Водний режим ґрунтів

План

1.      Стан і форми води в ґрунті   

2.      Водні властивості ґрунту

Ґрунт як багатофазна система містить в собі воду і повітря. Вода надходить в ґрунт у вигляді атмосферних опадів, в процесі конденсації водяних парів з атмосфери, в результаті ка­пілярного підняття ґрунтових вод та під час зрошення. Вона віді­грає дуже важливу роль у ґрунтоутворенні. Від вмісту води в ґрунті залежить інтенсивність біологічних, хімічних і фізико-хіміч-них процесів. Водз забезпечує переміщення речовин в просторі, впливає на повітряний, поживний і тепловий режими ґрунту. Се­зонна динаміка ґрунтоутворюючих процесів значною мірою відбу­вається під впливом ґрунтових вод. Продуктивність ґрунтів зале­жить від їх водного режиму. Одночасно ґрунтовий і рослинний по­криви відіграють важливу роль в кругообігу води в природі.

Вчення про водні властивості і водний режим ґрунтів є окремагалузь ґрунтознавства — гідрологія ґрунтів. Над створенням цієї галузі працювало багато вітчизняних і зарубіжних вчених (О. О. Ізмаїльський, Г. М. Висоцький, О. Г. Дояренко, О. А. Роде, Б. Кін, Г. Цункер, В. Гарднер та ін.).

 1. СТАН І ФОРМИ ВОДИ В ҐРУНТІ   

Вода в ґрунті перебуває в трьох станах: твердому, рідкому і газоподібному. За фізичним станом, рухомістю і доступ­ністю для живих організмів ґрунтову воду поділяють на форми: пароподібну, хімічно зв'язану, сорбційно зв'язану і вільну.

Пароподібна вода. В ґрунтовому повітрі завжди міститься водя­на пара. Повітря нормально зволоженого ґрунту насичено водяною парою до 100 %• Пароподібна вода є динамічною формою. Вона безперервно утворюється в ґрунті, переміщується з одного горизон­ту в інший, перетворюється на інші форми: вільну або сорбційну. Всі ці процеси зумовлені змінами температури ґрунту та атмосфер­ного тиску. Разом з переміщенням водяної пари, особливо в проце­сі випаровування, відбувається переміщення по профілю ґрунту розчинених в ньому речовин.

Хімічно зв'язана вода. Багато мінералів ґрунту містять в своєму складі молекули води (Na2SО4·10Н2О; СаSО4·2Н2О; МgС12·6Н2О та ін.). Цю форму води називають кристалізаційною. Крім того, виділяють конституційну воду, яка представлена в мінеральних, ор­ганічних і органомінеральних сполуках гідроксильною групою ОН. Ці форми води входять до складу твердої фази ґрунту, вони є не­рухомі і недоступні для рослин.

Сорбційно зв'язана (або фізично зв'язана) вода. Молекули (ди­полі) води вбираються поверхнею негативно заряджених колоїдів ґрунту і орієнтуються позитивним полюсом до ядра міцели (рис. 19). Залежно від міцності утримання води міцелою її поді­ляють на міцнозв'язану (гігроскопічну) і слабкозв'язану (плів­часту).

Гігроскопічна вода утворюється за рахунок сорбції молекул во­дяної пари на поверхні колоїдних часток, міцно утримується сорбційними силами (10000—20000 атм) і тому є нерухомою. Густина її досягає 1,5—1,8 г/см3, не розчиняє хімічні сполуки, не замерзає і не доступна для рослин. Кількість гігроскопічної води в ґрунті залежить від температури, насиченості ґрунтового повітря водяною парою, механічного і мінералогічного складу ґрунту та вмісту в ньому гумусу. Найбільшу кількість води, яку може увібрати ґрунт з пароподібного стану (при вологості повітря 94—98 %), назива­ють максимальною гігроскопічністю ґрунту.

Сорбційні сили колоїдів ґрунту повністю не врівноважуються молекулами гігроскопічної води навіть при досягненні максимальної гігроскопічності. Залиш­кові сили здатні вбирати і утримувати (з силою 1— 10 атм) певну кількість рід­кої води, яку називають плівчастою. За фізичним станом вона перебуває у в'язко-рідкій формі і здат­на переміщуватися в різних напрямах від більш тов­стих плівок до тонших. Ця форма води частково дос­тупна для рослин. Вона роз­чиняє і переміщує з незнач­ною швидкістю водороз­чинні солі.

Вільна вода — вода ґрунту, яка не піддається дії сорбційних сил. Ця фор­ма не має молекул, які орі­єнтовані до колоїдних час­ток ґрунту. В ґрунтах вона міститься у двох формах: капілярній і гравітаційній.

Капілярна вода знаходиться в порах малого діаметра — капіля­рах. Утримується під дією капілярних або меніскових сил. Природу виникнення цих сил вивчають у курсі фізики середньої школи. Тут ми лише нагадаємо, що, згідно з законом Лапласа, меніскові сили будуть більші там, де вужчий капіляр, а це, в свою чергу, зумов­лює висоту капілярного підняття. Крім того, меніскові сили поси­люються силами змочування.

При позитивних температурах капілярна вода перебуває в рід­кому стані і вільно випаровується з поверхні менісків, при мінусо­вих— замерзає. Це основна форма води, яку засвоюють рослини. Вона дуже рухлива, розчиняє органічні і мінеральні сполуки, пе­рерозподіляє по профілю солі колоїди, суспензії. Висхідний рух води по капілярах поповнює запаси вологи у верхньому горизонті ґрунту. Заходи, спрямовані на накопичення і збереження вологи в ґрунті, м°ють на меті створення запасів саме капілярної води.

Висота підняття капілярної води в реальних ґрунтах залежить від їх механічного і структурного складу. В глинистих ґрунтах (які мають тонкі капіляри) вона піднімається на висоту 2—6 м, в піща­них— 40—60 см. В структурних ґрунтах капілярна вода підніма­ється на незначну висоту і добре зберігається.

Залежно від джерела капілярну воду ґрунту поділяють на ка­пілярно-підвішену, капілярно-підперту і капілярно-посаджену. Капілярно-підвішена вода заповнює пори зверху після дощу, танення снігу, під час зрошення, тривалий час зберігається в ґрунті і доступна для рослин. Утримується в ґрунтах завдяки різниці тиску на поверхню верхнього і нижнього менісків. Нижче зволоже­ного шару залишається сухий шар ґрунту. Отже, вода вологого шару начебто «висить» над сухим. Вологість ґрунту зменшується зверху донизу. Інтенсивне випаровування цієї води призводить до засолення поверхневого шару ґрунту.

Капілярно-підперта вода формується за рахунок підняття ґрун­тових вод. Вона підперта водоносним горизонтом. Шар ґрунту який містить капілярно-підперту воду над водоносним горизонтом, називають капілярною каймою. Потужність її залежить від водопідіймальної здатності ґрунту. Вміст води в каймі збільшу­ється зверху донизу.

Капілярно-посаджена (підперто-підвішена) вода акумулюєть­ся в шаруватих ґрунтах, в дрібнозернистих шарах, під якими за­лягають крупнозернисті. На межі тонкодисперсного і грубодисперсного горизонтів, внаслідок різкої зміни розмірів капілярів, виникають додаткові нижні меніски, які і утримують деяку кіль­кість капілярної води. Дана вода начебто «посаджена» на ці ме­ніски.

Гравітаційна вода — вода атмосферних опадів та поливна, яка заповнює широкі пори ґрунту і переміщується по профілю ґрунтупід силою земного тяжіння. За нормальних умов вона перебуває в рідкому стані, розчиняє хімічні сполуки і переміщує їх вниз по профілю.

Гравітаційна вода витісняє повітря з ґрунту, створюючи несприятливі умови (анаеробні) для життя рослин та Інших організмів. Зменшення кількості гравітаційної води в ґрунті здійснюють осушенням.

2. ВОДНІ ВЛАСТИВОСТІ ҐРУНТУ

 Основними водними властивостями ґрунту є водопроникність, водоутримуюча здатність (вологоємкість), водопідіймальна здатність, доступність води для рослий.

Водопроникність ґрунтів — здатність ґрунтів пропускати через себе воду, яка надходить з поверхні. Залежить від механічного, структурного і хімічного складу ґрунтів, його щільності, пористо­сті, вологості і тривалості зволоження. Глинисті ґрунти мають низьку водопроникність, піщані і структурні — високу. Набухання колоїдів ґрунту різко знижує водопроникність ґрунту. Низька во­допроникність— негативне явище в землеробстві.

Вологоємність ґрунту — здатність поглинати і утримувати певну кількість води. Виділяють такі види вологоємкості: максимальна гідроскопічна, максимальна молекулярна (плівчаста), капіляр­на, найменша (польова) і повна.

Найменшою (польовою) вологоємкістю є кількість капілярне--підвішеної води, яку утримує ґрунт в даний момент при глибокому заляганні ґрунтових вод. В структурних ґрунтах вона становить ЗО—35, а в піщаних—10—15%. За її величиною розраховують норми поливу. Різницю між найменшою вологоємкістю і фактичною вологістю ґрунту називають дефіцитом вологи.

Повна вологоємкість — найбільша кількість вологи, яку може увібрати і утримувати ґрунт. В цьому разі в ґрунті міститься мак­симальна кількість всіх форм води, її величина залежить від меха­нічного, Структурного складу і пористості ґрунту. Повна вологоєм­кість більшості ґрунтів становить 40—50%. Цю величину також використовують для розрахунків норм поливу.

Вологість в'янення (коефіцієнт в'янення) — вологість ґрунту, за якої проявляються ознаки в'янення рослин. Ця величина зале­жить від властивостей ґрунту (механічний склад, засолення, наяв­ність торфу тощо) і біологічних особливостей рослин. Вологість в'янення глинистих ґрунтів становить 20—30%, піщаних—1— З %, торфових — 60—80 %. Вологолюбні рослини починають в'яну­ти при вищій, посухостійкі — при нижчій вологості ґрунту