Формы воды в почве.

Вода в почвах неоднородна. Разные ее порции имеют разные физические свойства (термодинамический потенциал, теплоемкость, плотность, вязкость, удельный объем, химический состав, подвижность молекул, осмотическое давление и т. д.). обусловленные характером взаимного расположения и взаимодействия молекул воды между собой и с другими фазами почвы — твердой, газовой, жидкой. Порции почвенной воды, обладающие одинаковыми свойствами, получили название категорий или форм почвенной воды.

Категории почвенной влаги различаются между собой прочностью связи с твердой фазой почвы и степенью подвижности.

Родэ выделил 5 форм почвенной воды:

1. Твердая вода — лед

2)Химически связанная вода

2.1 конституционную и

2.2кристаллизационную.

3) Парообразная вода

4) Физически связанная, или сорбированная вода

4.1 прочносвязанную и

4.2 рыхлосвязанную.

5)Свободная вода

. 5.1капиллярной

5.1.1капиллярно-подвешенную (5.1.1.1Стыковая капиллярно-подвешенная),

5.1.2 капиллярно-подпертую,

5.1.3.капиллярно-посаженную.

5.2 гравитационная

5.2.1 просачивающ. гравитационная

5.2.2Вода водоносных горизонтов

1) Твердая вода — лед. почвенная вода — всегда раствор, температура замерзания воды в почве ниже 0°С.

2)Химически связанная вода (включает а)конституционную и б)кристаллизационную).

а) группаОН химических соединений (гидроксиды Fe, Al, Mn; орг. и органоминеральные соединения; глинистые минералы).

б) целые водными молекулы кристаллогидратов, преим-но солей (полугидрат— CaSО₄•¹/₂ H₂O, гипс — CaSО₄•2H₂О, мирабилит — Na₂SО₄•10H₂O). Отличаются исключительно высокой прочностью связей и полной подвижностью.

а+б наз-ся кристалло-гидратной водой.

Эта вода входит в состав твердой фазы почвы и не является самостоятельным физическим телом, не передвигается и не обладает свойствами растворителя.

3) Парообразная вода. содержится в почвенном воздухе порового пространства в форме водяного пара и передвигается в форме водяного пара в поровом пр-ве. Понижение температуры почвы приводит к насыщению почв. воздуха и конденсации пара, парообразная вода переходит в жидкую; при повышении температуры -обратный процесс. Парообразная вода в почве передвигается в ее поровом пространстве от участков с высокой упругостью водяного пара к участкам с более низкой упругостью (активное движение), а также вместе с током воздуха (пассивное движение).

4) Физически связанная, или сорбированная, вода. -вода, сорбированная на поверхности почвенных частиц, обладающих определенной поверхностной энергией за счет сил притяжения, имеющих различную природу. При соприкосновении почвенных частиц с молекулами воды последние притягиваются этими частицами, образуя вокруг них пленку. Удержание молекул воды происходит в данном случае силами сорбции. Мол. воды-собой диполи, т. е. частицы с двумя полюсами, несущими заряды противоположного знака, они обладают способностью притягиваться не только поверхностью почвенных частиц, но и вступать в связь друг с другом, притягиваясь полюсами противоположного знака. Все молекулы сорбированной воды находятся, таким образом, в строго ориентированном положении.

В зависимости от прочности удержания воды сорбционными силами физически связанную воду подразделяют на а)прочносвязанную и б)рыхлосвязанную.

а)Прочносвязанная вода-вода, поглощенная почвой из парообразного состояния. Свойство почвы сорбировать парообразную воду называют гигроскопичностью почв, а поглощенную таким образом воду — гигроскопической (Г). Прочносвязанная вода — это вода гигроскопическая. Она удерживается у поверхности почвенных частиц очень высоким давлением — порядка (1÷2)•10⁹ Па, образуя вокруг почвенных частиц тончайшие пленки. Высокая прочность удержания обусловливает полную неподвижность гигроскопической воды.

Она не замерзает, не растворяет электролиты, отличается повышенной вязкостью и не доступна растениям.

Количество водяного пара, сорбируемого почвой, находится в тесной зависимости от относительной влажности воздуха, с которым соприкасается почва . Чем она больше, тем большее количество воды сорбируется почвой. При низкой относительной влажности воздуха (порядка 20—40%) имеет место сорбция воды непосредственно почвенными частицами с образованием моно — бимолекулярного слоя. Дальнейшее увеличение относительной влажности воздуха обусловливает возрастание толщины водной пленки.

Предельное количество воды, которое может быть поглощено почвой из парообразного состояния при относительной влажности воздуха, близкой к 100% (94—98%), называют максимальной гигроскопической водой (МГ). При влажности почвы МГ толщина пленки из мол. воды- 3—4 слоя. Чем выше в почве содержание илистой и особенно коллоидной фракции, тем выше будет гигроскопичность почв и МГ. Гумус также увеличивает гигроскопичность почвы.

Почва не может поглощать парообразную воду сверх МГ, но жидкую воду может сорбировать и в большем количестве.

б)Рыхлосвязанная (пленочная) вода.- вода, удерживаемая в почве сорбционными силами сверх МГ.

Сила, с которой она удерживается в почве, измеряется значительно меньшим давлением. Представлена пленкой, образовавшейся вокруг почвенной частицы, но пленкой полимолекулярной. Толщина ее может достигать нескольких десятков и даже сотен диаметров молекул воды. Рыхлосвязанная вода очень неоднородна, ибо различная прочность связи молекул различных слоев. В отл. от прочносвязанной передвижение этой воды возможно, при наличии некоторого градиента влажности и происходит оно очень медленно, со скоростью несколько десятков см в год. Ее сожержани е в почве определ-ся те ми же св-ми.

5)Свободная вода. Вода, которая содержится в почве сверх рыхлосвязанной, находится уже вне области действия сил притяжения со стороны почвенных частиц (сорбционных) и является свободной. Отличительным признаком этой категории воды является отсутствие ориентировки молекул воды около почвенных частиц. Т.е. Свободная влага не связана силами притяжения с почвенными частицами.

В почвах свободная вода присутствует в 5.1)капиллярной и 5.2) гравитационной формах.

5.1 Капилярная воды-Она удерживается в почве в порах малого диаметра — капиллярах, под действием капиллярных или менисковых сил. Тк поверхностные молекулы жидкости (отличающиеся от воды не поверхностной, а внутри жидкости) находятся под действием сил, стремящихся втянуть их внутрь жидкости. Образуется на поверхности жидкости как бы пленка, которая обладает поверхностным натяжением, или поверхностным давлением (давлением Лапласа), = разницу между атмосферным давлением и давлением жидкости. Значение поверхностного натяжения зависит от формы поверхности жидкости и радиуса капилляра.

Поверхностное давление жидкости зависит от радиуса искривленной поверхности жидкости. Чем он меньше, т. е. чем уже почвенные капилляры, тем давление больше. В капиллярах с вогнутым мениском как бы возникает вакуум, который и поднимает за пленкой столбик воды в капилляре. При соприкосновении воды с почвенными частицами в порах-капиллярах образуются мениски тем большей кривизны, чем меньше диаметр пор.

Капиллярная вода- жидкая, высокоподвижная, обеспечивает восполнение запасов воды в поверхностном горизонте почвы при интенсивном потреблении ее растениями или при испарении, свободно растворяет вещества и перемещает растворимые соли, коллоиды, тонкие суспензии.

Капиллярная вода подразделяется на