5.1.1Капиллярно-подвешенную,

5.1.2 Капиллярно-подпертую,

5.1.3.Капиллярно-посаженную.

5.1.1 Капиллярно-подвешенная вода заполняет капиллярные поры при увлажнении почв сверху (после дождя или полива). Под промоченным слоем всегда имеется сухой слой, 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.

В распределении капиллярно-подвешенной воды по профилю почв всегда наблюдается постепенное уменьшение влажности с глубиной. В суглинистых почвах количество капиллярно-подвешенной воды и глубина промачивания почвы за счет этой формы воды мб значительны.В песчаных почвах эти показатели ниже. Эта вода доступна для растений.

Подвешенная влага присутствует в четырех видах: стыковая капиллярно-подвешенная, внутриагрегатная капиллярно-подвешенная, насыщающая капиллярно-подвешенная, сорбционно замкнутая.

Стыковая капиллярно-подвешенная- разновидность кап. воды главным образом в песчаных почвах. Преобладают поры, размер которых превышает размер капилляров. Вода присутствует в почвах в виде разобщенных скоплений в местах соприкосновения — стыка — твердых частиц в форме двояковогнутых линз («манжеты»), удерживаемых капиллярными силами.

Схема распределения капиллярно-подпертой (А) и

капиллярно-подвешенной (Б) воды в почве

5.1.2 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, подпираемая водами этого горизонта. 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.

5.1.3. Капиллярно-посаженная вода (подперто-подвешенная) образуется в слоистой почвенно-грунтовой толще, в мелкозернистом слое при подстилании его слоем более крупнозернистым, над границей смены этих слоев. В слоистой толще из-за изменения размеров капилляров на поверхности раздела тонко- и грубодисперсных горизонтов возникают дополнительные нижние мениски, что способствует удержанию некоторого количества капиллярной воды, которая как бы «посажена» на эти мениски.

На контакте слоев различного гранулометрического состава наблюдается повышение влажности, в то время как в однородных почвогрунтах влажность равномерно убывает либо вниз по профилю (при капиллярно-подвешенной воде), либо вверх по профилю (при капиллярно-подпертой воде).

5.2 Гравитационная вода- передвижение воды под действием силы тяжести, т. е. она находится вне влияния сорбционных и капиллярных сил почвы. Характерны жидкое состояние, высокая растворяющая способность и возможность переносить в растворенном состоянии соли, коллоидные растворы, тонкие суспензии. Делится на на просачивающуюся гравитационную и воду водоносных горизонтов (подпертая гравитационная вода).

5.2.1 просачивающ. гравитационная передвигается по порам и трещинам почвы сверху вниз. Появление ее связано с накоплением в почве воды, превышающей удерживающую силу менисков в капиллярах.

5.2.2Вода водоносных горизонтов — это грунтовые, почвенно-грунтовые и почвенные воды (почвенная верховодка), насыщающие почвенно-грунтовую толщу до состояния, когда все поры и промежутки в почве заполнены водой (за исключением пор с защемленным воздухом). Эти воды могут быть либо застойными, либо, при наличии разности гидравлических напоров, стекающими в направлении уклона водоупорного горизонта. Удерживаются они в почве и грунте вследствие малой водопроницаемости подстилающих грунтов.

Присутствие значительных количеств свободной гравитационной воды в почве — явление неблагоприятное, свидетельствующее о временном или постоянном избыточном увлажнении, что способствует созданию в почвах анаэробной обстановки и развитию глеевого процесса. Осушительные мелиорации направлены, как правило, на уменьшение запасов свободной гравитационной воды в почвах.

Почвенно-гидрологическая константа – характерная влажность почвы, определяемая по ее состоянию или по состоянию контактирующих с почвой объектов и используемая в практических почвенно-физических, гидрологических, мелиоративных расчетах. Она может быть равна или отличаться по значению от влагоемкости.

Наиболее важными водными свойствами - водоудерживающая способность почвы, ее влагоемкость, водоподъемная способность, потенциал почвенной влаги, водопроницаемость.

Водоудерживающая способность — способность почвы удерживать содержащуюся в ней воду от стекания под влиянием силы тяжести. Количественной характеристикой водоудерживающей способности почвы является ее влагоемкость.

Влагоемкость почвы — способность поглощать и удерживать определенное количество воды. В зависимости от сил, удерживающих воду в почве, и условий ее удержания выделяют следующие виды влагоемкости, которые соответствуют определенным формам воды: максимальную адсорбционную, максимальную молекулярную, капиллярную, наименьшую или полевую и полную. Влагоемкость –максимальное количество воды, удерживаемое в почве силами определенной природы. Влагоемкость – влажность, соответствующая максимальному количеству той или иной формы воды в почве. Эти энергетические константы указывают на состояние (подвижность, доступность, степень связи с твердой фазой) влаги в почве.

Максимальная адсорбционная влагоемкость (МАВ) — наибольшее количество воды, которое может быть удержано сорб-ционными силами на поверхности почвенных частиц. Соответствует прочносвязанной (адсорбированной) воде, содержащейся в почве.

Максимальная молекулярная влагоемкость (ММВ) — характеризует верхний предел содержания в почвах рыхлосвязанной (пленочной) воды, т. е. воды, удерживаемой силами молекулярного притяжения на поверхности почвенных частиц. ММВ определяется в основном гранулометрическим составом почв. В глинистых почвах она может достигать 25—30%, в песчаных — не превышает 5—7%. Увеличение запасов воды в почве сверх максимальной молекулярной влагоемкости сопровождается появлением подвижной капиллярной или даже гравитационной воды.

Максимальная молекулярная влагоемкость является важной почвенно-гидрологической характеристикой. Сопоставление фактической влажности почвы с максимальной молекулярной влаго-емкостью дает возможность установить присутствие в почве запаса доступной для растений воды (в случае превышения фактической влажности над ММВ) или отсутствие таковой (при примерном совпадении этих величин), поскольку при влажности, соответствующей ММВ, запасы доступной растениям воды в почве настолько малы, что они не могут удовлетворить потребность растений в ней.

Капиллярная влагоемкость (KB) — наибольшее количество капиллярно-подпертой воды, которое может удерживаться в слое почвы, находящемся в пределах капиллярной каймы. Определяется она в основном скважностью почв и грунтов. Кроме того, она зависит и от того, на каком расстоянии слой насыщенно

влаги находится от зеркала грунтовых вод. Чем больше это расстояние, тем меньше КВ. При близком залегании грунтовых вод (1,5—2,0 м), когда капиллярная кайма смачивает толщу до поверхности, капиллярная влагоемкость наибольшая (для 1,5 м слоя среднесуглинистых почв 30—40%). KB не постоянна, так как находится в зависимости от уровня грунтовых вод.

Наименьшая влагоемкость (НВ) — наибольшее количество капиллярно-подвешенной влаги, которое может удержать почва после стекания избытка влаги при глубоком залегании грунтовых вод. Термину наименьшая влагоемкость соответствуют термины полевая влагоемкость (ПВ), общая влагоемкость (ОВ) и предельная полевая влагоемкость (ППВ). Последний термин особенно широко используется в агрономической практике и в мелиорации; термин полевая влагоемкость широко распространен в иностранной литературе, особенно американской.

Наименьшая влагоемкость зависит главным образом от гранулометрического состава почв, от их оструктуренности и плотности (сложения). В почвах тяжелых по гранулометрическому составу, хорошо оструктуренных НВ почвы составляет 30—35, в почвах песчаных она не превышает 10—15%.

Наименьшая влагоемкость почв является очень важной гидрологической характеристикой почвы. С ней связано понятие о дефиците влаги в почве, по НВ рассчитываются поливные нормы.

Дефицит влаги в почве представляет собой величину, равную разности между наименьшей влагоемкостью и фактической влажностью почвы.

Оптимальной влажностью считается влажность почвы, составляющая 70—100% наименьшей влагоемкости.

Полная влагоемкость (ПВ) — наибольшее количество влаги, которое может содержаться в почве при условии заполнения ею всех пор, за исключением пор с защемленным воздухом, которые составляют, как правило, не более 5—8% от общей порозности. Следовательно, ПВ почвы численно соответствует порозности (скважности) почвы.

При влажности, равной ПВ, в почве содержатся максимально возможные количества всех видов воды: связанной (прочно и рыхло) и свободной (капиллярной и гравитационной). Можно сказать, что ПВ характеризует водовместимость почв. Поэтому эту величину называют также полной водовместимостью. Зависит она, как и наименьшая влагоемкость, не только от гранулометрического состава, но и от структурности и порозности почв. Полная влагоемкость колеблется в пределах 40—50%, в отдельных случаях она может возрасти до 80 или опуститься до 30%. Состояние полного насыщения водой характерно для горизонтов грунтовых вод.

ПОЧВЕННО-ГИДРОЛОГИЧЕСКИЕ КОНСТАНТЫ-

Граничные значения влажности, при которых количественные изменения в подвижности воды переходят в качественные отличия, называют почвенно-гидрологически-ми константами.

Основными почвенно-гидрологическими константы:

• максимальная гигроскопич.влажность(МГ),

• влажность завядания (ВЗ),

• влажность разрыва капилляров (ВРК),

• наименьшая влагоемкость (НВ),

• полная влагоемкость (ПВ)

• гигросокоп. влажность

Почвенно-гидрологические константы широко используются в агрономической и мелиоративной практике, характеризуя запасы воды в почве и обеспеченность растений влагой

Гигроскопическая влажность (ГВ) – влажность почвы, соответствующая относительному давлению паров воды в лабораторных условиях. Соответствует влажности воздушно-сухой почвы.

Максимальная гигроскопическая влажность (МГ, W_мг) – влажность почвы при нахождении ее в атмосфере с относительной влажностью 98%. Это максимальное количество, которое почва способна сорбировать из близкого к насыщенному парами воды воздуха. Вода, находящаяся в почве в состоянии максимальной гигроскопичности, не доступна растениям Это «мертвый запас влаги».

Влажность устойчивого завядания, или влажность завяданич (ВЗ), — влажность, при которой растения проявляют признаки устойчивого завядания, т е такого завядания, когда его признаки не исчезают даже после помещения растения в благоприятные условия. ратсния не могут брать воду из почвы и, теряя тургор, необратимо. Численно ВЗ= примерно 1,5 МГ .ВЗ-нижний предел доступной для растений влаги.

В глинистых почвах она всегда выше, чем в песчаных. Возрастает она и в засоленных и содержащих большое количество органических веществ, особенно неразложившихся, растительных остатков (торфянистые горизонты почв). в глинах ВЗ составляет 20—30%, в суглинках— 10—12, в песках— 1—3, у торфов — до 60—80%.

Влажность разрыва капилляров (ВРК) влажность почвы, при которой подвижность капиллярно влаги резко снижается.

ВРК называют также критической влажностью, так как при влажности ниже ВРК рост растений замедляется и их продуктивность снижается. ВРК зав-т от грансостава и стр-ры (она дб агрономически ценной). Находится в интервале влажностей между НВ и ВЗ растений.

Наименьшая влагоемкость (НВ, W_нв) (син: общая влагоемкость, полевая влагоемкость, предельная полевая влагоемкость ) – наибольшее количество влаги, которая почва способна удерживать капиллярными сила после свободного стекания гравитационной влаги. Очень важная характеристика, указывающая на водоудерживающую способность почвы. Величина эта имеет огромное практическое значение, по ней производят полив растений, ориентируют нормы осушения и пр. (НВ) – это установившая после стекания избытка воды влажность предварительно насыщенной почвы; достигается, как правило, через 2-3 дня после интенсивного дождя или полива хорошо дренируемой гомогенной автоморфной почвы.

Капиллярная влагоемкость (КВ) ?????– количество влаги в почве, удерживаемое капиллярными силами в зоне капиллярной каймы грунтовых вод («капиллярно-подпертая влага»)

Полная влагоемкость (водовместимость, ПВ) – наибольшее количество воды, содержащееся в почве при полном заполнении всех пор и пустот, за исключением занятых «защемленным» и адсорбированным воздухом

Формы воды в почве и соответствующие энергетические константы

Форма воды в почве	Максимальное содержание (влагоемкость) данной формы воды – энергетическая константа	Теоретическое определение константы (по Лебедеву, 1936, Роде, 1965, Воронину, 1986 и др.)
Адсорбированная влага	Максимальная адсорбционная влагоемкость (МАВ)	МАВ – наибольшее количество воды, которое может быть прочно связано почвой
Пленочная влага	Максимальная молекулярная влагоемкость (ММВ)	ММВ – максимальное количество воды, удерживаемое в почве молекулярными силами
Пленочно-капиллярная	Максимальная капиллярно-сорбционная влагоемкость (МКСВ)	МКСВ – влажность почвы, при которой происходит смена капиллярно-сорбционного механизма удерживания влаги на капиллярный
Капиллярная	Капиллярная влагоемкость (КВ)	КВ – максимальное количество влаги, удерживаемое в почве менисковыми силами (капиллярно-подпертой влаги)
Гравитационная	Полная влагоемкость (ПВ)	ПВ – влажность, соответствующая насыщению порового пространства водой

Формы воды, энергетические и почвенно-гидрологические константы для всей области влажностей в почве

Абс.сух. почва	Гигр. МГ	ВЗ	НВ	ВРК	Водовместимость
> уменьшение степени связи воды с твердой фазой почвы >
Абс-сух	МАВ	ММВ	МКСВ	КВ	ПВ
форма связи	прочносвязанная	рыхлосвяз.	слабосвязан.	несвязанная
Подвижность	неподвижная	слабоподв.	подвижная	подвижная	свободная
Состояние	адсорбирован.	Пленочная	пленочно- капиллярная	капиллярная	гравитацион.
Механизм удерживания (физическая природа сил)	молекулярные (Ван-дер-Ваальса) химические электростатичес-кие	поверхностн., молекулярн.	капиллярно- сорбционные	капиллярные	гравитацион.
Природные объекты	тонкие поверхностные слои почвы полного физического иссушения	слои почвы от слабого до полного биологического иссушения	слой почвы после длительного (>2-х сут.) свободного стекания	капилл. кайма над грунтовы-ми водами горизонт с подперто-подвешен-ной влагой (при смене слоев по гранулом. составу)	грунтовые воды почвенныеверховодки надмерзлотные верховодки

Вода в почве представлена различными формами, отличаю­щимися по степени связи ее с твердой фазой почвы. Выделя­ют адсорбированную, пленочную, пленочно-капиллярную, ка­пиллярную и свободную. Граничные состояния между формами воды характеризуются энергетическими константа­ми или влагоемкостями, т.е. влажностями при максимальном количестве соответствующей формы воды:

максимальной адсорбционной влагоемкостью (МАВ),

максимально молекулярной влагоемкостью (ММВ),

максимальной капиллярно-сорбционной влагоемкостью (МКСВ),

капиллярной влагоемкостью и

полной влагоемкостью.

Область капиллярной влаги - наиболее важный диапазон при оценке состояния и передвижения влаги. Для почвенных ка­пилляров используют уравнение Жюрена, связывающее высоту капиллярного поднятия к с радиусом капилляра r. h ~ 0.15/r.

В почвенной гидрологии выделяют семь почвенно-гидрологических констант- общеупотребительных характеристичес­ких значений влажности, используемых в практических рас­четах и указывающих на доступность, подвижность влаги. Это гигроскопическая влажность (ГВ), максимальная гигроскопи­ческая (МГ), влажность завядания растений (ВЗ), влажность разрыва капилляров (ВРК), наименьшая (НВ) или предельно полевая (синоним НВ: ППВ) влагоемкость и водовмести-мость. Величины ММВ соответствуют ВРК, МКСВ - НВ, а полная влагоемкость и водовместимость - идентичные понятия.

Использование почвенно-гидрологических констант позволяет выделить следующие диапазоны почвенной влаги, которые могут быть представлены в виде запасов влаги (в мм, см или м водного слоя) или просто в процентах:

• (НВ-ВЗ) – диапазон доступной (продуктивной) влаги;

• (ПВ-НВ) – диапазон подвижной (гравитационной) влаги;

• (НВ-ВРК) или (НВ-70%НВ) – диапазон легкодоступной влаги

; водоотдачу почвы, равную разности ПВ - НВ, а в случае колебания уровня грунтовых вод в профиле почвы: ПВ - динамическая влагоемкость. Основным, стандартным методом определения влажности почвы является термостатно-весовой.

Вода в почве под действием сил, возникающих на поверхнос­ти раздела воздух-почвенный раствор-твердая фаза с сор­бированными ионами, снижает свою свободную энергию по сравнению со свободной чистой водой. Это понижение энер­гии принято определять количественно в виде потенциала или давления почвенной влаги: полного давления (потенциала) влаги в почве. Полное давление влаги в почве - это уменьшение давления, измеренное относительно свободной чистой воды (уровень которой принят за 0), причиной которого является сумма давлений капиллярно-сорбционного (капиллярного или лапласова и расклинивающего в тонких пленках), осмотичес­кого (за счет растворимых веществ), гравитационного (рав­ного высоте столба жидкости от нулевого уровня, уровня моря, а в большинстве случаев - поверхности почвы) и внешних давлений (атмосферного и вышележащих слоев).

ПОНЯТИЕ О ТД ПОТЕНЦИАЛЕ ПОЧВЕННОЙ ВЛАГИ.

Поскольку вода в почве находится под одновременным сложным воздействием 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 (ψ_t) — это количество работы, Дж•кг^-1, которую необходимо затратить, чтобы перенести единицу свободной чистой воды обратимо и изотермически из стандартного состояния S₀ в то состояние S_n, в котором она находится в рассматриваемой точке почвы.

Т.Е. эта величина выражает способность воды в почве производить большую или меньшую работу по сравнению с чистой свободной водой. За стандартное состояние S₀ 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 Т₀, высоте h₀ и давлении P₀. 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 [Па=кг/с²•м].

Полный, или термодинамический, потенциал почвенной воды равен сумме частных потенциалов, связанных с разными силовыми полями:

ψ_t =φ_а +φ_k+φ_o+φ_g=φ_p+φ_o+φ_g=g 0S^z dz+ V_H2O [ 0S^pdP+ 0S^πdP] , где φ_а — адсорбционный потенциал; φ_k —капиллярный потенциал; φ_o — осмотический потенциал; φ_g — гравитационный потенциал; φ_p—потенциал тензометрического давления; z—вертикальное расстояние; g — сила гравитации на единицу массы воды; V_H2O— парциальный удельный объем воды в почвенном растворе; Р — давление воды; π — осмотическое давление.

Адсорбционный потенциал почвенной воды (φ_а), или адсорбционное давление (расклинивающее давление,)возникает при взаимодействия молекул воды с поверхностью твердой фазы почвы, в результате которого вода сорбируется твердыми почвенными частицами в виде тонкой пленки.

Капиллярный потенциал почвенной воды (φ_k). или ее капиллярное давление, возникает на поверхности раздела между твердой, жидкой и газовой фазами почвы в тонких капиллярах;

Осмотический потенциал почвенной воды (φ₀), или ее осмотическое давление, возникающий вследствие наличия в воде растворенных веществ,

Гравитационный потенциал почвенной воды (φ_g), или гравитационное давление, возникающий в почве под влиянием сил земного тяготения,

С целью преодоления экспериментальных трудностей введено понятие о потенциале тензиометрического давления (φ_р), который можно непосредственно измерять с помощью тензиометров или иным методом (криоскопическим, психрометрическим, гигроскопическим) .

Потенциал тензиометрического давления (φ_р), или потенциал давления почвенной воды, возникающий в результате совместного действия силовых полей в почве на заключенную в ней воду, не считая гравитационное и осмотическое поля

ТП включает в себя два потенциала: пневматический и капиллярно-сорбционный

(φ_р = φ^a_р + φ^m_р).

Пневматический потенциал почвенной воды (φ^a_р) — это приращение потенциала давления (φ_р) в результате избытка давления (ΔР_а) в газовой фазе относительно стандартного газового давления Р₀

Капиллярно-сорбционный потенциал почвенной воды (φ^m_р), или матричный потенциал (связанный с геометрией почвенной матрицы),—потенциал давления (φ_р) в почвенном образце при данной влажности W и данном механическом давлении ограничивающей его поверхности (Р_е) при стандартном газовом давлении Р₀, т. е. при ΔР_а = 0. Для набухающих почв капиллярно-сорбционный потенциал включает в себя потенциал давления ограничивающей поверхности (φ^e_р) — приращение потенциала давления (φ_р) в результате механического давления поверхности на почвенный образец — и потенциал влажности (φ_р) — потенциал давления (φ_р) в почвенном образце с данной влажностью W при Р_е = 0 и Р₀ = 0.

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 водо-удерживания. Кривая водоудерживания φ = f(W) считается основной гидрофизической характеристикой почвы (рис. 25). Часто эту кривую берут в форме h = f(Θ) или pF = f(Θ), где h — сосущая сила почвы .рF — десятичный логарифм h; Θ — объемная влажность почвы.

Чем меньше воды в почве, тем сильнее она удерживается твердой фазой, тем ниже ее потенциал (больше абсолютное значение отрицательного давления воды).

Относительный вклад частных термодинамических потенциалов почвенной воды в ее полный потенциал существенно меняется с изменением влажности почвы: чем суше почва, тем больше роль адсорбционных и осмотических сил; чем она влажнее, тем больше относительная роль капиллярных и затем гравитационных явлений и тем меньше значение давления, показанного тензиометром.

вода перемещается в сторону наиболее низкого потенциала, в общем случае из более влажных участков в более сухие.

ОГХ

Основная гидрофизическая характеристика (ОГХ) - изотермическая равновесная зависимость капиллярно-сорбционного (матричного) давления почвенной влаги от влажности почвы.

На кривой ОГХ выделяют соответствующие качественные области: насыщения (примерно соответствует рр 0 - 1.7), капиллярную (рF 1.7 - 3), пленочную (рF 3 - 4.5) и сорбционную (рF >4.5) с недоступной для растений влагой (рр>4.18).

ОГХ зав-т от фундамен. св-в почв:

• гранулометрического состава;

• плотности почвы;

• минералогического состава;

• при осолонцевании;

• содержания легкорастворимых солей;

• содержания и состава органического вещества;

• изменения температуры

Использование ОГХ

1) сравнительной оценки изменения физического состояния почв.(от гран сост, минер. сост, р, агрег. состава и тп).

2) оценки распределения объемов пор по их диаметрам.(

(которая основана на капиллярной модели почвенных пор и на уравнении Жюрена)

3) оценки почвенно-гидрологических констант.( которые связаны опреде­ленными уравнениями с соответствующими давлениями влаги.)

4) математического моделирования передвижения влаги в почве.

5) оценки физико-механических констант в почве (метод «секущих А.Д.Воронина).

Форма влаги	Всасывающее давление pF	Значение для растений
Свободная (гравитационная	-	доступна
Капиллярная	< 3	доступна
Пленочная (рыхлосвязанная)	3—4	Доступность понижена
Прочносвязанная	4,1—4,2	Устойчивое завядание
Гигроскопическая	4,6—7,0	недоступна
Сухая почва	7	недоступна

pF: максимальная гигроскопическая вода —4,5; влажность завядания — 4,2; наименьшая влагоемкость для почв: тяжелого механического состава — 2,7—3,0; среднесуглини-стых — 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.

Величины давления влаги, откладываемые по оси ординат, представляют обычно в виде единиц pF – десятичного логарифма абсолютной величины капиллярно-сорбционного давления влаги, выраженного в см водного столба.

Вид и форма ОГХ специфичны для каждого почвенного образца и характеризуют структуру порового пространства (плотность и дифференциальную порозность почв), гранулометрический и минералогический составы.

Определение Рк-с- танзиометором. зарегистрируем на стрелке вакуумметра – тензиометрическое давление влаги в почве. Капиллярно-сорбционное давление влаги в почве – из показания вакуумметра вычитаем высоту тензиометр. . Соответственно, .

ПОЧВЕННЫЙ РАСТВОР и факторы определяющие его состав.

Почвенный раствор - жидкая фаза почв, включающую почвенную воду, содержащую растворенные соли органоминеральные и органические соединения, газы и тончайшие коллоидные золи.

Наиболее существенным источником почвенных растворов являются атмосферные осадки. Грунтовые воды также могут участвовать в их формировании. При орошении дополнительным резервом влаги для почвенных растворов становятся поливные воды.

Атмосферные осадки, поверхностные воды, росы, грунтовые воды, попадая в почву и переходя в категорию жидкой ее фазы, изменяют свой состав при взаимодействии с твердой и газообразной фазами почвы, с корневыми системами растений и живыми организмами, населяющими почву.

Химический состав почвенных растворов-регулируется как абиотическими, так и биотическими факторами и компонентами почвы и экосистемы в целом. Состав почвенных растворов зависит от количества и качества атмосферных осадков, от состава твердой фазы почвы, от количества и качественного состава живого и мертвого растительного материала в надземных и подземных ярусах биогеоценоза, от жизнедеятельности мезофауны и микроорганизмов. Состав почвенных растворов постоянно находится под влиянием жизнедеятельности высших растений — изъятие из него корнями определенных ионов и соединений и, наоборот, поступление веществ с корневыми выделениями.

Минеральные, органические и органоминеральные вещества, входящие в состав жидкой фазы почв, могут иметь форму истинно растворенных или коллоидно-растворимых соединений. Коллоидно-растворимые вещества представлены золями кремнекислоты и полутораоксидов железа и алюминия, органическими и органо-минеральными соединениями.

Катионы почв. р-ра:

Са²⁺, Mg²⁺, Na⁺, К⁺, NH⁺₄, Н⁺, Al³⁺, Fe³⁺, Fe²⁺. Среди анионов преобладают HCO^–₃, CO^2–₃, NO^–₃, NO^–₂, Cl^–, SO^2–₄, Н₂РО^–₄, HPO^2–_4.

Железо, алюминий и многие микроэлементы (Сu, Ni, V, Сr и др.) в почвенных растворах содержатся главным образом в виде комплексных органоминеральных соединений, где органическая часть комплексов представлена гумусовыми и низкомолекулярными органическими кислотами, полифенолами и другими органическими веществами.

Реакция почвенного раствора определяется активностью свободных водородных (Н⁺) и гидроксильных ионов (ОН^-) и измеряется рН.

Нейтральная и слабощелочная реакция почвенного раствора характерна для сероземов, черноземов, почв прерий, луговых почв, коричневых почв, хлоридно-сульфатных солончаков. Щелочная реакция почвенного раствора характерна для почв, содержащих карбонаты щелочей и

щелочных земель или повышенное количество обменного натрия и калия в поглощающем комплексе (южные черноземы, каштановые почвы, почвы саванн, содовые солончаки, солонцы, такыры). Почвы влажных лесных областей севера или влажных тропических и субтропических областей (подзолистые и серые лесные почвы, красноземы, желтоземы, болотные торфяники) имеют кислую реакцию почвенного раствора.

Соли сильных оснований и сильных кислот NaN03, NaCl, MgCl2, KCl, СаS04, CaS04, Na2S04, MgS04 поддерживают в почвенных растворах нейтральную реакцию.

Соли сильных кислот и слабых оснований в результате гидролиза сообщают раствору кислую реакцию. Такие соли могут изредка встречаться в почвах и почвенно-грунтовых водах. Таковы квасцы [KAl(S04)2l2H20], хлористый алюминий (А1С13), сернокислое железо (FeS04). Квасцы, например, накапливаются в болотных и маршевых почвах морских побережий и дельт тропиков.

Соли сильных оснований и слабых кислот вызывают щелочную реакцию среды. При гидролизе их рН раствора мб 9—10.Это карбонаты кальция и магния (CaC03, MgC03), способные даже при доступе атмосферной углекислоты подщелачивать почвенный раствор до рН 8,4—

9; карбонаты и бикарбонаты щелочей (Na2СОз, К2СО3, NaHC03), способные придать почвенному раствору рН порядка 9—11—12; силикаты кальция и натрия (CaSi03, Na2Si03), гуматы кальция, натрия, калия.

Зависимость состава ра-в от внешних условий

Состав р-в зав-т и от суточной и сезонной динамики.

Динамика солей в почвенных растворах засоленных почв - В весенний период по мере повышения температуры воздуха и почвы начинается постепенное испарение почвенной влаги, повышается концентрация всех растворенных в почве солей (MgCl₂, Na₂SO₄, MgSO₄ гидрокарбонатов и сульфатов кальция). Этот процесс достигает своего максимального выражения с наступлением летней жары и сильного иссушения почв. Эта фаза сезонного цикла солевого режима-фазой соленакопления

Во влажные сезоны наоборот, идет разбавление р-в. Увеличение влажности сверх водоудерж. способности ведет к передвижению разбав-х р-в в нижние гор-ты. Фаза опресневения профиля. .

Нагрев р-в летом снижает рас-ть газов, что усиливает осаждение СаС03. Снижение t ведет к расв-ти газов (С02), возрастает рас-ть СаНС03 в рас-ре.

А в тундровых мерзлотных почвах наоборот, наиболее существенное возрастание концентрации почвенных растворов наблюдается в верхних горизонтах почв в конце зимы за счет криогенного подтягивания растворов из нижних горизонтов почвы к более холодному фронту. Таяние снега и летние дожди вызывают некоторое промывание почвы и разбавление растворов.

В степях и широколиственных лесах решающее влияние на состав почвенных растворов теплого периода года оказывает биологический фактор (процессов прироста фитомассы и разложения опада). Физико-химические процессы испарительного концентрирования или разбавления играют в это время второстепенную роль.

Содержание влаги в почвах, а следовательно, и количество почвенного раствора могут колебаться в очень широких пределах, от десятков процентов (вода занимает практически всю порозность почвы) до единиц или долей процентов, когда в почве находится лишь адсорбированная вода. Физически прочносвязанная вода (гигроскопичcекая и отчасти максимальная гигроскопическая) представляет собой так называемый нерастворяющий объем почвенной воды, поэтому она не входит в состав почвенного раствора как такового.

Деятельность организмов:

Растения влияют на реакцию двояко и не сильно. При минер. питании выделяют эквивалентное кол-во ионов Н, ОН, НС03, С03, может идти сдвиг реакции, например при потреблении N03 из селитры, вызывает подщелачивание р-ра, а потребление К из КСl-подкисляет если потребление эл-в не пропорциональное. Корни выделяют слабые органич к-ты 9щавеливая, яблочная, муравьиная). Минерализация растит. остаков дает поступление в р-р как кислых, так и щелочных соединений.

Микроорганизмы активно регулируют реакцию поч. р-ра. с ними связан режим углекислоты почв. Деятельность нитрификаторов мб ненадолго вызывает появление в р-ре азотной и азотистой к-т, временно снизить рН на 0,5-2.

Разложение белков микроорганизмами сопровождается поступлением в р-р немного серной к-ты. В анаэробных условиях мб подщелачивание при десульфировании и остаточного содержании щелочей и щелочных земель, в последующем переходящих в карбонаты.

Состав почвенного р-ра основных типов почв.

Наиболее низкими концентрациями и кислой реакцией характеризуются почвенные растворы подзолистых и болотных почв таежной зоны а так дерново-подзолистых, крссноземов. желтоземов влажных субтропиков. (табл. 26). Концентрация их составляет несколько десятков миллиграммов на 1 л раствора при рН от 5 до 6. Содержание основных катионов и анионов измеряется единицами или десятками мг/л. В подзолистых почва МО постоянно присут-т аммиак и подвижн. формы Fe и кремнезема. Лесная О имеет повыш. содерж Са, чемотлич-ся от от сальныхгор-в подзолистых почв,где его С в 10р<.

Содержание органического углерода в почвенных растворах таежной зоны достигает нескольких десятков миллиграммов на 1 л; под хвойными лесами это растворенное органическое вещество в основном представлено фульвокислотами.

Примерно такие же количества главных компонентов почвенного раствора характерны и для сильно выщелоченных почв влажных тропиков и субтропиков.

В почвенных растворах подзолистой почвы доминирует железо, связанное с органическим веществом.

В степных почвах (черноземах, солонцах и др.) концентрация почвенных растворов существенно выше, чeм в подзолистых и болотных почвах (не десятки, а сотни миллиграммов 1—3 г/л). В связи с более высокой биологической активностью этих почв в них существенно повышается содержание гидрокарбонатного иона, реакция становится нейтральной или слабощелочной. Более высокое поступление химических элементов с высокозольным опадом травянистых степных растений обеспечивает повышение концентрации и других катионов и анионов (кальция, магния, хлора, сульфат-иона). В солодях и особенно в солонцах резко возрастает количество иона натрия, появляется ион СО₃^2—, что обеспечивает в солонцах, в частности, щелочную реакцию почвенных растворов. Максимальное содержание солей (до десятков и сотен граммов на 1л) наблюдается в почвенных растворах солончаков. Концентрация солей в почвенных растворах солончаков в несколько раз превышает их содержание в морской воде. Если для большинства почв характерен гидрокарбонатно-кальциевый состав почвенных растворов (преобладание этих двух ионов), то в почвенных растворах засоленных почв преобладающая доля принадлежит хлоридам и сульфатам магния и натрия.

Осматическое давление почвенного р-ра

Почвенные растворы служат непосредственным источником питания растений. Для питания растений большую роль играет осмотическое давление почвенного раствора. Если осмотическое давление почвенного раствора равно осмотическому давлению клеточного сока растений или выше его, то поступление воды в растения прекращается. Сосущая сила корней большинства сельскохозяйственных растений не превышает 100—120 МПа.

Осмотическое давление зависит от концентрации почвенного раствора и степени диссоциации растворенных веществ. В незаселенных почвах осмотическое давление составляет не более 10 МПа; большие дозы удобрений могут повысить его до 15— 20 МПа. Осмотическое давление сильно изменяется при изменении влажности почвы, так как концентрация почвенного раствора при этом сильно варьирует.

При уменьшении влажности от НВ до ВЗ (Влага завядания) концентрация раствора изменяется в 5—6 раз и соответственно возрастает осмотическое давление. При повышении осмотического давления почвенного раствора нарушается нормальное развитие сельскохозйственных культур. У пшеницы, например, наблюдается задержка кущения, но ускоряются колошение, цветение и созревание, уменьшается урожайность, но увеличивается содержание белка в зерне.

Наиболее высоким осмотическим давлением характеризуются засоленные почвы. В почвенных растворах среднезасоленных почв оно составляет 30—40 МПа, в сильнозасоленных — 50— 60 МПа. При концентрации почвенного раствора 20—50 г/л осмотическое давление может возрастать до 150—260 МПа. На предельные значения осмотического давления, при которых влага перестает поступать в растения, существенное влияние оказывает состав растворов. Так, в песчаных почвах при сульфатном засолении предельное осмотическое давление, при котором растения начинают ощущать острый дефицит влаги, составляет 150 МПа, а при хлоридном засолении — 260 МПа. Фигово и хлопчатнику от засоления в Средней Азии

.

Кислотность Щелочность Буфферность