Тема 3. Водні властивості ґрунту.

Питання теми

Форми води в ґрунті.

Водні властивості ґрунту.

Водний режим ґрунту.

Основні терміни: форми води в ґрунті, водні властивості ґрунту, вологоємність, водопоглинання, водопроникність, водопіднімальна здатність, гігроскопічність, водний режим ґрунту.

Форми води в ґрунті. Вода необхідна для життя і розвитку рослин. На утворення одної вагової частини органічних речовин рослини витрачають, в середньому, 400 вагових частин води, тому дуже важливим є створення сприятливого водного режиму в ґрунті.

Вода у ґрунті зв’язана з ґрунтовими частинками по-різному і має різну рухливість та здатність засвоюватись рослинами. У ґрунті розрізняють такі форми води: хімічно зв’язана, пароподібна, гігроскопічна, плівкова, капілярна і гравітаційна.

Хімічно зв’язана волога є компонентом хімічного складу мінералів. Розрізняють конституційну і кристалізаційну хімічно зв’язану вологу.

Кристалізаційна волога входить до складу мінералів у вигляді цілих молекул, наприклад, гіпс (CaSO₄×2H₂O), мірабіліт (Na₂SO₄×10H₂O). Кристалізаційну воду можна видалити при нагріванні ґрунту до 100-200^OC.

Конституційна волога входить до складу мінералів у вигляді гідроксильних груп Fe(OH)₃, Al(OH)₃, Ca(OH)₂ і може бути вилучена з ґрунту тільки при прожарюванні при температурі 400-800 ^OC.

Хімічно зв’язана волога не бере безпосередньої участі у фізичних процесах, які протікають в ґрунті. Вона не може засвоюватись рослинами.

Пароподібна волога проникає у верхні шари ґрунту з повітрям або утворюється в ґрунтових проміжках в результаті випаровування води, яка знаходиться між ґрунтовими частинками. Ця вода вільно переміщується у ґрунті з більш вологих місць в менш вологі, з шарів з більшою температурою у ділянки з меншою температурою. Практичне значення пароподібної вологи дуже мале.

Гігроскопічна волога. Частина пароподібної води повітря поглинається поверхнею ґрунтових частинок, утворюючи гігроскопічну вологу. Чим більше в ґрунті гумусових речовин, тим більше в ньому гігроскопічної вологи. Чим вологіше повітря, тим більше води адсорбується ґрунтом. В однакових умовах глинисті і суглинисті ґрунти містять більше гігроскопічної вологи, ніж піщані і супіщані.

Молекули гігроскопічної води утримуються на поверхні ґрунтових частинок з великою силою, тому видалити їх можна лише при тривалому нагріванні ґрунту до 105 ^OC. Для рослин гігроскопічна волога майже не доступна.

Кількість води у ґрунті, при якій рослини починають в’янути, називається мертвим запасом. Мертвий запас води у ґрунті дорівнює 1,5 максимальної гігроскопічної вологості.

Волога, яка міститься у ґрунті понад мертвий запас, називається продуктивною, завдяки їй ростуть рослини.

Плівкова волога. На ґрунтових частинках, крім гіроскопічної вологи, можуть наростати інші шари води, які утримуються силами поверхневого натягу і молекулярної взаємодії. Ця волога називається плівковою. Вона поділяється на міцнозв’язану і легкозв’язану. Остання частково засвоюється рослинами.

Капілярна волога заповнює тоненькі ґрунтові проміжки і знаходиться в рідкому стані. Під впливом меніскових сил, вона може пересуватись у ґрунті в різних напрямках. Розрізняють капілярно-підперту і капілярно-підвішену воду. Капілярно-підперта вода піднімається з ґрунтових вод. Ґрунтовий шар, на який вона поширюється, називається капілярною каймою, його потужність залежить від водопіднімальної здатності ґрунту. Капілярно-підвішена вода вбирається ґрунтом з повітря і опадів. Капілярна волога повністю доступна рослинам і є основним джерелом їх водного живлення.

Гравітаційна волога. Якщо ґрунт, в якому всі капіляри заповнені водою, продовжувати зволожувати, то водою будуть заповнюватись некапілярні проміжки. Ця вода вільно переміщується у ґрунті під дією сили тяжіння і називається гравітаційною. Гравітаційна волога може переміщуватись лише з верхніх шарів ґрунту в нижні. Просочуючись вниз, вона поповнює ґрунтові води. Гравітаційна волога доступна для рослин.

Водні властивості ґрунту. Водний режим ґрунту залежить не лише від кількості атмосферних опадів, але й від водних властивостей ґрунту. До водних властивостей ґрунту відносяться вологоємність, водопроникливість, водопіднімальна здатність (капілярність), здатність випаровувати вологу і гігроскопічність.

Вологоємність – це здатність ґрунту вбирати і утримувати певну кількість вологи. Розрізняють повну, польову, капілярну і гігроскопічну вологоємність.

Повна вологоємність – це такий стан вологості ґрунту, коли всі його пори повністю насичені водою і відсутній відтік.

Польова вологоємність – це кількість вологи, яку ґрунт може тривалий час утримувати після повного насичення і вільного стікання води в польових умовах.

Капілярна вологоємність – це кількість води, яка утримується в ґрунті в стані капілярного насичення при заповненні водою капілярів.

Гіроскопічна вологоємність – кількість вологи, яку сухий ґрунт може поглинути з повітря.

Величина вологоємності залежить головним чином від механічного складу ґрунту і кількості гумусових речовин. Чим важчий за механічним складом ґрунт, чим більше органічних речовин він містить і тим більша його вологоємність. Польова вологоємність для піщаних ґрунтів 4 - 9, супіщаних 10 -17, легкосуглинистих і середньосуглинистих 18 - 30, важкосуглинистих і глинистих 23 - 40 % від ваги абсолютно сухого ґрунту.

Оптимальна вологоємність для більшості культурних рослин приблизно дорівнює 50% повної вологоємності ґрунту. А так як повна вологоємність різних ґрунтів неоднакова, то кількість води, необхідна для створення оптимальної вологості того чи іншого ґрунту буде різна. Наприклад, для оптимального зволоження суглинистих ґрунтів необхідно значно більше вологи, ніж для піщаних.

Водопроникність – це здатність ґрунту вбирати і пропускати воду з верхніх горизонтів в нижні.

Водопроникність залежить від механічного складу, вмісту гумусових речовин і структури ґрунту. Найкраще просочується вода у піщаних ґрунтах, найгірше – у глинистих. Водопроникність структурних ґрунтів більша, ніж безструктурних.

Водопіднімальна здатність (капілярність) – це здатність ґрунту повільно вбирати в себе воду по капілярних проміжках під дією меніскових сил, тобто сил взаємодії води з ґрунтовими частинками.

Висота і швидкість капілярного підняття води залежить від діаметру капілярів, чим вони тонші, тим вище підняття і навпаки. Наприклад, в піщаних ґрунтах висота підняття води по капілярах 30-60 см, в суглинках і глинистих ґрунтах 6-7 см. Розпилений ґрунт має кращу капілярну здатність, ніж структурний.

Здатність випаровувати. Частина води, яка потрапляє у ґрунт, випаровується. Швидкість випаровування залежить від механічного і структурного складу ґрунту. Глинисті і суглинисті ґрунти з великою капілярністю випаровують більше води, ніж легкі ґрунти, наприклад піщані. Структурні ґрунти, в порівнянні з безструктурними, втрачають менше вологи.

Випаровування вологи ґрунтом підсилює вітер. Крім того, чим сухіше повітря і вища його температура, тим більша втрата води при випаровуванні.

Величина випаровування, також, залежить від експозиції схилу. Наприклад, ґрунти на південних схилах втрачають більше води, ніж на північних. Рослинність зменшує випаровування вологи.

Гіроскопічність – це здатність ґрунту поглинати з повітря водяну пару. Гіроскопічність залежить від механічного складу ґрунту і вмісту гумусу. Чим більше в ґрунті глинистих частинок і гумусу, тим більша гіроскопічність.

Величина гіроскопічності ґрунту не постійна. На неї впливає температура і вологість повітря. Чим більша вологість повітря, тим більша гіроскопічність. При повному насиченні повітря водяною парою гіроскопічність досягає верхньої межі, це максимальна гіроскопічність. Для ґрунтів з середнім вмістом гумусу максимальна гіроскопічність становить – для піщаних – 0,5-1,5%, супіщаних – 1,5-3%, легкосуглинистих 3-5%, середньосуглинистих 5-6%, важкосуглинистих – 6-8%, глинистих 8-12% і більше.

Водний режим ґрунту. В залежності від ґрунтових і кліматичних умов водний режим ґрунтів складається по різному. В залежності від коефіцієнту зволоження виділяють такі типи водного режиму:

1) промивний – характерний для ґрунтів тайгової зони, де опадів випадає більше, ніж випаровується з ґрунту і щорічно весь ґрунт змочується до ґрунтових вод;

2) періодично промивний, характерний лісостеповим ґрунтам, де промивання до ґрунтових вод відбувається лише в роки, коли сума опадів перевищує випаровування;

3) непромивний, характерний для чорноземів і каштанових ґрунтів, де відсутнє повне промочування ґрунтового шару;

4) випітний, виникає в областях, де випаровування значно перевищує річну норму опадів. Він пов’язаний з капілярним підняттям води, випаровуванням і накопиченням солей. Чим вище залягають ґрунтові води, тим більше випаровування і накопичення водорозчинних солей у ґрунті.

5) водозастійний, властивий ділянкам, де рівень ґрунтових вод наближається до поверхні.

Створення сприятливого водного режиму здійснюється різноманітними агротехнічними засобами. Надлишкову вологу виділяють осушенням, у посушливих районах накопичення води достягають снігозатриманням, створенням лісосмуг, водойм, зрошенням.

Обов’язковою умовою існування рослин є ґрунтова волога. У ґрунті є різні форми води. Різні ґрунти по різному вбирають і утримують воду. Водний режим ґрунту залежить від кількості атмосферних опадів та від водних властивостей ґрунту, до яких відносяться вологоємність, водопроникливість, водопіднімальна здатність (капілярність), здатність випаровувати вологу і гігроскопічність.