Химически связанную

а) конституционную;

б) кристаллизационную.

Физически связанную

а) прочносвязанную (гигроскопическую);

б) рыхлосвязанную (пленочную или молекулярную);

в) воду в твердом состоянии (внутрипочвенный лед).

ІІ. Свободная вода подразделяется на:

Капиллярную

а) стыковую (пендулярную или уголковую);

б) фуникулярную;

в) капиллярно-подвешенную;

г) капиллярно-подпертую;

д) подвижную.

Гравитационную

а) просачивающуюся;

б) грунтовую;

в) верховодка.

3. Парообразную.

Иногда к свободной воде относят внутриклеточную воду, которая становится доступна растениям после полного распада клеточной оболочки.

Связанная вода –образуется путем сорбции (поглощении) парообразной и жидкой воды на поверхности твердых частиц.

Вопрос 3. Химически связанная водавходит в состав гидратных веществ, слагающих почву. Количество этой воды обычно невелико, но иногда достигает от 5–7 до 12%, и реже более. Чем больше в почве силикатов и алюмосиликатов, тем выше содержание в ней химически связанной воды. Эта вода в почве не принимает непосредственного участия в физических процессах, не передвигается, не испаряется и совершенно не доступна растениям.

а) конституционная вода входит в состав молекул почвенных минералов в виде гидроксильных групп ОН^-, очень прочно связана с почвой и поэтому удаляется из нее при нагревании (прокаливании) почвы на 400–800°С. При этом происходит разрушение минералов. Наибольшее количество этой воды содержится в глинистых минералах.

б) кристаллизационная водавходит в состав кристаллической решетки минералов в виде самостоятельных молекул. Например, у гипса (CaSO₄ · 2H₂O) она прочно связана с почвой и удаляется из нее при температуре 100–200°С. Она может переходить в раствор при растворении солей, поэтому наибольшее ее количество содержится в солончаках.

Почва, содержащая конституционную и кристаллизационную воду, называется абсолютно сухой или сухой.

Вопрос4. Физически связанная (сорбированная) водав почве может находиться во всех трех агрегатных состояниях – газообразном, жидком и твердом. Значительная часть этой воды удерживается (сорбируется) на поверхности почвенных частиц с разной силой в результате проявления молекулярного взаимопритяжения между молекулами воды и почвы. При этом наиболее прочно молекулы сорбированной воды фиксируются вблизи почвенных частиц, по мере удаления прочности фиксации снижаются. В зависимости от прочности удержания воды сорбционными силами физически связанную воду подразделяют:

а) прочносвязанная вода или гигроскопическая– это парообразная вода, поглощенная почвой из воздуха и прочно удерживаемая на поверхности твердых частиц высоким давлением (17–36 тыс. атмосфер) в виде тончайшей пленки из двух – трех молекул воды.

Поглощение твердыми частицами почвы молекул парообразной и жидкой воды – называетсясорбцией воды. Способность почвы сорбировать пары воды из воздуха – называется гигроскопичностью, а адсорбированная таким образом вода – называется гигроскопической. Почва, содержащая гигроскопическую воду, называется воздушно-сухой. Содержание гигроскопической воды определяется путем высушивания до постоянного веса при температуре 100–105°С. Эта вода не передвигается внутри почвенной толщи, совершенно недоступна растениям, обладает более высокой плотностью (от 1,2–1,6 до 2,4 г/см³), не растворяет соли, замерзает при температуре ниже нуля (имеются данные, что гигроскопическая вода не замерзает даже при температуре –70°С).

Количество гигроскопической воды в почве зависит от:

1) влажности воздуха: чем выше влажность воздуха, тем больше воды поглощается почвой;

2) содержания гумуса: чем больше в почве гумуса, тем выше ее гигроскопичность;

3) относительной плотности водяного пара в воздухе, соприкасающегося с почвой: с увеличением относительной упругости, количество поглощаемой гигроскопической влаги возрастает;

4) температуры воздуха: с повышением температуры гигроскопичность уменьшается.

5) дисперсности почвы (суммарной поверхности почвы), обусловленной гранулометрическим составом почвы: чем больше дисперсность почвы и содержание в ней илистых и коллоидных частиц, тем больше парообразной воды она может поглотить, т.е. чем тяжелее почва по гранулометрическому составу (глинистые и суглинистые почвы), тем при прочих равных условиях, больше будет величина гигроскопической влажности (таблица 1);

6) минералогического состава:чем больше содержание глинистых минералов, тем выше гигроскопическая влажность.

Т а б л и ц а 1. Содержание гигроскопической воды (по Черкасову)

Максимальное количество гигроскопической воды, которое может поглотить почва из воздуха, при влажности воздуха близкой к 100%, называется максимальной гигроскопичностью (МГ).

Количество ее в почве зависит от:

1) содержания гумуса: чем больше в почве гумуса, тем выше ее максимальная гигроскопичность;

2) относительной плотности водяного пара в воздухе, соприкасающегося с почвой: с увеличением относительной упругости, количество поглощаемой максимальной гигроскопической влаги возрастает;

3) температуры воздуха: с повышением температуры максимальная гигроскопичность уменьшается;

4) дисперсности почвы (суммарной поверхности почвы), обусловленной гранулометрическим составом почвы: чем больше дисперсность почвы и содержание в ней илистых и коллоидных частиц, тем больше парообразной воды она может поглотить, т.е. чем тяжелее почва по гранулометрическому составу (глинистые и суглинистые почвы), тем при прочих равных условиях больше будет величина максимальной гигроскопической влажности (таблица 2);

5) минералогического состава:чем больше содержание глинистых минералов, тем выше максимальная гигроскопическая влажность.

Т а б л и ц а 2. Содержание максимальной гигроскопической воды (по Черкасову)

Знание величины максимальной гигроскопической влажности позволяет вычислить влажность завядания (ВЗ) растений, т.е. степень увлажненности почвы, при которой начинается устойчивое завядание растений. При устойчивом завядании растений тургор не восстанавливается даже после того, как их помещают в атмосферу, насыщенную водяными парами. У растений прекращается фотосинтез а, следовательно, создание урожая, т. е. влажность завядания является нижним пределом доступности влаги для растений.

В зависимости от свойств почв, вида растений отношение влажности завядания растений (ВЗ) к максимальной гигроскопической влажности (МГВ) составляет 1–3 (коэффициент завядания). При вычислении влажности завядания коэффициент принимается равным 1,5.

Отсюда ВЗ (%) = 1,5·МГВ.

б) рыхлосвязанная (пленочная или молекулярная)­– представляет собой дополнительную водную пленку, расположенную вокруг прочносвязанной воды.

При увеличении влажности почвы сверх максимальной гигроскопичности количество адсорбированной влаги возрастает, и вокруг почвенных частиц образуются пленки воды, толщиной до несколько десятков диаметров молекул воды. Такая вода называется пленочной.

Передвижение пленочной воды происходит не сплошной массой, а от одной частицы почвы к другой и зависит от толщины водной пленки вокруг почвенных частиц: от частицы с большей толщиной пленки воды будет перетекать к частице с меньшей толщиной до тех пор, пока толщина пленок вокруг обеих частиц не сделается одинаковой. Скорость передвижения рыхлосвязанной воды очень мала, поэтому роль ее в водном и питательном режимах растений незначительна, хотя при иссушении почвы растения способны усваивать часть пленочной воды.

Содержание пленочной воды зависит от:

1) гранулометрического состава почвы: в почвах более тяжелого гранулометрического состава ее больше;

2) содержания гумуса: чем больше в почве гумуса, тем больше в ней пленочной воды;

3) концентрации растворенных веществ и осмотического давления почвенного раствора:почвы с большей концентрацией раствора имеют меньше пленочной воды, чем бедные растворенными веществами, а в засоленных почвах она может вовсе отсутствовать. Это объясняется тем, что в насыщенных легкорастворимыми солями почвенных растворах возрастает осмотическое давление, превышающее адсорбционное притяжение почвенных частиц, в силу чего пленочная вода частично или полностью отсасывается в раствор.

Количество пленочной воды достигает в песчаных почвах 1,5% от веса почвы, суглинистых – до 15–17% и в глинистых почвах – до 30%.

вопрос 7. в) вода в твердом состоянии (внутрипочвенный лед). Это потенциальный источник жидкой и парообразной воды. При понижении температуры почвы вначале замерзает свободная вода, а затем адсорбированная. Эту почву растения непосредственно не используют.

Наблюдается некоторое положительное влияние промерзания почвы на ее структуру при незначительном исходном увлажнении и отрицательное – при избыточном. В последнем случае внутрипочвенный лед разрушает микроагрегаты. Глубина промерзания почвы зависит от многих факторов: климатических условий, гранулометрического состава почв, степени исходного увлажнения, близости грунтовых вод.

Появление в почве воды в форме льда носит чаще всего сезонный, реже – многолетний характер.

Парообразная воданаходится в составе почвенного воздуха в форме водяного пара. Источником парообразной воды в почве является свободная и сорбированная вода, а также водяные пары атмосферы. Содержание водяного пара в почвенном воздухе невелико (не больше 0,001 % от веса почвы). Эта форма воды имеет значение, как источник увлажнения верхних горизонтов почвы, особенно в засушливое время, а в районах недостаточного увлажнения – и зимой.

Парообразная вода характеризуется большой подвижностью. Она передвигается в почве конвективно (с передвигающимся почвенным воздухом) и кондуктивно (за счет градиента упругости водяного пара).

Пары воды перемещаются от мест с большей упругостью (более теплых) к местам с меньшей упругостью, т.е. в сторону понижающихся температур.

Важное практическое значение парообразной воды выявляется в тех случаях, когда влажность почвы снижается до величины недоступной воды, что нередко наблюдается в верхних слоях почвы при длительно засушливой погоде.

В ночное время летом, когда верхние слои почвы охлаждаются, и упругость водяных паров падает, происходит перегонка паров из более теплых нижних слоев в верхние, которые дополнительно увлажняются. В целом, в летнее время водяные пары в толще почвы передвигаются, как правило, сверху вниз, так как в нижних слоях температура летом ниже, чем в верхних.

Осенью и зимой передвижение парообразной воды происходит преимущественно снизу вверх. Парообразная вода, хотя и играет определенную роль в перераспределении влаги в почве и грунте, тем не менее, значение ее в общем водяном балансе невелико в связи с чрезвычайно малым содержанием в почве.

В результате количественных изменений влажности почвы одни формы воды в ней как бы последовательно переходят в другие. Парообразная вода переходит в гигроскопическую которая, возрастая, достигает величины максимальной гигроскопической. Последняя переходит в молекулярную (пленочную), далее в максимально молекулярную и, наконец, в капиллярную, которая возрастает количественно и переходит в гравитационную.

Вопрос 5. Свободная вода –это вода, не связанная силами притяжения с почвенными частицами, передвигается в почве под действием капиллярных и гравитационных сил, является доступной для растений и микроорганизмов.

1. Капиллярная вода– это вода, которая находится в почве в порах малого диаметра – капиллярах и передвигается в них под действием капиллярных или менисковых сил. Она является главным источником водоснабжения растений. Распределение капиллярной воды в почве зависит от строения почвы, размеров пор, глубины залегания грунтовых вод и других факторов.

Капиллярная вода передвигается в почве не только снизу вверх, но и в любом другом направлении в зависимости от градиента влажности: от влажных участков почвы к более сухим.

В зависимости от характера увлажнения капиллярная вода делится:

а) стыковая (уголковая или пендулярная)– образуется в виде отдельных скоплений в местах соприкосновения (стыка) твердых частиц почвы и удерживается с помощью капиллярных сил. Она характерна для песчаных почв. Количество ее в этих почвах соответствует наименьшей полевой влагоемкости (или предельно полевой влажности).

Эта вода не сомкнута и неподвижна, подток ее на расстоянии затруднен и поэтому она доступна для корней растений, непосредственно прилегающих к ней;

б) фуникулярная – при увеличении воды в уголках пор, мениски расширяются и, наконец, соприкасаясь один с другим сливаются, образуя так называемую фуникулярную воду с остающимися просветами или пузырьками защемленного воздуха. Такая вода более доступна растениям, но эта доступность несколько снижается в связи с тем, что для перемещения ее требуется преодолевать значительное давление, оказываемое защемленным воздухом;

в) капиллярно-подвешенная – образуется в верхних слоях почвы при увлажнении ее сверху (после дождя или полива). Поступление грунтовой воды исключено вследствие глубокого ее залегания.

Между капиллярной водой верхних слоев почвы и зеркалом грунтовой воды остается слой почвы с небольшой влажностью. Капиллярная вода находится в висячем состоянии и удерживается в пределах верхних слоев почвы менисковыми силами.

Капиллярно-подвешенная вода мигрирует в почве во всех направлениях. Участвует во внутрипочвенном стоке, особенно в песчаных почвах;

г) капиллярно-подпертая – образуется при увлажнении почвы от грунтовых вод, т.е. она находится над поверхностью грунтовых вод, связана с ними и подпирается водами этого горизонта.

Слой почвы, содержащий капиллярно-подпертую воду, называют капиллярной каймой. В тяжелых почвах ее мощность может достигать 2–6 м, а в легких всего 0,4–0,6 м.

Влажность в капиллярной кайме уменьшается снизу вверх. На верху капиллярной каймы, капиллярно-подпертая вода переходит в капиллярно-подвешенную. Капиллярная кайма связывает почвенную влагу в верхних корнеобитаемых горизонтах с грунтовыми водами.

При подъеме уровня грунтовых вод капиллярная кайма перемещается вверх, вызывая увеличение влагозапасов в верхних горизонтах и наоборот. Эти явления дают возможность управлять влажностью почвы регулированием глубины залегания грунтовых вод. На этом основан принцип работы гидромелиоративных сооружений;

д) капиллярно-подвижная– вода заполняет все поры полностью.