Водные свойства почвы. Формы почвенной влаги.
Вода является одним из незаменимых факторов, который определяет жизнедеятельность организмов, процессы выветривания горных пород и почвообразования, расход тепла из почвы. С влажностью почвы тесно связаны ее гранулометрические и физико-химические свойства.
Благодаря своему химическому составу вода способна взаимодействовать с почвенными частицами. При этом поступающая в почву влага подвержена действию сил различной природы: сорбционных, осмотических, менисковых, гравитационных.
Образование сорбционных сил связано с явлением притягивания диполей воды ионами и почвенными коллоидными частицами, которое называется гидротацией. Осмотические силы возникают в результате взаимного притяжения между частицами растворенного вещества и растворителя. Осмотические явления в почве наблюдаются при взаимодействии воды с обменными катионами, находящимися на поверхности коллоидных частиц, а также при неодинаковых концентрациях почвенного раствора в различных участках почвенной толщи. Менисковые силы обуславливаются поверхностным натяжением воды, связанным со свободной поверхностной энергией, которая стремится к наименьшему значению и максимально уменьшает поверхность жидкости. Гравитационные силы влияют на влагу, сосредоточенную в крупных порах почвы.
В реальных условиях влияние отдельных сил на почвенную влагу разграничить очень сложно. Поэтому для характеристики совокупности сил различной природы существует понятие термодинамического потенциала почвенной влаги. Он представляет собой сумму четырех частных потенциалов: осмотического, гравитационного, капиллярно-сорбционного и потенциала внешнего газового давления. Почва, полностью насыщенная влагой и не содержащая солей, имеет потенциал, равный нулю. По мере иссушения почвы потенциал возрастает.
Почвенная влага очень неоднородна. Она удерживается почвой с различной силой и характеризуется разной подвижностью и свойствами. По степени прочности связей с твердой фазой почвы выделяют следующие основные категории почвенной влаги (рис.6.1.1):
На рисунке показано, что частицы почвы могут быть покрыты: 1 - гигроскопической водой, 2 – максимальной гигроскопической, 3-4 – пленочной, 5 – гравитационной водой.
Парообразная влага - проникает в верхние слои почвы вместе с воздухом или образуется в почвенных промежутках в результате испарения жидкой влаги, которая находится между почвенными частицами и агрегатами. Этот вид почвенной воды свободно передвигается из более увлажненных частей почвы в менее увлажненные, и из слоев с большей температурой в слои с меньшей температурой.
2
4
5
3
1
Рис. 6.1.1. Схема различных категорий воды в почве (по А.Ф.Лебедеву).
Гигроскопическая влага – это часть находящейся в воздухе в виде пара воды, которая была поглощена поверхностью почвенных частиц. Гигроскопическая влага облегает тонкой пленкой отдельные частицы почвы и прочно удерживается на их поверхности. Удалить ее можно только путем нагревания почвы при температуре выше 1050С. Количество этой влаги зависит от гранулометрического состава почвы, количества содержащегося в ней органического вещества, а также температуры и влажности воздуха. Эта влага практически недоступна для растений, так как прочно удерживается почвой. Когда количество воды в почве равно двойной гигроскопической влажности, растения начинают увядать. Это количество влаги называется мертвым запасом.
Пленочная вода – тончайшие слои воды, которые нарастают на почвенных частицах поверх слоя гигроскопической влаги и удерживаются силами молекулярного притяжения. В результате действия осмотических сил и температуры эта влага может передвигаться от частичек с более мощной пленкой к частицам, обладающим меньшим слоем пленки или вообще ее не имеющим, а также от более теплых участков почвы к более холодным. Является частично доступной для растений.
Капиллярная влага – это вода, которая заполняет тончайшие почвенные поры. Она находится в почве в жидком виде и под влиянием менисковых сил передвигается в почве по самым различным направлениям. Такая вода полностью доступна растениям.
Гравитационная вода – это влага, которая находится в почве при заполнении некапиллярных промежутков при полном заполнении капиллярных пор. Эта вода свободно передвигается из верхних слоев почвы в нижележащие и подчиняется в своем движении исключительно силе тяжести.
По степени подвижности и физическому состоянию в почве можно выделить следующие типы почвенной влаги:
1) Кристаллизационная влага – отличается крайне высокими прочностями связей и полной неподвижностью.
2) Твердая влага - представленная льдом, неподвижная.
3) Парообразная влага – пассивно передвигается в виде водяного пара с почвенным воздухом.
4) Прочносвязанная влага – прочно удерживается адсорбционными силами почвенных частиц, образуя на их поверхности тонкую пленку, и передвигается только в парообразном состоянии.
5) Рыхлосвязанная влага – удерживается на поверхности тонких пленок прочно связанной воды силой диполей и гидратирующей способности обменных катионов, передвигается под влиянием сорбционных сил.
6) Свободная влага – не связана с почвенными частицами силой притяжения и передвигается под действием капиллярных и гравитационных сил.