7.2. Водные свойства почв

Водоудерживающая способность – свойство почвы удерживать воду, обусловленное действием сорбционных и капиллярных сил. Наибольшее количество воды, которое способна удерживать почва теми или иными силами, называется влагоемкостью.

Способность почвы сорбировать парообразную воду называется гигроскопичностью. Содержание гигроскопической воды (Г) в почве зависит от относительной влажности воздуха и свойств самой почвы. Когда относительная влажность воздуха приближается к 100%, почва насыщается водой до максимальной гигроскопичности (МГ) (рис.7.1).

Рис.7.1. Сорбция воды почвой (по Н.А. Качинскому):

1 – почвенная частица; 2 – гравитационная вода; 3 – слой прочносвязанной, строго ориентированной воды; 4 – рыхлосвязанная вода; 5 – капиллярная вода; М – «пробки» пленочной воды; П – пленочно-подвешенная вода

Наибольшее количество прочносвязанной, строго ориентированной воды, удерживаемой адсорбционными силами, характеризует максимальная адсорбционная влагоемкость (МАВ). Ее можно определить по теплоте смачивания и другими методами. МАВ составляет около 60–70% МГ. Ее используют для вычисления влажности завядания.

Наибольшее возможное содержание рыхлосвязанной воды, удерживаемой сорбционными силами или силами молекулярного притяжения, характеризует максимальная молекулярная влагоемкость (ММВ).

Полная влагоемкость (ПВ) – наибольшее количество воды, которое может вместить почва при полном заполнении пор водой. Если гравитационная вода не подпирается грунтовыми водами, то она стекает в более глубокие горизонты. Наибольшее количество воды, которое остается в почве после обильного увлажнения и стекания всей гравитационной воды при отсутствии слоистости почвы и подпирающего действия грунтовых вод, называется наименьшей или предельно-полевой влагокостью (НВ или ППВ.)

Максимальное количество капиллярно-подпертой влаги, которое может содержаться в почве над уровнем грунтовых вод, называется капиллярной влагоемкостью (КВ).

Водопроницаемость – способность почвы впитывать и пропускать воду. Первую стадию водопроницаемости характеризует впитывание, когда свободные поры почвы последовательно заполняются водой. Передвижение воды в почве под влиянием силы тяжести и градиента напора при полном насыщении почвы водой называют фильтрацией. Водопроницаемость измеряется объемом воды, протекающей через единицу площади поверхности почвы в единицу времени, выражается в мм водяного столба в единицу времени.

Водоподъемная способность – свойство почвы вызывать восходящее передвижение содержащейся в ней влаги за счет капиллярных сил.

7.3. Водный режим почв

Водным режимом называют всю совокупность явлений поступления влаги в почву, ее передвижения, удержания в почвенных горизонтах и расхода из почвы. Количественно его выражают через водный баланс. Водный баланс характеризует приход влаги в почву и расход из нее. Общее уравнение водного баланса выражают формулой

В_о + В_ос + В_г + В_к + В_пр + В_б = Е_исп + Е_т + В_и + В_п + В_с + В₁,

где В_о – запас влаги в почве в начале периода наблюдения; В_ос – сумма осадков за весь период наблюдения; В_г – количество влаги, поступающей из грунтовых вод; В_к – количество влаги, конденсирующейся из паров воды; В_пр – количество влаги, поступающей в результате поверхностного притока воды; В_б – количество влаги, поступающей от бокового притока почвенных и грунтовых вод; Е_исп – количество влаги, испарившейся с поверхности почвы за весь период наблюдения (физическое испарение); Е_т – количество влаги, расходуемой на транспирацию (деструкция); В_и – влага, инфильтрующаяся в почвенно-грунтовую толщу; В_п – количество воды, теряющейся в результате поверхностного стока; В_с – влага, теряющаяся при боковом внутрипочвенном стоке; В₁ – запас влаги в почве в конце периода наблюдения. Левая часть уравнения включает приходные статьи баланса, правая – расходные.

Типы водного режима почв. Водный баланс складывается неодинаково для различных почвенно-климатических зон и отдельных участков местности. В зависимости от соотношения основных статей годового водного баланса может быть несколько типов водного режима почв.

Практически характер водного режима определяют по соотношению между количеством осадков по средним многолетним данным и испаряемостью за год. Испаряемость – это наибольшее количество влаги, которое может испариться с открытой водной поверхности или с поверхности постоянно переувлажненной почвы в данных климатических условиях за определенный промежуток времени, выражается в мм.

Отношение годовой суммы осадков. годовой испаряемости называют коэффициентом увлажнения (КУ). В различных природных зонах КУ колеблется от 3 до 0,1.

Применительно к различным природным условиям Г.Н. Высоцкий установил 3 типа водного режима – промывной, периодически промывной и вытопной. А.А. Роде, развивая учение Г.Н. Высоцкого, выделил 6 типов водного режима, разделив их на ряд подтипов.

1. Мерзлотный тип. Имеет место в районах распространения многолетней мерзлоты. Мерзлый слой почвогрунта, являясь водоупором,

обусловливает наличие надмерзлотной верховодки. Поэтому верхняя часть оттаявшей почвы в течение вегетационного периода насыщена водой.

2. Промывной тип (КУ > 1). Характерен для местностей, где сумма годовых осадков больше величины испаряемости (рис. 7.2а).

3. Периодически промывной тип (КУ=1, при колебаниях 1,2–0,8). Характеризуется средней многолетней сбалансированностью осадков и испаряемости. Для водного режима характерно чередование ограниченного промачивания почвенно-грунтовой толщи (непромывные условия) в сухие годы и сквозное промачивание (промывной тип водного режима) во влажные.

4. Непромывной тип (КУ < 1) свойственен местностям, где влага осадков распределяется только в верхних горизонтах и не достигает грунтовых вод (рис. 7.2б). Расход влаги при непромывном водном режиме идет преимущественно на транспирацию, поэтому в верхних горизонтах почв нисходящие токи влаги преобладают над восходящими.

5. Вытопной тип (КУ < 1) проявляется в степной, особенно в полупустынной и пустынной зонах при близком залегании грунтовых вод (рис. 7.2в).

6. Ирригационный тип. Создается при дополнительном увлажнении.

Рис.7.2. Схема влагооборота водного баланса при различных типах к водного режима: а – водный режим промывного типа; б – водный режим непромывного типа; в – водный режим вытопного типа.