Формы воды в почве

Для определения обеспеченности растений доступной водой необходимо знать формы и взаимосвязи воды в почве.

Вода в почве испытывает влияние силы тяжести, сил молекулярного притяжения твердой фазы почвы и сил притяжения между молекулами воды, которые действуют одновременно, однако в зависимости от преобладания одной из этих сил почвенная вода будет иметь различную подвижность, а следовательно, и различную доступность для растений. Различают следующие формы воды: химически связанную, сорбированную (гигроскопическую, пленочную), свободную (капиллярную, гравитационную), грунтовую, парообразную, твердую.

Химически связанную воду подразделяют на конституционную и кристаллизационную.

Конституционная вода входит в состав минералов в виде гидроксильных групп [Fe(OH)₃, Аl(ОН)₃, Са(ОН)₂]. Она настолько прочно связана с почвой, что для ее удаления требуется прокаливание почвы при температуре 400...800 °С.

Кристаллизационная вода входит в структуру минералов в виде целых молекул, например гипса (CaSО₄ • 2Н₂О), мирабилита (Na₂SО₄ • 10Н₂О) и др. Эта вода менее прочно связана с почвой, ее можно удалить при нагревании почвы до 100...200 °С.

Химически связанная вода не участвует в физических процессах и растениям совершенно недоступна.

Сорбированная вода удерживается на поверхности почвенных частиц силами сорбции, то есть в результате взаимодействия молекул воды с почвенными частицами. Сорбированную воду подразделяют на гигроскопическую и пленочную.

Формы воды в почве (по А. Ф. Лебедеву). Частицы почвы, покрытые водой: 1 — гигроскопической; 2 — максимальной гигроскопической; 3, 4— пленочной; 5— гравитационной

Гигроскопическая вода образует на поверхности почвенных частиц тонкий слой, состоящий из 2...3 молекул. Содержание гигроскопической воды зависит от относительной влажности воздуха, температуры и свойств почвы. Чем выше относительная влажность воздуха и ниже температура, тем больше адсорбируется воды почвой, и наоборот. Наибольшее количество гигроскопической воды, поглощенное почвой и выраженное в процентах от массы сухой почвы, называется максимальной гигроскопичностью. Такое количество влаги почва может поглотить из воздуха, имеющего относительную влажность, близкую к 100 %. Максимальная гигроскопическая влажность — величина, постоянная для каждой почвы, так как она определяется при постоянных температуре и относительной влажности воздуха.

Пленочная вода покрывает частицы почвы в виде пленки, состоящей из нескольких десятков молекул воды, и удерживается дополнительными сорбционными силами. Пленочная вода обладает пониженной растворяющей способностью и лишь частично доступна растениям. Она медленно движется от частиц с более толстой пленкой к частицам с менее толстой пленкой.

Свободная вода передвигается в почве под действием капиллярных и гравитационных сил. В связи с этим выделяют капиллярную и гравитационную воду.

Капиллярная вода находится в тонких порах почвы и передвигается под влиянием капиллярных (менисковых) сил по различным направлениям. Капиллярные силы начинают проявляться в порах диаметром около 10 мм, но наибольшее значение они имеют в порах диаметром от 0,1 до 0,001 мм. Высота подъема воды тем выше, чем тоньше капилляр.

Различают капиллярно-подпертую и капиллярно-подвешенную воду. Капиллярно-подпертая вода находится над грунтовыми водами. Слой зоны увлажнения между грунтовыми водами и верхней границей капиллярного подъема воды называется капиллярной каймой. Толщина этого слоя зависит от гранулометрического состава почвы. Капиллярно-подвешенная вода находится в верхней части почвенного профиля и не связана с грунтовым увлажнением.

Капиллярная вода — основной источник водного питания растений.

Гравитационная вода передвигается в почве по крупным промежуткам и порам под влиянием силы тяжести (силы гравитации) из верхних слоев в нижние. В период нахождения в корнеобитаемом слое гравитационная вода потребляется растениями. Она служит источником питания грунтовых вод.

Грунтовые воды могут играть важную роль в водном питании растений. Однако они, подходя близко к поверхности почвы, в северных районах вызывают заболачивание, а в южных — засоление почвы. Критическая глубина залегания грунтовых вод, при которой происходит засоление почв на юге, колеблется в пределах 1,5...2,5 м.

Парообразная влага образуется при испарении других форм почвенной влаги. Она находится в порах, свободных от жидкой воды и льда, и передвигается из мест с большей упругостью водяного пара в места с меньшей упругостью вместе с почвенным воздухом. Летом водяной пар движется в нижние слои, а зимой — в верхние, то есть от более теплых слоев почвы к более холодным. В засушливых районах водяной пар в почве частично может конденсироваться, что способствует некоторому пополнению доступной влаги. Парообразная вода играет большую роль в перераспределении влаги в почве и предохранении корневых волосков растений от пересыхания.

Твердая вода (лед) образуется из жидкой при низкой температуре: в крупных порах вода замерзает при температуре, близкой к 0 °С, а в тонких — ниже 0 °С.