Водоудерживающая способность почв

Водоудерживающей способностью почвы мы называем ее способность удерживать в себе влагу, на которую действует сила тяжести, стремящаяся эту влагу из почвы удалить.
Влага в почве удерживается капиллярными и сорбционными силами, а также непроницаемостью водоупорного слоя.

Для того, чтобы составить себе представление о водоудерживающей способности почвы при различных величинах влажности, рассмотрим равновесное распределение влаги в почвенно-грунтовой толще, которое устанавливается в ней через некоторое время после ее сквозного промачивания сверху. Условимся, что почвенногрунтовая толща однородна по механическому составу, т. е. не слоиста, и что грунтовые воды в ней находятся на значительной глубине (не менее 8— 10 м).
Распределение влажности в такой толще после окончания стекания влаги схематически изображено на рис. 2, а В нижней части толщины мы находим насыщенный влагой водоносный горизонт I, подстилаемый водоупорным слоем ВУ. Влажность водоносного горизонта равна полной влагоемкости. Полной влагоемкостью (ПВ) почвы называется наибольшее количество влаги, выраженное в процентах от веса сухой почвы или от ее объема, которое содержится в почве при полном заполнении всех пор водой. В скважине, проникающей в водоносный горизонт, появляется уровень свободной воды на глубине ГВ-1, которую мы и считаем верхней границей этого горизонта. Над водоносным горизонтом / мы находим следующий слой //, влажность которого в нижней части близка к ПВ, а далее кверху убывает. Еще выше мы находим слой ///, в котором влажность меньше величины ПВ и постоянна по глубине. Линия КК-1 разделяет между собой II и III слои Если уровень грунтовых вод в слое / по той или иной причине снизится и перейдет например в положение ГВ-2, то весь слой II также переместится вниз, сохраняя присущее ему распределение влаги, изображенное пунктиром Верхняя граница слоя II перейдет в положение КК-2, мощность слоя III соответственно увеличится, но влажность в нем не изменится.

Рис. 2. Распределение влаги в промоченной насквозь почвенно-
грунтовой толще
а—неслоистая почвенно-грунтовая толща; б—дву членная" толща: более легкий нанос подстилается более тяжелым; а—двучленная толща: более тяжелый нанос подстилается более легким.
НВ—наименьшая влагоемкость, КВ—капиллярная влагоемкость, ПВ—полная влагоемкость, ВВ—верховодка, СПрВ—слой с просачивающейся влагой, СППВ—слой с подперто-подвешенной влагой, СЯБ—слой с подвешенной влагой, КК—капиллярная кайма, ГБ—водоносный горизонт (грунтовые воды), ВУ— водоупорный слой, ВЧН—верхний член наноса, НЧН—нижний член наноса
Взаимосвязанное перемещение влаги в водоносном горизонте /ив слое //, называемом капиллярной каймой, говорит о том, что оба эти слоя содержат гравитационную влагу, т. е. влагу, способную передвигаться под влиянием силы тяжести. В водоносном горизонте эта «влага удерживается благодаря непроницаемости водоупорного слоя. В слое II гравитационная влага удерживается капиллярными силами при -подтирающем действии влаги, содержащейся в слое /, Поэтому влага, содержащаяся в слое //, называется капиллярно-подпертой. Влага здесь удерживается совместным действием непроницаемого водоупорного слоя и капиллярных сил. Влажность капиллярной каймы соответствует капиллярной влаго- емкости (КВ).
На рис. 2, а показано, что величина капиллярной вла- гоемкости слоя зависит от его положения над уровнем грунтовых вод Так, например, капиллярная влагоемкость тонкого слоя аб при уровне грунтовых вод ГВ-1 равна 90% от полной влагоемкости, что соответствует в данной почве 22,5% от ее веса, а при уровне грунтовых вод ГВ-2; капиллярная влагоемкость того же слоя аб окажется равной уже 75% от полной влагоемкости, или 19% от веса почвы.
Гравитационная влага водоносного горизонта и капиллярной каймы при наличии уклона течет в боковом направлении. При расходе влаги из капиллярной каймы, например путем отсоса корнями растений, первоначальное распределение влаги в ней быстро восстанавливается за счет подъема из грунтовых вод, уровень которых при этом понижается. Мощность капиллярной каймы зависит от механического состава почвы. Чем он тяжелее, т. е. чем 'мельче частицы почвы и чем, следовательно, мельче ее поры, тем высота капиллярного подъема больше:

Размер	Высота
частиц, мм	подъема, мм
5,0—2,0	25
2,0-1,0	65
1,0—0,5	131
0,5-0,2	246
0,2—0,1	428
0,1-0,05	1055
0,05—0,02	2000

Однако величина водоподъемной способности в реальных почвенно-грунтовых толщах имеет определенный предел. В большинстве случаев высота капиллярного поднятия не выходит за пределы 3 .и
Возвратимся теперь к рассмотрению нашего схематического рис. 2, а В слое III почвенно-грунтовой толщи содержание влаги постоянно по глубине и не зависит, в отличие от капиллярной каймы, от расстояния до уровня
грунтовых вод. Эта влага называется подвешенной. Наибольшее количество подвешенной влаги, которое может удержать почва или грунт, называется ее наименьшей влагоемкостью (или предельной полевой влагоемкостью) и обозначается символом НВ.
Механизм удержания и некоторые свойства подвешенной влаги зависят от механического состава и структурного состояния почвы и грунта. Свойства этой влаги особенно четко выявляются по ее способности передвигаться к испаряющей поверхности в процессе испарения.

Наиболее важными формами подвешенной влаги являются следующие.
Влага капиллярно-подвешенная, стыковая возникает только в песчаных или более круп- иочастичных почвах и грунтах после полного стекания всего избытка гравитационной влаги. Эта влага не способна к восходящему капиллярному передвижению при испарении с поверхности, так как она содержится в точках стыка песчинок в виде мелких разобщенных скоплений, как это схематически изображено на рис. 3, а. Эти скопления имеют форму двояковогнутых линз, которые удерживаются капиллярными силами; содержащаяся в них влага в большей своей части является свободной.
Влага подвешенная, сорбционно-замкнутая свойственна почвам, и в особенности грунтам, пылевато-суглинистого механического состава, обладающим микроструктурой. Отличительное ее свойство состоит в том, что она способна к восходящему передвижению в жидком состоянии к поверхности испарения, не стекая под действием силы тяжести. Передвижение прекращается после того, как эта влага израсходуется и влажность испаряющей толщи снизится до некоторого предела, называемого влажностью разрыва капиллярной связи (ВРК).
Вторая форма подвешенной влаги, по-видимому, представляет собой отдельные микроскопления свободной влаги в более крупных порах, выходы из которых закрыты «пробками» из связанной влаги. Эта влага и передвигается к поверхности испарения. Ее содержание может достигать 10—30% от общего количества подвешенной влаги. Подвешенная влага показана на рис. 3, б.

Влага к а п и л л я р н о - и о д в е ш е н н а я, в н у т- риагрегатная свойственна преимущественно почвам с хорошо выраженной комковатой или зернистой структурой (рис. 3-е). Отличительная черта этой формы

Рис. 3. Схематическое изображение
различных форм подвешенной влаги
а — стыковая влага; б — сорбционно-подвешенная влага; в — внутриагрегатная
капиллярно-подвешенная влага.
1— почвенные частицы, 2—микроагрегаты, 3—поры, заполненные воздухом, 4—поры,
заполлненные сорбционно-замкнутой влагой, 5—оболочки из рыхлосвязанной влаги,
б—оболочки из прочносвязанной влаги, 7—внутриагрегатная капиллярно-подвешен-
ная влага, 8—мениски, удерживающие подвешенную влагу
влаги заключается в том, что большая ее часть не может передвигаться в жидком состоянии к поверхности испарения. На рисунке видно, что влага содержится в порах, пронизывающих агрегаты, и удерживается в них в виде разветвленных нитей или столбиков, концы которых венчаются менисками. Влага удерживается за счет разности поверхностных давлений нижних и верхних менисков. Эта разность превышает то гидростатическое давление, которое может быть создано столбиками.
Все сказанное о водоудерживающей способности почв относилось, как было условлено, к однородной по механическому составу почвенногрунтовой толще,

Посмотрим теперь, как влияет на водоудерживающую способность слоистость почвенногрунтовой толщи Возьмем простейший случай, когда эта толща являе1ся двуслойной (двучленной). Рассмотрим этот случай в двух его вариантах* первый — когда крупнопористый (обычно более легкий по механическому составу) слой подстилается мелкопористым (обычно более тяжелым), и второй — когда имеет место обратный порядок залегания слоев.
На р,и.с. 2, б показано распределение влаги после сквозного промачивания лочвенногрунтовой толщи в первом случае Над границей смены слоев мы видим скопление подпертой свободной гравитационной влаги, образовавшей водоносный горизонт и капиллярную кайму. Эта влага может быть названа верховодкой. Она накопилась в силу того, что водопроницаемость верхнего слоя превышает водопроницаемость нижнего. Скопление свободной гравитационной влаги бывает всегда кратковременным. Во-первых, потому, что запас ее всегда бывает невелик и быстро расходуется на испарение и дссукцию; во-вторых, потому, что нижний слой, /как 'более тонколор'истый, постепенно всасывает эту влагу
Следовательно, какого-либо длительного влияния на водоудерживающую способность почвы этот вариант двучленного строения почвенногрунтовой толщи не оказывает. Он вызывает лишь непродолжительное ее увеличение за счет задержки части гравитационной влаги в толще верхнего слоя.
Иное мы наблюдаем во втором случае (рис. 2, в), когда мелкопористый нанос подстилается крупнопористым И здесь, над границей смены наносов, после сквозного промачивания, происходит накопление подвешенной влаги в количестве, превышающем НВ верхнего наноса. Но, в отличие от первого случая, эта влага прочно удерживается за счет разности поверхностных давлений верхних менисков, расположенных в более узких порах и обладающих большей кривизной, и нижних менисков, расположенных в более крупных порах, обладающих вследствие этого меньшей кривизной и большим поверхностным давлением Эта разность поверхностных давлений и уравновешивает гидравлическое давление свободной подвешенной влаги. Такая влага обладает большой подвижностью и может капиллярно подтягиваться вверх и стекать в боковом направлении, есди имеется уклон. По этим свойствам она походит на подпертую влагу капиллярной каймы и ее следует называть подвешенно-подпертой. Если почвенно- грунтовая толща не была бы двучленной, эта влага стекла бы вниз и уходила бы из корнеобитаемого слоя. Поэтому рассмотренный только что второй вариант двучленного строения почвенно-грунтовой толщи, широко распространенный в природе, оказывает большое влияние на водоудерживающую способность почвы, а следовательно, на ее водный режим и влагообеспечен- ность растений, особенно в засушливых условиях. Количество дополнительно удерживаемой влаги в форме подперто-подвешенной зависит от степени различия в механическом составе обоих слоев и от мощности верхнего наноса и может достигать многих десятков мм водного слоя.

<< | >>

Источник: А. А. Роде. ВОДНЫЙ РЕЖИМ ПОЧВ И ЕГО РЕГУЛИРОВАНИЕ. 1963

Еще по теме Водоудерживающая способность почв:

- Болотоведение - Метеорология и климатология - Научно-популярная история - Океанология (океанография) - Почвоведение -

- Биология - Ветеринария - Взаимоотношения животных - Все животные - Геология - Зоопсихология - Коровы - Кошки - Лечение животных - Лошади - Насекомые - Науки о Земле - Опасные растения и животные - Растительный мир - Редкие животные - Сельское хозяйство - Собаки - Экология -