поверхностным притяжением почвенных частиц подобно тому, как удерживается пленочная вода. Поэтому гигроскопическая влага не принимает участия в газовом давле­нии окружающей среды и не способна передвигаться. Для расте­ний она недоступна, полностью удаляется при высушивании поч­вы в течение нескольких часов при температуре 100—105 °С.

Свободная парообразная влага входит в состав почвенного воздуха в виде отдельных молекул водяного пара и поэтому при­нимает участие в газовом давлении и передвигается из мест с большей упругостью пара в места с меньшей упругостью. Она не­доступна для растений, но при переходе в капельно жидкую мо­жет усваиваться ими.

Грунтовая вода — это влага водоносного слоя почвы, лежаще­го ниже почвенной толщи, удерживаемая слоем водоупора. Ис­пользование грунтовой воды растениями возможно, но при близ­ком залегании и поднятии до корнеобитаемого слоя.

Твердая вода (лед) — переход влаги из жидкого состояния в твердое происходит у свободных форм влаги при температуре ниже 0 °С.

Химически связанная и кристаллизационная вода входит в со­став молекул минералов в виде ионов. Кри­сталлизационная вода находится в составе кристаллических ве­ществ в виде молекул. Растениям эти формы воды недоступны.

mse-online.ru

Формы и категории почвенной влаги

Формы и категории почвенной влаги

Вода, которая есть в почве, неоднородна. Она находится под действием многих сил, о которых речь шла выше. Причём те или иные участки воды могут находиться под преобладающем действии тех или иных сил, а отсюда иметь разную подвижность и доступность для растений. Поэтому исследователи, которые занимались вопросами почвенной гидрологии, стремились разделить влагу, находящуюся в почве, на те или иные категории по тем или иным признакам, то есть классифицировать формы почвенной влаги.

Выделяя различные категории почвенной влаги, которые характеризуются одинаковым «поведением», под словом «поведение» обычно понимают в первую очередь подвижность почвенной влаги, тоесть форму и скорость её передвижения, которые есть наиболее важным проявлением сил, под влиянием которых находится почвенная влага.

При этом граничные значения интервалов влажности и всасывающего давлении, при переходе через которые ведущая роль переходит от сил одной природы к силам другой природы (о чём можно судить по изменению подвижности), выделяют в качестве так называемых почвенно-гидрологических констант. А. А. Роде (1965) почвенно гидрологическими константами считает такие точки на шкале влажности почвы, при которых количественные изменения в подвижности влаги и другие связанных с ней свойств переходят в качественные отличия.

Н. А. Качинский (1970) выделяет формы влаги, располагая их в порядке спадающей энергетической связи их с твёрдой фазы почвы. Этими принципами будем пользоваться и мы, рассматривая формы почвенной влаги.

Вода, химически связанная, или конституционная. Входит в молекулу вещества гидроксильной группой, например: Fe + 3h3O Fe (OH)3. По сути вода как таковая, берёт участие здесь только в исходной реакции, приобретая в конечном продукте реакции другого значения (ОН-). Наибольшее количество такой воды содержится в глинистых минералах.

Вода кристаллизационная или кристаллогидратная. Входит в состав вещества целыми молекулами, например, CaSO4 · 2h3O (гипс), или NaSO4 · 10 h3O (мирабилит). В больших количествах такая вода находится в солончаках, физические свойства которых очень сильно от неё зависят, например «пухность» солончаков, которые содержат мирабилит.

Вода гигроскопическая (ГВ). Это вода, адсорбированная сухой почвой благодаря поверхностной её энергии с атмосферы при относительной влажности последней меньше 100%, или которая осталась в почве после высушивания её в такой атмосфере до «воздушно сухого» состояния.

Вода максимально-гигроскопическая (МГВ). Это вода, асорбированная почвой благодаря поверхностной энергии с атмосферы с относительной влажностью 95 – 100%. Она, как и гигроскопическая вода, представлена диполями воды, точно ориентированных до поверхности твёрдых частичек почвы и настолько уплотнёнными, что они вроде припаяны до последней. Это прочно связанная вода, неподвижна и недоступна для растений.

Максимальна гигроскопическая влажность величина постоянная для конкретной почвы и конкретного её горизонта. Зависит от гранулометрического состава, особенно фракций 0,005 – 0,001 и меньше 0,001 мм, состава поглощённых оснований и гумусированности почвы. Колеблется в больших пределах в зависимости от типа почвы: от 1,62 в подзолистых до 14,60 % от массы в чернозёмных почвах (И. Б. Ревут, 1972)

Вода плёнчатая. При насыщении почвы водой до максимальной гигроскопичности не исчерпывается полностью её (почвы) поверхностная энергия. Если такую почву окунуть в воду, то толщина слоя адсорбированной воды вокруг почвенных частичек увеличится. Дополнительная вода сверх максимальной гигроскопической, которая адсорбируется почвой с жидкой фазы, будет водой плёнчастой. Её нельзя смешивать с максимально гигроскопической, так как свойства этих двух форм воды совсем различные.

Количество плёнчатой воды зависит от свойств почвы. Иногда плёнчатой воды в почве по массе столько же, сколько и максимально гигроскопической, но чаще плёнчатой воды бывает значительно больше.

Плёнчастая вода меньшими силами, чем максимально гигроскопическая, притягивается к поверхности почвы, поэтому она менее уплотнена; диполи её менее точно ориентированы до поверхности почвенных частичек. Эта вода непрочно связана почвой, причём непрочность слоёв возрастает до периферии адсорбированной сферы, характеризуясь давлением от 50 атм (на границе слоёв плёнчастой воды с максимально гигроскопической) и до 3 – 4 атм возле периферии адсорбированных водных плёнок. Она может передвигаться в почве в жидком состоянии.

Так как осмотическое давление плёнчастой воды достаточно высокое, а мобльность (подвижность) низкая, она трудно доступна растениям. В её пределах находится влажность увядания растений.

Капиллярная вода. Это вода, которая удерживается и перемещается в почве преимущетвенно под влиянием капиллярных (менисковых) сил, которые возникают на поверхности раздела почвенные частички – почвенная влага – воздух (тоесть на поверхности раздела твёрдой, жидкой и газообразной фаз).

Капиллярные силы начинают проявляться в порах с диаметром меньше 8 мм, но особую силу приобретают в порах с диаметром от 100 до 3 мкм. В порах больше 8 мм, капиллярный момент не выраженный, так как сплошной вогнутый мениск, под которым проявляется отрицательное давление, не образуется. Поры с диаметром меньше 3 мм в значительном своём объёме заполнены связанной (адсорбированной) водой, а поэтому перемещение в них капиллярной воды сильно тормозится или полностью исключено (в неактивных порах). В соответствии с этим наиболее интенсивно (на большое расстояние) передвижение воды по капиллярным порам наблюдается в почвах средних по гранулометрическому составу, типа лессовых суглинков.

Под влиянием менисковых сил капиллярная вода может двигаться во все стороны; сила тяжения воды при этом (гидростатическое давление) играет второстепенную роль, частично противодействуя капиллярному подъёму воды вверх.

Различают капиллярную влагу подпёртую и подвешенную. В первом случае капилляры с водой нижней своей частью соприкасаются с грунтовой водой или верховодкой. Во втором случае они от водоносных слоёв почвы оторваны и вода в них удерживается равнодействующей силой менисков с преобладанием её в верхней части смоченного слоя.

Капиллярная вода легко доступна растениям и есть основным источником их водного питания.

Вода гравитационная. Вода гравитационная или свободная, заполняет в почве крупные некапиллярные поры и перемещается под влиянием силы тяжести вниз или в сторону наклона водонепроницаемых слоёв. Через эту форму воды в почве, в случае её сплошности, передаётся гидростатическое давление. Вода гравитационная является источником всех других форм воды в почве, а так же грунтовой воды и верховодки, в то же время может конденсироваться из паров воды. Она легко доступна для растений.

* * *

В почве ещё может быть твёрдая вода (лёд), парообразная и тяжёлая вода, в которой вместо обычного водорода – «тяжёлый водород» - дейтерий, атом которого в два раза тяжелее обычного.

4. Водно-физические свойства почвы

4.1. Водопроницаемость

Водопроницаемость – это свойство почвы пропускать через себя воду. Количественно выражается толщиной слоя воды, которая поступает в почву через её поверхность за единицу времени.

Процесс поступления воды с поверхности в толщу почвы называется инфильтрацией. Он состоит из двух этапов: впитывания и фильтрации. В первый момент поступления воды в ненасыщенную почву вода впитывается и перемещается в вертикальном и горизонтальном направлениях. Этот процесс характеризуется коэффициентом впитывания.

Прохождение воды через водонасыщенные (до полной влагоёмкости) слои почвы под влиянием сил гравитации и градиента напора называется фильтрацией и характеризуется коэффициентом фильтрации.

Скорость нисходящего инфильтрационного потока есть важнейшей характеристикой данной почвы и её физического состояния и, прежде всего, её гранулометрического состава, структурного состояния и плотности. Инфильтруется гравитационная вода. Скорость её движения в значительной мере определяет количество воды, которое запасает почва во время осадков и снеготаяния. Если почва не пропускает влагу осадков, то излишки её или поступают в поверхностный сток, или испаряются.

После прекращения поступления воды сверху происходит перераспределение её в почвенной толще – стекание в нижние горизонты и слои. Процесс характеризуется коэффициентом водоотдачи.

Эти коэффициенты применительно как ко всей почвенной толще, так и отдельных горизонтов и слоёв необходимо знать при решении мелиоративных задач (определение методов и норм поливов, расстояние между дренами, глубина промачивания и др.).

Поступление воды в почву совершается под действием сил тяжести, сил сопротивления, капиллярных сил, сил инерции и разности давления атмосферного и выдавливаемого воздуха.

На величину и характер инфильтрации в значительной мере влияет пористость почвы – величина, форма и направленность пор, что, в свою очередь, связано с гранулометрическим составом и структурностью. Инфильтрация уменьшается со временем, так как при насыщении почвы водой происходит разрушение структуры, постепенное уплотнение за счёт заиливание порового пространства.

Водопроницаемость зависит от химического состава и, особенно, от обменного натрия, которое обуславливает диспергирование почвы.

Для оценки водопроницаемости почв в агрономических и мелиоративных целях используют шкалу Качинского (табл. 1).

1. Оценка водопроницаемости почв тяжёлого гранулометрического состава по Качинскому (напор воды Н = 5 см при температуре 10˚С)

Регулировать водопроницаемость можно путём улучшения структуры почвы, обогащением её органическим веществом, регулированием состава поглощённых оснований, глубокой обработкой почвы и др.

po-teme.com.ua

Формы (категории) почвенной влаги (по Роде а. А.)

По своему физическому состоянию различают жидкую влагу, которая усваивается корнями растений, и неусвояемые формы – твёрдую (лёд) и парообразную, которые могут быть использованы растениями только после таяния или конденсации водяных паров, когда они превращаются в жидкую форму.

Водяной пар находится в составе почвенного воздуха в её порах, не занятых водой. Он передвигается активно от мест с большей его концентрацией к местам с меньшей концентрацией в результате диффузии, а также пассивно с общим током воздуха, то есть путём конвекции. зимой он передвигается из нижних тёплых слоёв почвы в верхние холодные, где и конденсируется на границе промерзания почвы (так называемая «зимняя перегонка»). В результате в верхнем метровом слое дополнительно накапливается около 10 мм влаги.

В тёплое время, напротив, наблюдаются потери парообразной влаги, когда она поднимается вверх и улетучивается в атмосферу. Но может происходить и обратный процесс, когда парообразная влага из атмосферы попадает в почву и ночью, когда почва остывает, конденсируется в ней в виде «внутрипочвенной росы». Это наиболее заметно в приморских районах, где воздух насыщен парами воды, а также на лёгких почвах в районах с континентальным климатом, где днём почва сильно прогревается, а ночью быстро остывает.

По степени подвижности, то есть скорости передвижения в почве различают три категории влаги: неподвижная, малоподвижная и легкоподвижная. Неподвижная представлена химически связанной, которая входит в состав почвенных минералов и физически связанной или гигроскопической. Гигроскопическая или прочносвязанная влага состоит из молекул воды, притянутой к мелким (<1 мм) частицам почвы сорбционными силами и передвигается только в виде пара.

Трудноподвижная (малоподвижная) влага передвигается очень медленно, несколько сантиметров в год и представлена рыхлосвязанной или плёночной влагой. Она находится поверх слоя гигроскопической влаги и передвигается от более толстых плёнок к менее толстым.

Легкоподвижная влага состоит из гравитационной и капиллярной. Она передвигается сравнительно быстро и на большое расстояние – до нескольких метров.

Подвижность почвенной влаги определяет её доступность растениям. Чем дальше и быстрее она передвигается в почве от более увлажнённых к менее увлажнённым местам, в частности, к зоне иссушения вокруг корней, тем она доступнее растениям. По степени доступности различают три категории влаги: легкодоступная, труднодоступная и недоступная.

К легкодоступной относятся гравитационная и капиллярная влага, которые удёрживаются почвой с небольшой силой – до 5…10 атм. и поэтому корни растений, имеющие сосущую силу от 5…10 до 50…100 атм., легко их добывают из почвы. Но гравитационная влага быстро, через несколько суток, исчезает, превращаясь в другие формы, и поэтому является эфемерным источником водоснабжения. Поэтому основной формой влаги, участвующей в снабжении растений, является капиллярная, которая присутствует в почве длительное время. Поэтому надо знать и учитывать закономерности её передвижения, чтобы направлять в нужное место и предохранять от непродуктивных потерь.

Капиллярная влага передвигается под влиянием градиентов, то есть изменения влажности, плотности и температуры почвы. Прежде всего, она передвигается от более увлажнённых мест к менее увлажнённым. Так, когда корни растений потребляют влагу, вокруг них создаётся зона иссушения, куда через капилляры подаются новые порции воды.

Это полезный процесс. Но он может быть и отрицательным. Так, когда почва насыщена влагой, например, после снеготаяния весной, после полива или дождя, поверхность почвы высыхает, туда подаются новые порции вокруг, чтобы в свою очередь испариться в атмосферу. За сутки этот «насос» перекачивает 50…100 тонны воды.

Для того чтобы уменьшить потери, верхний слой неглубоко рыхлят, превращая в нём узкие капиллярные поры в широкие некапиллярные. А в силу физических законов влага не может передвигаться из узких пор в широкие, в результате создаётся «гидрозамок» и испарение снижается примерно в два раза.

Напротив, если надо подтянуть влагу кверху, например, к высеянным семенам, производят не рыхление, а прикатывание почвы.

Градиент плотности вызывает перемещение капиллярной влаги из рыхлых слоёв почвы в плотные, то есть из широких пор в узкие, о чём было сказано ранее.

Градиент температуры вызывает перемещение капиллярной влаги от тёплых мест к холодным и наоборот. В частности с ним связано иссушение почвы весенними ночными заморозками, когда оттаявшая днём почва ночью подмерзает, влага по капиллярам поднимается вверх и там испаряется.

Труднодоступная влага представлена капиллярно-разообщённой и рыхлосвязанной. Первая находится в капиллярах с воздушными пробками, которые препятствуют её передвижению.

Рыхлосвязанная располагается в виде плёнки поверх плёнки прочносвязанной влаги и удерживается почвой с такой силой, что корни растений с трудом её усваивают.

Недоступная влага – это прочносвязанная (гигроскопическая) влага, которая располагается непосредственно поверх почвенных частиц и молекулярные силы удерживают её так прочно, что корни растений не в состоянии её усвоить. В сумме труднодоступная и недоступная влага образуют непродуктивную влагу, которая не усваивается растениями и не создаёт урожая.

В зависимости от того, какие формы влаги присутствуют в почве, она находится в различном физическом состоянии, которое характеризуется водно-физическими или агрогидрологическими константами. Это уровни увлажнения почвы, резко отличающиеся друг от друга связностью, подвижностью и доступностью почвенной влаги. Перечень этих констант одинаков для всех почв, но их конкретные значения для каждой почвы различны.

studfiles.net

• 
  В сельскохозяйственном институте изучают всхожесть семян растений
• 
  Для цветковых растений произрастающих в воде характерно
• 
  Окружающий мир разнообразие растений 3 класс презентация
• 
  Удобрение для комнатных растений из банановой кожуры
• 
  Банановая кожура как удобрение для комнатных растений
• 
  Удобрение из банановой кожуры для комнатных растений
• 
  Архиленд нижний новгород питомник березовка предлагаемые растения
• 
  Лабораторная работа морфологические особенности растений различных видов
• 
  Покрытосеменные растения объединяют в семейства на основе
• 
  Какие приспособления характерны для растений опыляемых ветром
• 
  Осенние явления в жизни растений 5 класс