Материал: Pochvovedenie_Kovda_chast1

Влажность завядания определяется как свойствами почв, так

ихарактером растений. В глинистых почвах она всегда выше, чем в песчаных. Заметно возрастает она и в почвах засоленных

исодержащих большое количество органических веществ, осо­ бенно неразложившихся, растительных остатков (торфянистые горизонты почв). Так, в глинах ВЗ составляет 20—30%, в су­ глинках— 10—12, в песках— 1—3, у торфов — до 60—80%. Засухоустойчивые растения завядают при меньшей влажности, чем влаголюбивые.

Влажность разрыва капилляров (ВРК). Капиллярно-подве­ шенная вода при испарении передвигается в жидкой форме к испаряющей поверхности в пределах всей промоченной толщи по капиллярам, сплошь заполненным водой. Но при определенном снижении влажности, характерном для каждой почвы, восходя­ щее передвижение этой воды прекращается или резко заторма­ живается. Потеря способности к такому передвижению объясня­ ется тем, что в почве при испарении исчезает сплошность запол­ нения капилляров водой, т. е в ней не остается систем пор, сплошь заполненных влагой и пронизывающих промоченную часть почвенной толщи. Эту критическую величину влажности М. М. Абрамова назвала влажностью разрыва капиллярной свя­ зи (ВРК).

1аким образом, влажность разрыва капилляров — это влаж­ ность, при которой подвижность капиллярной воды в процессе снижения влажности резко уменьшается. Вода, однако, остается в мельчайших порах, в углах стыка частиц (мениски стыковой влаги). Эта влага неподвижна, но физиологически доступна корешкам растений.

ВРК называют также критической влажностью, так как при влажности ниже ВРК рост растений замедляется и их продуктив­ ность снижается. В почвах и грунтах эта величина варьирует довольно сильно, составляя в среднем около 50—60% от на­ именьшей влагоемкости почв. На содержание воды, соответству­ ющей ВРК, помимо гранулометрического состава почв, суще­ ственное влияние оказывает их структурное состояние В бес­ структурных почвах запасы воды расходуются на испарение значительно быстрее, чем в почвах с агрономически ценной структурой. Поэтому в них влажность будет быстрее достигать ВРК, т. е. обеспеченность влагой растений снижаться будет быстрее.

Почвенно-гидрологические константы, как и влагоемкость почв, выражаются в процентах от массы или объема почв

6.4. Водопроницаемость почв

Водопроницаемость почв — способность почв и грунтов впи­ тывать и пропускать через себя воду, поступающую с поверх­ ности. В процессе поступления воды в почву и дальнейшего пе­ редвижения ее можно выделить 2 этапа: 1) поглощение воды

140

В природных условиях четко выделить отдельные этапы водопроницаемости практически не­

возможно Значительно чаще при этом идет впитывание воды почвой, фильтрация же имеет место только в случае выпадения большого количества осадков, при орошении большими нормами и при снеготаянии Границей между впитыванием почв и филь­ трацией считают момент установления постоянной скорости фильтрации

Водопроницаемость почв находится в тесной зависимости от их гранулометрического состава и химических свойств почв, их структурного состояния, плотности, порозности, влажности и длительности увлажнения В почвах тяжелого гранулометриче­ ского состава она всегда (при прочих равных условиях) меньше, чем в легких Сильно снижает водопроницаемость почв присут­ ствие набухающих коллоидов, особенно насыщенных Na+ или Mg2 + , поскольку при увлажнении такие почвы быстро набухают и становятся практически водонепроницаемыми Почвы оструктуренные, рыхлые характеризуются большими коэффициентами впитывания и фильтрации

Водопроницаемость почв измеряется объемом воды, который проходит через единицу площади поперечного сечения в единицу времени Величина эта очень динамичная и сильно варьирует как по профилю почв, так и пространственно Оценить водопро­ ницаемость почв тяжелого механического состава можно по шкале, предложенной Н А Качинским (1970).

141

В ненасыщенных водой почвах для количественной характе­ ристики водопроницаемости почв пользуются коэффициентом водопроводимости, или влагопроводности. Он определяется как коэффициент пропорциональности между скоростью потока воды и градиентом сил, вызывающих передвижение воды (давление, гидравлический напор и т. п.). Коэффициент влагопроводности зависит от влажности почв: увеличивается с увеличением ее влажности и достигает максимума во влагонасыщенной почве. В этом случае его и называют коэффициентом фильтрации. Можно сказать, что коэффициент влагопроводности аналогичен коэффициенту фильтрации, но применяется он для ненасыщен­ ных водой почв.

6.5. Водоподъемная способность почв

Водоподъемная способность почв — свойство почвы вызывать восходящее передвижение содержащейся в ней воды за счет капиллярных сил.

Высота подъема воды в почвах и скорость ее передвижения определяются в основном гранулометрическим и структурным составом почв, их порозностью. Чем почвы тяжелее и менее структурны, тем больше потенциальная высота подъема воды, а скорость подъема ее меньше (рис. 23). Ниже приведена водо­ подъемная способность грунтов и почв в зависимости от грануло­ метрического состава (В. А. Ковда, 1973):

142

ствующем их просвете (рис. 24). В любых порах по мере уменьше­ ния их радиуса капиллярные силы сначала будут расти в связи с уве­ личивающейся кривизной менисков, но в дальнейшем начнут падать. При малом размере пор (1 мкм и менее) весь их внутренний просвет (или большая его часть) заполнен связанной пленочной водой и актив­ ные действующие поры либо совсем исчезают, либо просвет их становит­

ся настолько мал, что всасывающая сила мениска компенсирует­ ся силами трения движущейся капиллярной воды о стенки пленок жидкости, сорбированной почвой, и передвижение капил­ лярной воды, а следовательно, и капиллярного подъема происхо­ дить не может. Вода в таких порах может передвигаться только как пленочная, т. е. очень медленно. На скорость подъема воды оказывает влияние также степень минерализации грунтовых вод. Высокоминерализованные воды характеризуются меньшей высо­ той и скоростью подъема. Однако близкое к поверхности залега­ ние минерализованных грунтовых вод (1 —1,5 м) создает опас­ ность быстрого засоления почв.

6.6. Поведение и состояние воды в почве

Поведение воды в почве, ее физическое состояние, передви­ жение в профиле по вертикали и горизонтали, ее доступность растениям, вообще говоря, подчиняются очень сложным законо­ мерностям статистического (вероятностного) характера и могут быть описаны в терминах различных методологических подхо­ дов: водобалансового — изменения водозапасов почвы и приходорасходных статей водного баланса; гидродинамического — скорости и плотности водных потоков в почве; термодинами­ ческого — изменения термодинамических потенциалов почвенной воды.

Первый из указанных подходов наиболее широко использу­ ется в почвоведении и является традиционным в почвенных исследованиях, будучи основанным на периодических измерениях почвенной влажности; второй больше всего принят в почвенно-

143

мелиоративных работах, когда инженеры имеют дело с потоками подаваемой в почву или отводимой из почвы воды. Термодина­ мический подход интенсивно разрабатывается в последнее время и сейчас рассматривается как наиболее перспективный и теоретически обоснованный, поскольку он не только позволяет опи­ сывать состояние и поведение воды в почве в данный момент вре­ мени в наиболее обобщенном виде на базе фундаментальной фи­ зической теории, рассматривая весь водообмен природных эко­ систем в единых терминах, но и допускает количественный прогноз водообменных процессов, что особенно важно для суж­ дений о водообеспеченности и водопотреблении растений. На основе этого подхода возможно автоматизированное управление водным режимом почв в условиях искусственного увлажнения (орошения) или осушения (дренажа). В разработку этого под­ хода особенно большой вклад внесли такие ученые, как Л. А. Ри­ чардс, В Р. Гарднер, Т. Дж. Маршалл, С. А. Тейлор, Р. Слейчер,

И.И. Судницын, А. М. Глобус, Э. Чайлдс, Ж-И. Парланг,

А.Д. Воронин.

Существо термодинамического подхода сводится к использо­ ванию понятий полного и частных термодинамических потенциа­ лов почвенной воды, поддающихся инструментальному измере­ нию, т. е. количественной энергетической оценке сил взаимо­ действия между водой и вмещающей ее твердой фазой почвы.

6.7. Потенциал почвенной воды

Поскольку вода в почве находится под одновременным слож­ ным воздействием нескольких силовых полей — адсорбционных, капиллярных, осмотических, гравитационных, — для характерис­ тики их суммарного действия и оценки энергетического состояния воды в почве введено понятие термодинамического, или полного, потенциала почвенной воды.

Полный потенциал почвенной воды (ψt) — это количество работы, Дж•кг-1, которую необходимо затратить, чтобы перенес­ ти единицу свободной чистой воды обратимо и изотермически из стандартного состояния S0 в то состояние Sn, в котором она находится в рассматриваемой точке почвы. Иными словами, эта величина выражает способность воды в почве производить боль­ шую или меньшую работу по сравнению с чистой свободной

по его преодолению. Вместо понятия «потенциал» в почвоведе­ нии принято использовать понятие «давление почвенной воды»,

которое измеряется в паскалях [Па=кг/с2•м].

144