Материал: Pochvovedenie_Kovda_chast1

сивность фотосинтеза растений. Почвы с высокой биологической активностью, как правило, способны производить более высокий урожай нолевых культур.

Оптимизация гумусного состояния почв предполагает разра­ ботку таких приемов хозяйственной деятельности, которые могут создать условия для получения высокого и устойчивого урожая без деградации почвенного плодородия. С этих позиций органи­ ческое вещество почвы делят на мобильное, обеспечивающее эффективное плодородие, высокий текущий урожай культур, их отзывчивость на агромероприятия, и стабильное, обусловливаю­ щее устойчивость плодородия почв, урожаев и свойств почв в многолетнем цикле. К первой группе относят свежий опад расте­ ний, растительные остатки, вещества индивидуальной природы, легкоминерализующиеся части гумусовых веществ. Ко второй группе — специфические гумусовые вещества.

Оптимальное гумусовое состояние почв определяется комп­ лексом показателей. Важнейшим являются следующие: содержа­ ние органического вещества, его запасы, обогащенность его азотом (C:N), обогащенность кальцием, тип гумуса (СГК:СФК), уровень варьирования этих показателей.

Гумусное состояние служит важным показателем плодородия почв и их устойчивости как компонента биосферы. Отдельные его параметры служат объектом мониторинга окружающей среды.

Глава шестая

ВОДА В ПОЧВЕ

Роль воды в почве определяется ее особым двойственным положением в природе: с одной стороны, вода — это особая физико-химическая весьма активная система, обеспечивающая многие физические и химические процессы в природе, с другой — это мощная транспортная геохимическая система, обеспечиваю­ щая перемещение веществ в пространстве. Воде принадлежит главенствующая роль в почвообразовании: процессы выветрива­ ния и новообразования минералов, гумусообразование и хими­ ческие реакции совершаются только в водной среде; формирова­ ние генетических горизонтов почвенного профиля, динамика протекающих в почве процессов также связаны с водой. Вода

впочве выступает и как терморегулирующий фактор, определяя

взначительной степени тепловой баланс почвы и ее темпера­ турный режим. Исключительно велика ее роль в плодородии почвы, в обеспечении условий жизни растений, поскольку почва является главным, а во многих случаях и единственным источ­ ником воды для произрастающих на ней растений.

Состояние воды в почве, законы ее передвижения и доступ­ ность растениям, процессы водопотребления растениями, водно-

126

физические свойства почв и их водный режим явились предме­ том изучения многих исследователей, создавших учение о поч­ венной гидрологии и гидрофизике, среди которых особенно боль­

Н. А. Качинский (1894—1976), А. А. Роде (1897—1979).

6.1. Категории (формы) и состояния почвенной воды

Вода в почвах неоднородна. Разные ее порции имеют разные физические свойства (термодинамический потенциал, теплоемкость, плотность, вязкость, удельный объем, химический состав, подвижность молекул, осмотическое давление и т. д.). обусловленные характером взаимного расположения и взаимо­ действия молекул воды между собой и с другими фазами поч­ вы — твердой, газовой, жидкой. Порции почвенной воды, обла­ дающие одинаковыми свойствами, получили название категорий

или форм почвенной воды.

В истории почвоведения было предложено много классифи­ каций категорий воды, содержащейся в почве. Наиболее сов­ ременной и полной является классификация, разработанная А. А. Роде (1965), которая приводится ниже. Согласно этой классификации в почвах можно различать следующие пять кате­ горий (форм) почвенной воды.

Твердая вода — лед. Твердая вода в почве — это лед, являю­ щийся потенциальным источником жидкой и парообразной воды, в которую он переходит в результате таяния и испарения. Появ­ ление воды в форме льда может иметь сезонный (сезонное промерзание почвы) или многолетний («вечная» мерзлота) характер. Поскольку почвенная вода — это всегда раствор, температура замерзания воды в почве ниже 0°С.

Химически связанная вода (включает конституционную и кристаллизационную). Первая из них представлена гидроксильной группой ОН химических соединений (гидроксиды железа, алюминия, марганца; органические и органоминеральные сое­ динения; глинистые минералы); вторая — целыми водными моле­

кулами кристаллогидратов, преимущественно солей (полугид­ рат — CaSО4•1/2 H2O, гипс — CaSО4•2H2О, мирабилит — Na2SО4•10H2O). Конституционную и кристаллизационную воду иногда объединяют общим понятием гидратной или кристаллогидратной воды.

Эта вода входит в состав твердой фазы почвы и не является самостоятельным физическим телом, не передвигается и не обладает свойствами растворителя.

Парообразная вода. Эта вода содержится в почвенном воз­ духе порового пространства в форме водяного пара. Одна и та

127

же почва может поглощать различное количество паров воды из атмосферного воздуха, что зависит от упругости пара: чем она больше, т. е. чем ближе припочвенный воздух к состоянию насыщения водяным паром, тем больше количество парооб­ разно поглощенной воды в почве. Вообще говоря, почвенный воздух практически всегда близок к насыщению парами воды, а небольшое понижение температуры почвы приводит к его насы­ щению и конденсации пара, в результате чего парообразная вода переходит в жидкую; при повышении температуры имеет место обратный процесс. Парообразная вода в почве передви­ гается в ее поровом пространстве от участков с высокой упру­ гостью водяного пара к участкам с более низкой упругостью (активное движение), а также вместе с током воздуха (пассив­ ное движение).

Физически связанная, или сорбированная, вода. К этой кате­ гории относится вода, сорбированная на поверхности почвенных частиц, обладающих определенной поверхностной энергией за счет сил притяжения, имеющих различную природу. При сопри­ косновении почвенных частиц с молекулами воды последние притягиваются этими частицами, образуя вокруг них пленку. Удержание молекул воды происходит в данном случае силами сорбции.

Молекулы воды могут сорбироваться почвой как из парооб­ разного, так и из жидкого состояния. Благодаря тому, что молекулы воды не являются энергетически нейтральными, а

Рис. 15. Ориентированные диполи воды вокруг гидратированной частицы

128

достигает 3—4 слоев. На гигроскопичность почв и МГ оказывают существенное влияние свойства твердой фазы почв, и в первую очередь те из них, с которыми связана удельная поверхность почвенных частиц (гранулометрический и минералогический состав почв, степень их гумусированности). Чем выше в почве содержание илистой и особенно коллоидной фракции, тем выше будет гигроскопичность почв и МГ. Ниже приведена максималь­ ная гигроскопичность различных фракций покровных глин (по П Ф.Мельникову, 1949):

Гумус также увеличивает гигроскопичность почвы. Поэтому поч­ вы с более высоким содержанием гумуса при одном и том же гра­ нулометрическом составе всегда характеризуются большим значением МГ В почвах минеральных максимальная гигро­ скопичность колеблется от 0,5—1% в слабогумусированных пес­ ках и супесях до 15—16% в сильногумусированных суглинках и глинах, а в торфах может достигать 30—50% (табл. 22).

Рыхлосвязанная (пленочная) вода. Сорбционные силы по­ верхности почвенных частиц не насыщаются полностью даже в том случае, если влажность почвы достигнет МГ. Почва не мо­ жет поглощать парообразную воду сверх МГ, но жидкую воду может сорбировать и в большем количестве. Вода, удерживаемая в почве сорбционными силами сверх МГ, — это вода рыхлосвя­ занная, или пленочная. Сила, с которой она удерживается в почве, измеряется значительно меньшим давлением (по сравне­ нию с водой прочносвязанной)—порядка (14÷10)•105 Па.

Рыхлосвязанная вода также представлена пленкой, образо­ вавшейся вокруг почвенной частицы, но пленкой полимолекуляр­ ной. Толщина ее может достигать нескольких десятков и даже сотен диаметров молекул воды. По физическому состоянию рых­ лосвязанная вода очень неоднородна, что обусловлено различ­ ной прочностью связи молекул различных слоев. Поэтому можно сказать, что она находится в вязкожидкой форме, т. е. занимает промежуточное положение между водой прочносвязанной и сво­ бодной Рыхлосвязанная (пленочная) вода в отличие от прочносвязанной может передвигаться в жидкой форме от почвенных частиц с более толстыми водяными пленками к частицам, у кото­ рых она тоньше (рис. 17), т. е. передвижение этой воды возмож­ но при наличии некоторого градиента влажности и происходит оно очень медленно, со скоростью несколько десятков сантиметров в год Содержание пленочной воды в почве определяется теми же свойствами почв, что и содержание максимальной гигроско-

130