Вода в почве
Роль воды в почвообразовании:
n процессы выветривания и новообразования минералов,
n гумусообразование,
n химические реакции и динамика протекающих процессов,
n формирование генетических горизонтов почвенного профиля,
n терморегулирующий фактор теплового баланса почвы и ее температурного режима.
Формы и состояния почвенной воды
Категории или формы почвенной воды –
порции почвенной воды, обладающие разными физическими свойствами, обусловленными характером взаимного расположения и взаимодействия молекул воды между собой.
Выделяют 5 категорий (форм) почвенной воды.
Твердая вода — лед.
Лед является потенциальным источником жидкой и парообразной воды, в результате таяния и испарения.
Вода в форме льда может иметь сезонный (сезонное промерзание почвы) или многолетний («вечная» мерзлота) характер.
Почвенная вода - этораствор → температура замерзания воды в почве ниже 00С.
Химически связанная вода (конституционная и кристаллизационная)
Конституционная вода представлена гидроксильной группой ОН химических соединений – гидроксиды железа, алюминия, марганца; органические и органоминеральные соединения; глинистые минералы.
Кристаллизационная вода представлена целыми водными молекулами кристаллогидратов, преимущественно солей – полугидрат – CaSО4*1/2Н2О, гипс – CаSO4 *2Н2О, мирабилит – Na2SO4*10H2O
Гидратная вода – сумма конституционной и кристаллизационной воды.
Эта вода входит в состав твердой фазы почвы, не является самостоятельным физическим телом, не передвигается и не обладает свойствами растворителя.
3. Парообразная вода – содержится в почвенном воздухе порового пространства в форме водяного пара.
Почвенный воздух близок к насыщению парами воды → понижение температуры почвы → насыщение и конденсация пара → парообразная вода переходит в жидкую.
При повышении температуры обратный процесс.
4. Физически связанная (сорбированная) вода – вода, сорбированная на поверхности почвенных частиц.
Молекулы воды притягиваются почвенными частицами, образуя вокруг них пленку.
Удержание молекул воды происходит силами сорбции.
Молекулы воды могут сорбироваться почвой из парообразного и жидкого состояния.
Диполи способны притягиваться не только поверхностью почвенных частиц, но и друг другом → молекулы сорбированной воды в строго ориентированном положении.
В зависимости от прочности удержания воды сорбционными силами физически связную воду подразделяют на прочносвязанную и рыхлосвязанную.
Прочносвязанная вода – это вода, поглощенная почвой из парообразного состояния.
Гигроскопичность почв - свойство почвы сорбировать парообразную воду → прочносвязанная вода - это вода гигроскопическая.
Гигроскопическая вода удерживается у поверхности почвенных частиц давлением –
1-2*109Па → образует пленки вокруг почвенных частиц, что обуславливает полную неподвижность гигроскопической воды → не доступна растениям
Гигроскопичность почв зависит от следующих факторов:
n относительной влажности воздуха: чем она больше, тем большее количество воды сорбируется;
n гранулометрического состава: чем выше в почве содержание илистой и коллоидной фракции, тем выше будет гигроскопичность почв;
n гумуса: почвы с более высоким содержанием гумуса при одном и том же гранулометрическом составе всегда характеризуются большим значением гигроскопичности.
Рыхлосвязанная вода – вода, удерживаемая в почве сорбционными силами сверх максимальной гигроскопичности (поглощенная из жидкой воды).
Давление удержания в почве – 1-10*105 Па.
Рыхлосвязанная вода занимает промежуточное положение между водой прочносвязанной и свободной, так как характеризуется различной прочностью связи молекул различных слоев.
Рыхлосвязанная (пленочная) вода может передвигаться в жидкой форме при наличии некоторого градиента влажности (от почвенных частиц с более толстыми водяными пленками к частицам, у которых она тоньше).
Содержание пленочной воды в почве определяется теми же факторами, что и содержание гигроскопической.
5. Свободная вода – находится вне области действия сил притяжения со стороны почвенных частиц и является свободной.
У этой категории воды молекулы не ориентированы около почвенных частиц.
В почвах свободная вода присутствует в капиллярной и гравитационной формах.
Капиллярная вода – удерживается впочве в порах малого диаметра - капиллярах, под действием капиллярных или менисковых сил.
Поверхностный слой жидкости по своим свойствам отличается от ее внутренних слоев → образование на поверхности жидкости пленки, обладающей поверхностным натяжением, или поверхностным давлением.
Капиллярная вода по физическому состоянию жидкая, высокоподвижная, обеспечивает восполнение запасов воды в поверхностном горизонте почвы при интенсивном потреблении ее растениями или при испарении.
Свободно растворяет вещества и перемещает растворимые соли, коллоиды, тонкие суспензии.
Гравитационная вода передвигается под действием силы тяжести → находится вне влияния сорбционных и капиллярных сил почвы.
Характерно жидкое состояние, высокая растворяющая способность и возможность переносить в растворенном состоянии соли, коллоидные растворы, тонкие суспензии.
Подразделяется на просачивающуюся гравитационную и воду водоносных горизонтов.
Просачивающаяся гравитационная вода передвигается по порам и трещинам почвы сверху вниз; появляется в результате накопления в почве воды, превышающей удерживающую силу менисков в капиллярах.
Вода водоносных горизонтов — это грунтовые, почвенно-грунтовые и почвенные воды (почвенная верховодка), насыщающие почвенно-грунтовую толщу до состояния, когда все поры и промежутки в почве заполнены водой.
Удерживаются они в почве и грунте вследствие малой водопроницаемости подстилающих грунтов.
Присутствие свободной гравитационной воды в почве — свидетельствует о временном или постоянном избыточном увлажнении, что способствует созданию в почвах анаэробной обстановки и развитию глеевого процесса.