ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 26.09.2020
Просмотров: 8789
Скачиваний: 18
Рис
. 9.4.
Общая
схема
высоты
и
скорости
капиллярного
поднятия
воды
в
почвах
(
по
В
.
А
.
Ковде
, 1973):
1 —
глины
,
2 —
лессы
;
3 —
суглинки
;
4 —
супеси
и
пески
Рис
. 9.5.
Капиллярные
трубки
(
по
А
.
А
.
Роде
и
В
.
Н
.
Смирнову
, 1972):
а
—
со
свободной
водой
;
б
—
полностью
заполненная
связанной
водой
9.6.
Поведение
и
состояние
воды
в
почве
Поведение
воды
в
почве
,
ее
физическое
состояние
,
передвижение
в
профиле
по
вертикали
и
горизонтали
,
ее
доступность
растениям
,
вообще
говоря
,
подчиня
-
ются
очень
сложным
закономерностям
статистического
(
вероятностного
)
харак
-
тера
и
могут
быть
описаны
в
терминах
различных
методологических
подходов
:
водобалансового
–
изменения
водозапасов
почвы
и
приходорасходных
статей
водного
баланса
;
гидродинамического
–
скорости
и
плотности
водных
потоков
в
почве
;
термодинамического
–
изменения
термодинамических
потенциалов
поч
-
венной
воды
.
Первый
из
указанных
подходов
наиболее
широко
используется
в
почвове
-
дении
и
является
традиционным
в
почвенных
исследованиях
,
будучи
основанным
на
периодических
измерениях
почвенной
влажности
;
второй
больше
всего
принят
в
почвенно
-
мелиоративных
работах
,
когда
инженеры
имеют
дело
с
потоками
по
-
даваемой
в
почву
или
отводимой
из
почвы
воды
.
Термодинамический
подход
ин
-
тенсивно
разрабатывается
в
последнее
время
и
сейчас
рассматривается
как
наибо
-
лее
перспективный
и
теоретически
обоснованный
,
поскольку
он
не
только
позво
-
ляет
описывать
состояние
и
поведение
воды
в
почве
в
данный
момент
времени
в
наиболее
обобщенном
виде
на
базе
фундаментальной
физической
теории
,
рас
-
сматривая
весь
водообмен
природных
экосистем
в
единых
терминах
,
но
и
допус
-
кает
количественный
прогноз
водообменных
процессов
,
что
особенно
важно
для
суждений
о
водообеспеченности
и
водопотреблении
растений
.
На
основе
этого
подхода
возможно
автоматизированное
управление
водным
режимом
почв
в
ус
-
ловиях
искусственного
увлажнения
(
орошения
)
или
осушения
(
дренажа
).
В
разра
-
ботку
этого
подхода
особенно
большой
вклад
внесли
такие
ученые
,
как
Л
.
А
.
Ри
-
чардс
,
В
.
Р
.
Гарднер
,
Т
.
Дж
.
Маршалл
,
С
.
А
.
Тейлор
,
А
.
Д
.
Воронин
.
Существо
термодинамического
подхода
сводится
к
использованию
понятий
полного
и
частных
термодинамических
потенциалов
почвенной
воды
,
поддаю
-
щихся
инструментальному
измерению
,
т
.
е
.
количественной
энергетической
оценке
сил
взаимодействия
между
водой
и
твердой
фазой
почвы
.
9. 7.
Потенциал
почвенной
воды
Поскольку
вода
в
почве
находится
под
одновременным
сложным
воздейст
-
вием
нескольких
силовых
полей
–
адсорбционных
,
капиллярных
,
осмотических
,
гравитационных
, –
для
характеристики
их
суммарного
действия
и
оценки
энерге
-
тического
состояния
воды
в
почве
введено
понятие
термодинамического
,
или
полного
,
потенциала
почвенной
воды
.
Полный
потенциал
почвенной
воды
fV/) –
это
количество
работы
,
Дж
*
кг
-1
,
которую
необходимо
затратить
,
чтобы
перенести
единицу
свободной
чистой
воды
обратимо
и
изотермически
из
стандартного
состояния
So
в
то
состояние
Sn,
в
ко
-
тором
она
находится
в
рассматриваемой
точке
почвы
.
Иными
словами
,
эта
вели
-
чина
выражает
способность
воды
в
почве
производить
большую
или
меньшую
работу
по
сравнению
с
чистой
свободной
водой
.
За
стандартное
состояние
So
при
этом
принимается
резервуар
с
чистой
(
без
солей
,
т
.
е
.
с
осмотическим
давлением
П
= 0)
свободной
(
т
.
е
.
не
подверженной
влиянию
адсорбционных
и
капиллярных
сил
)
водой
при
температуре
То
,
высоте
ho
и
давлении
Ро
.
Потенциал
почвенной
воды
–
величина
отрицательная
,
поскольку
необходима
работа
(
положительного
знака
)
по
его
преодолению
.
Вместо
понятия
«
потенциал
»
в
почвоведении
принято
использовать
понятие
«
давление
почвенной
воды
»,
которое
измеряется
в
паскалях
Полный
,
или
термодинамический
,
потенциал
почвенной
воды
равен
сумме
частных
потенциалов
,
связанных
с
разными
силовыми
полями
:
адсорбционного
;
капиллярного
;
осмотического
;
гравитационного
;
тензометрического
давления
.
Адсорбционный
потенциал
почвенной
воды
,
или
адсорбционное
давление
(
расклинивающее
давление
,
по
Б
.
В
.
Дерягину
),
возникает
в
процессе
взаимодей
-
ствия
молекул
воды
с
поверхностью
твердой
фазы
почвы
,
в
результате
которого
вода
сорбируется
твердыми
почвенными
частицами
в
виде
тонкой
пленки
.
Возни
-
кающий
при
этом
потенциал
прямо
пропорционален
работе
десорбции
воды
и
об
-
ратно
пропорционален
поверхности
твердой
фазы
и
толщине
адсорбированного
слоя
.
Капиллярный
потенциал
почвенной
воды
,
или
ее
капиллярное
давление
,
воз
-
никает
на
поверхности
раздела
между
твердой
,
жидкой
и
газовой
фазами
почвы
в
тонких
капиллярах
;
он
пропорционален
работе
по
«
отсасыванию
»
капиллярной
воды
и
обратно
пропорционален
изменению
ее
объема
.
Осмотический
потенциал
почвенной
воды
,
или
ее
осмотическое
давление
,
возникающий
вследствие
наличия
в
воде
растворенных
веществ
,
пропорционален
работе
по
удалению
воды
из
раствора
(
например
,
через
полупроницаемую
мем
-
брану
,
при
помощи
электродиализа
)
и
обратно
пропорционален
изменению
ее
объема
.
Гравитационный
потенциал
почвенной
воды
,
или
гравитационное
давление
,
возникающий
в
почве
под
влиянием
сил
земного
тяготения
,
пропорционален
ра
-
боте
вертикального
перемещения
воды
и
опять
-
таки
обратно
пропорционален
из
-
менению
объема
воды
.
Все
перечисленные
потенциалы
могут
быть
оценены
теми
или
иными
мето
-
дами
,
разработанными
в
физике
почв
,
однако
их
непосредственное
измерение
встречает
существенные
трудности
.
С
целью
преодоления
экспериментальных
трудностей
введено
понятие
о
потенциале
тензиометрического
давления
,
который
можно
непосредственно
измерять
с
помощью
тензиометров
или
иным
методом
(
криоскопическим
,
психрометрическим
,
гигроскопическим
).
Потенциал
тензиометрического
давления
,
или
потенциал
давления
поч
-
венной
воды
,
возникающий
в
результате
совместного
действия
силовых
полей
в
почве
на
заключенную
в
ней
воду
,
не
считая
гравитационное
и
осмотическое
по
-
ля
,
зависит
от
геометрии
жидкой
фазы
(
кривизны
менисковых
поверхностей
),
давления
в
газовой
фазе
,
геометрии
твердой
фазы
(
ее
удельной
поверхности
)
или
матрицы
,
содержания
воды
в
почве
.
Потенциал
тензометрического
давления
явля
-
ется
суммарной
величиной
и
включает
в
себя
два
потенциала
:
пневматический
и
капиллярно
-
сорбционный
.
Пневматический
потенциал
почвенной
воды
–
это
приращение
потенциала
давления
в
результате
избытка
давления
в
газовой
фазе
относительно
стандартно
-
го
газового
давления
Ро
.
Капиллярно
-
сорбционный
потенциал
почвенной
воды
,
или
матричный
по
-
тенциал
(
связанный
с
геометрией
почвенной
матрицы
), —
потенциал
давления
в
почвенном
образце
при
данной
влажности
W
и
данном
механическом
давлении
ограничивающей
его
поверхности
(
Ре
)
при
стандартном
газовом
давлении
Р
О
,
т
.
е
.
при
АРа
=
0.
Потенциал
или
давление
почвенной
воды
в
сильной
степени
зависит
от
во
-
досодержания
почвы
,
причем
каждая
почва
в
зависимости
от
своего
грануломет
-
рического
,
минералогического
и
химического
состава
и
сложения
имеет
свою
собственную
характеристическую
кривую
зависимости
давления
почвенной
воды
от
влажности
почвы
,
которая
получила
название
кривой
водоудерживания
.
Кри
-
вая
водоудерживания
считается
основной
гидрофизической
характеристикой
поч
-
вы
(
рис
. 9.6).
Часто
эту
кривую
берут
в
форме
h = f(
θ
)
или
pF =
f(
θ
),
где
h —
со
-
сущая
сила
почвы
(
см
.
ниже
); pF—
десятичный
логарифм
/z;
θ
-=
Рис
. 9.6.
Зависимость
давления
почвенной
воды
(
Р
)
от
влажности
почвы
{W)
(
Зай
-
дельман
, 1983):
1 —
горизонт
Ар
неоглеенной
;
2 —
глееватой
;
3 —
глеевой
дерново
-
подзолистых
почв
;
4 —
горизонт
В
1
неоглеенной
;
6 —
глееватой
; 7 —
глеевой
почв
Чем
меньше
воды
в
почве
,
тем
сильнее
она
удерживается
твердой
фазой
,
тем
ниже
ее
потенциал
(
больше
абсолютное
значение
отрицательного
давления
воды
).
Кривые
водоудерживания
показывают
очень
быстрый
рост
водного
потен
-
циала
от
крайне
низких
отрицательных
значений
давления
вплоть
до
нуля
в
пол
-
ностью
насыщенной
водой
почве
.
Наименьший
полный
потенциал
почвенной
влаги
(
наибольшее
абсолютное
значение
отрицательного
давления
порядка
(2-5)-10
8
Па
)
отмечается
для
моноби
-
молекулярных
слоев
адсорбированной
воды
(
прочно
связанная
вода
, «
нераство
-
ряющий
объем
» –
часть
гигроскопической
воды
).
При
давлении
почвенной
воды
ниже
-10
7
Па
,
согласно
И
.
И
.
Судницыну
,
вода
в
почве
практически
полностью
представлена
двойным
электрическим
слоем
мономолекулярной
,
биомолекуляр
-