41. Представление о потенциале почвенной влаги. Основная гидрофизическая характеристика почвы.

Вода в почве находится под воздействием нескольких сил: адсорбционных, капиллярных, осмотических, гравитационных, для характеристики суммарного действия которых введено понятие полного, или термодинамического потенциала. Термодинамический потенциал - способность почвенной влаги производить большую или меньшую работу по сравнению с чистой свободной водой. Потенциал почвенной влаги (давление почвенной влаги в Паскалях)- величина отрицательного знака, поскольку необходима работа (положительного знака) по его определению. Существует определенная связь почвенно-гидрологичских констант с давлением почвенной влаги и ее доступностью для растений. Наименьшей влагоемкости почв соответствует давление от 10^4 до 3*10^4, а влажности завядания – 6*10^5 до 2,5 * 10^6 Па. Невыравненность (разность) потенциалов почвенной воды в разных точках является причиной передвижения воды в сторону наиболее низкого потенциала. Основная гидрофизическая характеристика почвы - сосущая сила почвы (всасывающее давление) – способность почвы при соприкосновении с водой поглощать ее. В почве, насыщенной влагой и не содержащей солей, всасывающее давление рано 0, по мере иссушения оно увеличивается. Сосущая сила почвы численно равна термодинамическому потенциалу (давлению почвенной влаги), но выражается положительной величиной. Всасывающее давление сухой почвы приближается к 10^7 см водного столба или 10^9 Па. Всасывающее давление рF – десятичный логарифм, тогда рF сухой почвы приближается к 7, а у почвы насыщенной влагой к 1. Влага недоступна растениям при рF>4,6, устойчивое завядание – 4,2-4,5 , доступна – 2-4, избыток <2

42. Водопроницаемость почвы, коэффициент фильтрации, влагопроводность почвы.

Водопроницаемость - способность почв и грунтов впитывать и пропускать через себя воду, поступающую с поверхности. При поступлении воды в почву выделяют 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 (проведение воды по порам, характеризуется законом Дарси: V = Kф * I). 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 зависит от гранулометрического состава, трещиноватости, структурного состояния, влажности и длительности увлажнения. Измеряется объемом воды, протекающим через единицу площади поверхности почвы в единицу времени. В ненасыщенных водой почвах для количественной характеристики водопроницаемости почв пользуются коэффициентом водопроводимости, или влагопроводности. Влагопроводность почвы - проводимость последней по отношению к воде под влиянием градиентов потенциала почвенной влаги. Коэффициент влагопроводности равен коэффициенту пропорциональности между скоростью потока воды и градиентом сил, вызывающих движение 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. Качинский предложил следующую градацию водопроницаемости почв (мм/час, при напоре 5 см и температуре 10 градусов): 1000-500 - провальная, излишне высокая; 500-100 - наилучшая; 100-70 - хорошая; 70-30 – удовлетворительная; менее 30 – неудовлетворительная. Почвы, обладающие низкой водопроницаемостью, теряют много воды вследствие усиления стока и испарения ее с поверхности в атмосферу. Застой воды приводит к вымоканию и выпреванию озимых, препятствует проникновению воздуха в почву, тем самым ослабляет жизнедеятельность полезных микроорганизмов и замедляет накопление для растений питательных веществ, особенно нитратов. Как известно, песчаные и супесчаные почвы пропускают значительно больше воды, чем суглинистые и глинистые. Это объясняется тем, что почвы тяжелого механического, состава содержат больше коллоидов и способны к набуханию. Почвы с повышенной капиллярностью обладают пониженной водопроницаемостью. При нарушении капиллярности водопроницаемость почв увеличивается. Повышенной водопроницаемостью отличаются структурные почвы.

43. Передвижение влаги в почве. Каждый из нас наблюдал, как вода впитывается в почву. Казалось бы, все просто: осадки выпадают на поверхность, и вода заполняет имеющиеся в почве пустоты. Но в верхнем слое почва способна удержать своими капиллярными силами лишь некоторую часть влаги. Это количество воды называют наименьшей влагоемкостью. Все, что свыше, под действием гравитационных сил стекает в нижележащий слой. Когда и он наполнится свыше влагоемкости, избыток воды перетечет в следующий слой. И так до тех пор, пока вода не впитается в достаточно сухой слой почвы, влажность которого окажется ниже его наименьшей влагоемкости, или избыток воды поступит в грунтовые воды, находящиеся в нижней части почвенного профиля. Получается, что каждый почвенный слой подобен некоторой емкости, которая заполняется водой, а количество влаги, превышающее эту емкость, перетекает в нижнюю. 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: гравитационную; капиллярную; сорбированную; парообразную; грунто­вую; твердую;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.