Теоретичні відомості

Вода є одним з головних компонентів ґрунту і одночасно необхідною умовою ґрунтоутворюючих процесів. Вода в ґрунті присутня в різних формах – рідкій, твердій та газоподібній. За характером стану рідку воду можна поділити на хімічно зв’язану, сорбційно-зв’язану, вільну.

1. Хімічно-зв’язана вода входить до складу ґрунтових мінералів, наприклад CaSO₄∙2H₂O – гіпс. Недоступна рослинам, вона не бере безпосередньої участі в ґрунтоутворенні.

2. Сорбційно-зв’язана вода утворюється завдяки дії поверхневих сил:

а) гігроскопічна вода утворюється внаслідок сорбції молекул водяної пари твердою фазою ґрунту. Чим дисперсніший ґрунт, тим більший буде в ньому вміст гігроскопічної води. Вона виділяється при нагріванні ґрунту при температурі близько 105^оС.

Ґрунт, з якого гігроскопічна вода випаровувалась, у звичайних умовах знову поглинає її. Найбільшу кількість гігроскопічної води ґрунт може сорбувати з повітря при відносній вологості 100 %. Ця кількість називається максимальною гігроскопічністю ґрунту (МГ) або максимальною гігроскопічною вологою (МГВ). МГВ має велике значення в агрономічному ґрунтознавстві – дозволяє орієнтовно розрахувати ступінь забезпеченості рослин водою у ґрунті. За величиною МГВ розраховують вологість в’янення (ВВ). ВВ – це така кількість води, при якій наступає стійке в’янення рослин. ВВ = 1,5 МГВ і є нижньою межею доступності вологи для рослин.

Гігроскопічна вода утворює дуже тонкий шар товщиною в кілька діаметрів молекул води. Вода сильно ущільнена, дуже сильно зв’язана, не може переміщуватись у ґрунті;

б) плівочна вода. Сорбуючи максимально можливу кількість молекул водяної пари з повітря, поверхневі сили можуть притягнути деяку кількість рідкої води (у разі її наявності). Вода, яка утворює зовнішню плівку сорбційно зв’язаної води, називається плівочною або пухко зв’язаною. Плівочна вода зв’язана менш щільно, ніж гігроскопічна і може пересуватися (дуже поволі) від ґрунтових часток з відносно товстою плівкою до часток з більш тонкою плівкою в будь-якому напрямку.

3. Вільна вода – це та ґрунтова вода, на яку діють фізико-механічні закони:

а) капілярна вода – вода, яка пересувається в тонких порах ґрунту під дією капілярних сил. Рух води в капілярах обумовлений явищами змочування і поверхневого натягу. Вода по капілярах піднімається на різну висоту, яка залежить від розміру капілярів, а значить – від гранулометричного складу і фізичного стану ґрунту. Висота капілярного підняття описується формулою Жюрена:

де α – поверхневий натяг води,

r – радіус капіляра,

g – прискорення вільного падіння,

d – густина води.

За взаємодії ґрунтових капілярів зі структурними елементами виділяється кілька різновидів капілярної води: капілярно-підвішена, капілярно-підперта та ін. Вона є головним джерелом води для рослин.

б) гравітаційна вода – це вільна ґрунтова вода, яка не утримується капілярами і пересувається під дією сил гравітації. Виділяють гравітаційну воду, яка фільтрується зверху вниз через ґрунтову товщу, і воду, яка накопичується над водонепроникними горизонтами у вигляді ґрунтової води.

У залежності від різноманітних форм ґрунтової води проявляються такі водні властивості ґрунту:

1. Водопідіймальна здатність ґрунту – зумовлюється капілярним підняттям води. Залежить від структурних особливостей ґрунту, гранулометричного складу тощо. В лабораторних умовах часто порушують структуру ґрунту, тому висота підняття визначається гранулометричним складом зразка. Максимально відмічені в природних умовах значення висоти капілярного підняття досягають 5-6 м, хоча теоретично можливі висоти 75 м. Це пояснюється тим, що в тонких капілярах плівочна вода перекриває простір, утворюючи своєрідні пробки, що заважають рухові води по капілярах. Швидкість підняття води по капілярах зворотно пропорційна висоті підняття.

2. Вологопроникність – здатність ґрунту пропускати через себе воду. Величина дуже мінлива, залежить від вологості, гранулометричного складу, ввібраних катіонів ґрунту.

3. Вологоємність – властивість ґрунту затримувати ту чи іншу кількість води або кількість води, яку ґрунт може утримувати в собі.

Виділяють такі види вологоємності:

• максимальна адсорбційна вологоємність (МАВ) – це найбільша кількість води, яка може бути утримана сорбційними силами на поверхні ґрунтових часток;

• максимальна молекулярна вологоємність (ММВ) – це найбільша кількість плівочної води, яку може утримати ґрунт силами молекулярного притягання;

• капілярна вологоємність (КВ) – це найбільша кількість капілярно-підпертої води, яку може утримати ґрунт у шарі, що знаходиться в зоні капілярного руху; КВ залежить від пористості ґрунтів, а також від відстані шару ґрунту над рівнем ґрунтових вод;

• найменша вологоємність (НВ) – це найбільша кількість капілярно-підвищеної води, яку може утримувати ґрунт після стікання її надлишку;

• повна вологоємність (ПВ) – це найбільша кількість води, яка може міститися у ґрунті за умови заповнення нею всіх пор і пустот.

4. Доступність ґрунтової води для рослин. Осмотичні сили, завдяки яким рослини всмоктують воду кореневою системою, значно менші, ніж сили поверхневого притягування. Тому гігроскопічна вода недоступна для рослин. Але рослини починають проявляти ознаки в’янення ще до того, поки в ґрунті залишається гігроскопічна вода. Така вологість відповідає вологості в’янення. Основною формою ґрунтової води, яка служить для живлення рослин, є капілярна.