Формы почвенной воды
Вода в почве неоднородна. Разные ее порции имеют разные физические свойства. Порции почвенной воды, обладающие одинаковыми свойствами получили название форм почвенной воды.
В истории почвоведения было предложено много классификаций категрий воды, содержащейся в почве. Наиболее современной и полной является классификация, разработанная А.А. Роде, которая приводится ниже. Согласной этой классификации в почвах можно различать следующие пять форм почвенной воды.
Т в е р д а я вода – лед . Появление воды в форме льда может иметь сезоный (сезонное промерзание почвы) или многолетний («вечная» мерзлота) характер . Поскольку почвенная вода – это всегда раствор, температура замерзания воды в почве ниже 00С.
Х и м и ч е с к и с в я з а н н а я вода. Она представлена гидроксильной группой химических соединений и водными молекулами кристаллогидратов.Эта вода входит в состав твердой фазы почвы и не является самостоятельным физическим телом, не передвигается и не обладает свойствами растворителя.
П а р о о б р а з н а я вода. Эта вода содержится в почвенном воздухе порового пространства в форме водяного пара. Она передвигается по поровому пространству от участков с высокой упругостью водяного пара к участкам с более низкой упругостью (активное движение), а также вместе с током воздуха ( пассивное движение).
Почвенный воздух практически всегда близок к насыщению парами воды, а небольшое понижение температуры почвы приводит к его насыщению и конденсации пара, в результате чего парообразная вода переходит в жидкую, при повышении температуры имеет место обратный процесс.
Ф и з и ч е с к и с в я з а н н а я, или сорбированная вода. К этой категории относится вода, сорбирванная на поверхности почвенных частиц за счет сил притяжения имеющих различную природу. Она образует на поверхности почвенных частиц пленку. Молекулы воды могут сорбироваться почвой как из парообразного, так и из жидкого состояния. Благодаря тому, что молекулы воды не являются энергетически нейтральными, а представляют собой диполи, они обладают способностью притягиваться не только поверхностью почвенных частиц, но и вступать в связь друг с другом, притягиваясь полюсами противоположного знака. Все молекулы сорбированной воды, находятся таким образом, в строго ориентированном положении. При этом прочность фиксации их наибольшая вблизи поверхности почвенных частиц, по мере удаления от них она постепенно убывает. В зависимости от прочности удержания воды сорбционными силами физически связанную воду подразделяют на прочносвязанную и рыхлосвязанную.
Прочносвязанная (гигроскопическая) вода – это вода поглощенная почвой из парообразного состояния. Свойство почвы сорбировать парообразную воду называют гигроскопичностью почв. Максимальное количество воды, которое может быть поглощено почвой из парообразного состояния при относительной влажности воздуха, близкой к 100%, называют максимальной гигроскопичностью почвы. Эта величина достаточно постоянна и является важной почвенно-гидрологической характеристикой. При влажности почвы, равной максимальной гигроскопичной, толщина пленки из молекул воды достигает 3-4 слоев. Гигроскопическая вода очень плотно удерживается почвенными частицами и является неподвижной, она не доступна растениям. Это «мертвый запас влаги». На гигроскопичность почв оказывает существенное влияние свойства твердой фазы. Чем выше в почве содержание илистой и особенно коллоидной фракции, тем выше будет гигроскопичность почв. Гумус также увеличивает гигроскопчность почв. Поэтому почвы с более высоким содержанием гумуса при одном и том же механическом составе всегда характеризуются большим значением максимальной гигроскопичности.
Рыхлосвязанная (пленочная вода). Почва не может поглощать парообразную воду сверх максимальной гигроскопичности, но жидкую воду может сорбировать и в большом количестве. Вода, удерживаемая в почве сорбционными силами сверх максимальной гигроскопичной – это вода рыхлосвязанная. Рыхлосвязанная вода образует вокруг почвенных частиц пленку толщиной в несколько десятков или даже сотен диаметров молекул. Она в отличие от прочносвязанной может передвигаться от почвенных частиц с более толстыми пленками к частицам у которых она тоньше.
С в о б о д н а я вода. В почвах эта вода присутствует в форме капиллярной и гравитационной.
Капиллярная вода удерживается в почве в порах малого диаметра – капиллярах, под действием капиллярных сил. Она может быть капиллярно-подвешенной. Эта вода заполняет капиллярные поры при увлажнении почвы сверху (после дождя или полива). При этом под промоченным слоем всегда имеется сухой слой, т.е. гидростатическая связь увлажненного горизонта с горизонтом подпочвенных вод отсутствует. Вода, находящаяся в промоченном слое, как бы «висит», не стекая, в почвенной толще над сухим слоем. Поэтому она и получила название подвешенной.
Другая форма капиллярной воды: капиллярно-подпертая, которая образуется в почвах при подъеме воды снизу от горизонта грунтовых вод по капиллярам на некоторую высоту, т.е. эта вода, которая содержится в почве непосредственно над водоносным горизонтом и гидравлически с ним связана.
Свободная гравитационная вода передвигается под действием силы тяжести, т.е. она находится вне влияния сорбционных и капиллярных сил почвы. К этой форме относится вода передвигающаяся по порам и трещинам сверху вниз, а также вода водоносных горизонтов (грунтовые воды, верховодка).
Присутствие значительных количеств свободной гравитационной воды в почве – явление неблагоприятное, свидетельствующее о временном или постоянном избыточном увлажнении, что способствует созданию в почве анаэробной обстановки и развитию глеевого процесса.