Водные свойства почв и их регулирование

К водным свойствам почвы относятся: влажность, влагоемкость (водоудерживающая способность), водопроницаемость, водоподъемная способность.

W = (масса влаги в пробе : масса абсолютно сухой пробы) ×100 %.

Кроме влажности, определяют запасы воды в определенном слое почвы по формуле:

где В − запас воды в определенном слое почвы, м3/га;

W − влажность почвы, %;

dv − плотность почвы, г/см3;

Н − мощность горизонта или слоя почвы, см.

Выпадающие осадки измеряют в миллиметрах водного столба, поэтому целесообразно запасы влаги в почве выражать также в этих единицах.

Поскольку запас воды в 1 мм на площади 1 га соответствует 10 м3, то вычисления производят по формуле:

При оценке запасов влаги в почве различают: общий запас влаги (ОЗВ), запас недоступной влаги (ЗНВ) и запас продуктивной влаги (ЗПВ).

Для расчета ОЗВ используют предельную полевую влагоемкость (ППВ), полевую влагоемкость (ПВ), капиллярную влагоемкость (КВ) или полевую влажность почвы (ВП).

Последний показатель, в отличие от почвенно-гидрологических констант (ПГК), не является постоянной величиной и характеризует влажность почвы в определенный момент времени (ОЗВ = ВП * dv * H).

После того, как найден общий запас влаги, рассчитывают запас недоступной влаги с использованием значений влажности завядания (ВЗ):

По разности между ОЗВ и ЗНВ находят количество продуктивной влаги в почве:

Наивысшему увлажнению почвы в полевых условиях при свободном стоке гравитационной влаги соответствует предельно-полевая влагоемкость. Разница между ППВ и ВЗ представляет собой диапазон продуктивной (активной) влаги (ДПВ) в почве, который рассчитывают по формуле:

Величина, равная разности между предельно-полевой влагоемкостью (ППВ) и фактической влажностью почвы (ВП) в определенный момент времени, характеризует дефицит влаги (ДВ) в почве:

Диапазон активной влаги и дефицит влаги могут быть выражены как в %, так и м3/га или мм. Расчет их запасов проводят аналогично ОЗВ и ЗНВ, подставляя в формулу соответствующие показатели.

Способность почвы сорбировать парообразную воду называется гигроскопичностью.

Количественно водоудерживающую способность почвы характеризует ее влагоемкость. Наибольшее количество воды, которое способна удержать почва различными силами.

В зависимости от сил, удерживающих влагу в почве, выделяют следующие виды влагоемкости.

Наибольшее количество прочносвязанной, строго ориентированной воды, удерживаемой адсорбционными силами, характеризует максимальная адсорбционная влагоемкость (МАВ).

Наибольшее возможное содержание рыхлосвязанной воды, удерживаемой сорбционными силами или силами молекулярного притяжения, характеризует максимальная молекулярная влагоемкость (ММВ).

Максимальное количество капиллярно-подпертой влаги, которое может содержаться в почве над уровнем грунтовых вод, называется капиллярной влагоемкостью (КВ).

Наибольшее количество воды, которое остается в почве после обильного увлажнения и стекания всей гравитационной воды при отсутствии слоистости почвы и подпирающего действия грунтовых вод, называется наименьшей или предельно-полевой влагоемкостью (НВ
или ППВ).

Разница между ПВ и ППВ называется водоотдачей.

Влажность, соответствующая разрыву сплошности капилляров, называется влажностью разрыва капилляров (ВРК).

Водопроницаемость – способность почвы поглощать и пропускать через себя воду зависит от гранулометрического, минералогического состава, характера структуры, пористости, плотности, а также от состава обменных катионов.

Характеризуется различной скоростью:

где Q – расход воды, см3, S – площадь сечения водного столба, см2, t –время, мин.

В природных условиях фильтрация наблюдается не часто. В большинстве случаев имеет место процесс инфлюктации – просачивание поверхностной влаги в почву, происходящее преимущественно по крупным порам, ходам корней и почвенных животных, реликтовым и деформационным трещинам.

В результате инфлюктации происходит неравномерное проникновение воды вглубь почвенного профиля. Если почва имеет большую трещиноватость и преимущественно крупную некапиллярную пористость, то, наряду с впитыванием, происходит «проваливание» воды в нижние горизонты почвенного профиля.

Такая влага расходуется преимущественно непродуктивно, поскольку легко утрачивается в пустотах при физическом испарении или уходит за пределы почвенного профиля.

Оценить водопроницаемость почв тяжелого гранулометрического состава можно по шкале, предложенной Н. А. Качинским (1970).

Если почва пропускает за 1 ч более 1000 мм воды при ее напоре 5 см и температуре 10 °С, то водопроницаемость считается провальной, от 1000 до 500 мм – излишне высокой, от 500 до 100 – наилучшей, от 100 до 70 – хорошей, от 70 до 30 – удовлетворительной, менее 30 мм – неудовлетворительной.

Водоподъемная способность почвы – это свойство, направленное на активизацию капиллярного подъема влаги. Его уровень зависит от гранулометрического и агрегатного состава и сложения. Чем тоньше поры, тем выше поднимается по ним влага. Высоту капиллярного поднятия влаги в почве можно рассчитать по формуле Жюрена:

где Н – высота капиллярного поднятия, см, r – радиус капилляра, см.

В бесструктурных глинистых почвах, несмотря на наиболее мелкий размер капилляров, по сравнению с почвами иного гранулометрического состава, водоподъемная способность снижается, поскольку капилляры заполнены преимущественно связанной водой.

Благодаря водоподъемной способности почв осуществляется дополнительное снабжение растений влагой, поступающей из грунтовых вод. Особенно большое значение имеет водоподъемная способность в засушливых регионах.

Однако при близком залегании уровня грунтовых вод к поверхности может произойти заболачивание почв. Если эти воды минерализованные, то возможно засоление почв.