Количество просмотров публикации ВОДНЫЕ СВОЙСТВА ПОЧВ - 1513
Водные свойства это совокупность свойств почвы, определяющих поведение почвенной влаги в ее профиле. К ним относят водопроницаемость, водоподъёмную способность и водоудерживающую способность.
В о д о п р о н и ца е м о с т ь — способность почвы впитывать и пропускать через себя воду, поступающую на ее поверхность. В процессе передвижения воды го профилю почвы выделяют два этапа: впитывание и фильтрацию. Впитывание представляет собой передвижение воды в ненасыщенной влагой почве под действием силы тяжести, капиллярного и сорбционного рассасывания. По этой причине впитывание происходит не только в нисходящем направлении, но и частично направлено в стороны от места появления свободной влаги. В процессе впитывания происходит последовательное заполнение свободных пор передвигающейся водой. Фильтрация — нисходящее, фронтальное передвижение воды в почве, полностью насыщенной влагой, под действием силы тяжести и градиента напора. Границей между впитыванием почв и фильтрацией считают момент установления постоянной скорости нисходящего перемещения влаги.
В природных условиях фильтрация происходит нечасто: при выпадении большого количества осадков, снеготаянии, орошении с высокими нормами воды, к примеру при возделывании риса. В большинстве же случаев имеет место процесс инфильтрации — просачивание поверхностной влаги в почву, происходящее преимущественно по крупным порам, ходам корней и почвенных животных, реликтовым и деформационным трещинам. В результате инфильтрации происходит неравномерное проникновение воды в глубь почвенного профиля (рис. 41). В случае если
почва имеет большую трещиноватость и преимущественно крупную некапиллярную пористость, то наряду с впитыванием происходит ʼʼпроваливаниеʼʼ воды в нижние горизонты почвенного профиля. Такая влага расходуется преимущественно непродуктивно, поскольку легко теряется по этим пустотам в процессе физического испарения или уходит за пределы почвенного профиля. Так, при поливах ʼʼпровальнаяʼʼ вода достигает верховодки или грунтовых вод и способствует их подъему, что приводит к заболачиванию или засолению почв.
Водопроницаемость зависит от гранулометрического состава почв, их структурного состояния и физико-химических свойств. Почвы легкого гранулометрического состава (пески, супеси) благодаря наличию крупных некапиллярных пор отличаются высокой водопроницаемостью. Хорошей водопроницаемостью характеризуются суглинистые и глинистые почвы с водопрочной комковато-зернистой структурой. В бесструктурных суглинистых и особенно глинистых почвах водопроницаемость очень низкая. В почвах, содержащих обменный натрий, водопроницаемость существенно снижается. При высоком содержании в ППК обменного натрия почва сильно набухает и становится практически водонепроницаемой.
Водопроницаемость измеряется объёмом воды, который проходит через единицу площади поперечного сечения в единицу времени. Этот показатель довольно динамичный и заметно варьирует как по профилю почв, так и пространственно Водопроницаемость почв тяжелого гранулометрического состава оценивают по шкале, предложенной А.А.Качинским. В случае если почва пропускает за 1 ч более 1000 мм воды при ее напоре 5 см и температуре 100С, то водопроницаемость провальная, от 1000 до 500 излишне высокая, от 500 до 100 - наилучшая от 100 до 70 - хорошая, от 70 до 30 - удовлетворительная, Менее 30 мм - неудовлетворительная В районах с большим количеством осадков низкая водопроницаемость почв служит причиной их переувлажнения а при наличии уклона местности — формирования поверхностного стока и развития эрозии. Когда же водопроницаемость очень высокая в корнеобитаемом слое почвы не происходит накопления запаса влаги, крайне важно го для нормального развития растений, а в орошаемом земледелии имеют место большие потери поливной воды, теряющейся на фильтрацию и пополняющей грунтовые воды.
Водоподъемная способность - свойство почвы вызывать восходящее передви-жение содержавшейся в ней влаги за счёт капиллярных сил. Высота подъема воды в почвах о скорость ее передвижения зависят в основном от их гранулометрического состава, структурного состояния и пористости. В общих чертах высота капиллярного поднятия воды возрастает по мере уменьшения диаметра капиллярных пор. Размещено на реф.рфПо этой причине водоподъёмная способность песчаных почв составляет 0,5-1,0 м, супесчаных - 1,0-1,5 м, суглинистых – 3-4, лёссовидных пород – 4-5 м. В бесструктурных глинистых почвах, несмотря на наиболее мелкий размер капилляров по сравнению с почвами иного гранулометрического состава, водоподъемная способность снижается, поскольку капилляры заполнены преимущественно связанной водой.
Благодаря водоподъемной способности почв растения дополнительно снабжаются влагой, поступающей из грунтовых вод. Это особенно важно в засушливых регионах. При этом при близком залегании грунтовых вод к поверхности может произойти заболачивание, а когда они минерализованные - засоление почв. Водоудерживающая способность - свойство удерживать от стекания воду, содержащуюся в ней, под влиянием силы тяжести сорбционными и капиллярными силами. Количественно водоудерживающую способность почвы характеризует ее влагоемкость.
В л а г о е м к о с т ь п о ч в ы — наибольшее количество воды, ĸᴏᴛᴏᴩᴏᴇ способна удержать почва теми или иными силами. Учитывая зависимость отсил, удерживающих влагу в почве, выделяют пять видов влагоемкости.
Максимальная адсорбционная влагоемкость (МАВ - наибольшее количество прочносвязанной воды. удерживаемое сорбционными силами. В почвенной практике эту величину используют редко. Гораздо более важное практическое значение имеют показатели гигроскопической влажности и максимальной гигроскопической влажности.
Даже в почве, высушенной до воздушно-сухого состояния, всегда содержится неĸᴏᴛᴏᴩᴏᴇ количество влаги вследствие сорбции из воздуха паров воды почвенными частицами. Способность почвы сорбировать парообразную воду называют гигроскопичностью, а влагу, поглощённую таким путём, - гигроскопической.
Содержание гигроскопической воды в почве зависит от ее свойств и относительной влажности воздуха. Чем тяжелее гранулометрический состав почвы, чем больше в ней содержится органических и минеральных коллоидов и чем сильнее насыщен воздух, е которым соприкасается почва, водяными парами, тем выше ее гигроскопическая влажность.
Почва способна поглощать парообразную воду из воздуха вплоть до его полного насыщения парами воды. Предельное количество парообразной влаги, ĸᴏᴛᴏᴩᴏᴇ должна быть поглощено почвой при относительной влажности воздуха, близкой к 100%, называют максимальной гигроскопической влажностью.
В отличие от гигроскопической влажности максимальная гигроскопическая влажность для каждой конкретной почвы величина постоянная и зависит от ее свойств, в первую очередь от гранулометрического состава и содержания гумуса. В малогумусных песчаных и супесчаных почвах максимальная гигроскопическая влажность составляет 0,1-1,0%, в суглинистых и глинистых почвах с высоким содержанием гумуса 10-15%, в торфяных почвах – 30-50%. С помощью этого показателя находят влажность завядания растений и рассчитывают запас недоступной влаги в почве.
Максимальная молекулярная влагоемкость (ММВ) - наибольшее количество рыхлосвязанной (плёночной) воды, удерживаемой силами молекулярного притяжения на поверхности почвенных частиц. Эта величина зависит в основном от гранулометрического состава почв. В глинистых почвах она достигает 25-30% и на 70-75% заполняет поровое пространство, уменьшая таким образом содержание свободной влаги и воздуха. В песчаных почвах ММВ не превышает 2-5%. Увеличение запасов воды в почве сверх ММ В сопровождается появлением подвижной капиллярной или даже гравитационной воды.
Максимальная молекулярная влагоемкость - важная почвенно-гидрологическая характеристика. При сопоставлении фактической влажности почвы с ММВ можно установить наличие или отсутствие в почве доступной для растений влаги. Поскольку влажность завядания обычно на 2-3% ниже ММВ, то при влажности почвы, соответствующей ММВ, запасы доступной растениям воды настолько малы, что уже не удовлетворяют их потребности. При этом наблюдается угнетение растений, они отстают в росте, а в жаркие периоды сбрасывают листья и цветки. В то же время крайне важно учитывать, что величина ММВ не является константой, хотя она и характеризует состояние пониженной подвижности почвенной влаги. Предельно-полевая влагоемкость (ППВ) - наибольшее количество воды, ĸᴏᴛᴏᴩᴏᴇ может удержать почва после стекания гравитационной влаги при глубоком залегании грунтовых вод. Синонимы предельно-полевой влагоемкости - наименьшая влагоемкость (НВ) и полевая влагоемкость (ПВ).
Предельно-полевая влагоемкость - важнейшая характеристика водных свойств почвы, При влажности почвы, соответствующей ППВ, вся система капиллярных пор заполнена водой, благодаря чему создаются оптимальные условия влагообеспеченности растений.
Эта величина зависит от содержания гумуса, оструктуренности и гранулометрического состава почвы. В тяжелых по гранулометрическому составу хорошо оструктуренных почвах с высоким содержанием гумуса ППБ достигает 40-50%, в малогумусных песчаных – 5-10%. Оценка ППВ различных по гранулометрическому составу почв приведена в таблице 74.
Капиллярная влагоемкость (КВ) - максимальное количество капилллярно-подпертой влаги, ĸᴏᴛᴏᴩᴏᴇ содержится в слое почвы, находящемся в пределах капиллярной каймы. Чем ближе слой почвы к зеркалу грунтовых вод, тем выше его капиллярная влагоемкость. В нижней части капиллярной каймы практически все поры заполнены водой. На верхней границе каймы КВ равна ППВ.
Полная влагоемкость (ПВ) - наибольшее количество влаги, ĸᴏᴛᴏᴩᴏᴇ содержится в почве при условии полного заполнения всех пор водой. Но полного заполнения всех пор водой не происходит, поскольку в почве всегда присутствует так называемый защемленный воздух, на долю которого приходится до 10% от общей пористости. При полной влагоемкости в почве содержится максимально возможное количество всех форм влаги: прочно- и рыхлосвязанной, капиллярной и гравитационной, в связи с этим ПВ характеризует водовместимость почвы.
referatwork.ru
ВОДНЫЕ СВОЙСТВА ПОЧВ
Основными водными свойствами почв являются водоудерживающая способность, водопроницаемость и водоподъемная способность.
Водоудерживающая способность — свойство почвы удерживать воду, обусловленное действием сорбционных и капиллярных сил. Наибольшее количество воды, которое способна удерживать почва теми или иными силами, называется влагоемкостью.
В зависимости от того, в какой форме находится удерживаемая почвой влага, различают полную, наименьшую, капиллярную и максимально-молекулярную влагоемкость.
Для почв нормального увлажнения состояние влажности, соответствующее полной влагоемкости, может быть после снеготаяния, обильных дождей или при поливе большими нормами воды. Для избыточно влажных (гидроморфных) почв состояние полной влагоемкости может быть длительным или постоянным.
При длительном состоянии насыщения почв водой до полной влагоемкости в них развиваются анаэробные процессы, снижающие ее плодородие и продуктивность растений. Оптимальной для растений считается относительная влажность почв в пределах 50-60 % ПВ.
Однако в результате набухания почвы при ее увлажнении, наличия защемленного воздуха полная влагоемкость не всегда точно соответствует общей пористости почвы.
Наименьшая влагоемкость (НВ) — это максимальное количество капиллярно-подвешенной влаги, которое способна длительное время удерживать почва после обильного ее увлажнения и свободного стекания воды при условии исключения испарения и капиллярного увлажнения за счет грунтовой воды.
Водопроницаемость почв — способность почв впитывать и пропускать через себя воду. Различают две стадии водопроницаемости: впитывание и фильтрацию. Впитывание — это поглощение воды почвой и ее прохождение в не насыщенной водой почве. Фильтрация (просачивание) — передвижение воды в почве под влиянием силы тяжести и градиента напора при полном насыщении почвы водой. Эти стадии водопроницаемости характеризуются соответственно коэффициентами впитывания и фильтрации.
Водопроницаемость измеряется объемом воды (мм), протекающей через единицу площади почвы (см2) в единицу времени (ч) при напоре воды 5 см.
Величина эта очень динамична, зависит от гранулометрического состава и химических свойств почв, их структурного состояния, плотности, порозности, влажности.
В почвах тяжелого гранулометрического состава водопроницаемость ниже, чем в легких; присутствие в ППК поглощенного натрия или магния, способствующих быстрому набуханию почв, делает почвы практически водонепроницаемыми.
Водоподъемная способность — свойство почвы вызывать восходящее передвижение содержащейся в ней воды за счет капиллярных сил.
Высота подъема воды в почвах и скорость ее передвижения определяются в основном гранулометрическим и структурным составами почв, их порозностью.
Чем почвы тяжелее и менее структурны, тем больше потенциальная высота подъема воды, а скорость подъема ее меньше.
Под водным режимом понимают совокупность явлений поступления влаги в почву, ее удержание, расход и передвижение в почве. Количественно его выражают через водный баланс, характеризующий приход влаги в почву и расход из нее.
профессор А. А. Роде выделил 6 типов водного режима, разделив их на несколько подтипов.
1. Мерзлотный тип. Распространен в условиях многолетней мерзлоты. Мерзлый слой грунта водонепроницаем, является водоупором, над которым проходит надмерзлотная верховодка, которая обусловливает насыщенность водой верхней части оттаявшейпочвы в течение вегетационного периода.
2. Промывной тип (КУ > 1). Характерен для местностей, где сумма годовых осадков больше испаряемости. Весь профиль почвы ежегодно подвергается сквозному промачиванию до грунтовых вод и интенсивному выщелачиванию продуктов почвообразования. Под влиянием промывного типа водного режима формируются почвы подзолистого типа, красноземы и желтоземы. При близком к поверхности залегании грунтовых вод, слабой водопроницаемости почв и почвообразующих пород формируется болотный подтип водного режима. Под его влиянием формируются болотные и подзолисто-болотные почвы.
3. Периодически промывной тип (КУ = 1, при колебаниях от 1,2 до 0,8). Этот тип водного режима отличается средней многолетней сбалансированностью осадков и испаряемости. Для него характерны чередование ограниченного промачивания почв и пород в сухие годы (непромывные условия) и сквозное промачивание (промывной режим) во влажные. Промывание почв избытком осадков происходит 1-2 раза в несколько лет. Такой тип водного режима присущ серым лесным почвам, черноземам оподзоленным и выщелоченным. Водообеспеченность почв неустойчивая.
4. Непромывной тип (КУ < 1). Характеризуется распределением влаги осадков преимущественно в верхних горизонтах и не достигает грунтовых вод. Связь между атмосферной и грунтовой водой осуществляется через слой с очень низкой влажностью, близкой к ВЗ. Обмен влагой происходит путем передвижения воды в форме пара. Такой тип водного режима характерен для степных почв — черноземов, каштановых, бурых полупустынных и серо-бурых пустынных почв. В указанном ряду почв уменьшается количество осадков, увеличивается испаряемость. Коэффициент увлажнения снижается с 0,6 до 0,1.
Влагооборот захватывает толщу почв и грунта от 4 м (степные черноземы) до 1 м (пустынно-степные, пустынные почвы).
Запасы влаги, накопленные в почвах степей весной, интенсивно расходуются на транспирацию и физическое испарение и к осени становятся ничтожно малыми. В полупустынной и пустынной зонах без орошения земледелие невозможно.
5. Выпотной тип (КУ < 1). Проявляется в степной, полупустынной и пустынной зонах при близком залегании грунтовых вод. Преобладают восходящие потоки влаги по капиллярам от грунтовых вод. При высокой минерализации грунтовых вод в почву поступают легкорастворимые соли, происходит ее засоление.
6. Ирригационный тип. Он создается при дополнительном увлажнении почвы оросительными водами. При правильном нормировании поливной воды и соблюдении оросительного режима водный режим почвы должен формироваться по непромывному типу с КУ, близким к единице.
studfiles.net
Количество просмотров публикации Тема: Водные свойства почвы - 231
Цель занятия: Получить представление о формах почвенной влаги, освоить методики определения полевой, гигроскопической влажности почв и их наименьшей влагоемкости.
Подготовить ответы на следующие вопросы:
1. Состояние и формы воды в почве.
2. Водные свойства почвы.
3. Водный баланс почвы.
4. Типы водного режима почв.
5. Определение полевой влажности почвы.
6. Определение гигроскопической влаги.
7. Определение полной влагоемкости почвы.
Вода является обязательным компонентом нормально функционирующей почвы.
Она играет важнейшую роль жизненной основы для почвенной биоты, а также служит средой и непосредственно участвует во многих собственно почвенных процессах. Содержание воды в почве определяет ее физико-механические свойства, водно-воздушный, тепловой и питательный режимы, передвижение веществ в почве, интенсивность протекания биологических, химических, физико-химических процессов и, в целом, является важнейшим фактором почвенного плодородия. Источником воды в почве бывают атмосферные осадки и конденсация атмосферной влаги, воды орошения и грунтовые воды. Но водные свойства и водный режим почвы зависят также от ее собственных свойств: гранулометрического состава, структурного состояния, содержания органического вещества и ряда других показателей.
Вода постоянно присутствует в почве в жидком и парообразном состоянии, сезонно или постоянно (мерзлотные почвы) – в твердом состоянии. Перемещение водяного пара в почве происходит из области высокого в область низкого его парциального давления. Поведение жидкой фазы воды зависит от действия гравитационных, осмотических, капиллярных и сорбционных сил. Существует две категории воды в почве: свободная и связанная. Οʜᴎ, в свою очередь, представлены различными формами почвенной воды.
I. Свободная вода присутствует в почве в двух формах - гравитационной и капиллярной и играет основную роль в питании растений и функционировании почв. Вода этой категории может свободно перемещаться в почвенном профиле и выполняет функцию транспорта веществ.
Гравитационная вода перемещается по профилю почвы под действием гравитационных сил в относительно крупных почвенных порах. Она представлена п р о с а ч и в а ю щ е й с я в о д о й атмосферных осадков и орошения и г р у н т о в о й в о д о й , скапливающейся над водоупорным слоем.
Капиллярная вода перемещается по тонким порам почвы под действием разности капиллярных давлений, возникающих при смачивании водой стенок пор и формировании менисков – вогнутых поверхностей столбиков воды. Действие сил поверхностного натяжения при смачивании водой твердых частиц вызывает отрицательное давление на поверхности вогнутых менисков, ĸᴏᴛᴏᴩᴏᴇ компенсируется поднятием воды в капилляре. Учитывая зависимость отхарактера увлажнения различают к а п и л л я р н о - п о д в е ш е н н у ю воду (при атмосферном увлажнении) и к а п и л л я р н о - п о д п е р т у ю воду (при увлажнении от грунтовых вод).
II. Связанная вода достаточно прочно удерживается почвенными частицами за счёт сорбционного или химического взаимодействия и, в основном, недоступна растениям.
Химически связанная вода входит в состав кристаллической решетки почвенных минералов (кристаллогидраты, к примеру, гипс СаSO4?2Н2О), прочно удерживается химическими связями и в связи с этим непосредственного участия в процессах функционирования и образования почв не принимает. Эта форма воды удаляется из почвы при температурах выше 105 оС.
Гигроскопическая вода образуется в результате адсорбции паров воды на поверхности твердых частиц почвы, непосредственно примыкает к ним в виде пленки из 2-3 ориентированных слоев молекул воды. Обладает повышенной плотностью, не растворяет вещества, растворимые в свободной воде, замерзает при более низкой температуре. Эта форма почвенной воды сохраняется в почве, находящейся в воздушно-сухом состоянии. Удаляется из почвы при нагревании ее до 105 оС. При остывании почва снова адсорбирует водяные пары из воздуха.
Рыхлосвязанная (пленочная) вода представляет собой внешний слой сорбированной воды со слабой ориентацией молекул. Образуется при соприкосновении твердых частиц почвы с жидкой водой. Эта вода удерживается менее прочно, чем гигроскопическая, и может перемещаться от почвенных частиц с большей пленкой к частицам с тонкой пленкой. Для растений эта форма воды доступна лишь частично.
Основными водными свойствами почвы являются водоудерживающая способность, водопроницаемость и водоподъемная способность.
Водоудерживающая способность – свойство почвы удерживать воду, обусловленное действием сорбционных и капиллярных сил. Наибольшее количество воды, ĸᴏᴛᴏᴩᴏᴇ способна удерживать почва теми или иными силами, принято называть в л а г о е м к о с т ь ю .
Способность почвы сорбировать парообразную воду принято называть г и г р о с к о п и ч н о с т ь ю . Почва тем гигроскопичнее, чем больше степень ее дисперсности, ᴛ.ᴇ. чем тяжелее ее гранулометрический состав. Наибольшее количество влаги, ĸᴏᴛᴏᴩᴏᴇ может сорбировать почва при влажности воздуха, близкой к 100 % характеризует ее м а к с и м а л ь н у ю г и г р о с к о п и ч н о с т ь .
П о л н а я в л а г о е м к о с т ь – наибольшее количество воды, ĸᴏᴛᴏᴩᴏᴇ может вместить почва при полном заполнении всех пор водой. В практическом отношении особенно важной характеристикой водоудерживающей способности почвы является н а и м е н ь ш а я ( п р е д е л ь н о - п о л е в а я ) в л а г о е м к о с т ь – наибольшее количество воды, удерживаемое почвой после стекания всей гравитационной воды. Наименьшая влагоемкость зависит от гранулометрического и минералогического состава, содержания гумуса, структурного состояния, пористости и плотности почвы. Наибольшие значения этого показателя характерны для гумусированных почв тяжелого механического состава, обладающих хорошо выраженной макро- и микроструктурой.
Водопроницаемость – способность почвы впитывать и пропускать воду. В п и т ы в а н и е представляет собой процесс последовательного заполнения почвенных пор водой. Передвижение воды в почве, находящейся в состоянии полного водонасыщения, под действием силы тяжести и напора принято называть ф и л ь т р а ц и е й . Наибольшей водопроницаемостью обладают легкие по гранулометрическому составу и хорошо оструктуренные суглинистые и глинистые почвы.
Водоподъемная способность – свойство почвы вызывать восходящее передвижение содержащейся в ней влаги за счёт капиллярных сил. Это свойство имеет большое значение для почв с близким уровнем залегания грунтовых вод. Чем больше водоподъемная способность почв (максимальна у суглинков), тем больше высота капиллярного поднятия (капиллярной каймы) воды и степень гидроморфизма почв. Особенно важно водоподъемную способность почв при близком залегании грунтовых вод с высокой минерализацией, когда возникает опасность засоления почв.
Общее содержание воды в почве, выраженное в % массы абсолютно сухой почвы, принято называть в л а ж н о с т ь ю почвы. Лабораторными способами определяют полевую и гигроскопическую влажность почвы. Определение наименьшей влагоемкости почвы возможно в лаборатории для насыпного образца почвы.
referatwork.ru
Водные свойства это совокупность свойств почвы, определяющих поведение почвенной влаги в ее профиле. К ним относят водопроницаемость, водоподъёмную способность и водоудерживающую способность.
В о д о п р о н и ца е м о с т ь — способность почвы впитывать и пропускать через себя воду, поступающую на ее поверхность. В процессе передвижения воды го профилю почвы выделяют два этапа: впитывание и фильтрацию. Впитывание представляет собой передвижение воды в ненасыщенной влагой почве под действием силы тяжести, капиллярного и сорбционного рассасывания. Поэтому впитывание происходит не только в нисходящем направлении, но и частично направлено в стороны от места появления свободной влаги. В процессе впитывания происходит последовательное заполнение свободных пор передвигающейся … водой. Фильтрация — нисходящее, фронтальное передвижение воды в почве, полностью насыщенной влагой, под действием силы тяжести и градиента напора. Границей между впитыванием почв и фильтрацией считают момент установления постоянной скорости нисходящего перемещения влаги.
В природных условиях фильтрация происходит нечасто: при выпадении большого количества осадков, снеготаянии, орошении с высокими нормами воды, например при возделывании риса. В большинстве же случаев имеет место процесс инфильтрации — просачивание поверхностной влаги в почву, происходящее преимущественно по крупным порам, ходам корней и почвенных животных, реликтовым и деформационным трещинам. В результате инфильтрации происходит неравномерное проникновение воды в глубь почвенного профиля (рис. 41). Если 
почва имеет большую трещиноватость и преимущественно крупную некапиллярную пористость, то наряду с впитыванием происходит «проваливание» воды в нижние горизонты почвенного профиля. Такая влага расходуется преимущественно непродуктивно, поскольку легко теряется по этим пустотам в процессе физического испарения или уходит за пределы почвенного профиля. Так, при поливах «провальная» вода достигает верховодки или грунтовых вод и способствует их подъему, что приводит к заболачиванию или засолению почв.
Водопроницаемость зависит от гранулометрического состава почв, их структурного состояния и физико-химических свойств. Почвы легкого гранулометрического состава (пески, супеси) благодаря наличию крупных некапиллярных пор отличаются высокой водопроницаемостью. Хорошей водопроницаемостью характеризуются суглинистые и глинистые почвы с водопрочной комковато-зернистой структурой. В бесструктурных суглинистых и особенно глинистых почвах водопроницаемость очень низкая. В почвах, содержащих обменный натрий, водопроницаемость существенно снижается. При высоком содержании в ППК обменного натрия почва сильно набухает и становится практически водонепроницаемой.
Водопроницаемость измеряется объемом воды, который проходит через единицу площади поперечного сечения в единицу времени. Этот показатель довольно динамичный и заметно варьирует как по профилю почв, так и пространственно Водопроницаемость почв тяжелого гранулометрического состава оценивают по шкале, предложенной А.А.Качинским. Если почва пропускает за 1 ч более 1000 мм воды при ее напоре 5 см и температуре 100С, то водопроницаемость провальная, от 1000 до 500 излишне высокая, от 500 до 100 — наилучшая от 100 до 70 — хорошая, от 70 до 30 — удовлетворительная, Менее 30 мм — неудовлетворительная В районах с большим количеством осадков низкая водопроницаемость почв служит причиной их переувлажнения а при наличии уклона местности — формирования поверхностного стока и развития эрозии. Когда же водопроницаемость очень высокая в корнеобитаемом слое почвы не происходит накопления запаса влаги, необходимого для нормального развития растений, а в орошаемом земледелии имеют место большие потери поливной воды, теряющейся на фильтрацию и пополняющей грунтовые воды.
Водоподъемная способность — свойство почвы вызывать восходящее передви-жение содержавшейся в ней влаги за счет капиллярных сил. Высота подъема воды в почвах о скорость ее передвижения зависят в основном от их гранулометрического состава, структурного состояния и пористости. В общих чертах высота капиллярного поднятия воды возрастает по мере уменьшения диаметра капиллярных пор. Поэтому водоподъёмная способность песчаных почв составляет 0,5-1,0 м, супесчаных — 1,0-1,5 м, суглинистых – 3-4, лёссовидных пород – 4-5 м. В бесструктурных глинистых почвах, несмотря на наиболее мелкий размер капилляров по сравнению с почвами иного гранулометрического состава, водоподъемная способность снижается, поскольку капилляры заполнены преимущественно связанной водой.
Благодаря водоподъемной способности почв растения дополнительно снабжаются влагой, поступающей из грунтовых вод. Это особенно важно в засушливых регионах. Однако при близком залегании грунтовых вод к поверхности может произойти заболачивание, а когда они минерализованные — засоление почв. Водоудерживающая способность — свойство удерживать от стекания воду, содержащуюся в ней, под влиянием силы тяжести сорбционными и капиллярными силами. Количественно водоудерживающую способность почвы характеризует ее влагоемкость.
В л а г о е м к о с т ь п о ч в ы — наибольшее количество воды, которое способна удержать почва теми или иными силами. В зависимости от сил, удерживающих влагу в почве, выделяют пять видов влагоемкости.
Максимальная адсорбционная влагоемкость (МАВ — наибольшее количество прочносвязанной воды. удерживаемое сорбционными силами. В почвенной практике эту величину используют редко. Гораздо более важное практическое значение имеют показатели гигроскопической влажности и максимальной гигроскопической влажности.
Даже в почве, высушенной до воздушно-сухого состояния, всегда содержится некоторое количество влаги вследствие сорбции из воздуха паров воды почвенными частицами. Способность почвы сорбировать парообразную воду называют гигроскопичностью, а влагу, поглощённую таким путём, — гигроскопической.
Содержание гигроскопической воды в почве зависит от ее свойств и относительной влажности воздуха. Чем тяжелее гранулометрический состав почвы, чем больше в ней содержится органических и минеральных коллоидов и чем сильнее насыщен воздух, е которым соприкасается почва, водяными парами, тем выше ее гигроскопическая влажность.
Почва способна поглощать парообразную воду из воздуха вплоть до его полного насыщения парами воды. Предельное количество парообразной влаги, которое может быть поглощено почвой при относительной влажности воздуха, близкой к 100%, называют максимальной гигроскопической влажностью.
В отличие от гигроскопической влажности максимальная гигроскопическая влажность для каждой конкретной почвы величина постоянная и зависит от ее свойств, в первую очередь от гранулометрического состава и содержания гумуса. В малогумусных песчаных и супесчаных почвах максимальная гигроскопическая влажность составляет 0,1-1,0%, в суглинистых и глинистых почвах с высоким содержанием гумуса 10-15%, в торфяных почвах – 30-50%. С помощью этого показателя находят влажность завядания растений и рассчитывают запас недоступной влаги в почве.
Максимальная молекулярная влагоемкость (ММВ) — наибольшее количество рыхлосвязанной (плёночной) воды, удерживаемой силами молекулярного притяжения на поверхности почвенных частиц. Эта величина зависит в основном от гранулометрического состава почв. В глинистых почвах она достигает 25-30% и на 70-75% заполняет поровое пространство, уменьшая таким образом содержание свободной влаги и воздуха. В песчаных почвах ММВ не превышает 2-5%. Увеличение запасов воды в почве сверх ММ В сопровождается появлением подвижной капиллярной или даже гравитационной воды.
Максимальная молекулярная влагоемкость — важная почвенно-гидрологическая характеристика. При сопоставлении фактической влажности почвы с ММВ можно установить наличие или отсутствие в почве доступной для растений влаги. Поскольку влажность завядания обычно на 2-3% ниже ММВ, то при влажности почвы, соответствующей ММВ, запасы доступной растениям воды настолько малы, что уже не удовлетворяют их потребности. При этом наблюдается угнетение растений, они отстают в росте, а в жаркие периоды сбрасывают листья и цветки. В то же время необходимо учитывать, что величина ММВ не является константой, хотя она и характеризует состояние пониженной подвижности почвенной влаги. Предельно-полевая влагоемкость (ППВ) — наибольшее количество воды, которое может удержать почва после стекания гравитационной влаги при глубоком залегании грунтовых вод. Синонимы предельно-полевой влагоемкости — наименьшая влагоемкость (НВ) и полевая влагоемкость (ПВ).
Предельно-полевая влагоемкость — важнейшая характеристика водных свойств почвы, При влажности почвы, соответствующей ППВ, вся система капиллярных пор заполнена водой, благодаря чему создаются оптимальные условия влагообеспеченности растений.
Эта величина зависит от содержания гумуса, оструктуренности и гранулометрического состава почвы. В тяжелых по гранулометрическому составу хорошо оструктуренных почвах с высоким содержанием гумуса ППБ достигает 40-50%, в малогумусных песчаных – 5-10%. Оценка ППВ различных по гранулометрическому составу почв приведена в таблице 74.
Капиллярная влагоемкость (КВ) — максимальное количество капилллярно-подпертой влаги, которое содержится в слое почвы, находящемся в пределах капиллярной каймы. Чем ближе слой почвы к зеркалу грунтовых вод, тем выше его капиллярная влагоемкость. В нижней части капиллярной каймы практически все поры заполнены водой. На верхней границе каймы КВ равна ППВ.
Полная влагоемкость (ПВ) — наибольшее количество влаги, которое содержится в почве при условии полного заполнения всех пор водой. Но полного заполнения всех пор водой не происходит, поскольку в почве всегда присутствует так называемый защемленный воздух, на долю которого приходится до 10% от общей пористости. При полной влагоемкости в почве содержится максимально возможное количество всех форм влаги: прочно- и рыхлосвязанной, капиллярной и гравитационной, поэтому ПВ характеризует водовместимость почвы.
refac.ru
К основным водным свойствам почв относятся водоудерживающая способность, водопроницаемость и водоподъемная способность.
Водоудерживающая способность — способность почвы удерживать воду сорбционными и капиллярными силами. Максимальное количество воды, которое почва способна удерживать различными силами, называется влагоемкостью. Различают влагоемкость полную, наименьшую, капиллярную и максимально-молекулярную, которые для каждой почвы являются почвено-гидрологическими константами.
Полная влагоемкость (ПВ) или водовместимость — это количество воды в почве после полного насыщения, когда все поры (капиллярные и некапиллярные) заполнены водой. Длительное насыщение почв водой до полной влагоемкости, например, в гидроморфных почвах приводит к развитию анаэробных процессов, снижающих плодородие и продуктивность растений.
Если гравитационная вода не подпирается грунтовыми водами, то она стекает в более глубокие горизонты. Максимальное количество воды, которое удерживается в почве после просачивания гравитационной воды в глубокие горизонты при отсутствии подпора грунтовыми водами, называют наименьшей влагоемкостью почвы (НВ).
Наименьшая влагоемкость (НВ) является важным свойством почвы, она обусловливает максимальное количество воды, которое почва способна удерживать длительное время.
При влажности почвы, соответствующей наименьшей влагоемкости, до 75 % пор заполнены водой, в этом случае создаются оптимальные условия для влаго- и воздухообеспеченности растений. Наибольшие значения НВ свойственны для высокогумусных почв тяжелого гранулометрического состава с водопрочной структурой.
В процессе испарения и потребления воды растениями уменьшается количество воды в капиллярах. Появляются разрывы в заполнении капилляров водой, уменьшается подвижность воды и ее доступность растениям.
Влажность почвы, соответствующая разрыву сплошного заполнения капилляров водой, называют влажностью разрыва капилляров (ВРК). Эта константа почвы характеризует нижний предел оптимальной влагообеспеченности растений. Для суглинистых и глинистых почв ВРК составляет 65-70 % НВ.
Максимальное количество капиллярно-подпертой воды, которое может содержаться в почве над уровнем грунтовых вод, называют капиллярной влагоемкостью (КВ).
Максимальная молекулярная влагоемкость (ММВ) — максимальное количество рыхлосвязанной воды, удерживаемой сорбционными силами на поверхности твердой фазы почвы. При влажности почвы, соответствующей ММВ, растения начинают ,113Ядать, поэтому ее называют влажностью завядания (ВЗ) или «мертвым», недоступным для растений запасом воды в почве.
Для разных типов почв, для различных растений и периодов их роста влажность завядания неодинакова. Особенно трудно переносят критическое содержание воды в почве проростки растений.
Влажность завядания растений определяют методом проростков по С. И. Долгову или используя величину максимальной гигроскопичности почвы (МГ).
По рекомендации гидрометслужбы влажность завядания (в %) равна максимальной гигроскопичности (в %), умноженной на коэффициент 1,34, а по рекомендации Н. А. Качинского — на коэффициент 1,5: (ВЗ = МГ • 1,34 или ВЗ = МГ • 1,5).
Общий запас воды в почве рассчитывают для каждого генетического горизонта, потому что влажность и плотность почвы значительно изменяются по почвенному профилю. Общий запас воды на заданную глубину почвы можно рассчитать по формуле
ОЗВ м3/га = (W1 • dv1 • h2) + (W2 • dv2 • h3) + ... + (Wn • dvn • hn),
где ОЗВ — общий запас воды на изучаемую глубину почвы, м3/га;
W1 • dv1 • h2, — соответственно полевая влажность, плотность и мощность первого слоя или генетического горизонта, см;
W2 • dv2 • h3 — значения показателей второго слоя или генетического горизонта и т. д.
Для пересчета запасов воды, рассчитанных в м3/га, в мм водного слоя нужно разделить на 10, так как слой воды в 1 мм на площади 1 га занимает объем 10 м3.
Запасы недоступной воды в почве, которые соответствуют влажности завядания растений, определяют тоже по генетическим горизонтам на заданную глубину, аналогично расчету общего запаса воды. Но вместо полевой влажности по тем же слоям или генетическим горизонтам почвы берут влажность устойчивого завядания растений — ВЗ:
НВЗ = (ВЗ1 • dv1 • h2) + (В32• dv2 • h3) + ... + (В3n • dvn • hn),
где НВЗ — запасы недоступной воды в почве на изучаемую глубину в м3/га;
ВЗ1 • dv1 • h2 — влажность завядания, плотность и мощность первого слоя или генетического горизонта и т. д.
Разность между общим запасом воды в почве и запасом не доступной воды составляет продуктивную воду для растений, которая может быть использована на формирование урожая.
Количество продуктивной воды в почве соответствует влажности в интервале от влажности завядания (ВЗ) до наименьшей влагоемкости (НВ). Но наиболее доступная для растений вода соответствует влажности почвы от ВРК до НВ.
Запасы продуктивной воды в слое почвы мощностью 0-100 см, равные 130-180 мм, являются хорошими, от 130 мм до 100 мм — удовлетворительными, меньше 100 мм считаются неудовлетворительными.
Полевую влажность почвы определяют чаще всего весовым методом. В поле пробы для определения влажности почвы берут как правило, буром из скважин или ножом со стенки разреза. Пробы берут из горизонтов почвы через 10 или 20 см. Если нужно взять пробу из слоя почвы 50 см, то ее отбирают по нескольку граммов из верхней, средней и нижней частей. Отобранный образцы в алюминиевых стаканчиках взвешивают с точностью до 0,01 г, затем высушивают в сушильных шкафах при температуре 105 °С до постоянной массы. Такую почву называют абсолютно сухой.
Полевую влажность почвы рассчитывают по формуле
W = 100а / в ,
где W — полевая влажность, %;а — масса испарившейся воды, г;в — масса абсолютно сухой почвы, г.
Таким образом, под влажностью почвы понимают отношение массы воды в почве к массе абсолютно сухой почвы, выраженное в процентах.
Водопроницаемость почвы — это ее способность впитывать ипропускать через себя воду. Различают две стадии водопроницаемости. Первая стадия — впитывание, когда все поры почвы постепенно заполняются водой, т. е. почва достигает полной влагоемкости.
Вторая стадия водопроницаемости — фильтрация — просачивание, передвижение воды в почве под действием силы тяжести и величины напора слоя воды над поверхностью почвы после полного насыщения ее водой.
Водопроницаемость определяется объемом воды, просачираюшейся через единицу площади поверхности почвы в единицу времени, и выражается в мм слоя воды в единицу времени по формуле
v = 10Q / Stгде v — скорость водопроницаемости, мм/ч;Q — расходы воды, см3;10 — коэффициент перевода см3 воды в мм слоя воды на площади 1 см2;S — площадь фильтрующей поверхности почвы, см2;t — время опыта, ч.
Н. А. Качинский (1970) предложил шкалу оценки водопроницаемости почв:
В песчаных почвах водопроницаемость излишне высока, в суглинистых и глинистых с водопрочной комковато-зернистой структурой — наилучшая и хорошая, в тяжелоглинистых бесструктурных — неудовлетворительная.
При неудовлетворительной водопроницаемости почвы происходит скопление и застаивание воды на поверхности в бессточных понижениях, что вызывает гибель большинства культурных растений. На склонах таких почв происходит слишком значительный поверхностный сток, вызывающий эрозию.
При излишне высокой водопроницаемости очень низка влагоемкость почвы, соответственно недостаточен и запас воды для растений. При орошении таких почв возможна потеря поливной воды в грунтовые воды и подъем уровня грунтовых вод. Если грунтовые воды окажутся высокоминерализованные, то возможно засоление почв, особенно в аридном климате.
Водоподъемная способность почвы — свойство вызывать восходящее передвижение содержащейся в ней воды при действии менисковых сил в капиллярах твердой фазы почвы. Менисковые силы начинают действовать в порах почвы диаметром 8 мм, и особенно большая разница в давлении проявляется в капиллярах диаметром 0,1-0,003 мм. Капилляры диаметром < 0,003 мм полностью заполнены прочносвязанной (гигроскопической) водой, которая малоподвижна и недоступна для растений.
В связи с этим водоподъемная способность возрастает в ряду от песчаных почв к суглинистым и снижается в тяжелоглинистых. Высота подъема воды в капиллярах под действием менисковых сил в песчаных почвах 0,5-0,7 м, в суглинистых — до 5-6 м над уровнем грунтовых вод. Благодаря этой способности почв грунтовые воды могут подпитывать растения, а при значительном подъеме их уровня оказывать отрицательное влияние на растения, выззывая восстановительные процессы или засоление почв.
За счет действия менисковых сил до момента разрыва сплошного заполнения капилляров передвигается и капиллярно-подвешенная вода.
В бесструктурных почвах с тонкими капиллярами при восходящем передвижении воды к испаряющей поверхности много воды теряется на испарение. В хорошо оструктуренных почвах капиллярные поры разобщены межагрегатными порами, поэтому испарение воды с поверхности почвы значительно меньше.
www.easyschool.ru
