Почвоведение Том 1 - Белицина Г.Д.
ISBN 5-06-001159-3
Скачать (прямая ссылка):
Гранулометрический
состав
Крупный песок . . Средний песок . . Супесь .... Пылеватая супесь
Водоподъемная способность, м
0,5 0,5-0,8 1,0—1,5 1,5—2,0
Гранулометрический
состав
Суглинок средний Суглинок тяжелый Глина тяжелая . Лессы ....
Водоподъемная способность, м
2,5—3,0
3.0—3,5
4.0—6,0
4.0—5,0
Рис. 23. 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
В почвах опесчаненных высота капиллярного подъема снижается, но скорость движения воды велика. Однако это общее правило, характеризующее водоподъемную способность капилляров, выведенное из формул Дж. Жюрена и Ж. Л. М. Пу-азейля, в глинистых бесструктурных почвах и грунтах нарушается. Согласно названным формулам в однородных грунтах не исключается подъем на значительно большую высоту, чем это наблюдается в природе, — на 75 и более метров.
142
Так, в почвах при утяжелении их гранулометрического состава водоподъемная сила будет сначала расти до определенного предела, а затем она начнет уменьшаться.
Объясняется это тем, что капиллярная вода передвигается не во всем объеме пор, а лишь в действующем их просвете (рис. 24).
В любых порах по мере уменьшения их радиуса капиллярные силы сначала будут расти в связи с увеличивающейся кривизной менисков, но в дальнейшем начнут падать.
При малом размере пор (1 мкм и менее) весь их внутренний просвет (или большая его часть) заполнен связанной пленочной водой и активные действующие поры либо совсем исчезают, либо просвет их становится настолько мал, что всасывающая сила мениска компенсируется силами трения движущейся капиллярной воды о стенки пленок жидкости, сорбированной почвой, и передвижение капиллярной воды, а следовательно, и капиллярного подъема происходить не может. Вода в таких порах может передвигаться только как пленочная, т. е. очень медленно. На скорость подъема воды оказывает влияние также степень минерализации грунтовых вод. Высокоминерализованные воды характеризуются меньшей высотой и скоростью подъема. Однако близкое к поверхности залегание минерализованных грунтовых вод (1 —1,5 м) создает опасность быстрого засоления почв.
6.6. 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, подчиняются очень сложным закономерностям статистического (вероятностного) характера 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 почвенной воды.
Первый из указанных подходов наиболее широко используется в почвоведении и является традиционным в почвенных исследованиях, будучи основанным на периодических измерениях почвенной влажности; второй больше всего принят в почвенно-
Капиллярно вода '
Пленочная вода '
Рис. 24. Капиллярные трубки (по А. А. Роде и В Н Смирнову, 1972): а — со свободной водой; б — полностью заполненная связанной водой
143
мелиоративных работах, когда инженеры имеют дело с потоками подаваемой в почву или отводимой из почвы воды. Термодинамический подход интенсивно разрабатывается в последнее время и сейчас рассматривается как наиболее перспективный и теоретически обоснованный, поскольку он не только позволяет описывать состояние и поведение воды в почве в данный момент времени в наиболее обобщенном виде на базе фундаментальной физической теории, рассматривая весь водообмен природных экосистем в единых терминах, но и допускает 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 условиях искусственного увлажнения (орошения) или осушения (дренажа). В разработку этого подхода особенно большой вклад внесли такие ученые, как Л. А. Ричардс, В Р. Гарднер, Т. Дж. Маршалл, С. А. Тейлор, Р. Слейчер, И. И. Судницын, А. М. Глобус, Э. Чайлдс, Ж-И. Парланг,
А. Д. Воронин.
Существо термодинамического подхода сводится к использованию понятий полного и частных термодинамических потенциалов почвенной воды, поддающихся инструментальному измерению, т. е. количественной энергетической оценке сил взаимодействия между водой и вмещающей ее твердой фазой почвы.
6.7. Потенциал почвенной воды
Поскольку вода в почве находится под одновременным сложным воздействием нескольких силовых полей — адсорбционных, капиллярных, осмотических, гравитационных, — для характеристики их суммарного действия и оценки энергетического состояния воды в почве введено понятие термодинамического, или полного, потенциала почвенной воды.
Полный потенциал почвенной воды (ty) — это количество работы, Дж^кг-1, которую необходимо затратить, чтобы перенести единицу свободной чистой воды обратимо и изотермически из стандартного состояния S0 в то состояние Sn, в котором она находится в рассматриваемой точке почвы. Иными словами, эта величина выражает способность воды в почве производить большую или меньшую работу по сравнению с чистой свободной водой. За стандартное состояние S0 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 Т0, высоте h0 и давлении P0. Потенциал почвенной воды — величина отрицательная, поскольку необходима работа (положительного знака) по его преодолению. Вместо понятия «потенциал» в почвоведении принято использовать понятие «давление почвенной воды»,
