Материал: Курс лекций (общее) (1)

66

Рекомендуемая литература:

1.Бабаева И. П., Зенова Г. М. Биология почв. – Издательство Московского университета, 1989. –16 с.

2.Васильев И. П. Практикум по земледелию / И. П. Васильев, А. М. Тулилов, Г. И. Баздырев и др. – М. : «Колос», 2005 – 424 с.

3.Земледелие / Под ред. проф. А. И. Пупонина. – М. : «Колос», 2000. –

550с.

4.Земледелие Ставрополья / Под ред. проф. Г. Р. Дорожко. – Ставрополь : «Агрус», 2011. – 288 с.

5.Земледелие /Под ред. проф. С. А. Воробьева. – М. : «Агропромиздат»,

1991. – 528 с.

67

Лекция 5. ВОДНО-ВОЗДУШНЫЙ РЕЖИМ ПОЧВЫ И ПРИЕМЫ ЕГО РЕГУЛИРОВАНИЯ

План:

1.Почвенная влага.

2.Почвенный воздух.

3.Способы регулирования водно-воздушного режима почвы.

1. Почвенная влага

Оптимальное обеспечение культурных растений водой – одна из важнейших предпосылок получения высокого урожая. Почвенная вода необходима для роста растений, для развития почвенной микрофлоры и фауны, а также для перемещения питательных веществ в почве и растении. Способностью почвы обеспечивать растения водой в достаточном количестве – один из основных элементов ее плодородия.

Почва содержит воду в жидком и парообразном состояниях. Формы связей и их прочность весьма различны. Для жидкой выделяют следующие формы:

Сорбированная вода. Молекулы воды представляют собой диполи; несмотря на их электростатическую нейтральность, они обладают положительным и отрицательным полюсами и располагаются строго определенно по отношению к другим заряженным телам.

Гидратация. А – строение молекулы воды, Б – структура гидратационной оболочки вокруг свободного иона (х)

Вода, связанная почвенными частицами, характеризуется определенным расположением своих молекул, т. е. дипольная молекула воды ориентирована по отношению к заряженным частицам всегда противоположным полюсом. Некоторая часть жидкой воды, связанная с

68

почвенными частицами очень прочно. Эта прочносвязанная вода в виде тонкой пленки из нескольких слоев молекул удерживается на поверхности частиц с помощью сил адсорбции. При адсорбции воды выделяется теплота смачивания (80 кал/г Н2О). Связанные таким образом молекулы воды теряют свою кинетическую энергию и переходят в неподвижное состояние. При этом плотность адсорбируемого слоя воды повышается до 1,7 г/см3, а способность растворять соли становится незначительной. Наибольшее количество адсорбированной почвенными частицами воды называется

максимальной адсорбционной способностью почвы. С повышением в почве содержания глинистой и илистой фракции максимальная адсорбционная способность также возрастает, что связано с увеличением суммарной адсорбционной поверхности почвенных частиц.

Кроме прочно связанной воды, в почве находится известное количество подвижно сорбированной воды, свойства которой несколько отличаются от свойств свободной воды. Молекулы воды здесь также ориентированы определенным образом по отношению к поверхности почвенных частиц. Мощность образования пленки может достичь нескольких сотен слоев молекул. Подвижно сорбированная вода находится в состоянии медленного перемещения от частицы к частице под действием сил сорбции, вследствие чего происходит увлажнение относительно более сухих частиц почвы.Обе формы сорбированной воды вместе образуют так называемую сорбированную или пленочную влагу. Большей частью это гидратационная вода обменных катионов и ионов, находящимся на границе с коллоидальными, преимущественно глинистыми и гумусовыми частицами.

Свободная вода (капиллярная вода). Кроме сорбционно связанной воды, в почве находится еще свободная. Под свободной следует понимать, что такая вода не ориентирована относительно подвижности почвенных частиц.Эта вода находится под действием главным образом капиллярных сил.

Капиллярные силы возникают на границе трех фаз: твердой, жидкой и газообразной. Причиной этого являются силы, которые появляются между молекулами жидкости с одной стороны и молекулами жидкости и твердого тела – с другой. Соотношение этих

69

сил дает смачивающую способность жидкости, которой обусловлена

Если трубки большого диаметра, то центральная часть поверхности остается ровной, тогда как края изгибаются. Если диаметр трубки настолько мал, что он близок к радиусу изгиба, то оба загнутые края приближаются и возникает мениск, который для смачивающей жидкости будет вогнутым, для несмачивающей – выпуклым. Верхняя граница диаметра трубки, при котором образуются мениски, лежит в пределах нескольких миллиметров. Чем меньше диаметр трубки, тем сильнее выражен мениск. Кривизна поверхности жидкости вследствие смачивания изменяет поверхностное натяжение, которое при выгнутом мениске будет уменьшаться, а при вогнутом – увеличиваться. Уменьшение поверхностного натяжения при вогнутом мениске приводит к подъему уровня жидкости в тонких трубках (капиллярах), если он одним концом опущен в резервуар с водой.

Подъем воды в капиллярах происходит до тех пор, пока гидростатистическое давление, созданное столбом воды, не придет в равновесие с разницей поверхностного натяжения водной поверхности в капилляре и во внешней среде.Высота капиллярного подъема при нормальных условиях определяется по формуле: Н = 0,15: r, где Н – высота капиллярного подъема; r – радиус капилляра в см.Капиллярные силы существуют не только в цилиндрических трубках, но и в гетерогенных пористых системах, какой, в частности, является почва. Ее проще всего сравнить с четочными капилляром, состоящими из чередующихся расширений и сужений. Радиус первого цилиндрического капилляра равен радиусу сужения четочного капилляра, а радиус второго цилиндрического капилляра радиусу расширения четочного капилляра.

70

Если капиллярные трубки поставить в воду, то в цилиндрических трубках подъем воды произойдет в соответствии с величиной их радиуса, при этом в первой значительно выше. В четоных капиллярах также наблюдается подъем воды.

Высота подъема ни коем случае не будет меньше, чем в широком цилиндрическом капилляре, т.е. кривизна мениска в самой широкой части четочного капилляра соответствует кривизне мениска в широком цилиндрическом капилляре, а в других такой подъем будет выше. Над уровнем широкого капилляра вода может подняться не выше следующего расширения в четочном капилляре.

Если в четочные капилляры вода будет поступать сверху, то уровень ее остановится в сужении, который следует сразу после точки. Возникшая разница уровней не будет превышать расстояние между двумя сужениями четочного капилляра. В четочном капилляре жидкость может устанавливаться на разном уровне и в зависимости от характера наполняет его. Эта форма воды называется капиллярно-

подпертой водой.

Для понимания сущности так называемой подвешенной воды служит следующий опыт с четочным капиллярами. Если устранить подпирание воды снизу и заполнить капилляры водой медленно сверху, то сначала заполнится самое верхнее сужение. При добавлении воды будут заполняться лежащие ниже расширения и сужения. При этом каждый раз верхний мениск будет устанавливаться в сужении, а нижний – в одном из расширений. Следовательно, поверхностное натяжение верхнего мениска будет меньше. Вследствие разности