ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 26.09.2020
Просмотров: 4897
Скачиваний: 17
ной
толщины
,
описываемым
теорией
Гельмгольца
,
а
количество
адсорбированной
воды
определяется
удельной
поверхностью
почвенных
частиц
при
весьма
слабой
роли
обменных
катионов
.
В
диапазоне
полного
давления
почвенной
влаги
от
-4 (-10
5
)
до
-20(-10
7
).
Па
весьма
резко
проявляется
влияние
обменных
катионов
на
его
зависимость
от
влажности
почвы
.
При
этом
поведение
системы
описывается
уравнением
Больц
-
мана
для
концентрации
катионов
в
растворе
на
различных
расстояниях
от
отрица
-
тельно
заряженной
поверхности
твердой
фазы
в
зависимости
от
влажности
.
В
этих
условиях
почвенная
вода
является
вместилищем
диффузного
слоя
обменных
катионов
.
При
давлениях
выше
–10 —10
6
Па
кривые
водоудерживания
начинают
выпо
-
лаживаться
,
отклоняются
в
сторону
большей
влажности
.
По
мнению
И
.
И
.
Судни
-
цына
,
это
вызвано
тем
,
что
при
этих
значениях
полного
давления
вода
уже
нахо
-
дится
за
пределами
диффузного
слоя
обменных
катионов
в
электронейтральном
«
свободном
»
объеме
почвенного
раствора
,
давление
которого
в
основном
опреде
-
ляется
суммой
осмотического
и
капиллярного
потенциалов
.
При
дальнейшем
росте
влажности
почвы
все
большую
роль
играет
капилляр
-
ный
потенциал
(
ψ
).
И
.
И
.
Судницын
рассчитал
по
формуле
Жюрена
следующую
зависимость
капиллярного
давления
воды
от
диаметра
капилляров
:
диаметр
пор
,
мкм
. . 0,03 0,06 0,15 0,30 0,60 3,0
давление
.
Па
. . . . -10
7
-5*10
6
-2.10
6
-10
6
-5-10
5
-10
5
Приведенные
расчеты
показывают
,
что
с
увеличением
диаметра
почвенных
пор
находящаяся
в
них
вода
теряет
капиллярное
давление
и
все
больше
испыты
-
вает
воздействие
гравитационных
сил
.
Таким
образом
,
относительный
вклад
частных
термодинамических
потен
-
циалов
почвенной
воды
в
ее
полный
потенциал
существенно
меняется
с
измене
-
нием
влажности
почвы
:
чем
суше
почва
,
тем
больше
роль
адсорбционных
и
осмо
-
тических
сил
;
чем
она
влажнее
,
тем
больше
относительная
роль
капиллярных
и
затем
гравитационных
явлений
и
тем
меньше
значение
давления
,
показанного
тензиометром
.
Кривые
водоудерживания
почв
обычно
имеют
четко
выраженную
гистере
-
зисную
петлю
,
т
.
е
.
имеют
несколько
различную
форму
при
иссушении
и
увлаж
-
нении
одной
и
той
же
почвы
,
что
может
быть
,
в
частности
,
связано
с
различием
в
последовательности
заполнения
пор
разного
размера
водой
при
увлажнении
поч
-
вы
и
их
освобождения
от
воды
при
иссушении
:
заполняются
вначале
мелкие
по
-
ры
,
а
освобождаются
от
воды
первыми
крупные
.
Невыровненность
потенциалов
почвенной
воды
в
разных
точках
является
не
-
посредственной
причиной
движения
воды
в
почвах
:
вода
перемещается
в
сторону
наиболее
низкого
потенциала
,
в
общем
случае
из
более
влажных
участков
в
более
сухие
.
Однако
вследствие
наличия
сопротивления
среды
движению
воды
движу
-
щей
силой
перемещения
почвенной
воды
служит
не
разность
потенциалов
(
дав
-
лений
)
воды
между
двумя
точками
АР
,
а
градиент
АР
/
А
вдоль
направления
дви
-
жения
,
что
было
установлено
еще
в
середине
прошлого
века
в
известном
законе
Дарси
для
плотности
установившегося
водного
потока
в
пористой
среде
.
Существует
определенная
связь
почвенно
-
гидрологических
констант
с
дав
-
лением
почвенной
воды
.
Например
,
наименьшей
влагоемкости
почвы
соответст
-
вует
давление
от
-10
4
до
–3*10
4
Па
,
а
влажности
завядания
от
–6*10
5
до
-2,5*10
6
Па
.
С
изменениями
давления
почвенной
воды
в
зависимости
от
влажности
меня
-
ется
и
коэффициент
влагопроводности
почв
К
в
уравнении
потока
воды
в
почве
;
при
изменении
влажности
почвы
от
наименьшей
влагоемкости
до
влажности
за
-
вядания
К
уменьшается
на
два
порядка
(
сухая
почва
обладает
худшей
влагопро
-
водностью
,
чем
влажная
).
Установлены
эмпирические
зависимости
водопотребления
растений
от
дав
-
ления
воды
в
почве
,
но
они
весьма
сложные
и
подвержены
воздействию
множест
-
ва
самых
разнообразных
факторов
,
действующих
в
системе
почва
—
растение
—
атмосфера
.
Однако
моделирование
процессов
водопотребления
с
использованием
термодинамической
концепции
поведения
воды
в
почве
представляется
весьма
перспективным
и
может
быть
использовано
для
управления
водным
режимом
почв
.
В
почве
,
насыщенной
влагой
и
не
содержащей
солей
,
давление
почвенной
влаги
равно
нулю
.
При
снижении
влажности
почвы
оно
приобретает
все
большие
по
абсолютной
величине
отрицательные
значения
.
По
мере
иссушения
у
почвы
появляется
способность
при
соприкосновении
с
водой
поглощать
ее
.
Такая
спо
-
собность
почв
получила
название
сосущей
силы
почвы
.
Впервые
она
была
уста
-
новлена
В
.
Г
.
Корневым
(1924).
Величина
,
характеризующая
эту
силу
,
получила
название
всасывающего
давления
почвы
.
Всасывающее
давление
(
сосущая
сила
)
почвы
численно
равно
давлению
почвенной
воды
,
но
выражается
положительной
величиной
.
Всасывающее
давление
почвы
измеряется
при
любых
влажностях
,
начиная
от
полного
насыщения
почвы
и
кончая
почти
сухой
почвой
,
специальными
при
-
борами
.
Чаще
всего
для
этой
цели
используют
тензиометры
и
капилляриметры
.
Выражается
всасывающее
давление
,
как
и
давление
почвенной
воды
,
в
паска
-
лях
,
атмосферах
,
сантиметрах
водного
столба
или
в
барах
(1
Па
=10
5
бар
= 9,87 •10
6
атм
= 7,5*10
3
мм
рт
.
ст
. = 0,102
мм
вод
.
ст
.).
Всасывающее
давление
сухой
почвы
приближается
к
10
7
см
вод
.
ст
.,
или
10
9
Па
.
Оперировать
с
величинами
такого
порядка
неудобно
и
Р
.
К
.
Скофилд
(1935)
предложил
выражать
всасывающее
давление
почвы
не
числом
сантиметров
вод
-
ного
столба
,
а
десятитысячным
логарифмом
этого
числа
pF.
Тогда
у
почвы
,
почти
полностью
насыщенной
пресной
влагой
,
при
давлении
,
равном
10
3
Па
, pF=1,
дав
-
лению
в
10
5
Па
будет
соответствовать
pF=3,
а
в
сухой
почве
,
когда
давление
при
-
ближается
к
10
9
Па
, pF
приближается
к
своему
верхнему
пределу
,
равному
7.
Скофилд
показал
,
что
между
значениями
влажности
,
подвижности
и
доступности
почвенной
влаги
для
растений
и
всасывающим
давлением
существует
довольно
тесная
зависимость
(
табл
. 9.4).
Позже
неоднократно
предпринимались
попытки
связать
формы
воды
в
поч
-
ве
,
почвенно
-
гидрологические
константы
и
другие
водно
-
физические
характери
-
стики
с
pF (
С
.
И
.
Долгов
, 1948;
А
.
Конке
, 1968;
Л
.
А
.
Ричардс
,
Л
.
Р
.
Уивер
, 1944;
А
.
Д
.
Воронин
,
В
.
Г
.
Витязев
, 1976,
и
др
.).
В
настоящее
время
считают
,
что
определенным
водно
-
физическим
характе
-
ристикам
и
формам
воды
соответствуют
следующие
значения
pF:
максимальная
гигроскопическая
вода
— 4,5;
влажность
завядания
— 4,2;
наименьшая
влагоем
-
кость
для
почв
:
тяжелого
механического
состава
— 2,7—3,0;
среднесуглинистых
— 2,5;
песчаных
— 2,0;
вода
прочносвязанная
— 5,0—7,0;
вода
капиллярная
свя
-
занная
—3,5—5,0;
свободная
— 1,75— 3,50;
вода
гравитационная
— 1,75.
Таблица
9.4.
Зависимость
между
всасывающим
давлением
и
доступностью
влаги
Форма
влаги
Всасывающее
давление
pF
Значение
для
растений
Свободная
(
гравитационная
)
Доступна
Капиллярная
<3
Доступна
Пленочная
(
рыхлосвязанная
)
Прочносвязанная
3—4
4,1—4,2
Доступность
понижена
Устойчивое
завядание
Гигроскопическая
4,6—7,0
Недоступна
Сухая
почва
7,0
Недоступна
Оценка
физического
состояния
почвенной
воды
по
потенциалу
или
по
вса
-
сывающему
давлению
является
более
правильной
,
нежели
по
абсолютному
со
-
держанию
воды
.
Обусловлено
это
тем
,
что
по
значениям
pF
можно
произвести
объективную
сравнительную
качественную
оценку
состояния
воды
в
почве
с
раз
-
личными
физико
-
механическими
и
водно
-
физическими
свойствами
.
Почвы
,
обла
-
дающие
одинаковыми
pF,
можно
считать
эквивалентно
влажными
,
т
.
е
.
близкими
по
содержанию
воды
той
или
иной
категории
физиологической
доступности
,
хотя
абсолютное
содержание
воды
в
почве
может
быть
различным
(
табл
. 9.5).
Таблица
9.5.
Водно
-
физические
свойства
почв
и
отвечающие
им
значения
pF
(
по
А
.
А
.
Роде
)
Почвы
Наименьшая
влагоем
-
кость
Влажность
завядания
влажность
, %
pF
влажность
, %
pF
Легкий
пылеватый
покровный
суглинок
18,9
2,41
4,2
4,30
Лессовидный
суглинок
21,2
2,69
7,4
4,19
Тучный
глинистый
чернозем
40,7
2,60
23,8
4,33
Темно
-
каштановая
31,0
2,65
12,6
4,10
9.8.
Доступность
почвенной
воды
для
растений
Доступность
различных
форм
почвенной
воды
растениям
является
исклю
-
чительно
важной
характеристикой
,
определяющей
в
значительной
степени
плодо
-
родие
почв
.
Растения
в
процессе
жизни
потребляют
очень
большое
количество
воды
,
расходуя
главную
ее
массу
на
транспирацию
и
лишь
небольшую
долю
на
создание
биомассы
.
Расход
воды
из
почвы
растениями
характеризуется
двумя
показателями
:
во
-
первых
,
транспирационным
коэффициентом
—
отношением
количества
воды
,
из
-
расходованной
растением
,
к
общему
приросту
сухого
вещества
за
определенный
промежуток
времени
;
во
-
вторых
,
относительной
транспирацией
—
отношением
фактической
транспирации
при
данной
водообеспеченности
к
потенциальной
транспирации
при
свободном
доступе
воды
.
Для
большинства
культурных
расте
-
ний
транспирационный
коэффициент
(
при
потенциальной
,
т
.
е
.
обеспеченной
свободным
доступом
воды
транспирации
)
колеблется
в
пределах
400–600,
дости
-
гая
иногда
1000;
т
.
е
.
на
создание
1
т
сухого
органического
вещества
биомассы
расходуется
400–600
т
и
более
воды
из
почвы
(
при
условии
наличия
доступной
воды
в
почве
).
Доступность
почвенной
воды
растениям
определяется
в
основном
двумя
гидрофизическими
характеристиками
почвы
:
потенциалом
(
давлением
)
почвен
-
ной
воды
и
способностью
почвы
проводить
поток
воды
,
т
.
е
.
коэффициентом
вла
-
гопроводности
.
Интенсивность
потока
влаги
к
корням
растений
(
а
это
и
есть
ко
-
личественное
выражение
доступности
воды
)
будет
тем
больше
,
чем
больше
раз
-
ность
потенциалов
воды
в
корне
и
почве
и
чем
выше
коэффициент
влагопровод
-
ности
.
По
отношению
к
доступности
растениям
почвенная
вода
может
быть
под
-
разделена
на
следующие
категории
(
по
А
.
А
.
Роде
).
1.
Недоступная
для
растений
.
Это
вся
Прочносвязанная
вода
,
составляю
-
щая
в
почве
так
называемый
мертвый
запас
воды
.
Недоступность
этой
воды
объ
-
ясняется
тем
,
что
всасывающая
сила
корней
намного
меньше
сил
,
которые
удер
-
живают
эту
воду
на
поверхности
почвенных
частиц
,
иначе
говоря
,
всасывающего
давления
почвенной
воды
.
Мертвый
запас
воды
в
почвах
соответствует
приблизи
-
тельно
максимальной
адсорбционной
влагоемкости
или
немного
превышает
ее
.
2.
Весьма
труднодоступная
для
растений
.
Эта
категория
представлена
в
основном
рыхлосвязанной
(
пленочной
)
водой
.
Трудная
доступность
ее
обуслов
-
лена
низкой
подвижностью
этой
воды
(
низким
коэффициентом
влагопроводно
-
сти
),
в
силу
чего
вода
не
успевает
подтекать
к
точкам
ее
потребления
,
т
.
е
.
к
кор
-
невым
волоскам
.
Количество
весьма
труднодоступной
воды
в
почвах
характери
-
зуется
диапазоном
влажности
от
максимальной
адсорбционной
влагоемкости
до
влажности
завядания
.
Содержание
воды
в
почве
,
соответствующее
влажности
за
-
вядания
,
является
нижним
пределом
продуктивной
влаги
.
3.
Труднодоступная
вода
лежит
в
пределах
между
влажностью
завядания
и
влажностью
разрыва
капилляров
.
В
этом
интервале
влажности
растения
могут
существовать
,
но
продуктивность
их
снижается
.
Уменьшение
доступности
воды
отражается
в
первую
очередь
не
на
внешнем
состоянии
растений
(
завядание
),
а
на
снижении
их
продуктивности
.
4.
Среднедоступная
вода
отвечает
диапазону
влажности
от
влажности
раз
-
рыва
капилляров
до
наименьшей
влагоемкости
.
В
этом
интервале
вода
обладает
значительной
подвижностью
,
и
растения
поэтому
могут
бесперебойно
снабжаться
ею
.
Это
–
наиболее
ценная
влага
,
полностью
доступная
для
растений
.
5.
Легкодоступная
влага
соответствует
диапазону
влажности
от
наименьшей
до
полной
влагоемкости
.
Растения
могут
беспрепятственно
снабжаться
водой
,
но
влажность
зачастую
избыточная
,
растения
могут
страдать
от
дефицита
воздуха
.
9.9.
Водный
режим
почв
,
его
типы
и
регулирование
Водным
режимом
называют
всю
совокпность
явлений
поступления
влаги
в
почву
,
ее
передвижения
,
удержания
в
почвенных
горизонтах
и
расхода
из
почвы
.
Количественно
его
выражают
через
водный
баланс
,
характеризующий
приход
во
-
ды
в
почву
и
расход
из
нее
.
Общее
уравнение
водного
баланса
выражается
формулой
: