Почвоведение Том 1 - Белицина Г.Д.
ISBN 5-06-001159-3
Скачать (прямая ссылка):
В диапазоне полного давления почвенной влаги от — 4*106-¦+(—105) до —20 • 107 Па весьма резко проявляется влияние обменных катионов на его зависимость от влажности почвы. При этом поведение системы описывается уравнением Больцмана для концентрации катионов в растворе на различных расстояниях от отрицательно заряженной поверхности твердой фазы в зависимости от влажности. В этих условиях почвенная вода является вместилищем диффузного слоя обменных катионов.
При давлениях выше — 2 • 106(—106) Па кривые водоудержи-вания начинают выполаживаться, отклоняются в сторону большей влажности. По мнению И. И. Судницына, это вызвано тем, что при этих значениях полного давления вода уже находится за пределами диффузного слоя обменных катионов в электро-нейтральном «свободном» объеме почвенного раствора, давление которого в основном определяется суммой осмотического и капиллярного потенциалов.
При дальнейшем росте влажности почвы все большую роль играет капиллярный потенциал (фк). И. И. Судницын рас-
р, • 1C4 Па
-5 -чо—в —^— 7
Рис. 25. Зависимость давления почвенной воды (Р) от влажности почвы (W) (Зайдельман, 1983):
1—горизонт Ар неоглеенной; 2—глееватой; 3—глеевой дерново-подзолистых почв; 4— горизонт В1 неоглеенной; 6 — глееватой; 7—глеевой почв
147
считал по формуле Жюрена следующую зависимость капилляр -ного давления воды от диаметра капилляров:
диаметр пор, мкм . . 0,03 0,06 0,15 0,30 0,60 3,0
давление, Па . . - 107 —5 • 106 —2 • 106 — 106 —5 • 105 — 105
Приведенные расчеты показывают, что с увеличением диаметра почвенных пор находящаяся в них вода теряет капилляр -ное давление и все больше испытывает воздействие гравитационных сил.
Таким образом, относительный вклад частных термодинамических потенциалов почвенной воды в ее полный потенциал существенно меняется с изменением влажности почвы: чем суше почва, тем больше роль адсорбционных и осмотических 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 гистерезисную петлю, т. е. имеют несколько различную форму при иссушении и увлажнении одной и той же почвы, что может быть, в частности, связано с различием в последовательности заполнения пор разного размера водой при увлажнении почвы и их освобождения от воды при иссушении: заполняются вначале мелкие поры, а освобождаются от воды первыми крупные.
Невыровненность потенциалов почвенной воды в разных точках является непосредственной 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 движущей силой перемещения почвенной воды служит не разность потенциалов (давлений) воды между двумя точками ЛР, а градиент ЛР/Л1 вдоль направления движения, 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 давлением почвенной воды. Например, наименьшей влагоемкости почвы соответствует давление от —104 до —3* х104 Па, а влажности завядания от —6 • 105 до —2,5 • 106 Па. С изменениями давления почвенной воды в зависимости от влажности меняется и коэффициент влагопроводности почв К в уравнении потока воды в почве (i= — КЛР/А/); при изменении влажности почвы от наименьшей влагоемкости до влажности завядания К уменьшается на два порядка (сухая почва обладает худшей влагопроводностью, чем влажная).
Установлены эмпирические зависимости водопотребления растений от давления воды в почве, но они весьма сложные и подвержены воздействию множества самых разнообразных факторов, действующих в системе почва — растение — атмосфера. Од-
148
нако моделирование процессов водопотребления с использованием термодинамической концепции поведения воды в почве представляется весьма перспективным и может быть использовано для управления водным режимом почв.
6.8. Сосущая сила почвы
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 способность почв получила название сосущей силы почвы. Впервые она была установлена 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 приборами. Чаще всего для этой цели используют тензиометры и капилляриметры. Выражается всасывающее давление, как и давление почвенной воды, в Паскалях, атмосферах, сантиметрах водного столба или в барах (1 Па=10- бар = 9,87 •Ю-6 атм = 7,5 • 10-3 мм рт. ст. = =0,102 мм вод. ст.).
