2.3.2. Почвенная влага

Вода является одной из 3-х составляющих почвы (твердой, газообразной, жидкой). Академик Г. И. Высоцкий сравнивал роль воды в почве с ролью крови в живом организме. Вода играет важную терморегулирующую роль в жизни растений.

Источников воды в почве три: атмосферные осадки, парообразная влага приземных слоев атмосферы (путем конденсации или адсорбирования водяных паров из воздуха) – роса, грунтовые воды.

Форма воды в почве определяется агрегатным состоянием и взаимодействием с твердой и газообразной фазами. Различают 2 группы воды: связанная (химически, физически, в твердом состоянии) и свободная (парообразная, капиллярная, гравитационная, грунтовая).

Химически связанная вода входит в состав ряда веществ почвы, не принимает участие в физических процессах и не испаряется при температуре 100⁰С.

Физически связанная вода делится на гигроскопическую (адсорбируемую почвой пары воды из воздуха) и пленочную (удерживаемую вокруг твердой частицы почвы молекулярными силами. Гигроскопическая влага передвигается в почве только при переходе в парообразное состояние. Пленочная вода перемещается под действием градиента молекулярных сил. Количество пленочной воды в почве приблизительно равно двойной гигроскопичности.

Вода в твердом состоянии (лед) содержится в почве при отрицательной температуре.

Парообразная вода содержится в почве (не более 0,001 % массы) при любой влажности, занимая поры, свободные от капельножидкой воды. Передвижение парообразной воды происходит из слоев более насыщенных парами к менее насыщенным или из слоя с более высокой температурой и упругостью в слой с более низкой температурой.

Капиллярная вода насыщает капилляры почвы, соприкасающейся со свободной водной поверхностью. Она удерживается в почве силой водных менисков.

Гравитационная вода перемещается в почве под действием сил тяжести. Это перемещение возникает, когда все поры почвы заполнены водой.

Грунтовая вода образуется в водоносном слое, лежащем на маловодопроницаемом (водоупоре).

Количество воды в почве характеризуется влажностью и запасами влаги в ней. Различают абсолютную влажность почвы и относительную.

Абсолютная влажность почвы β (%) – это отношение массы влаги в некотором объеме почвы m_в к массе сухой почвы m_c

β = (2.40)

Относительная влажность почвы β₀ (%) – это отношение абсолютной влажности β к какой-либо другой водно-физической константе почвы, например, к наименьшей влагоемкости почвы НВ.

Запасы воды W в слое почвы h (м) выражают в м³/га и определяют по зависимости

W = 100 h α β, (2.41)

где α – объемная масса почвы или ее плотность в естественном состоянии, т/м³ .

2.3.3. Основные почвенно-гидрологические характеристики

Выделяют следующие основные почвенно-гидрологические характеристики: максимальную гигроскопичность, влажность завядания, наименьшую и полную влагоемкость, высоту капиллярного поднятия, впитывание воды и водоотдачу.

Максимальная гигроскопичность МГ – это максимальное количество воды, поглощаемое почвой из воздуха, насыщенного парами воды. Ее определяют путем длительного (более 10 сут) насыщения образца почвы парами воды в эксикаторе.

Влажность завядания ВЗ – количество влаги, практически недоступной для растений, при котором появляются необратимые признаки увядания растений. ВЗ определяется не свойствами растений, а почвы. Признаки увядания различных растений наступают на одной и той же почве при одинаковой ее влажности. Влажность почвы выше ВЗ называют продуктивной.

Наименьшая влагоемкость НВ – количество воды, прочно удерживаемое почвой после полного свободного стекания гравитационной воды. Доступная для растений влага лежит в пределах НВ – ВЗ.

Полная влагоемкость ПВ – наибольшее количество влаги, которое может содержаться в почве при условии полного насыщения всех пустот и пор водой. ПВ равна пористости почвы Р. Зная Р (в % от объема почвы) и ее объемную массу или плотность α (г/см³) можно определить ПВ = Р/α (% от массы сухой почвы).

Водоотдача μ – свойство почвы отдавать гравитационную воду путем стекания. Количественно водоотдача равна

μ = ПВ – НВ (2.42)

Отношение объема свободно вытекающей из почвогрунта воды W (м³) к объему почвогрунта V (м³) в процентах называют коэффициентом водоотдачи δ = 100W/V, используемым при расчетах параметров осушительных систем.

Внутрипочвенное движение воды в порах под действием менисковых сил называют капиллярным. Скорость капиллярного движения тем больше, чем больше диаметр капиллярных пор, а высота капиллярного поднятия h_к – наоборот.

Впитывание воды – это поступление воды в почву, не полностью насыщенную влагой, например, при орошении. Скорость поглощения воды в почву V в момент времени t при меняющейся глубине просачивания можно определить по формуле А. Н. Костякова

V = К₁/t^α , (2.43)

где К₁ – коэффициент водопроницаемости данной почвы в первую единицу времени;

α – показатель степени, изменяющийся от 0,3 до 0,8 в зависимости от свойств почвы и ее начальной влажности (чем больше начальная влажность, тем меньше α).

Скорость впитывания V во времени постепенно убывает, приближаясь к некоторой постоянной величине К, которая характеризует собой коэффициент фильтрации данной почвы.