Вопрос 6. Гравитационная вода.

При увеличении влажности почвы до предела, когда капиллярные силы уже не в состоянии удерживать возрастающее количество воды, последняя заполняет все крупные поры и стекает в нижние горизонты или по уклону под влиянием гравитационных сил (собственного веса).

Таким образом, гравитационная вода – это свободная вода, которая образуется в почве сверх капиллярной и под влиянием силы тяжести стекает вниз.

Скорость этого стекания замедляется во времени. В верхних горизонтах почвы остатки гравитационной влаги могут удерживаться в течение нескольких суток и даже недель. Эта водоудерживающая способность почвы дает возможность проводить поливы большими нормами и не очень часто, что облегчает орошение.

Гравитационная вода образуется после поливов, после дождей и таяния снега. Эта вода доступна для растений, но вследствие большой скорости движения и кратковременного нахождения в почве сама непосредственно в питании растений участвует мало. Наибольшее количество гравитационной воды соответствует полной влагоемкости. Присутствие в почве в значительных количествах свободной гравитационной воды – явление неблагоприятное, свидетельствующее об избыточном увлажнении и способствует заболачиванию.

Она подразделяется:

а) просачивающаяся – гравитационная вода передвигается по норам и трещинам сверху вниз и возникает при появлении в почве воды сверх удерживающей силы капилляров;

б) грунтовая– гравитационная вода, поступающая в водоносный горизонт, где заполняет все поры, образуя грунтовую воду. Она расположена над водоупорным слоем и удерживается за счет его водонепроницаемости. Грунтовая вода насыщает водоносный горизонт и под действием гидростатического давления может течь по подземному уклону. Различают напорную и безнапорную, подвижную и неподвижную грунтовую воду.

в) верховодка – гравитационная вода, которая скапливается в верхних слоях почвы или грунта над водонепроницаемыми (слабопроницаемыми) прослойками.

Вопрос 9. 10.11. ВОДНЫЕ СВОЙСТВА ПОЧВЫ

Совокупность свойств почвы, которые определяют поведение почвенной воды в ее толще, называют водными свойствами.

К водным свойствам относятся:

1. Водоудерживающая способность;

2. Водопроницаемость;

3. Водоотдача;

4. Водоподъемная способность;

Испарение.

Водоудерживающая способность – это способность почвы удерживать содержащуюся в ней воду. Ее количественной характеристикой является влагоемкость.

Влагоемкость почвы – это способность почвы поглощать и удерживать определенное количество воды. Влагоемкость выражается в процентах к массе или объему почвы.

В зависимости от сил, удерживающих воду в почве, и условий ее удержания выделяют следующие виды влагоемкости:

1. Капиллярная влагоемкость (КВ) –максимальное количество воды, которое удерживает почва в капиллярных порах над уровнем грунтовых вод капиллярными (менисковыми) силами.

Капиллярная влагоемкость (КВ) почвы – величина непостоянная, она выражается в процентах от массы или объема почвы и зависит от мощности слоя, и от того на какой высоте от зеркала грунтовых вод находится слой почвы: чем ближе он к зеркалу грунтовых вод, тем выше и величина капиллярной влагоемкости .

Количественно она изменяется в интервале выше максимальной молекулярной и несколько ниже предельной полевой влагоемкости.

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.

Капиллярную влагоемкость рассчитывают по формуле:

,

где КВ – капиллярная влагоемкость, %;

М – масса почвы в цилиндре после капиллярного насыщения, г;

m – масса абсолютно-сухой почвы в цилиндре, г.

2. Максимальная адсорбционная влагоемкость (МАВ) – это наибольшее количество прочносвязанной (гигроскопической) влаги, которая удерживается на поверхности почвенных частиц с помощью сорбционных сил. Она составляет 60-70% от максимальной гигроскопической влажности.

3. Максимальная молекулярная влагоемкость (ММВ) – это наибольшее количество рыхлосвязанной (пленочной или молекулярной) воды, которое почва может удерживать с помощью сил молекулярного притяжения.

Она зависит от гранулометрического состава почвы. Ее количество в песчаных почвах не превышает 5–7%, а у глинистых 25–30%.

Увеличение запасов воды в почве сверх максимальной молекулярной влагоемкости сопровождается появлением капиллярной или гравитационной воды. Если водой полностью заполнены все поры, то считается, что почва насыщена влагой до состояния полной влагоемкости.

4. Полная влагоемкость (ПВ) – это наибольшее количество воды, которое может вместить почва при полном заполнении водой всех ее пор (капиллярных и некапиллярных). В естественных почвах состояние полной влагоемкости возможно при избытке поступления поверхностной воды (например, весной в период снеготаяния или длительных дождей), а также при высоком стоянии грунтовых вод. Полная влагоемкость почвы соответствует максимальному содержанию гравитационной воды.

Условия водно-воздушного и пищевого режимов почвы при полной влагоемкости крайне неблагоприятны.

Полная влагоемкость почвы численно равна общей пористости. Однако, в зависимости от гранулометрического состава почв и содержания органического вещества, это соответствие нередко нарушается, особенно в глинистых и органических почвах. При увлажнении глинистых почв происходит набухание частиц и увеличение их в объеме, что неизбежно приведет к увеличению промежутков между ними. То же самое наблюдается в торфяных и торфянистых почвах. В связи с этим полная влагоемкость таких почв становится выше их общей пористости в сухом состоянии. Указанные явления в глинистых или торфяных почвах следует учитывать в тех случаях, когда полная влагоемкость принимается за исходную влажность при расчете оптимальных условий для растений. Оптимальная влажность почвы равна 60 % от полной влагоемкости.

Полная влагоемкость в минеральных почвах колеблется в пределах 40–50%, а в отдельных случаях может возрасти до 80% или опуститься до 30% от массы сухой почвы.

В состоянии полной влагоемкости почва может находиться длительное время лишь в том случае, если вода в крупных некапиллярных порах подпирается грунтовыми водами. Если этого не происходит, то гравитационные воды стекают под действием силы тяжести вниз. В этом случае почва переходит в состояние увлажнения, называемое наименьшей (НВ) или предельно-полевой влагоемкости (ППВ).

Полную влагоемкость рассчитывают по формуле:

,

гдеПВ – полная влагоемкость, %;

М – масса почвы в цилиндре после полного насыщения, г;

m – масса сухой почвы в цилиндре, г.

Зная полную влагоемкость можно рассчитать оптимальную влажность почвы, равную 60% от полной влагоемкости:

ОВ (%) = 0,6· ПВ,

где ОВ – оптимальная влажность, %;

ПВ – полная влагоемкость, %.

5. Предельно полевая влагоемкость (ППВ) или наименьшая влагоемкость (НВ) – это наибольшее количество влаги, которое может удерживать почва после стекания гравитационной воды при отсутствии слоистости почвы и глубоком залегании грунтовых вод. Она зависит от гранулометрического состава почвы, ее сложения и структуры.

В почве при влажности соответствующей предельно-полевой влагоемкости создаются условия, при которых растения наиболее хорошо обеспечены водой и воздухом.

Величина ППВ соответствует максимальной полевой норме, но действительная поливная норма меньше предельно полевой влагоемкости, т.к. в почве имеется всегда тот или иной запас воды. Поэтому поливная норма – это разность между предельно-полевой влагоемкостью и запасом воды перед поливом – и называется дефицитом влаги(D)

,

где D – дефицит влаги (м³);

Р – ППВ (предельно-полевая влагоемкость (м³);

m – количество влаги в почве в данное время до полива (м³), тогда поливная норма рассчитывается по формуле:

,

где M – поливная норма (м³).

По мере подсыхания почвы вода, находящаяся в капиллярах, перестает быть сплошной, уменьшается ее подвижность и доступность растениям.

Влажность почвы, при которой происходит разрыв сплошной воды в капиллярах, называется влажностью разрыва капилляров (ВРК).

Влажность разрыва капилляров характеризует нижний предел оптимальной влажности почвы, ее иногда называют критической. У суглинистых и глинистых почв ВРК составляет 65–70% от полной влагоемкости. При влажности меньше чем влажность разрыва капилляров, вода находится в почве в форме манжет вокруг точек стыка почвенных частиц, или заполняет отдельные, изолированные системы пор, или находится в форме пленок на поверхности частиц.

Наименьшая или предельно полевая влагоемкость в суглинистых и глинистых хорошо оструктуренных почвах составляет 30–35% от массы сухой почвы, в песчаных не превышает 10–15%.

Вопрос 13. Водопроницаемость – это способность почвы впитывать и пропускать через себя воду.

Водопроницаемость почвы зависит:

1. Пористости,и главным образом от размера пор. Чем выше пористость и чем крупнее поры, тем больше водопроницаемость;