14. Значение влаги в жизни растений и почвы.

Вода — земной фактор жизни растений; в почве представляет собой жидкую фазу, или почвенный раствор. Попадая в почву различными способами (с осадками, из грунтовых вод по капиллярам, при конденсации водяных паров и т. д.), вода претерпевает определенные изменения: с одной стороны, включает в себя находящиеся в почве различные водорастворимые соединения, а с другой — теряет поглощаемые почвой вещества. Часть поступающей в почву воды теряется (просачивается вглубь, стекает, испаряется), другая часть удерживается почвой; она и представляет собой почвенный раствор, характеризующийся рядом показателей (рН, наличие водорастворимых органических соединений и питательных веществ, солей и др.).

Вода имеет огромное значение для жизнедеятельности растений, микробов и других организмов. Г. Н. Высоцкий, подчеркивая исключительно важное значение воды в почве, сравнивал ее роль с ролью крови для живых организмов. Почвенная влага служит и в качестве терморегулятора, влияя на тепловой баланс и режим почвы. Влажность почвы воздействует на агрофизические свойства: плотность, липкость, способность к крошению и образованию агрегатов — спелость почвы. Вода в почве во многом определяет уровень эффективного плодородия. Почвенный раствор, имея определенную реакцию (кислую, нейтральную, щелочную), содержит питательные вещества и различные соединения (благоприятные или токсичные для растений), оказывает непосредственное влияние на продуктивность выращиваемых сельскохозяйственных культур, их урожайность.

Вода необходима растению во все периоды жизни: потребность в ней только для прорастания семян составляет ^0—100 % их массы, в дальнейшем на образование 1 г сухого органического вещества растениям требуется от 200 до 1000 г воды. Период наибольшей потребности растений в воде называют критическим. Для большинства зерновых культур это стадия выход в трубку — колошение, для кукурузы — цветение — молочная спелость, картофеля — цветение — клубнеобразование. Растения при недостатке воды резко снижают продуктивность в период образования репродуктивных органов.

В то же время избыток влаги в почве, когда влажность превышает наименьшую полевую влагоемкость (НВ), угнетает рост и развитие растений. Различные растения по-разному переносят переувлажнение.

15. Категории и формы почвенной влаги.

Почвенная влага в зависимости от характера связи между молекулами воды, твердой и газовой фазами почвы характеризуется разной подвижностью и неодинаковыми свойствами. По физическому состоянию различают три формы (категории) почвенной воды: твердую, жидкую и парообразную; по характеру связи с твердой фазой и степени подвижности воды — шесть: химически связанную, твердую, парообразную, прочносвязанную и рыхлосвязанную (капиллярная и гравитационная).

Химически связанная вода. Характеризуется неподвижностью, высокой прочностью связей, неспособностью растворять, включает конституционную (гидратную) и кристаллизационную (кристалло-гидратную) воду, входит в состав твердой фазы почвы. Химически связанная вода растениям недоступна.

Твердая вода. Образуется в почве в форме льда при ее промерзании в осенне-зимний период (сезонное промерзание) или сохраняется на определенной глубине в промерзшей толще почвогрунта, не оттаивая даже летом (вечная, многолетняя мерзлота). Твердая вода в почве, способная таять и испаряться, представляет собой потенциальный источник жидкой и парообразной воды. Твердая вода неподвижна, растениям недоступна.

Парообразная вода. Содержится в виде водяного пара в почвенном воздухе, насыщая его нередко до 100 %. Она передвигается с мест с большим давлением в места с меньшим давлением водяных паров, а также с током воздуха. Парообразная влага в снабжении растений водой практически значения не имеет. Перенос воды в форме пара может осуществляться по пустотам вокруг корней, которые оттягивают влагу из окружающего почвенного пространства, что имеет значение для уплотненных посевов. При понижении температуры парообразная вода, конденсируясь, может переходить в жидкую, которая становится доступной для растений.

Прочносвязанная вода. Это первая форма физически связанной, или сорбированной, воды, называемой гигроскопической водой. Она образуется в результате сорбции почвенными (преимущественно коллоидными) частицами водяных паров из воздуха. Эту способность почвы называют гигроскопичностью. Гигроскопическая вода покрывает почвенные частицы тонкой пленкой, состоящей из 1—3 слоев молекул. Молекулы воды, сорбированные почвой, являясь диполями, находятся в строго ориентированном положении. Гигроскопическая вода отличается особыми свойствами: она замерзает при температуре —4...—7 °С, не растворяет растворимые в свободной воде вещества, характеризуется повышенными плотностью (1,5—1,8 г/см3 ) и вязкостью, недоступна растениям.

Максимальное количество гигроскопической воды, которое может поглотить и удержать почва, будучи помещенной в атмосферу, насыщенную водяными парами (около 96—98 %), называется максимальной гигроскопичностью (МГ). Величина МГ позволяет определить обеспеченность растений водой. Обычно полуторная — двойная максимальная гигроскопичность соответствует влажности устойчивого завядания растений (ВЗ), или «мертвому запасу» воды в почве, и учитывается при расчете запасов продуктивной влаги и норм полива. Для расчета влажности и устойчивого завядания растений по величине МГ применяют коэффициент 1,34.

Рыхлосвязанная вода. Это вторая форма физически связанной, или сорбированной, воды, называемая пленочной водой. Она образуется в результате дополнительной (к МГ) сорбции молекул воды при соприкосновении твердых коллоидных частиц почвы с жидкой водой. Это происходит потому, что почвенные частицы, сорбировавшие максимальное количество молекул гигроскопической воды (из водяного пара), полностью не насыщаются и способны еще удержать несколько слоев ориентированных молекул воды, образующих водную пленку. Пленочная, или рыхлосвязанная, вода слабоподвижна, растениям малодоступна.

Капиллярная вода. В капельно-жидком состоянии она находится в капиллярах почвы, доступна растениям. Это наиболее благоприятная для растений форма почвенной влаги. Различают капиллярно-подвешенную и капиллярно-подпертую воду. Капиллярно-подвешенная вода образуется при увлажнении почвы с поверхности (дождевая вода, талые воды, оросительные), капиллярно-подпертая — при поступлении воды снизу, т. е. при подъеме воды по капиллярам от грунтовых вод. Под слоем почвы, увлажненным капиллярно-подвешенной водой, и над слоем почвы, увлажненным капиллярно-подпертой водой, находится слой сухой почвы. Зона (слой) над зеркалом грунтовых вод, насыщенная капиллярно-подпертой водой, называется капиллярной каймой. Подъем грунтовой воды по капиллярам тем выше, чем тоньше капилляры. Менисковые силы, вызывающие подъем воды, начинают проявляться при диаметре пор < 8 мм.

Максимальное количество капиллярно-подвешенной воды, которое остается в почве после стекания избыточной свободной воды, называется наименьшей влагоемкостъю (НВ). Оптимальная влажность почвы соответствует 70—100 % НВ. Разность между величиной НВ и фактической влажностью почвы называют дефицитом влаги в почве и широко используют в земледелии.

Гравитационная вода. Занимает все крупные некапиллярные промежутки между агрегатами в почве, вытесняя воздух. Передвигается свободно под действием силы тяжести (гравитации). Максимальное количество гравитационной воды, которое может вместить почва при заполнении всех пустот, называется полной влагоемкостъю (ПВ). При полном заполнении почвы водой, т. е. при значении влажности почвы, соответствующем ПВ, в почве содержится максимальное количество воды, включающее гигроскопическую, пленочную, капиллярную и гравитационную формы. Величина ПВ практически равна порозности (скважности) почвы и колеблется от 20—40 до 50—60 %, иногда достигая 80 %.

Способность почвы к устойчивому обеспечению растений водой зависит от водных свойств почвы. К водным свойствам почвы относятся прежде всего водоудерживающая способность, влагоемкость, водопроницаемость, водоподъемная способность, потенциал почвенной воды, сосущая сила почвы. Свойство почвы поглощать и удерживать воду в своем профиле, противодействуя стеканию ее под действием силы тяжести, называется водоудерживающей способностью. Основными силами, удерживающими воду в почве, являются сорбционные и капиллярные. Количественно водоудерживающая способность представляет влагоемкость.

Влагоемкость почвы — это максимальное количество той или иной формы (категории) почвенной воды, удерживаемое соответствующими силами в почве. Водопроницаемость почвы — это свойство почвы впитывать и пропускать через свой профиль поступающую с поверхности воду. Водопроницаемость зависит от гранулометрического состава, структуры почвы, плотности, степени увлажнения. Свойство почвы обеспечивать восходящее передвижение содержащейся в ней воды под воздействием капиллярных сил называется водоподъемной способностью.