Новости
01.12.2016


29.11.2016


29.11.2016


29.11.2016


28.11.2016


18.05.2015

Общей совокупностью водных свойств почвы (ее влагоемкостью, водопроводимостью, водоподъемной силой, испаряющей способностью и др.) определяется то, в какой степени почва так или иначе легко и полно утилизирует атмосферную воду, с какой быстротой и полнотой проводит ее в более глубокие горизонты, как полно ее сохраняет и сберегает, как быстро и высоко может вновь подать эту влагу из глубоких слоев в горизонты более поверхностные; другими же словами, водные свойства почвы в значительной мере предопределяют собою то или иное состояние влажности ее.
Рассмотрим главнейшие водные свойства почвы.
1. Влагобмкость почвы, т. е. способность почвы вмещать и удерживать в себе то или иное количество воды.
В настоящее время различают следующие виды данного состояния почвы:
Наибольшую влагоемкость почвы, т. е. такое состояние почвы, когда все поры последней заполнены водой; такое состояние почвы соответствует, следовательно, порозности сухой почвы (в случае, конечно, если почва при заполнении водой не разбухает и не увеличивает своего объема).
Максимальную молекулярную влагоемкость (по Лебедеву), соответствующую тому количеству влаги, которая удерживается почвою благодаря молекулярным силам сцепления между твердыми частицами почвы и воды; этот вид влагоемкости иногда носит наименование «наименьшей влагоемкости» и до некоторой степени сближается с понятием «пленочной влаги», по Rene d’Andrimоnt.
Относительную влагоемкость, т. е. такое состояние почвы, когда заполненными водою являются лишь капиллярные промежутки ее.
Способность почвы удерживать в себе большее или меньшее количество воды зависит от содержания в почве веществ, способных к набуханию (например, коллоидных соединений и в частности перегнойных веществ: чем больше таких соединений, тем влагоемкость почвы, конечно, выше); от механического и структурного состава: чем мелкоземистее и мелкозернистее почва, тем, благодаря и более богатой сети капиллярных промежутков и большей удельной поверхности составляющих почву твердых частиц, она выше, причем при одинаковой величине частиц наибольшей влагоемкостью обладает перегной, наименьшей — кварц; глина занимает промежуточное положение, что видно из следующих цифр:

Водные свойства почвы

Кроме того, не без влияния на влагоемкость почвы оказываются присутствующие в почве различные соли; так, нитраты и хлориды, а также едкая известь повышают влагоемкость; карбонаты щелочей, наоборот, ее понижают (Ulrich).
С другой стороны, на влагоемкость почвы оказывают существенное влияние и внешние условия: чем, например, выше температура среды, тем влагоемкость ниже (для почв, богатых перегноем — обратно); в том же направлении действует и замерзание почвы, особенно в случаях частого чередования с оттаиванием и пр.
2. Водопроницаемость почвы, т. е. способность почвы так или иначе легко или быстро проводить воду из верхних горизонтов в нижние под влиянием силы тяжести воды, поверхностного смачивания почвенных частиц и капиллярных сил.
На скорость и легкость просачивания воды через почвенную толщу прежде всего влияет механический состав почвы, как определяющий размер почвенных пор; чем почва мелкоземистей и мелкозернистее, тем водопроницаемость ее слабее. В грубых, крупнозернистых почвах, обладающих широкими порами, вода спускается вниз под влиянием силы тяжести; в почвах очень мелкоземистых, в которых эти поры приближаются к мелким капиллярам, движение из верхних горизонтов в нижние совершается уже под влиянием капиллярных сил, почему в некоторых видах почв, обладающих весьма тонкими капиллярами, скорость поступления воды сверху вниз может быть столь же медленной, как и подъем ее из нижних горизонтов в верхние.
Аналогично механическому составу оказывает свое влияние на описываемое свойство почвы, конечно, и ее структурность. Почва бесструктурная, по своему механическому составу обладающая, быть может, очень слабо выраженной водопроницаемостью, может оказаться легко водопроницаемой, в случае если ее мельчайшие частички в силу тех или других условий окажутся сцепленными в структурные агрегаты. B одном из опытов Wollny через порошковатый суглинок вода проникла на глубину 1 м через 3 суток и 8 час., а через ту же почву, обладающую структурными частицами величиной в 1—2 мм, — через одни сутки.
Далее, наличие в почве способных к набуханию веществ (коллоидных соединений и в частности перегнойных веществ) ухудшает и ослабляет описываемое явление.
Существенное влияние оказывают присутствующие в почве растворимые соли: те из них, которые способствуют процессам коагуляции мельчайших почвенных суспензий (CaCl2, CaSО4 и др.), облегчают водопроницаемость почвы; те же соли, которые не вызывают явлений свертывания, наоборот, тормозят ее (С. Кравков). Так, в опытах П. Коссовича вода проникла в щелочном солонце, богатом Na2CO3 (солью, не свертывающей почвенных частиц), в течение 2,5 мес. на глубину всего лишь 2 см: почвенные частички, не испытывая свертывания, слеживаются в весьма плотную массу, тормозящую движение воды.
He без влияния оказывается и степень влажности почвы: через почву сухую, трудно смачиваемую и тем самым оказывающую большое сопротивление движению воды, последняя проникает медленнее, чем через почву влажную; впрочем, в почвах, богатых коллоидальными соединениями, способными к сильному набуханию, может иметь место обратное явление.
3. Водоподъемная способность почвы, т. е. способность почвы так или иначе высоко поднимать по своим капиллярным промежуткам воду из нижних горизонтов в верхние («капиллярность почвы»).
Подчиняясь известным физическим законам о высоте и скорости поднятия в капиллярных трубках, вода поднимается в почвах тем выше, чем мелкоземистее последние, и тем быстрее, чем, наоборот, они крупнозернистее. Однако это быстрое поднятие воды в крупнозернистой почве наблюдается лишь в первые моменты наблюдения; с некоторой высоты (в зависимости от величины пор) движение быстро замедляется и останавливается (в силу тяжести воды), между тем как в почвах мелкоземистых поднятие воды может совершаться по капиллярам хотя и медленно, но до большой высоты. Сказанное подтверждается следующими данными Meister.
Водные свойства почвы

Необходимо, однако, отметить, что при наличии в почве слишком мелких пор капиллярное поднятие воды может практически оказаться равным нулю (или, правильнее говоря, может оказаться бесконечно медленным) как в силу возрастания трения, так и того сопротивления, которое вызывается притяжением влаги в стенках пор.
Положение это наглядно иллюстрируется следующей таблицей (опыты Atterberg):
Водные свойства почвы

Таким образом, у частиц величиной от 0,02 до 0,002 мм капиллярное поднятие хотя и очень высокое, но чрезвычайно медленное; у частиц же меньших 0,002 мм оно является, можно считать, бесконечно медленным. Этим объясняется между прочим то общеизвестное явление, что тяжелые Почвы на своей поверхности могут быть совершенно сухими, несмотря на то, Что глубже, быть может, находится большой запас воды.
Кроме механического состава, на водоподъемную силу почвы оказывает влияние, конечно, и структурный состав ее: почва, находясь в порошковатом состоянии, поднимает воду медленнее, но на большую высоту, чем находясь в комковатом состоянии. Это хорошо видно из следующих приводимых Wollny данных.
Водные свойства почвы

Степень уплотнения почвы .также существенно влияет на описываемые свойства ее, ибо в уплотненной почве поры мельче и тоньше, в силу чего высота поднятия воды в такой почве будет выше.
Что касается степени увлажнения почвы, то, согласно имеющимся наблюдениям, мы должны допустить, что по мере увлажнения почвы поднятие воды в таком случае облегчается (при прочих равных, конечно, условиях). В сильно иссушенных почвах может даже совсем прекратиться капиллярная подача воды. Положение это подтверждается старыми опытами Wollny. Из новейших работ в этой области укажем на исследования американских ученых Briggs и Laphan, которые употребляли для выяснения этого явления очень высокие колонки почв (до 2 м высотой). Предельная высота капиллярного поднятия в воздушно-сухой почве равнялась 37,1 см, тогда как во влажной она достигала 165 см.
В объяснение указанного явления цитируемые авторы приводят следующие соображения: во влажной почве благодаря водяной пленочке, находящейся на поверхности почвенных частиц, капиллярное поднятие воды вызывается лишь силой поверхностного натяжения поверхности между жидкостью и воздухом, тогда как в сухой имеют место, помимо того, и другие силы поверхностного натяжения, а именно сила поверхностного натяжения поверхности соприкосновения воздуха и твердого тела и — твердого тела и жидкости; та или иная высота капиллярного поднятия воды в сухой почве является результатом взаимодействия всех этих сил. Следствием этого и является предположение, что во влажной почве капиллярное поднятие воды должно быть больше, чем в сухой.
Buckingham показал, что в сильно иссушенной почве может даже совсем прекратиться капиллярная подача воды. Пропуская над цилиндрами с почвой, в которые подавалась вода снизу, в течение 2 мес. ток теплого воздуха, упомянутый исследователь констатировал, что первое время почва потеряла очень много влаги; позднее, с полным иссушением поверхностного слоя, капиллярное поднятие воды совершенно прекратилось, в результате чего создался слой, как бы предохраняющий почву от дальнейших потерь влаги. В контрольном же цилиндре, находившемся под влиянием тока комнатного воздуха, капиллярное поднятие воды продолжалось беспрерывно, в силу чего почва оказалась иссушенной на большую глубину, чем в первом случае. Отсюда Buckingham делает заключение, что почвы в условиях жаркого климата вырабатывают как бы предохранительные средства к сохранению тех малых количеств воды, которые посылаются им атмосферой (также Livingston). He остается без влияния на скорость и высоту поднятия воды и температура почвы, а именно при более высокой температуре вода поднимается скорее, но окончательная высота поднятия воды с повышением температуры уменьшается.
Наконец, отметим влияние на описываемое явление растворимых солей, которые заметно понижают поднятие воды, влияя на плотность поднимающейся жидкости и на ее поверхностное натяжение, а также вызывая, в силу свертывания мельчайших частичек почвы, структурность последней и тем самым увеличивая размеры ее пор (С. Кравков). Особняком стоит, однако, углекислый натрий, который, наоборот, способствует более высокому поднятию воды, что некоторыми исследователями (например, Briggs) ставится в связь с производимым этой солью омылением следов жира, находящегося иногда на поверхности почвенных частичек.
Таковы основные положения, характеризующие движение в почве капиллярной воды.
4. Испаряющая способность почвы. На величину испарения воды из почвы оказывает влияние механический и структурный состав почвы, а именно; чем тонкочастичнее эта последняя, тем, при прочих равных условиях, испаряющая способность ее больше, ибо в таких почвах общая сумма испаряющей поверхности составляющих ее частиц больше.
Резкое влияние оказывает и степень уплотнения почвы: обладая большей капиллярностью, почвы уплотненные испаряют воды больше, чем разрыхленные.
На расходы воды из почвы путем ее испарения влияет, далее, форма поверхности почвы; так, при волнистом рельефе, этот расход совершается в большем масштабе, чем при ровном; далее, темно окрашенные почвы обладают большей испаряющей способностью (при влажном поверхностном слое); присутствие в почве растворимых солей способствует угнетению описываемого явления.
Чрезвычайно существенное влияние на величину расхода воды из почвы оказывает характер мертвого и живого покрова, условия залегания почвы (положение по отношению к странам света, угол падения склона) и пр., а также и целый ряд метеорологических условий: температура окружающего воздуха, его влажность, ветер и т. д.
5. Гигроскопичность почвы, т. е. способность почвы поглощать из воздуха парообразную влагу.
Если эта влага поглощена почвою из атмосферы, насыщенной парами воды, то такая поглощенная почвою влага называется максимальной гигроскопической влагою почвы.
Гигроскопическою же водою называют ту влагу, которая поглощается из воздуха почвою при обыкновенных температуре и влажности: такое состояние почвы называется тогда воздушно-сухим состоянием.
Чем почва мелкоземистее, чем более она богата коллоидально-распыленными частицами и чем больше содержит в частности перегнойных веществ, тем, обладая большей удельной поверхностью составляющих ее частиц, в большем масштабе проявляет упомянутое свойство (Novak и др.). Проявление почвою этого свойства находится также в тесной связи с относительной влажностью окружающего воздуха, его давлением и температурой.
По исследованиям Novak, гигроскопичность той или иной почвы при одинаковой температуре увеличивается по мере увеличения относительной влажности воздуха; абсолютные же количества поглощенной парообразной влаги при одной и той же влажности, но разных температурах остаются константными.
Сгущение водяных паров воздуха в самой толще почвы известно под названием «подземной росы» или явления конденсации в порах почвы водяных паров. Сущность этого интересного явления заключается в том, что водяные пары воздуха, как атмосферного, так и почвенного, проникая в силу тех или иных условий внутрь почвы и встречая там более низкую температуру, охлаждаются и сгущаются в капельно-жидко^ состояние, в каковом виде и могут просачиваться в более глубокие горизонты.
Некоторыми исследователями упомянутому процессу приписывается видная роль в водном режиме почвы, а также в жизни грунтовых вод (Vоlger, Близнин, Кравков, Лебедев и др.).
По исследованиям Тюремнова, парообразная влага в зимние месяцы, поднимаясь из нижних горизонтов в верхние (черноземных почв), может доставить почве больше воды, чем осадки, выпадающие на ее поверхность. По данным Самбикина, запасы конденсированной воды в климатических условиях Полтавской опытной станции могут доходить в холодные зимы До 35% годового количества атмосферных осадков.
Из всего вышеизложенного ясно, что водные свойства почвы находятся в тесной зависимости как от физико-механического, так и от химического состава почвы. Отсюда можно сделать заключение, что явление, именуемое влажностью почвы, представляет собою как бы равнодействующую как разнообразных внешних условий (количества атмосферных осадков, окружающей температуры, характера живого и мертвого покрова и т. д.), так и внутренних свойств самой почвы. Таким образом, имеют место в природе случаи, когда, несмотря на большое количество выпадающих атмосферных осадков, растения будут страдать от сухости почвы и, наоборот, когда, несмотря на малое сравнительно количество этих осадков, растения будут почвенной влагой вполне обеспечены. Для пояснения таких случаев достаточно только представить, что, с одной стороны, мы имеем дело с почвой, плохо утилизирующей и плохо сохраняющей выпадающие осадки, и, наоборот, что мы имеем дело с почвой, более полно утилизирующей эти осадки, хорошо проводящей их в нижележащие горизонты и экономно расходующей их путем капиллярного поднятия, испарения и пр.
Отсюда ясно, какими ошибочными методами пользуются те из исследователей, которые стремятся связать характер роста и развитие культурных растений лишь с количеством выпадающих атмосферных осадков или с характером и временем их выпадения и т. п., игнорируя при этих наблюдениях почву.
Все высказанные выше соображения делают нам понятным, какое могучее оружие имеет человек в борьбе, например, с засухами — в виде приемов рациональной обработки почвы, при помощи которой мы можем создавать желательную для нас структуру почвы, регулировать ее рыхлость и пр.
Аналогичные рассуждения вполне применимы и к понятию «температура» почв, которая также зависит не только от внешних метеорологических условий, но и от тепловых свойств самой почвы, о чей будет сказано ниже. А сейчас мы перейдем к рассмотрению вопроса, в каком состоянии может находиться в почве влага, и с этой целью воспользуемся последними работами, произведенными в этой области Rodewald, Briggs, Bouyoucos, а также исследованиями А. Лебедева.
1. Почвенная влага может находиться прежде всего в виде свободной парообразной влаги, входящей в состав почвенного воздуха. Эта влага свободно передвигается в почвенной толще — из мест с большей температурой в места с меньшей температурой (при условии одной и той же влажности почвы) или из слоев почвы более влажных в слои с меньшей влажностью (при условии одной и той же температуры почвы), т. е., другими словами, из мест с большей упругостью пара в места с меньшей упругостью пара.
2. Далее, почвенная влага может находиться в виде гигроскопической воды, удерживаемой частицами почвы на их поверхности. Такое поглощение почвою парообразной влаги обусловливается молекулярными силами почвенных частиц или, другими словами, взаимным притяжением между этими частицами и частицами воды.
В результате такой адсорбции парообразная влага получает своеобразные свойства и переходит в особое состояние, характеризующееся, например, тем, что она перестает принимать участие в газовом давлении окружающей среды и т. д.
Согласно взглядам Rodewald и Mitscherlich, максимальная или наивысшая гигроскопичность почвы соответствует тому состоянию влажности последней, когда частицы ее окружены сплошной водяной пленкой, состоящей из одного ряда молекул. Гигроскопическую же влажность той или другой почвы, меньшую максимальной ее гигроскопичности (например, состояние почвы, носящее название «воздушно-сухого состояния» почвы), надо, с этой точки зрения, понимать как случай прерывистой водяной пленки, окружающей поверхность частиц этой почвы, когда в промежутках между одномолекулярными прерывистыми пленками воды будут находиться безводные участки поверхности частиц этой почвы.
Указанная водяная пленка удерживается на поверхности твердых частиц почвы силами молекулярного притяжения с громадной силой, измеряемой, согласно данным, например, Van der Waais, количеством, превышающим иногда 10 тыс. атмосфер. Само собой разумеется, что «оторвать» эту воду от почвы можно только прибегая к продолжительному нагреванию последней при высокой температуре (105° С). Гигроскопическая влага, в силу сказанного, неспособна к передвижению внутри почвенной толщи, она может передвигаться лишь переходя в свободную парообразную влагу.
3. При нарастании и утолщении упомянутой выше водяной пленки новыми порциями воды каждая вновь образующаяся пленка также будет удерживаться силами молекулярного притяжения твердой частицы почвы, но, конечно, уже с меньшею силой. Как только по мере дальнейшего утолщения пленки прекратится влияние этих сил твердой частицы почвы, водные частицы уже будут свободно отделяться от вышеуказанного слоя. Ta влага, которая может еще удерживаться вокруг твердых частиц почвы, в силу молекулярного к ним притяжения, носит название пленочной влаги, или, согласно А. Лебедеву, влаги, характеризующей собой молекулярную влагоемкость почвы, определяемую пределом смачиваемости почвы. В связи с этим влажность почвы, соответствующая максимальному ее смачиванию, называется А. Лебедевым максимальной молекулярной влагоемкостью. (Это состояние почвы аналогично тому, которое известно также под названием наименьшей влагоемкости).
Опыты А. Лебедева показали, что пленочная влага удерживается твердыми частицами почвы с такою еще силой, что не может быть от них оторвана даже применением энергичного центрифугирования (с 2000 оборотами в мин.).
Пленочная влага способна передвигаться в почве по различным направлениям; движение это происходит, однако, под влиянием лишь молекулярных сил, нисколько не завися от силы тяжести; так, от почвенных частиц, облекшихся более мощной пленкой, влага переходит к тем из них, которые обладают более тонкой пленкой или совсем ее не имеют, и передвижение это происходит до тех пор, пока толщина водяных пленок у двух соприкасающихся твердых частиц не сделается одинаковой. Таким путем пленочная влага постепенно движется от слоя более влажного к слою менее влажному.
При отсутствии в почвенной толще капельно-жидкой (капиллярной) влаги отмеченное выше передвижение пленочной воды может иногда происходить со скоростью, даже превышающей движение капиллярной воды.
При наличии же в почве капельно-жидкой влаги пленочная влага, конечно, неподвижна.
4. Капиллярная влага. Это — часть той свободно передвигающейся капельно-жидкой влаги, которая наполняет тончайшие капиллярные канальцы и ходы, образуемые твердыми частицами почвы, и в своем передвижении подчиняется законам волосности или капиллярности. С сущностью описываемого явления мы ознакомились выше — при описании водных свойств почвы. Отметим только, что вода эта, подчиняясь в своем движении также молекулярным силам, одновременно находится и под влиянием силы тяжести, ибо капиллярное поднятие воды по волосной трубке происходит, как известно, лишь до тех пор, пока вес поднимающегося в этой трубке столбика воды не уравновесится силами смачивания стенок трубки.
5. Гравитационная вода — это также свободно передвигающаяся влага, наполняющая все остальные промежутки почвы и подчиняющаяся в своем движении исключительно силе тяжести.
Переходим к рассмотрению тепловых свойств почвы.