3. Водопроницаемость, водоподъемная и влагоудерживающая способность почвы

Различные почвы обладают разными водными свойствами: одни из них хорошо впитывают и хорошо удерживают воду, другие быстро впитывают, но неспособны длительно удерживать, третьи — и плохо впитывают, и скоро теряют.

Таким образом, «судьба» и значение одного и того же количества воды, попавшей в разные почвы, в каждом конкретном случае будут различными. Совокупность признаков, характеризующих отношение почвы к воде, составляет понятие водные свойства почвы.

Главнейшими из водных свойств почвы являются следующие: водопроницаемость, водоподъемная способность, или капиллярность, влагоемкость и испаряющая способность почвы.

Водопроницаемостью почвы называется способность почвы проводить воду из верхних ее горизонтов в нижние.

Процесс поступления в почву свободной воды складывается из трех явлений: 1) впитывания воды почвой, 2) промачивания почвы и 3) фильтрации.

Впитывание воды в почву осуществляется сорбционными и капиллярными силами, промачивание — капиллярными, фильтрация — гравитационными силами.

Водопроницаемость почвы определяется или временем, за которое вода проходит через определенный слой почвы, или количеством воды, просачивающейся через данный слой почвы в единицу времени.

В зависимости от скорости впитывания различают почвы хорошо водопроницаемые — при скорости впитывания 150 мм за первый час, средне водопроницаемые — при скорости впитывания 50—150 мм за первый час и слабо водопроницаемые — при скорости впитывания меньше 50 мм за первый час (С. В. Астапов).

Водопроницаемость зависит от механического состава почвы, наличия перегнойных веществ и структурности.

Чем тяжелее по механическому составу почва, чем больше содержится в ней глинистых частичек и чем мельче, следовательно, ее поры, тем слабее водопроницаемость и наоборот. Наилучшей фильтрующей способностью обладают песчаные почвы, наихудшей — глинистые. В глинистых почвах, отличающихся весьма мелкой пористостью, просачивание воды настолько затруднено, что скорость фильтрации иногда сводится к нулю, так как почва практически не проницаема для воды.

Большое влияние на скорость фильтрации оказывает структурность почвы: водопроницаемость почв структурных лучше, чем бесструктурных.

Существенную роль в этом отношении играет наличие перегноя в почве, причем значение его неодинаково в почвах с различным механическим составом. Так, например, в почвах песчаных, отличающихся хорошей фильтрующей способностью, внесение органических веществ уменьшает водопроницаемость. Это объясняется, во-первых, тем, что перегной обладает хорошей влагоемкостью, а во-вторых, тем, что он способен склеивать почвенные частички и заполнять собой промежутки между ними.

Наоборот, в почвах тяжелых, глинистых, характеризующихся плохой фильтрационной способностью или даже полной водонепроницаемостью, наличие перегноя повышает водопроницаемость благодаря агрегированию почвенных частиц.

Наконец, большое влияние на водопроницаемость имеет степень уплотненности почвы; чем рыхлее почва, тем лучше она пропускает воду, и, наоборот, по мере уплотнения почвы ее водопроницаемость ухудшается.

Водоподъемной способностью, или капиллярностью, называется способность почв медленно втягивать в себя воду по капиллярным промежуткам под действием менисковых сил, т. е. сил сцепления воды с почвенными частицами.

Это свойство почв имеет большое значение для обеспечения растений водой из нижних слоев почвы.

Высота капиллярного поднятия и скорость поднятия воды в капиллярных порах зависят от их ширины: чем меньше диаметр, тем выше поднятие, и, наоборот, чем крупнее диаметр, тем ниже поднятие, хотя в последнем случае оно происходит с большей скоростью.

Однако уменьшение величины механических элементов, а следовательно, и уменьшение диаметра промежутков между ними влияют на высоту поднятия капиллярной влаги только до известного предела. При наличии в почве весьма мелких пор капиллярное поднятие может и совсем прекратиться. Это объясняется тем, что уменьшение размера капилляров увеличивает трение между водой и стенками промежутков, которое и служит причиной замедления капиллярного движения в глинистых почвах.

Помимо механического состава, существенное влияние на водоподъемность почвы оказывает и ее структурный состав: почва с разрушенной, распыленной структурой обладает лучшей капиллярной способностью, чем почва структурная.

Некоторое влияние на капиллярное движение воды в почве оказывают температура и влажность почвы; повышение температуры ускоряет продвижение воды по капиллярам, но предельная высота поднятия влаги при этом снижается.

В увлажненной почве капиллярное поднятие воды облегчается, в иссушенной —затрудняется, в сильно иссушенной почве может совсем прекратиться.

Этим объясняется, например, тот общеизвестный факт, что даже большой дождь, выпавший на иссушенную зноем землю, вначале медленно просачивается в почву.

Большое значение в этом отношении имеет уплотненность почвы: чем больше уплотнена почва, тем сильнее в ней проявляются капиллярные свойства, тем выше может подниматься в ней влага. Способность почвы вмещать и удерживать в себе то или иное количество воды называется водоудерживающей способностью, а количество воды, которое почва способна удержать в себе, именуется влагоемкостью.

Различают следующие виды влагоемкости: максимальную гигроскопическую, капиллярную, полную и полевую.

Максимальная гигроскопическая влагоемкость представляет собой то наибольшее количество влаги, которое сухая почва может поглотить из воздуха, почти полностью насыщенного парами (с относительной влажностью 94%). Максимальная гигроскопическая влагоемкость соответствует максимальному насыщению почвы гигроскопической водой.

Капиллярная влагоемкость почвы представляет собой наибольшее количество влаги, насыщающей капилляры при близком залегании зеркала грунтовых вод, т. е. в условиях подпертой капиллярной воды.

Полная влагоемкость почвы, или наибольшая влагоемкость — то наибольшее количество влаги, которое может содержаться в почве или грунте при полном насыщении всех пор водой. Эта степень увлажнения соответствует состоянию полного насыщения почвы водой в условиях затрудненного или полного отсутствия оттока. Полная влагоемкость характеризует максимальную водовместимость почвы.

Полевая влагоемкость — максимальное количество воды, которое почва в естественном залегании в полевых условиях способна удержать после стекания гравитационной влаги при промачивании сверху и устранении испарения, когда грунтовая вода стоит глубоко.

Величина влагоемкости любой почвы зависит главным образом от механического ее состава и количества перегнойных веществ. Влагоемкость почв глинистых и суглинистых выше, чем почв супесчаных и песчаных; при одном и том же механическом составе более богатые перегноем почвы обладают и большей влагоемкостью.

Всякая почва в зависимости от свойств и особенностей может удержать в своем профиле строго определенное количество воды.

Влажность устойчивого завядания растений. Нормальное развитие растений может идти при определенной степени влажности почвы. При низкой влажности растения увядают и рост их прекращается.

Опытами установлено, что устойчивое завядание растений происходит при количестве воды в почве, равном приблизительно 1,5 максимальной гигроскопичности. То количество воды в почве, при котором начинается устойчивое завядание растений вследствие недостатка ее в усвояемой форме, носит название коэффициента увядания. Очень часто это количество воды в почве называют влажностью завядания, критической влажностью, или мертвым запасом, имея в виду, что эта вода не может быть использована растениями.

Коэффициент увядания не является постоянной и неизменной величиной. Помимо природы почв, он в значительной степени зависит от состояния влажности воздуха, природы и фазы развития растений и поэтому подвержен значительным колебаниям.

Установлено, что чем выше осмотическое давление в клеточном соке растений, тем ниже для них будет коэффициет завядания.

Оптимальной влажностью для большинства культурных растений условно принято считать влажность, приблизительно равную 50% полной влагоемкости данной почвы. А так как влагоемкость различных почв неодинакова, то и абсолютное количество воды, необходимое для создания оптимальной влажности той или иной почвы, в каждом конкретном случае будет различным. Для оптимального увлажнения, например, суглинистых почв потребуется значительно больше воды, чем для почв песчаных, обладающих малой влагоемкостью.

Кроме того, и сами растения по-разному относятся к влажности почвы: одни из них могут лучше развиваться при более высокой влажности, другие—при более низкой.

Для большинства зерновых культур оптимальной является влажность, равная 30—50% полной влагоемкости почвы, для зерновых, бобовых 50—60, для технических растений и корнеплодов 60—70, для луговых трав 80—90%.

Испаряющая способность почвы. Значительная часть воды, тем или иным путем попавшей в почву, теряется через испарение.

На величину испарения влияют как внутренние свойства почвы, так и некоторые внешние условия.

На скорость испарения воды влияет прежде всего механический и структурный состав почвы. Почвы связные, обладающие хорошей капиллярностью, испаряют воды больше, чем почвы крупноземистые, например песчаные.

Почвы структурные в значительно меньшей степени теряют влагу, чем бесструктурные: наличие некапиллярных промежутков между отдельными комочками ослабляет водоподъемную способность в них. Наоборот, почвам бесструктурным, в которых капиллярные поры преобладают над некапиллярными, в силу чего создается хорошая подача влаги снизу вверх, свойственна большая потеря воды через испарение. Кроме того, почвы бесструктурные способны при выпадении атмосферных осадков заплывать, образовывая на поверхности корку. Почвенная корка, обладающая тонкопористым строением, еще больше усиливает испарение.

Большое влияние на величину потери воды через испарение оказывает степень уплотненности почвы: чем сильнее уплотнена почва, тем быстрее она испаряет, и, наоборот, чем рыхлее почва, тем меньше потеря влаги.

Значительное влияние на испарение влаги почвой оказывают ветер, температура и степень влажности воздуха: чем суше воздух и выше температура, тем сильнее испарение. Увеличение влажности воздуха и отсутствие ветра уменьшают потерю влаги почвой. Этим объясняется тот факт, например, что в лесу, где почвенный покров защищен от ветров и где воздух более насыщен парами, испарение влаги верхними слоями почвы значительно ниже, чем на открытой местности.

На величину испарения влияет также положение, или экспозиция, данного участка: с южных склонов влага сильнее испаряется, чем с северных.

Расход воды из почвы через испарение в известной мере зависит и от формы поверхности. Так, при волнистом или бугристом рельефе испарение будет сильнее, чем при равнинном. Большое влияние на уменьшение испарения оказывает наличие на поверхности почвы различного рода мертвого и живого покрова — опавшей листвы в лесу, травы в степи и т. д. На этом основывается так называемое мульчирование в земледелии, сущность которого заключается в том, что междурядья той или иной культуры покрывают мульчей (торфяным порошком, опилками и др.), т. е. материалом, задерживающим испарение влаги из почвы.

Очень много почвенной влаги испаряется с поверхности сорных растений. Поэтому систематическое очищение полей от сорняков является важным мероприятием в деле сбережения влаги в почве и получения высокого урожая.

Водные свойства почв определяются отношением почв к воде - их устойчивость в водной среде, способность пропускать и отдавать воду.

Способность почвы впитывать и пропускать через себя воду, поступающую с поверхности, называется водопроницаемостью почвы. Она зависит от общей скважности почвы и структуры порового пространства.

В процессе поступления в почву воды и ее передвижения под действием сил гравитации выделяется два этапа. Первый этап — впитывание воды в почву, когда не все поры заполнены водой, он оценивается коэффициентом впитывания. Второй этап — движение воды в насыщенной водой почве — характеризуется коэффициентом фильтрации.

При низких коэффициентах впитывания вода не успевает просачиваться в почву и на поверхности могут образовываться участки с открытой водой. На склонах при низких коэффициентах фильтрации может возникать поверхностный сток, приводящий к эрозии; (смыву почвы).