Наявність води в грунті обумовлює протікання біохімічних, фізико-хімічних та інших процесів, пересування речовин, водно-повітряний, тепловий режими, фізико-механічні властивості.
Рослини нормально розвиваються тільки тоді, коли в грунті є постійне і достатню кількість води. Як недолік, так і надлишок вологи в грунті обмежують продуктивність рослин або зовсім викликають їх загибель.
Пізнання закономірностей поведінки грунтової вологи, вміння управляти водними властивостями грунту - важлива передумова отримання високих врожаїв сільськогосподарських культур.
Джерела води в грунті наступні: атмосферні опади, грунтові води, водяної пари з атмосфери. Зазвичай головним джерелом води в грунті є атмосферні опади.
Вода в грунті може знаходитися у всіх трьох станах - твердому (лід), рідкому, пароподібному. Розрізняють такі форми води в грунті: хімічно зв'язана, пароподібна, сорбційно пов'язана (гігроскопічна, плівкова); вільна (капілярна і гравітаційна).
Хімічно зв'язана (кристаллизационная) вода входить до складу деяких кристалогідратів (CaSO4 • 2H2O; Na2SO4 • 10H2O). Характеризується дуже високою міцністю зв'язку і нерухомістю в грунті, недоступна рослинам.
Пароподібна вода. Знаходиться в грунтовому повітрі в формі водяної пари. Вона міститься в невеликій кількості (не більше 0,001% від маси грунту) і вільно пересувається від місць з більшою пружністю пара до місць з меншою пружністю, від більш теплих до менш нагрітих верствам грунту. Може також пересуватися пасивно з потоком повітря. Пароподібна вода може адсорбуватися поверхнею твердих частинок. Стає доступною рослинам лише після конденсації водяної пари.
Сорбционно зв'язана вода утворюється шляхом сорбції парообразной і рідкої води на поверхні твердих частинок грунту. Вона поділяється на гигроскопическую (або прочносвязанная) і плівкову (або рихлосвязанной).
Гігроскопічна вода є сорбованих молекули водяної пари, на поверхні ґрунтових частинок. Вони утворюють плівки, що складаються з 2-3 орієнтованих шарів молекул води. При високій відносній вологості повітря товщина цієї плівки може бути рівною 20-30 діаметрам молекул водяної пари.
Кількість гигроскопической води в грунті залежить в основному від вмісту органічних і мінеральних частинок, здатних утворювати навколо себе плівку. Важкі за механічним складом і добре гумусірованние грунту містять більше гигроскопической води в порівнянні з легкими, малогумусірованнимі грунтами. Ефект сорбції води помітно проявляється в частинках розміром 2-3 мкм і різко зростає в частинках менш 1 мкм.
Гігроскопічна вода дуже міцно утримується грунтом (1-2 • 109 Па), зовсім недоступна рослинам. Видалити її з повітряно-сухого ґрунту можна шляхом багатогодинного висушування при 105 ° С.
Найбільша кількість гігроскопічної води грунт може сорбувати з повітря, повністю (96-98%) насиченого водяною парою. Ця величина називається максимальною гігроскопічністю грунту (МГ). Значення МГ в піщаних грунтах коливається в межах 0,1-1%, в глинистих, гумусірованние грунтах досягає 10-15%, а в органогенних грунтах - 20-40%.
Зазвичай рослини починають в'януть раніше, ніж грунт висихає до максимальної гігроскопічності. Та кількість вологи в грунті, при якій в рослинах з'являються ознаки стійкого в'янення, і вони не зникають при приміщенні рослин в атмосферу, насичену водяною парою, називається вологістю стійкого в'янення (ВЗ).
ВЗ - це нижня межа доступності води рослинам в грунті. Її визначають вегетаційними методами, спостерігаючи, при якій вологості рослини в'януть, або розрахунковим чином: МГ 1,5.
Вологість завядания залежить від виду рослини і властивостей грунту. Чим більше в грунті дрібних частинок і органічних речовин. тим вище в ній ВЗ. В середньому вона становить 1-3% в пісках, 3-6% в супісках, 6-15% в суглинках і 50-60% в торф'яних ґрунтах. Показники ВЗ необхідні для розрахунку запасів в грунті продуктивної вологи.
Плівкова (рихлосеязанная) вода - є додатково сорбированной при зіткненні твердих частинок грунту з рідкою водою. Сорбційні сили поверхні ґрунтових частинок не наситились повністю навіть у тому випадку, коли вологість ґрунту досягає МГ, але може сорбувати рідку воду. Рихлосвязанная вода утворює плівку з слабооріентірованних молекул. Плівкова вода утримується грунтом менш міцно, ніж гігроскопічна. Може пересуватися від частинок з більш товстої до частинкам з менш товстою плівкою. Рослинам доступна тільки частково.
Вільна вода не пов'язана силами тяжіння з грунтовими частинками. Вона доступна рослинам. Розрізняють дві форми вільної води в грунті - капілярну і гравітаційну.
Капілярна вода утримується в ґрунтових порах малого діаметра - капілярах, під впливом капілярних або меніскових сил. Залежно від характеру зволоження грунту розрізняють капілярно-підвішену і капілярно-підперту воду.
Капілярно-підвішена вода заповнює капілярні пори при зволоженні грунту зверху. При цьому під зволоженим знаходиться сухий шар грунту. Вода увлажненного шару як би «зависає» над сухим шаром грунту. Капілярно підвішена вода може пересуватися в напрямку до поверхні, що випаровує. Це рух припиняється, коли капіляри через нестачу води розриваються. Вологість, при якій це відбувається, називається вологістю розриву капілярів (ВРК).
Капілярно-підперта вода утворюється при підйомі її від низу до верху по капілярах від грунтових вод, або верховодки. Зона капілярного насичення над ґрунтовою водою називається капілярної каймою.
Агротехнічні заходи, спрямовані на збереження вологи в грунті, на раціональне використання її рослинами, пов'язані з утворенням запасів саме капілярної води шляхом зменшення її витрати на фізичне випаровування. Наприклад, ранневесеннее покровное боронування грунту руйнує її кірку, капіляри і цим суттєво скорочує втрату води грунтом.
Вільна вода, яка не утримується капілярами і пересувається вниз під впливом сили тяжіння, називається гравітаційної. Розрізняють гравітаційну воду, що просочується зверху вниз крізь грунтово-грунтову товщу, і гравітаційну воду, що накопичується над водонепроникним горизонтом у вигляді грунтової води. Гравітаційна вода не тільки викликає винос або горизонтальну міграцію хімічних елементів, але і може обумовлювати недолік кисню в грунті.
Водні властивості грунту
Водні властивості. Основними водними властивостями грунту є вологоємність, водопроникність, водопідйомна здатність.
Вологоємність - здатність грунту поглинати і утримувати певну кількість води. Повна вологоємність відповідає стану повної насиченості грунту водою, коли все пори нею заповнені. Її величина залежить від пористості грунту і розраховується за формулою: W = P / V, де W - повна вологоємність (в% від сухого ґрунту); Р - пористість (в% від обсягу грунту); V - щільність грунту (г / см3).
Поняттю капілярної вологоємності відповідає стан насиченості водою всіх капілярів грунту.
Польова влагоемкость характеризується найбільшою кількістю підвішеною води, яку може утримувати грунт. У польових умовах такий стан зволоження спостерігається після стоку гравітаційної води при відсутності підпору грунтових вод.
Водопроникність - здатність ґрунтів вбирати і пропускати крізь себе воду, що надходить з поверхні. Водопроникність може визначатися часом, за яке вода проходить певну відстань по порах ґрунту зверху вниз. При надходженні води в грунт спочатку відбувається поглинання і проходження її від одного шару до іншого, ненасиченого водою. Потім, коли грунтові пори повністю наповняться водою, починається її фільтрація крізь товщу грунту.
Вважається, що грунт має хорошу водопроникність, якщо вона пропускає за одну годину при напорі води в 5 см і температурі 10 ° С від 70 до 100 мм води. Надмірно висока водопроникність обумовлює високу фільтрацію води за кордону корнезаселенного шару. І навпаки, надмірно низька може привести до застою води на поверхні грунту, стоку її по схилу, змиву і розмиву грунту. Піщані і супіщані грунти більш проникні для води, ніж суглинні і глинисті. Водопроникність структурних грунтів більш висока в порівнянні з безструктурними.
Водопідіймальна здатність - здатність ґрунту викликати висхідний рух води капілярними силами. Вони найбільш сильно проявляються в порах діаметром 0,1-0,003 мм; дрібніші пори заповнені пов'язаної водою. Тому водопідйомна здатність зростає від піщаних грунтів до суглинистим і знижується в глинистих. Водопідіймальна можливість може визначатися часом, за яке вода проходить певну відстань від низу до верху (це здатність випаровування води) або висотою підняття води. Максимальна висота підняття води над рівнем грунтових вод для піщаних вод - 0,5-0,7 м, для суглинних - 3-6 м. У структурних грунтах капілярна вода менш рухлива.
Завдяки капілярним процесам і водопідйомною здатності грунтів грунтові води беруть участь в додатковому забезпеченні рослин водою, відновних процесах і ін. Кількість води в грунті і переважний напрямок руху її в вегетаційний період характеризує особливості водного режиму. Він визначається водним балансом (прихід + витрата води). Водний режим являє собою сукупність явищ надходження вологи в грунт, просування, витрати. Кількісну його характеристику показують у вигляді водного балансу. Прибуткова частина балансу складається з атмосферних опадів (Ао), припливу грунтових вод (ГРП), конденсованої води (К). Витрата води включає втрату води при випаровуванні (І), десукціі (Д), різних видів стоку - поверхневого (ПС), внутрипочвенного (ВПС), грунтового (ГРС).
Залежно від балансу води розрізняють наступні типи водного режиму: промивний, періодично промивний, непромивний, випітної, водозастойний. Промивної тип водного режиму проявляється в умовах щорічного промачивания всієї грунтової товщі до ґрунтових вод. Рівняння водного балансу для цього типу має наступний вигляд:
АТ> І + Д + ПС + ВПС.
ґрунтова вода
[/ Center]
Промивної тип водного режиму характерний для підзолистих і дерново-підзолистих грунтів.
Періодично промивний тип водного режиму спостерігається на територіях, де середні багаторічні показники опадів і випаровування приблизно збалансовані. Тут в сухі роки відбувається обмежене промочування грунту, а в мокрі - наскрізне. Цей тип водного режиму властивий для ґрунтів лісостепу. Водозабезпеченість грунтів тут нестійка.
Непромивний тип водного режиму зустрічається в грунтах південних зон (сухі степи, чорноземно-степова зона і ін.). Вода опадів тут розподіляється тільки в верхніх горизонтах і не досягає ґрунтових вод. Рівняння водного балансу цього типу наступне:
АТ = І + Д + ПС + ВПС.
Випотной тип водного режиму спостерігається в умовах жаркого посушливого клімату при неглибокому заляганні ґрунтових вод. Кількість води, яка витрачається на випаровування, десукцію, значно перевершує кількість води атмосферних опадів: АТ