Введение. История развития учения о почвах.

Тексты лекций

ЛЕКЦИЯ 1

Введение. История развития учения о почвах.

План:

1. Почвоведение как наука. Методы почвенных исследований.

2. История развития почвоведения.

3. Общая схема почвообразовательного процесса.

Морфология и структура почв. Минералогический состав почв.

План:

1. Морфология и структура почвы.

2. Минералогический состав почв.

Органическое вещество почвы и процессы его трансформации

План

1. Источники органического вещества почв.

2. Группы органических веществ, присутствующих в почве.

3. Органическое вещество в различных типах почвы.

4. Представление о процессе гумусообразования.

5. Значение гумуса в почвообразовании, плодородии и питании растений.

Источники органического вещества почв.

Первичными источниками органических веществ почвы и биосферы являются так называемые первичные продуценты, или автотрофы,-организмы, способные к самостоятельному синтезу органического вещества из минеральных соединений. В наземных экосистемах подавляющую часть первичной продукции производят зеленые растения.

В почву поступают не только органические остатки отмерших растений (первичное органическое вещество), но и продукты их микробиологической трансформации, а также остатки животных (вторичное органическое вещество). В агроэкосистемах в почву поступает растительных остатков от 2-3 т/га в год (пропашные культуры) до 7-9 т/га в год (многолетние травы). Практически все органическое вещество почвы перерабатывают микроорганизмы и представители почвенной фауны. Конечными продуктами этой переработки являются минеральные соединения. Поступление вторичных органических веществ микробиологического происхождения должно быть в несколько раз ниже первичной продуктивности, но может достигать единиц тонн на гектар в год. Поступление органических веществ с отмирающей почвенной фауной не превышает в большинстве типов почв 100-200 кг/га в год. В почвах различного типа характер распределения поступающих органических остатков по почвенному профилю неодинаков. В лесных ценозахосновная часть первичной продукциипоступает с наземным опадом, в то время как в травянистых в значительной степени с отмершими корнями. Это играет важную роль в последующей трансформации растительных остатков и почвообразовании. В большинстве типов почв в пределах почвенного профиля основная часть органического вещества представлена «мертвым» запасом органических соединений. Живая биомасса (эдафон), состоящая из корней, микроорганизмов, представителей почвенной фауны, составляет в разных почвах приблизительно 2-15 % общего содержания органического вещества.

Почвенные коллоиды и поглотительная способность почвы

План

1. Почвенные коллоиды как носители сорбционных свойств почвы.

2. Виды поглотительной способности почвы.

3. Кислотность, щелочность и буферность почв.

4. Поглотительная способность и ее роль в генезисе почв.

5. Формы соединений химических элементов в почвах.

6. Микроэлементы почв.

7. Радиоактивность почв.

Микроэлементы почв

Многие элементы в почвах и биологических объектах содержатся в микроколичествах(<n10^-3%). Они составляют особую группу микроэлементов. К ним относятся бор (B), марганец (Мn), молибден (Мо), медь (Сu), цинк (Zn), кобальт (Со), иод(J), фтор (F) и др. Микроэлементы играют важную физиологическую и биохимическую роль в жизни растений, животных и человека. Они входят в состав ферментов, гормонов, витаминов. В связи cособенностями состава почвообразующих пород, наличием различных рудных месторождений, развитием элювиальных и аккумулятивных процессов выделяют территории с недостаточным или избыточным содержанием тех или иных микроэлементов. Такие районы А. П. Виноградов предложил называть биогеохимическими провинциями. На территории биогеохимических провинций вследствие недостатка или избытка микроэлементов и могут проявляться отмеченные выше нарушения нормального обмена веществ у растений, животных и человека и, как следствие, развиваться специфические заболевания - биогеохимические эндемии. Образование территорий с аномальным содержанием микроэлементов может быть связано с региональным и локальным техногенным загрязнением, обусловленным выбросами промышленных предприятий, накоплением остаточных количеств различных компонентов удобрений и другими причинами. Количество микроэлементов в почвах прежде всего определяется их содержанием в исходной почвообразующей породе и влиянием почвообразовательного процесса на их дальнейшее перераспределение. Заметное обогащение почв отдельными микроэлементами может наблюдаться вблизи рудных месторождений, в зонах деятельности вулканов. Отдельные микроэлементы могут поступать в почву при внесении удобрений и применении пестицидов, а также в результате техногенного загрязнения территории. В почвах микроэлементы содержатся в различных формах: в кристаллической решетке минералов в виде изоморфной подмеси, в форме солей и окисей, в составе органиче­ских веществ, в ионообменном состоянии и в растворимой форме в почвенном растворе. На поведение микроэлементов и формы их соединений в почвах большое влияние оказывают окислительно-восстановительные условия, реакция среды, концентрация CO₂и содержание органического вещества. При кислой реакции увеличивается подвижность Си, Zn, Мп, Со и уменьшается подвижность Мо. Бор, фтор и иод подвижны в кислой и щелочной средах. Увеличение концентрации CO₂ в почвенном растворе приводит к увеличению подвижности Мп, Ni, Ва в результате перехода карбонатов этих элементов в бикарбонаты. Гумусовые вещества и органические вещества могут связывать микроэлементы, образуя как растворимые, так и труднодоступные растениям соединения.

Радиоактивность почв

Радиоактивность почв обусловлена содержанием в них радиоактивных элементов. Различают естественную и искусственную радиоактивность.

Естественная радиоактивность вызывается естественными радиоактивными элементами, которые всегда в тех или иных количествах присутствуют в почвах и почвообразующих породах. Естественные радиоактивные элементы подразделяют на 3 группы. Первую группу составляют радиоактивные элементы, все изотопы которых радиоактивны. К ним относятся 3 семейства последовательно превращающихся изотопов: ряды урана - радия - тория и актиния. Во вторую группу входят изотопы «обычных» элементов, обладающие радиоактивными свойствами. К ним относят калий (⁴⁰К), рубидий (⁸⁷Rb), кальций (⁴⁸Са), цирконий (⁹⁶Z_r) и др. Основное значение в этой группе имеет ка­лий, обусловливающий наибольшую естественную радиоактивность. Третья группа включает радиоактивные изотопы, образующиеся в атмосфере под действием космических лучей: тритий (³Н), бериллий (⁷Ве, ¹⁰Ве) и углерод (¹⁴С). Все естественные радиоактивные элементы - в основ­ном долгоживущие изотопы с периодом полураспада 10⁸ – 10¹⁶ лет. Естественные радиоактивные элементы распределяются по профилю почв обычно относительно равномерно, но в некоторых случаях они аккумулируются в иллювиальных и глеевых горизонтах.

Искусственная радиоактивность обусловлена поступлением в почву радиоактивных изотопов, образующихся в результате атомных термоядерных взрывов, в виде отходов атомной промышленности или в результате аварий на атомных предприятиях. Включаясь в биологический круговорот, они через растительную и животную пищу попадают в организм человека и, накапливаясь в нем, вызывают радиоактивное облучение. Наибольшую опасность в этом отношении представляют изотопы стронция (⁹⁰Sr) и цезия (¹³⁷Cs) , поскольку именно они обусловливают искусственную радиоактивность, характеризуются длительным периодом полураспада (28 лет у ⁹⁰Sr и 33 года у ¹³⁷Сs) , обладают высокой энергией излучения и способностью активно включаться в биологический круговорот.

ЛЕКЦИЯ 5

Общие физические свойства.

К общим физическим свойствам относятся плотность почвы, плотность твердой фазы и пористость.

Плотность твердой фазы почвы - отношение массы ее твердой фазы к массе воды в том же объеме при 4 ºС. Ее величина определяется соотношением в почве компонентов органических и минеральных частей почвы.

Плотность почвы - масса единицы объема абсолютно сухой почвы, взятой в естественном сложении. Плотность почвы зависит от минералогического и механического состава, структуры почвы и содержания органического вещества. Большое влияние на плотность оказывает обработка почвы и воздействие движущейся по поверхности почвы техники. Плотность почвы сильно влияет на поглощение влаги, газообмен в почве, развитие корневых систем растений, интенсивность микробиологических процессов. Оптимальная плотность пахотного горизонта для большинства культурных растений - 1,0-1,2 г/см³.

Пористость (или скважность) почвы- суммарный объем всех пор между частицами твердой фазы почвы. Различают общую пористость, капиллярную и некапиллярную. Поры могут быть заполнены водой и воздухом. Некапиллярные поры обеспечивают водопроницаемость, воздухообмен; капиллярная пористость создает водоудерживающую способность почвы. Для создания устойчивого запаса влаги в почве при одновременном хорошем воздухообмене (аэрации) необходимо, чтобы некапилярная пористость составляла 55-65 % общей пористости. Если она меньше 50 %, то это приводит к ухудшению воздухообмена и может вызвать развитие анаэробных процессов в почве. Общая пористость имеет наивысшие показатели в верхних горизонтах (в среднем около 50-55%) и заметно снижается в нижележащих. Она выше в суглинистых и глинистых почвах.

Почвенный воздух.

Почвенным воздухом называется смесь газов и летучих органических соединений, заполняющих поры почвы, свободные от воды. Главные источники газовой фазы почвы - атмосферный воздух и газы, образующиеся в самой почве. Большинство растений не может существовать без непрерывного притока кислорода к корням и вывода углекислого газа из почвы. Процесс обмена почвенного воздуха с атмосферным называют газообменом или аэрацией. При недостатке кислорода и избытке углекислого газа в почвенном воздухе развитие растений угнетается. Замедляется рост корней, снижается поглощение воды и питательных веществ.

Почвенный воздух находится в почве в трех состояниях: свободном, адсорбированном и растворенном.

Свободный почвенный воздух размещается в некапиллярных и капиллярных порах почвы, обладает подвижностью, способен свободно перемещаться в почве и обмениваться с атмосферным. В суглинистых и глинистых почвах часть свободного почвенного воздуха при увлажнении изолируется пробками воды и теряет сплошность. Такой воздух называют защемленным.

Адсорбированный почвенный воздух - газы, сорбированные поверхностью твердой фазы почвы. Адсорбция газов сильнее проявляется в почвах тяжелого механического состава, богатых органическим веществом. Наибольшее количество адсорбированного воздуха характерно для сухих почв, так как твердые частицы почвы активнее поглощают пары воды,чем газы.

Растворенный почвенный воздух - газы, растворенные в почвенной воде. Растворимость газов в почвенной воде возрастает с повышением их концентрации в свободном почвенном воздухе, а также с понижением температуры почвы. Хорошо растворяются в воде аммиак, сероводород, углекислый газ. Потребность в кислороде корней растений удовлетворяется главным образом за счет свободного почвенного воздуха, обеспечивающего постоянную аэрацию между почвой и атмосферой.

Свободный почвенный воздух, несмотря на его постоянную связь с атмосферным, характеризуется рядом особенностей. Состав атмосферного воздуха довольно постоянные, и содержание его основных компонентов изменяется незначительно. В атмосферном воздухе содержится в объемных процентах: 78,08 азота (N₂), 20,95 кислорода (0₂), 0,93 аргона (Аr), 0,03 углекислого газа (С0₂).

Почвенный воздух отличается динамичностью. Наиболее динамичны в почвенном воздухе 0₂ и С0₂. Их содержание в почвах сильно колеблется в соответствии с интенсивностью потребления кислорода и продуцирования углекислого газа, а также скоростью газообмена между почвой и атмосферой. В почвенном воздухе может содержаться С0₂ в десятки и сотни раз больше, чем в атмосферном воздухе, а концентрация кислорода может снизиться с 20,9 до 15-10 % и ниже. В пахотных хорошо аэрируемых почвах с благоприятными физическими свойствами содержание С0₂ в почвенном воздухе в течение вегетации растений не превышает 1-2 %, а содержание 0₂ не бывает ниже 18 %. При пере­увлажнении в пахотных почвах тяжелого механического состава содержание С0₂ может достигать 4-6 % и более, а 02 падать до 17-15 % и ниже. В заболоченных почвах наблюдаются еще более высокие концентрации С0₂ и низкие 0₂.

Азот почвенного воздуха мало отличается от атмосферного. Некоторые изменения в содержании азота происходят в результате связывания его клубеньковыми бактериями, проявления денитрификации. В почвенном воздухе обнаруживается и другой характерный продукт денитрификации - закись азота (N₂0). В почвенном воздухе в небольшом количестве (1 ·10-9-1 ·10-12 %) постоянно присутствуют летучие органические соединения различной природы (этилен, метан и др.). С ухудшением аэрации почв в почвенном воздухе этилен накапливается в концентра­циях, превышающих уровень токсичности для корней растений (0,001 %). В почвенном воздухе заболоченных и болотных почв могут находиться в заметных количествах аммиак, водород, метан.

Почвенный воздух неоднороден по составу и подвижности, что обусловливается разнообразием пор по размеру в почвах, В более крупных порах воздух более подвижен, менее обогащен С0₂, больше содержит 0₂

Кислород поступает в почву из атмосферы диффузионно, с осадками и оросительной водой, по воздухоносным тканям растений. Прямое воздействие кислорода на растения проявляется в актах дыхания. При отсутствии свободного кислорода в почве развитие растений прекращается. Оптимальные условия для них создаются при содержании 0₂ в почвенном воздухе около 20 %. Косвенное влияние кислорода на продуктивность растений выражается в его воздействии на почву. При недостатке 0₂ в почве развиваются анаэробные процессы с образованием токсичных длярастений соединений, снижается содержание доступных питательных веществ, ухудшаются физические свойства, что в совокупности снижает плодородие почвы и урожай растений. В условиях хорошей обеспеченности кислородом в почве развиваются аэробные процессы и в сочетании с другими факторами возникают лучшие условия для роста растений и их продуктивности.

Углекислый газ обнаруживается в почве лавным образом благодаря биологическим процессам. Частично он может поступать в почвенный воздух из грунтовых вод, а также в результате его десорбции из твердой и жидкой фаз почвы. Некоторое количество С0₂ может возникать при превращении бикарбонатов в карбонаты во время испарения почвенных растворов и в процессе воздействия кислот на карбонаты почвы, а также химического окисления органического вещества.Выделение С0₂из почвы в приземистый слой атмосферы принято называть дыханием почвы. Интенсивность дыхания почвы зависит от ее свойств, гидротермических условий, характера растительности, агротехнических мероприятий. Выделение С0₂ почвой усиливается при ее окультуривании в связи с активизацией биологических процессов и улучшением условий аэрации.

Воздушные свойства почв.

К факторам газообмена относятся: диффузия, поступление влаги в почву с осадками или при орошении, изменение температуры почвы и атмосферного давления, влияние ветра, изменение уровня грунтовых вод или верховодки.

Диффузия - перемещение газов в соответствии с их парциальным давлением. Поскольку в почвенном воздухе 0₂ меньше, а С0₂ больше, чем в атмосфере, то под влиянием диффузии создаются условия для непрерывного поступления 0₂ в почву ивыделения С0₂ в атмосферу. Изменение температуры почвы и атмосферного давления, ветра и уровня грунтовых вод также вызывает объемные изменения воздуха в почве и, как следствие, общий ток его из почвы или в почву. Все рассмотренные факторы газообмена действуют в природных условиях совместно, однако основным следует признать диффузию. Диффузия газов через почву идет медленнее, чем в свободном воздухе. Состояние газообмена определяется воздушными свойствами почв. К воздушным свойствам почв относятся воздухопроницаемость и воздухоемкость.

Воздухопроницаемость - способность почвы пропускать через себя воздух. Она измеряется количеством воздуха мл, прошедшем под определенным давлением в единиц времени через площадь сечения почвы 1 см² при толщин слоя 1 см. Чем полнее выражена воздухопроницаемость, тем лучше газообмен, тем больше в почвенном воздухе О₂ и меньше С0₂. Воздухопроницаемость зависит от механического се става почвы, ее плотности, влажности, структуры. Воздух в почве передвигается по порам, не заполненным водой и не изолированным друг от друга. Чем крупнее поры аэрации, тем лучше воздухопроницаемость. В структурных почвах, где наряду с капиллярными порами имеется достаточное количество крупных некапиллярных пор, создаются наиболее благоприятные условия для воздухопроницаемости.

Воздухоемкостьхарактеризует содержание воздуха в почве в объемных процентах. Количество воздуха в почве зависит от влажности и пористости почвы. Чем выше пористость и меньше влажность, тем больше воздуха содержится в почве. Максимальная воздухоемкость характерна для сухих почв иравна общей пористости. Однако в природных условиях почвы всегда содержат то или иное количество воды, поэтому величина воздухоемкости очень динамична.

5. Воздушный режим почв и его регулирование.

Воздушным режимом почв называют совокупность всех явлений поступления воздуха в почву, передвижения его в профиле почвы, изменения состава и физического состояния при взаимодействии с твердой, жидкой и живой фазами почвы, а также газообмен почвенного воздуха с атмосферным.

Воздушный режим почв подвержен суточной, сезонной, годовой и многолетней изменчивости и находится в прямойзависимости от свойств почв (физических, химических, физико-химических, биологических), погодных условий, характера растительности, возделываемой культуры, агротехники. Наиболее благоприятный воздушный режим складывается в структурных почвах, обладающих рыхлым сложением, способных быстро проводить иперераспределять поступающие в них воду и воздух. В улучшении воздушногорежима нуждаются многие почвы, особенно с постоянным или временным избыточным увлажнением.

Регулируют воздушный режим с помощью агротехнических и мелиоративных мероприятий. На заболоченных почвах агротехнические мероприятия южно применять только после коренной их мелиорации - осушения.

Содержание воздуха в легких почвах (песчаных и супесчаных), а также в суглинистых и глинистых, обладающих агрономически ценной структурой, поддерживается в верхних горизонтах в течение вегетации растений на достаточно высоком уровне (20-25 % объема почвы). В бесструктурных почвах тяжелого механического состава содержание почвенного воздуха зависит от состояния уплотнения и увлажнения почвы. Даже при оптимальной влажности в таких почвах растения могут страдать от недостатка 0₂ и избытка С0₂. При влажности, равной НВ, содержание воздуха в указанных почвах падает ниже критической величины (менее 15 % объема почвы).

Большой вред приносит почвенная корка, образующаяся на бесструктурных почвах. Она обладает значительной плотностью и низкой пористостью. Согласно данным Н. П. Поясова, почвенная корка уже при влажности 17 % (22,2 % объема почвы) препятствует нормальной аэрации. Значение пор аэрации для осуществления газообмена изменяется в зависимости от свойств почв и их температурного режима. Так, благоприятный состав почвенного воздуха, когда содержание СО₂ не превышает2-3 %, а концентрация кислорода не падает ниже 19-18 %, поддерживается в суглинистых дерново-подзолистых почвах при содержании воздуха более 20 % объема почвы, если температура почвы превышает 15 ºС. При температуре почвы 10-15 ºС. условия аэрации обеспечиваются при более низком содержании воздуха - 15-20 % объема почвы.

Все приемы обработки почвы, улучшающие ее сложение, увеличивающие общий объем пор и пор аэрации, усиливают интенсивность газообмена, уменьшают концентрациюС0₂, увеличивают содержание 0₂ в почве.

Интенсивность дыхания почвы - характерный показатель воздушного режима. Величина дыхания почвы колеблется в широких пределах (от 0,5 до 10 кг/га на 1 м² и более) в зависимости от свойств почв, гидротермических условий, характера растительности. Наиболее активно С0₂ выделяется из почвы в период наиболее интенсивного роста корневой и вегетативной массы растений при благоприятных влажности и температуре. В ряду по требованию к условиям аэрации их можно расположить следующим образом: картофель> кукуруза>зерновые> многолетние травы.

Для растений большое значение имеет продолжительность периода с неблагоприятной аэрацией, поэтому необходимо знать динамику состава почвенного воздуха.

Суточная динамика С0₂ и 0₂ распространяется до глубины 30-50 см в соответствии с колебаниями температуры. Обновление состава почвенного воздуха возможно на 10-15 %.

В годовом цикле динамики С0₂ и 0₂ в почвенном воздухе максимальное содержание 0₂ и минимальное С0₂ приходится на летний период, а осенью зимой почвенно-грунтовая толща освобождается от ран накопленного углекислого газа. В течение вегетационного периода состав почвенного воздуха значительно изменяет, в зависимости от погодных условий. При оптимальной влажности с повышением температуры почвы содержан С0₂ в почвенном воздухе увеличивается, а 0₂ уменьшается при высокой температуре и низкой влажности (близкой влажности завядания), состав почвенного воздуха мало отличается от атмосферного. В почвах нормального увлажнения содержание 0₂ в почвенном воздухе, как правило, уменьшается от верхнего горизонтов к нижним, количество же С0₂, наоборот, увеличивается. В почвах с затрудненным газообменом максимальные концентрации С0₂и минимальные 0₂ характерны для верхней или средней части профиля почвы.

Воздушный режим почв оптимизируется при их окультуривании. Регулирование реакции среды, применение органических и минеральных удобрений, орошение почв активизируют биологические процессы в почвах, повышают интенсивность дыхания почв при наличии доступной влаги. Создание глубокого пахотного слоя, рыхление подпахотного, умеренное орошение, ликвидация почвенной корки - важные приемы регулирования воздушного режима на малогумусных почвах тяжелого механического состава.

ЛЕКЦИЯ 6

Почвенная вода.

Почва как многофазная, полидисперсная система способна поглощать и удерживать воду. В ней всегда находится определенное количество влаги. Содержание влаги в процентах к массе сухой почвы (высушенной при 105 ºС) характеризует влажность почвы. Последнюю можно выражать также в процентах от объема почвы, в м³/га, в мм. Вода поступает в почву в виде атмосферных осадков, грунтовых вод, при конденсации водяных паров из атмосферы, при орошении. Главным источником воды в неорошаемом земледелии являются атмосферные осадки. Почвенная вода - жизненная основа растений, почвенной фауны и микрофлоры, получающих воду главным образом из почвы. Растения расходуют воду в огромном количестве. Для создания 1 г сухого вещества потребляется от 200 до 1000 г воды. С водой в растения поступают питательные вещества.

От содержания воды в почве зависят интенсивность протекающих в ней биологических, химических, физико-химических процессов, передвижение веществ в почве, водно-воздушный, питательный и тепловой режимы, ее физические свойства, то есть важнейшие показатели почвенного плодородия. Следовательно, почвенная вода оказывает прямое и косвенное влияние на развитие растений. Водообеспеченность растений определяется не только количеством поступающей воды в почву, но и ее водными свойствами, способностью почвы впитывать, фильтровать, удерживать, сохранять воду и отдавать ее растению по мере потребления. Поэтому в одинаковых климатических условиях, на полях, одинаково обработанных и имеющих ровную поверхность, содержание влаги в почве может быть различно. При равной влажности почвы могут содержать разное количество доступной воды, что зависит от механического состава почв, структурного состояния, содержания гумуса и других показателей, предопределяющих их водные свойства.

Основы учения о почвенной воде заложены А. А. Измаильским, Г. Н. Высоцким, Н. П. Адамовым, П. С. Коссовичем. Обстоятельно изложены водные свойства и водные режимы в трудах А. Ф. Лебедева, С. И. Долгова, А. Н. Роде, Н. А. Качинского и других ученых.

Вода в почве может находиться во всех трех состояниях: твердом (лед), жидком и парообразном. Парообразная вода содержится в почвенном воздухе, в порах, свободных от воды. Пары воды поступают в почву из атмосферы и постоянно образуются в почве при испарении жидкой воды и льда. Они перемещаются по профилю почвы и в атмосферу с током почвенного воздуха и диффузионно в соответствии с градиентом давления пара. Почвенный воздух обычно насыщен парами воды. Относительная влажность почвенного воздуха близка к 100 %. На перемещение паров воды в почве большое влияние оказывает температура почвы. С повышением температуры увеличивается давление водяного пара и он передвигается от теплых слоев почвы к более холодным. В связи с этим отмечаются в почве восходящие и нисходящие сезонные и суточные потоки водяного пара. Конденсируясь, пар переходит в жидкую воду.

Твердая вода- лед - потенциальный источник жидкой и парообразной воды. Эту воду непосредственно не используют растения, хотя она и может служить резервом доступной влаги, Лед переходит в жидкое и парообразное состояние при температуре выше О ºС.

Жидкая и парообразная вода в почве подвергается воздействию различных природных сил: сорбционных, капиллярных, осмотических, гравитационных. На поверхности раздела твердой фазы почвы с жидкой проявляются сорбционные и капиллярные силы, природа которых обусловлена поверхностной энергией твердых частиц и воды. Поглощение твердыми частицами почвы молекул парообразной и жидкой воды называется процессом сорбции воды.

Капиллярные силы возникают на границе раздела твердая фаза почвы - вода и воздух в капиллярных порах и обусловлены поверхностным натяжением воды и явлением смачивания. Сорбционные и капиллярные водоудерживающие силы в почве противостоят гравитационным, под влиянием которых создается нисходящее передвижение влаги.

Осмотические силы в почве обусловливаются взаимодействием ионов растворенных веществ (включая и обменные катионы) с молекулами воды.

Потенциал почвенной влаги характеризует энергию удержания воды. В почве, насыщенной водой, потенциал почвенной влаги практически равен нулю. С уменьшением влажности потенциал падает, а отрицательное его значение возрастает. Вода всегда движется из зоны с высокдм потенциалом в зону с более низким. Поэтому по мере иссушения почвы одновременно растет способность почвы поглощать, всасывать воду. Такая способность получила название сосущей силы, или всасывающего давления, эквивалентной потенциалу почвенной влаги.

Выделяют следующие основные категории и формы почвенной воды, различающиеся между собой прочностью связи с твердой фазой почвы и степенью подвижности.

Связанная вода образуется путем сорбции парообразной и жидкой воды на поверхности твердых частиц почвы. Различают прочносвязанную и рыхлосвязанную воду.

Прочносвязанная (гигроскопическая) вода образуется в результате адсорбции паров воды на поверхности твердых частиц почвы, непосредственно примыкает к ним в виде пленки из 2-3 ориентированных слоев молекул воды. Гигроскопическая вода удерживается очень прочно, совершенно недоступна растениям, отличается по свойствам от свободной воды. Обладает повышенной плотностью, низкой электропроводностью, не растворяет вещества, растворимые в свободной воде, замерзает при низкой температуре (от -4 до -78 ºС).

Рыхлосвязанная (пленочная) вода. Сорбционные силы поверхности почвенных частиц не насыщаются полностью за счет парообразной воды. При соприкосновении твердых частиц почвы с жидкой водой образуется дополнительная пленка из слабоориентированных молекул воды. Дополнительно сорбированная вода называется рыхлосвязанной, удерживается менее прочно, может передвигаться от почвенной частицы с большей пленкой к тем частицам, где пленка тоньше. Для растений доступна лишь частично.

Свободная вода не связана силами притяжения с почвенными частицами, доступна растениям. Различают две формы свободной воды в почве – капиллярную и гравитационную.

Капиллярная водазаполняет капиллярные поры, передвигается в них под влиянием капиллярных сил. В зависимости от характера увлажнения различают капиллярно-подвешенную и капиллярно-подпертую воду. При увлажнении почвы сверху (атмосферные осадки, оросительные воды) формируется капиллярно-подвешенная вода, среди которой выделяется несколько видов влаги: пленочно-подвешенная - часть капиллярной воды, разобщенная «пробками» пленочной воды. Характерна для почв суглинистого и глинистого механического состава; внутриагрегатная подвешенная - вода, заполняющая капилляры комочков структурной почвы; стыковая подвешенная влага представлена отдельными разобщенными водными скоплениями на стыке между твердыми частицами почвы. Характерна для песчаных почв. При увлажнении почвы снизу (от грунтовых вод) в почве образуется капиллярно-подпертая вода.

Гравитационная вода размещается в крупных некапиллярных порах, легко передвигается по профилю почвы под действием гравитационных сил.

Водные свойства почв.

Основными водными свойствами почв являются водоудерживающая способность, водопроницаемость и водоподъемная способность.

Водоудерживающая способность - свойство почвы удерживать воду, обусловленное действием сорбционных и капиллярных сил, Наибольшее количество воды, которое способна удерживать почва теми или иными силами, называется влагоемкостью. Способность почвы сорбировать парообразную воду называется гигроскопичностью. Содержание гигроскопической воды (Г) в почве зависит от относительной влажности воздуха и свойств самой почвы. Чем тяжелее ее механический состав, чем больше в ней содержится органических и минеральных коллоидов, тем выше гигроскопическая влажность.

Наибольшее количество прочносвязанной, строго ориентированной воды, удерживаемой адсорбционными силами, характеризует максимальная адсорбционная влагоемкость(МАВ). По сравнению с гигроскопической влажностью максимальная гигроскопическая влажность для данной почвы довольно стабильная величина

Наибольшее возможное содержание рыхлосвязанной воды, удерживаемой сорбционными силами или силами молекулярного притяжения, характеризует максимальная молекулярная влагоемкость(ММВ).

Рыхлосвязанная вода, постепенно наращивая толщину пленок с притоком влаги, переходит в свободную, не связанную с почвенными частицами воду, которая со временем целиком заполняет капиллярные поры (капиллярная вода) и некапиллярные поры (гравитационная вода). Когда в почве все поры заполнены водой, наступает состояние увлажнения, называемое полной влагоемкостью или водовместимостью.Наибольшее количество воды, которое остается в почве после обильного увлажнения и стекания всей гравитационной воды при отсутствии слоистости почвы и подпирающего действия грунтовых вод, называется наименьшей или предельно-полевой влагоемкостью(НВ или ППВ). Она дает представление о наибольшем количестве воды, которое почва способна накопить и длительное время удерживать.

Максимальное количество капиллярно-подпертой влаги, которое может содержаться в почве над уровнем грунтовых вод, называется капиллярной влагоемкостью(КВ). Она зависит, помимо свойств самой почвы, от того, на какой высоте от уровня грунтовых вод ее определяют. Чем ближе к зеркалу грунтовых вод, тем выше капиллярная влагоемкость для данной почвы.

Водопроницаемость - способность почвы впитывать и пропускать воду. Водопроницаемость измеряется объемом воды, протекающей через единицу площади поверхности почвы в единицу времени, выражается в мм водного столба в единицу времени. Водопроницаемость зависит от общего объема пор в почве, их размера. В легких по механическому составу почвах поры крупные и водопроницаемость всегда высокая. В суглинистых и глинистых почвах количество и размер пор зависят от структурного состояния. Суглинистые и глинистые почвы, обладающие водопрочной комковатозернистой структурой, также отличаются высокой водопроницаемостью. В почвах тяжелого механического состава с глыбисто-пылеватой структурой водопроницаемость низкая. При низкой водопроницаемости в районах достаточного увлажнения может происходить вымочка культур, застаивание воды на поверхности, стекание ее по уклону и развитие эрозии. При очень высокой водопроницаемости не создается хороший запас воды в корнеобитаемом слое почвы, а в орошаемом земледелии наблюдается большая потеря поливной воды, что приводит к подъему уровня грунтовых вод.

Водоподъемная способность - свойство почвы вызывать восходящее передвижение содержащейся в ней влаги за счет капиллярных сил. Капиллярные силы начинают проявляться в порах диаметром 8 мм, но особенно ярко выражены в порах диаметром 0,1--0,003 мм. Более тонкие поры заполнены связанной водой. Поэтому водоподъемная способность растет от песчаных почв к суглинистым и снижается в глинистых. Благодаря капиллярным явлениям и водоподъемной способности почв грунтовые воды участвуют в дополнительном снабжении растений водой, развитии восстановительных процессов и засоления в почвенном профиле.

Водный режим почв.

Водным режимом называют всю совокупность явлений поступления влаги в почву, ее передвижения, удержания в почвенных горизонтах и расхода из почвы. Количественно его выражают через водный баланс. Водный баланс характеризует приход влаги в почву и расход из нее.

Общее уравнение водного баланса выражают формулой

Во+Вос+Вг+Вк +Впр+В_б = Еисп + Е_т +В_и+В_с+В₁ +В_п,

где Во - запас влаги в почве в начале наблюдения; Вос - сумма осадков за весь период наблюдения; В_г - количество влаги, по­ступающей из грунтовых вод; В_к - количество влаги, конденсирующейся из паров воды; В_пр - количество влаги, поступающей в результате поверхностного притока воды; В_б - количество влаги, поступающей от бокового притока почвенных и грунтовых вод; Е_исп - количество влаги, испарившейся с поверхности почвы за весь период наблюдения, физическое испарение; Е_т - количество влаги, расходуемой на транспирацию (десукция); В_и - влага, инфильтрующаяся в почвенно-грунтовую толщу; В_п - количество воды, теряющейся в результате поверхностного стока; Вс -- влага, теряющаяся при боковом внутрипочвенном стоке; В₁ - запас влаги в почве в конце периода наблюдения..

Левая часть уравнения включает приходные статьи баланса, правая - расходные.<