Вода в почве. 
Категории почвенной влаги

ГБОУ ВПО

«СУРГУТСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ Ханты-Мансийского автономного округа — Югры»

Институт естественных и технических наук

КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА

Тема: «Вода в почве. Категории почвенной влаги»

Выполнил: студент 05−25 гр. 2 курса ИЕИТН Селимова Регина Робертовна Сургут, 2014

Содержание Введение

1. Вода в почве

1.1 Основной источник влаги

1.2 Роль воды в процессах почвообразования

2. Категории (формы) и состояния почвенной влаги

3. Список литературы

Введение

почвенный вода влага Вода — третья составная часть почвы. Она притягивается твердыми частичками почвы и окружает их более или менее толстым слоем, так что воздух образует в воде маленькие пузырьки.

Наиболее обстоятельно изучали состояние воды в почве С. М. Богданов, П. С. Коссович, А. Ф. Лебедев, С. И. Долгов, Н. А. Качинский и А. А. Роде. Ими была разработана классификация форм почвенной воды.

Почвенная вода имеет большое значение, является одним из факторов плодородия и урожайности растений. От содержания и качества воды в почве зависят произрастание растений и деятельность микроорганизмов, процессы почвообразования и выветривания, производственная деятельность человека.

Цель: Изучить какую роль играет вода в почве и категории почвенной влаги.

Для достижения цели были поставлены следующие задачи:

1. Определить какие формы влаги различают в почве в зависимости от подвижности воды.

2. Описать роль воды в почве.

1. Вода в почве Вода в почве играет важную роль во многих процессах, протекающих в ней. Это выветривание и образование новых минералов, гумусообразование и бесчисленное множество химических и физико-химических реакций, теплорегулирование и т. д. Наземные растения системой своих побегов постоянно расходуют воду на испарение и транспирацию. Эта вода извлекается корнями растений из почвы. Растения потребляют значительное количество воды на жизненные процессы, рост, образование тканей. Расход воды на транспирацию зависит от обеспеченности растения питательными веществами, агрофизического состояния почвы, влажности воздуха й содержания воды в почве. Практически единственный источник снабжения растений водой — почвенная влага. (http://boleznisada.ru/voda-v-pochve)

Количество воды в почве подвергается значительным колебаниям в зависимости от местности, а для одного и того же места и в зависимости от времени года. Различают следующиестепени влажности почвы, которые по большей части определяются лишь приблизительно: 1 — очень сухая, 2 — довольно сухая, 3 — немного влажная, 4 — довольно влажная, 5 — очень влажная, 6 — довольно сырая, 7 — сырая, 8 — довольно мокрая, 9 — мокрая, 10 — очень мокрая почвы. При более точных научных исследованиях количество воды должно быть выражено в процентах веса или объема взятого для исследования образца почвы. С практической точки зрения лучше всего определять степень влажности почвы по растущим на ней видам растений, так как вода является деятелем, оказывающим самое большое влияние на распределение растительных видов. (БелобровВ.П. География почв с основами почвоведения) Почвенная вода имеет большое значение, является одним из факторов плодородия и урожайности растений. От содержания и качества воды в почве зависят произрастание растений и деятельность микроорганизмов, процессы почвообразования и выветривания, производственная деятельность человека.

Вода может находиться в почве в нескольких видах: 1 — как химически связанная вода, не играющая никакой роли в экономии растений; 2 — как вода, поглощенная почвой в форме осадков и удерживаемая в ней; 3 — поднятая всасыванием грунтовая вода или сама грунтовая вода.

Грунтовая вода это вода, накопившаяся в слоях почвы, лежащих над какими либо водонепроницаемыми слоями. Вода эта может находиться в движении, следуя при этом законам тяжести, или же накопляться в виде подземных озер, совершенно также как это бывает с поверхностными водами. Большое значение имеет тут химический состав, волосность, водопроницаемость и другие свойства почвы. Чаще всего слоем, подпирающим грунтовую воду, является глина; песок и гравий пропускают воду. Грунтовая вода может содержать много растворимых веществ, главным образом солей извести; но в более глубоких своих частях она обыкновенно бедна питательными для растения веществами, т. к. последние задерживаются верхними слоями. Точно также она свободна от бактерий, которые уже отфильтровались в более высоких слоях почвы.

Уровень грунтовых вод и его колебания в разные времена года зависят отчасти от общей суммы осадков, отчасти же от величины испарения; он имеет большое ойкологическое значение и играет выдающуюся роль, особенно в пустынных местностях. (http://www.book-ist.ru/varming/d19.html)

1.1 Основной источник влаги Основной источник влаги — атмосферные осадки, которые проникают в почву и заполняют ее поры. В почве влага активно взаимодействует с твердой фазой (частью) почвы. Передвижение влаги, ее доступность растениям зависят от состава и свойств почвы.

В естественных условиях почва обладает различной степенью влажности. Понятие «влажность» характеризует содержание воды в почве, выраженное в процентах от массы сухой почвы (весовая влажность) или от объема почвы (объемная влажность).(http://mse-online.ru/pochva/formy-vody-v-pochve.html)

1.2 Роль воды в процессах почвообразования Воды как поверхностные так и грунтовые, играют огромную роль в процессах почвообразования. Эта роль заключается в первую очередь в формировании окислительно-восстановительного режима почвы. При глубоком залегании грунтовых вод и отсутствии застоя поверхностных вод в почвенном профиле создаются аэробные условия и протекают окислительные явления, которые сопровождаются интенсивной минерализацией органического вещества. В таких условиях формируются автоморфные почвы, не имеющие признаков заболачивания. Автоморфные почвы всегда содержат значительно меньше гумуса, различия их с полугидроморфными могут достигать 2 раз. Например, в автоморфных дерново-подзолистых легкосуглинистых почвах на лессовидных суглинках обычное содержание гумуса составляет 1,5−2,0%, а в глееватых и глеевых — 3,0−4,0%. В дерново-подзолистых песчаных эти показатели составляют соответственно 1,0−1,5 и 2,0−2,5%.

При избыточном увлажнении, обусловленном близким залеганием грунтовых вод и застоем поверхностных вод в пониженных элементах рельефа, развивается болотный процесс почвообразования. Особенностью болотного процесса почвообразования являются анаэробные условия и восстановительные процессы. В анаэробных условиях уменьшается активность окислительных процессов, что приводит к ослаблению минерализации органического вещества. На поверхности почвы накапливаются полуразложившиеся органические останки в виде торфа, которому свойственна высокая гидрофильность и влагоемкость, а также низкая аэрация при избыточном увлажнении, ведет к дальнейшему развитию процессов заболачивания.

Роль воды в почве определяется ее особым двойственным положением в природе: с одной стороны, вода — это особая физико-химическая весьма активная система, обеспечивающая многие физические и химические процессы в природе, с другой — это мощная транспортная геохимическая система, обеспечивающая перемещение веществ в пространстве. Воде принадлежит главенствующая роль в почвообразовании: процессы выветривания и новообразования минералов, гумусообразование и химические реакции совершаются только в водной среде; формирование генетических горизонтов почвенного профиля, динамика протекающих в почве процессов также связаны с водой. Вода в почве выступает и как терморегулирующий фактор, определяя в значительной степени тепловой баланс почвы и ее температурный режим. Исключительно велика ее роль в плодородии почвы, в обеспечении условий жизни растений, поскольку почва является главным, а во многих случаях и единственным источником воды для произрастающих на ней растений.(http://biofile.ru/bio/4140.html)

2. Категории (формы) и состояния почвенной воды Вода в почвах неоднородна. Разные ее порции имеют разные физические свойства (термодинамический потенциал, теплоемкость, плотность, вязкость, удельный объем, химический состав, подвижность молекул, осмотическое давление и т. д.), обусловленные характером взаимного расположения и взаимодействия молекул воды между собой и с другими фазами почвы — твердой, газовой, жидкой. Порции почвенной воды, обладающие одинаковыми свойствами, получили название категорий или форм почвенной воды.(Воронова М. В. Почвы и их состав. — М.: Колос, 1997)

В истории почвоведения было предложено много классификаций категорий воды, содержащейся в почве. Наиболее современной и полной является классификация, разработанная А. А. Роде (1965), которая приводится ниже. Согласно этой классификации в почвах можно различать следующие пять категорий (форм) почвенной воды.

Твердая вода — лед. Твердая вода в почве — это лед, являющийся потенциальным источником жидкой и парообразной воды, в которую он переходит в результате таяния и испарения. Появление воды в форме льда может иметь сезонный (сезонное промерзание почвы) или многолетний («вечная» мерзлота) характер. Поскольку почвенная вода — это всегда раствор, температура замерзания воды в почве ниже 0 °C.

Химически связанная вода (включает конституционную и кристаллизационную). Первая из них представлена гидроксильной группой ОН химических соединений (гидроксиды железа, алюминия, марганца; органические и органоминеральные соединения; глинистые минералы); вторая — целыми водными молекулами кристаллогидратов, преимущественно солей (полугидрат — CaS04*ЅН2O, гипс — CaS04*2H20, мирабилит — Na2S04*10H20). Конституционную и кристаллизационную воду иногда объединяют общим понятием гидратной или кристаллогидратной воды. Эта вода входит в состав твердой фазы почвы и не является самостоятельным физическим телом, не передвигается и не обладает свойствами растворителя.

Парообразная вода Эта вода содержится в почвенном воздухе порового пространства в форме водяного пара. Одна и та же почва может поглощать различное количество паров воды из атмосферного воздуха, что зависит от упругости пара: чем она больше, т. е. чем ближе припочвенный воздух к состоянию насыщения водяным паром, тем больше количество парообразно поглощенной воды в почве. Вообще говоря, 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. Парообразная вода в почве передвигается в ее поровом пространстве от участков с высокой упругостью водяного пара к участкам с более низкой упругостью (активное движение), а также вместе с током воздуха (пассивное движение).

Физически связанная, или сорбированная вода К этой категории относится вода, сорбированная на поверхности почвенных частиц, обладающих определенной поверхностной энергией за счет сил притяжения, имеющих различную природу. При соприкосновении почвенных частиц с молекулами воды последние притягиваются этими частицами, образуя вокруг них пленку. Удержание молекул воды происходит в данном случае силами сорбции.

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 полюсами друг с другом. Прочность их фиксации наибольшая у границ почвенных частиц. В зависимости от прочности подразделяется на прочносвязанную и рыхлосвязанную.

Прочносвязанная вода Прочносвязанная вода — это вода, поглощенная почвой из парообразного состояния. Свойство почвы сорбировать парообразную воду называют гигроскопичностью почв, а поглощенную таким образом воду — гигроскопической (Г). Таким образом, прочносвязанная вода — это вода гигроскопическая. Она удерживается у поверхности почвенных частиц очень высоким давлением — порядка (1−2) * 109 Па, образуя вокруг почвенных частиц тончайшие пленки. Высокая прочность удержания обусловливает полную неподвижность гигроскопической воды. По физическим свойствам прочносвязанная (гигроскопическая) вода приближается к твердым телам. Плотность ее достигает 1,5—1,8 г/см3, она не замерзает, не растворяет электролиты, отличается повышенной вязкостью и не доступна растениям.

Рыхлосвязанная (пленочная) вода Сорбционные силы поверхности почвенных частиц не насыщаются полностью даже в том случае, если влажность почвы достигнет МГ. Почва не может поглощать парообразную воду сверх МГ, но жидкую воду может сорбировать и в большем количестве. Вода, удерживаемая в почве сорбционными силами сверх МГ, — это вода рыхлосвязанная, или пленочная. Сила, с которой она удерживается в почве, измеряется значительно меньшим давлением (по сравнению с водой прочносвязанной) — порядка (1—10)* 105 Па.

Рыхлосвязанная вода также представлена пленкой, образовавшейся вокруг почвенной частицы, но пленкой полимолекулярной. Толщина ее может достигать нескольких десятков и даже сотен диаметров молекул воды. По физическому состоянию рыхлосвязанная вода очень неоднородна, что обусловлено различной прочностью связи молекул различных слоев. Поэтому можно сказать, что она находится в вязкожидкой форме, т. е. занимает промежуточное положение между водой прочносвязанной и свободной. Рыхлосвязанная (пленочная) вода в отличие от прочно-связанной может передвигаться в жидкой форме от почвенных частиц с более толстыми водяными пленками к частицам, у которых она тоньше, т. е. передвижение этой воды возможно при наличии некоторого градиента влажности и происходит оно очень медленно, со скоростью несколько десятков сантиметров в год. Содержание пленочной воды в почве определяется теми же свойствами почв, что и содержание максимальной гигроскопической. В среднем для большинства почв оно составляет 7—15%, иногда в глинистых почвах достигает 30—35 и падает в песчаных до 3−5%.

Свободная вода Вода, которая содержится в почве сверх рыхлосвязанной, находится уже вне области действия сил притяжения со стороны почвенных частиц (сорбционных) и является свободной. Отличительным признаком этой категории воды является отсутствие ориентировки молекул воды около почвенных частиц. В почвах свободная вода присутствует в капиллярной и гравитационной формах.

Капиллярная вода. Она удерживается в почве в порах малого диаметра — капиллярах, под действием капиллярных или, как их еще называют, менисковых сил. Возникновение этих сил обусловлено следующими явлениями. Поверхностный слой жидкости по своим свойствам отличается от ее внутренних слоев. Если на каждую молекулу воды внутри жидкости равномерно действуют силы притяжения и отталкивания со стороны окружающих молекул, то молекулы, находящиеся в поверхностном слое жидкости, и испытывают одностороннее, направленное вниз притяжение только со стороны молекул, лежащих ниже поверхности раздела вода — воздух. Силы, действующие вне жидкости, относительно малы и ими можно пренебречь. Таким образом, поверхностные молекулы жидкости находятся под действием сил, стремящихся втянуть их внутрь жидкости. По этой причине поверхность любой жидкости стремится к сокращению, так как любая система стремится к компенсации свободной энергии (к форме сферы). Наличие у поверхностных молекул жидкости, ненасыщенных, неиспользованных сил сцепления является источником избыточной поверхностной энергии, которая также стремится к уменьшению. Это влечет за собой образование на поверхности жидкости как бы пленки, которая обладает поверхностным натяжением, или поверхностным давлением (давлением Лапласа), которое представляет собой разницу между атмосферным давлением и давлением жидкости.

Капиллярная вода по физическому состоянию жидкая. Она высокоподвижна, способна обеспечить 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. Все мероприятия, направленные на сохранение воды в почве или пополнение ее запасов (при орошении), связаны с созданием в почве запасов именно капиллярной воды с уменьшением ее расхода на физическое испарение.

Капиллярная вода подразделяется на несколько видов: капиллярно-подвешенную, капиллярно-подпертую, капиллярно-посаженную.

Капиллярно-подвешенная вода заполняет капиллярные поры при увлажнении почв сверху (после дождя или полива). При этом под промоченным слоем всегда имеется сухой слой, т. е. гидростатическая связь увлажненного горизонта с постоянным или временным 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.

В природных условиях в распределении капиллярно-подвешенной воды по профилю почв всегда наблюдается постепенное уменьшение влажности с глубиной.

Подвешенная вода удерживается в почвах достаточно прочно, но до определенного предела, обусловленного разностью давлений, создаваемой в менисках верхней и нижней поверхностей водного слоя. Если этот предел разницы давлений превышен, начинается стекание воды. Капиллярно-подвешенная вода может передвигаться как в нисходящем направлении, так и вверх, в направлении испаряющейся поверхности. При активном восходящем движении воды в почвах близ поверхности происходит накопление веществ, содержащихся в растворенном виде в почвенном растворе. Засоление почв в поверхностных горизонтах обязано во многом данному явлению. Происходит это в том случае, если в почвах в пределах промачиваемого с поверхности слоя имеется горизонт скопления легкорастворимых солей или если полив почв осуществляется минерализованными водами.

Рис. 1. Схема развития отрицательного давления под вогнутыми менисками в капиллярах В суглинистых почвах количество капиллярно-подвешенной воды и глубина промачивания почвы за счет этой формы воды могут достигать значительных величин (табл. 1). В песчаных почвах эти показатели значительно ниже.

Таблица 1. Распределение капиллярно-подвешенной воды в однородных по гранулометрическому составу грунтах

Рис. 2. Водная манжета (стыковая вода) между шарообразными частицами Капиллярно-подвешенная вода в почвах сохраняется длительное время, являясь доступной для растений. Поэтому эта форма воды с экологической точки зрения представляет особую ценность. Скорость передвижения капиллярно-подвешенной воды к поверхности и, следовательно, скорость ее испарения, т. е. потери воды из почвы, определяются главным образом структурностью почв. В структурных почвах этот процесс идет медленнее и вода дольше сохраняется. Одной из разновидностей капиллярно-подвешенной воды, встречающейся главным образом в песчаных почвах, является вода стыковая капиллярно-подвешенная (рис. 2). Возникновение ее в почвах легкого механического состава обязано тому, что в этих почвах преобладают поры, размер которых превышает размер капилляров. В данном случае вода присутствует в почвах в виде разобщенных скоплений в местах соприкосновения — стыка — твердых частиц в форме двояковогнутых линз («манжеты»), удерживаемых капиллярными силами.

1. БелобровВ.П. География почв с основами почвоведения: Учеб. пособие для студ. пед. вузов / В. П. Белобров, И. В. Замотаев, С. В. Овечкин; Под ред. В. П. Белоброва.-М.: Издательский центр «Академия», 2004.-352с.

2. Воронова М. В. Почвы и их состав. — М.: Колос, 1997.

3. Земледелие с основами почвоведения и агрохимии. / Сост. Дюрягин И. В. — Курган: КГУ, 1997.

4. http://biofile.ru/bio/4140.html

5. http://boleznisada.ru/voda-v-pochve

6. http://mse-online.ru/pochva/formy-vody-v-pochve.html

7. http://www.book-ist.ru/varming/d19.html