7 років тому
Немає коментарів

Значення води в грунті. Вода — один з основних компонентів грунту (рідка фаза). Вона є однією з основних умов грунтотворення. Нестача води в грунті негативно впливає на розвиток рослинності і врожай.

Фотосинтез може відбуватися нормально в рослинах тільки тоді, коли в грунті є достатня кількість води для утворення первинних продуктів асиміляції. Транспіраційний коефіцієнт (кількість води, яка потрібна рослині для утворення одиниці сухої речовини) у різних культур неоднаковий.

Величина коефіцієнта транспірації залежить не тільки від виду рослин, а й від зволоження грунту. Встановлено такий середній транспіраційний коефіцієнт для основних сільськогосподарських культур: цукрові буряки — 397, пшениця — 513, ячмінь — 534, кукурудза — 368, просо — 322, льон — 905, люцерна — 850.

Водний режим грунту. Вода в грунті досить динамічна і режим її визначається водним балансом. Він залежить від співвідношення між надходженням води в грунт та втратами її ґрунтом (рис. 31).

Схематичне зображення водного балансу в підзолистому грунті

Схематичне зображення водного балансу в підзолистому грунті

Найбільше води в грунт надходить з атмосферними опадами (позначається буквами АО) та внаслідок притоку підґрунтових вод (ППВ). Втрачається вода з грунту внаслідок випаровування (Д), а також поверхневого стоку (ПС), внутрішньогрунтового бокового стоку (ВПС) і ґрунтового стоку (ГС). Баланс води можна зобразити формулою:

Sh_011

Залежно від надходження і втрат вологи виділяють мерзлотний, промивний, періодично промивний, непромивний, випітний та іригаційний типи водного режиму.

Мерзлотний тип водного режиму поширений в районах вічної мерзлоти, де влітку розмерзається тільки верхній шар грунту, а на певній глибині залягає водонепроникний горизонт. Внаслідок цього в грунті нагромаджується надмірна волога.

Промивний водний режим буває в тих широтах, де опадів випадає більше, ніж втрачається вологи з грунту. При цьому вода промиває грунт, вимиваючи вглиб розчинні сполуки. Такий водний режим поширений здебільшого в північних широтах.

Періодично промивний водний режим грунту встановлюється тільки в роки, коли кількість опадів перевищує кількість вологи, яка випаровується поверхнею грунту.

У більш південних широтах, зокрема там, де поширені чорноземи і каштанові ґрунти, встановлюється непромивний водний режим, де атмосферних опадів мало і між верхнім зволоженим шаром грунту і підґрунтовими водами залишається незволожений горизонт.

При випітному водному режимі кількість вологи, що втрачається поверхнею грунту, значно перевищує кількість атмосферних опадів. Цей водний режим характерний для районів з недостатнім зволоженням (степова зона, зона сухого степу і пустині).

Іригаційний тип водного режиму створюється на поливних землях. Суть його полягає в тому, що в грунті, який багато разів зволожується протягом вегетаційного періоду, нагромаджуються поливні води.

Вода атмосферних опадів на поверхні грунту розподіляється по-різному. Значна частина її стікає, що особливо помітно в тих районах, де немає лісу. Це поверхневий стік води. Найбільше води стікає навесні. В цей період залежно від кліматичних умов і рельєфу місцевості величина поверхневого стоку може варіювати у великих межах. Влітку води стікає менше. Стік води залежить від характеру опадів, рослинного покриву та ін.

Відношення кількості води, яка стекла, до загальної кількості, що випала у вигляді дощу на певній площі, називають коефіцієнтом стоку. Найбільшу частину води, яка надходить у грунт, засвоюють корені рослини. Вбирання вологи з грунту корінням рослин називають десукцією. Величина десукції залежить насамперед від характеру рослинності, її ботанічного складу, віку, кліматичних умов, умов живлення рослин тощо. Значна частина води, яка надходить у грунт, знову випаровується (фізичне випаровування). Швидкість фізичного випаровування залежить від температури повітря, швидкості вітру, насиченості повітря вологою, рослинного покриву, стану грунту, його мікрорельєфу, а також від водного режиму і рівня залягання підґрунтових вод.

У природі постійно відбувається кругообіг води: випаровуючись з морів і океанів і випадаючи на материках у вигляді атмосферних опадів, вона знову потрапляє в моря і океани.

Проте не вся вода атмосферних опадів повертається в ріки, моря: частина її затримується зеленою рослинністю на поверхні листя рослин і через деякий час знову випаровується. Багато води вбирають ґрунти і породи. Частину води, яка потрапила в грунт, використовують рослини у процесі синтезу органічної маси і на транспірацію.

Так на материках відбувається постійний кругообіг води, який називають внутрішньоматериковим.

Підраховано, що протягом року на всю поверхню земної кулі випадає близько 520000 км3 води. Така ж приблизно кількість її випаровується за цей період з поверхні всіх океанів, морів та материків.

Вода, потрапляючи в грунт, впливає на різні ґрунтотворні процеси, а саме: розчиняє солі і сприяє переміщенню їх по профілю грунту, спричинює вимивання колоїдів у деяких грунтах з верхніх горизонтів у нижні тощо.

У грунті розрізняють хімічно зв’язану, гігроскопічну, плівкову, капілярну та гравітаційну вологу.

Хімічно зв’язана вода входить до складу багатьох вторинних глинних мінералів. Вона не бере участі у фізичних процесах і не випаровується. Розрізняють конституційну і кристалізаційну хімічно зв’язану воду. Конституційна входить до складу мінералів і може бути виділена тільки при нагріванні до 150—200°, наприклад каолініту Al2(Si2O5) (OH)4. Кристалізаційна у вигляді окремих молекул входить до складу кристалогідратів, наприклад гіпсу CaSO4-2H2O.

Гігроскопічна вода. Будь-який грунт здатний вбирати з повітря водяну пару. Вологу, увібрану поверхнею ґрунтових частинок, називають гігроскопічною. Навіть висушений грунт містить певну кількість гігроскопічної вологи.

Кількість вологи, яку може увібрати з повітря грунт, залежить від ступеня насиченості повітря вологою, механічного складу грунту, вмісту в ньому колоїдів і гумусу. Чим більше повітря насичене вологою і чим важчий механічний склад має грунт, тим більше він міститиме гігроскопічної вологи.

Найбільшу кількість вологи, яку може увібрати грунт з повітря, називають максимальною гігроскопічністю. Гігроскопічна волога з повітря притягується силою поверхневої енергії дрібнодиспергованих ґрунтових частинок.

Молекули води утримуються ґрунтовими частинками з великою силою (до 10 000 атмосфер), через що гігроскопічна волога рослинам недоступна. Характерно, що навіть при максимальній гігроскопічності поверхня частинок грунту не має суцільного шару молекул води.

Плівкова волога. Якщо вологи в грунті стільки, що вона покриває поверхню ґрунтових частинок шаром, більшим за плівку максимальної гігроскопічної, то таку вологу називають плівковою. Вона неміцно зв’язана з ґрунтовими частинками і утримується на поверхні їх молекулярними силами.

Плівкова волога в грунті на відміну від гігроскопічної може повільно переміщуватися від частинок з товщою плівкою до частинок з тоншою плівкою вологи. При збільшенні її кількості вона поступово переходить у вільну вологу, яка доступна рослинам.

Водяна пара в грунті міститься в порах, в яких немає краплиннорідкої вологи. Вміст її залежить від пружності парів води у ґрунтовому повітрі. Водяної пари у ґрунтовому повітрі небагато (за вагою не більше 0,001%), проте вона бере активну участь у перерозподілі вологи в ґрунтових горизонтах. Це єдина форма вологи, яка може переміщуватися в грунті навіть при незначній зволоженості його. Водяна пара переміщується від горизонту з більшою пружністю пари до горизонту з меншою пружністю.

Якщо ґрунтове повітря насичене повністю водяною парою, переміщення цієї вологи залежить від різниці температур грунту. Водяна пара звичайно переміщується з більш нагрітих горизонтів до менш нагрітих.

Вільна вода в грунті та в ґрунтотворних породах, як про це йшлося вище, може бути у вигляді льоду та в рідкому стані.

Краплиннорідинну воду поділяють на капілярну і гравітаційну. Вона доступна рослинам.

Капілярна волога. Вологу, яка міститься в капілярах грунту і утримується менісковими силами, називають капілярною. В окремих видах грунтів ці капілярні сили настільки великі, що переважають силу ваги води. У зв’язку з цим вміст вільної води в грунті фактично визначається сукупним впливом її ваги і капілярних сил.

Капілярну вологу поділяють на капілярнопідвішену, підперту і стикову. Підвішена утримується в грунті менісковими силами, дія яких перевищує дію сили ваги.

Якщо капілярна вода підпирається знизу вільною ґрунтовою або підґрунтовою водою, її називають капілярнопідпертою вологою.

Стикова волога залишається в грунті після стікання вільної води у піщаних гравіюватих грунтах. Утримується вона на стиках між частинками грунту.

Найбільш доступна для рослин капілярна волога.

Гравітаційна волога. Воду, яка переміщується в грунті під дією сил тяжіння, називають гравітаційною. Ця вода вільно просочується з верхніх горизонтів у глибші, нагромаджуючись у породі або поповнюючи запаси підґрунтової вологи.

Гравітаційна волога доступна рослинам, але вона рухлива, що дещо утруднює її доступ.

Водні властивості грунту. До них належать: вологоємкість, водопідіймальна здатність і водопроникність.

На водно-фізичні властивості і водний режим грунту впливають передусім механічний склад, будова грунту та структура окремих генетичних горизонтів, а також такі фактори, як глибина окремих генетичних горизонтів, будова їх, механічний склад, щільність, структура, різні новоутворення тощо.

Вологоємкість — це здатність грунту вбирати і утримувати певну кількість води. Розрізняють максимальну, гігроскопічну, капілярну, повну і польову вологоємкість.

Максимальною гігроскопічною вологоємкістю називають найбільшу кількість вологи, яку може увібрати грунт за умови повного насичення повітря водяною парою (при відносній вологості 94%),

Величина її залежить від дисперсності грунту і вмісту гумусу в ньому.

Капілярна вологоємкість — це кількість вологи в грунті, яка заповнює капіляри при неглибокому заляганні підґрунтових вод.

Повна, або найбільша, вологоємкість — це кількість вологи, яку утримує даний грунт за умови заповнення водою всіх його пор.

Польова вологоємкість — це кількість води, яку утримує грунт після стікання гравітаційної води, якщо грунтові води залягають глибоко.

Величина вологоємкості кожного грунту залежить насамперед від механічного і структурного складу грунту та вмісту в ньому органічної» речовини. Вміст гумусу і глинистих частинок підвищує вологоємкість грунту. Величину вологоємкості грунтів УРСР наведено в таблиці 27.

T_027

Вважають, що рослини найкраще розвиваються тоді, коли грунт містить вологи близько 60% повної вологоємкості. Проте різні сільськогосподарські рослини неоднаковою мірою вибагливі до вмісту вологи в грунті. Так, оптимальний вміст вологи для зернових культур становить 50—60%, коренеплодів і технічних культур — 60— 70%, а багаторічних трав — 80—90% повної вологоємкості.

Водопідіймальна здатність грунту— це властивість грунту піднімати вологу по найменших капілярах, що утворюються між ґрунтовими частинками. За певних умов вода по капілярах може підніматися на висоту 3—4 м і більше, особливо в глинистих грунтах. Найменша водопідіймальна здатність у піщаних грунтів.

Отже, висота підняття води по капілярах у грунті залежить від його механічного складу. Чим дрібніші механічні частинки, тим повільніше, але вище підіймається вода в грунті. Капілярне підняття води дуже корисне лише тоді, коли воно сприяє поповненню тієї вологи в грунті, яку використали рослини.

Дослідами В. Г. Ротмістрова встановлено, що при вологості грунту від 11 до 18% вода з нього випаровується швидко, а при вологості менше 11 % — значно повільніше. Автор пояснює це тим, що при вологості меншій за 11% в капілярах грунту майже немає вологи.

Водопроникність грунту. Здатність грунту пропускати атмосферні води в глибші горизонти називають водопроникністю.

Процес проникнення води в грунт зумовлюється спочатку вбиранням її ґрунтом, а потім переміщенням вглиб під дією сил тяжіння.

Залежно від глибини проникання води протягом першої години, за С. В. Астаповим, умовно розрізняють ґрунти добре водопроникні (на 150 мм), середньоводопроникні (50—150 мм) і слабководопроникні (менше 50 мм).

Швидкість проникання води в грунт часто змінюється навіть в одному грунті залежно від його обробітку, структурного і механічного складу, стану зволоження тощо. Відомо, що крізь сухий грунт вода за одиницю часу проходить значно швидше порівняно із зволоженим. Якщо, наприклад, пропускати воду крізь сухий грунт, то вона спочатку проходитиме швидше, а з часом значно повільніше і через певний період внаслідок руйнування мікроструктурних агрегатів грунту (замулення) зовсім не буде переміщуватися. Швидко замулюються ґрунти, ґрунтовий комплекс яких не насичений іонами кальцію і магнію, а також ґрунти, ґрунтовий комплекс яких насичений іонами натрію.

Водопроникність грунту залежить також і від його механічного складу. Так, глинисті ґрунти слабко пропускають воду і швидко замулюються, а піщані добре пропускають воду.

Доступність вологи в грунті для рослин. Численними дослідами було встановлено, що не вся волога, яка є в грунті, доступна для рослин. Недоступну для рослин вологу називають мертвим запасом. Вологість грунту, при якій починають в’янути рослини, називають вологістю в’янення.

Вміст доступної вологи залежить від відміни і біологічних властивостей грунту. Протягом вегетаційного періоду можна визначити корисний запас вологи в грунті разом з іншими показниками (коефіцієнт транспірації та ін.), встановити забезпеченість рослин вологою в даний період і визначити, на який час вистачить її рослинам.

Загальний і корисний запас вологи в грунті можна визначити за такими формулами:

F_004

де х — загальний запас вологи в грунті, мм;

а — польова вологоємкість, %;

d — об’ємна вага грунту, см3;

h — товщина шару грунту, в якому визначають загальний і корисний запас вологи, см. Корисний запас вологи в грунті дорівнює:

F_005

де а — польова вологоємкість, %;

2b — подвійна максимальна гігроскопічна вологоємкість, %;

h — товщина шару грунту, см;

d — об’ємна вага грунту, см3.

Наприклад, а = 20%, d = 1,5 см3, h =5 00 мм, а максимальна гігроскопічна волога — 3%.

Звідси: загальний запас вологи становить

F_006

корисний запас становить

F_007

Отже, загальний запас вологи становить 150 мм, з них корисної вологи в грунті 105 мм. Решта вологи рослинам недоступна, оскільки вона міцно утримується молекулярними силами диспергованих частинок грунту.

Кількість вологи в грунті, яку можуть використати рослини, залежить від механічного складу грунту і від особливостей рослин (вид, сорт, стадія розвитку та ін.), кліматичних і погодних умов, агротехніки тощо.

За С. І. Долговим, вологу в грунті залежно від доступності для рослин поділяють на легкодоступну (найбільш продуктивна для розвитку вегетативних органів рослин і затримує розвиток репродуктивних органів), середньодоступну (забезпечує нормальний ріст і розвиток рослин), «а вологу, яка займає проміжне місце між тією, яка затримує ріст рослин і вологою, при якій починається часткове в’янення та прискорення достигання їх, а також важкодоступну для рослин вологу.

Вологість грунту, при якій рослини починають в’янути, є важливим показником і має певне практичне значення. Вміст цієї вологи в грунті можна визначити, висушуючи наважки грунту, або розрахувати за величиною максимальної гігроскопічної вологи.

М. О. Качинський вперше встановив, що органічна речовина грунту (рослинні залишки), особливо в болотних грунтах, містить багато вологи, яка зовсім недоступна для рослин. Цю вологу автор назвав внутрішньоклітинною.

Вплив механічного складу на водні властивості грунту видно із співвідношення максимально можливих запасів вологи (в горизонті від 0 до 100 см у різних грунтах УРСР (рис. 32). Кількість недоступної вологи інтенсивно зростає з глибини 20 мм у піщаних дерново-підзолистих до 225 мм у глинистих солонцюватих каштанових грунтах. Кількість доступної для рослин вологи, починаючи з глибини 105 мм у піщаних дерново-підзолистих грунтах Полісся, збільшується до 200 мм у сірих легкосуглинкових грунтах, а в чорноземах і каштанових середньо-і важкосуглинкових та глинистих солонцюватих грунтах зменшується від 180 до 125 мм.

Співвідношення максимально можливих запасів вологи в грунтах УРСР в шарі глибиною 0-100 см

Співвідношення максимально можливих запасів вологи в грунтах УРСР в шарі глибиною 0-100 см

Багато доступної вологи, як зазначає М. Г. Йовенко, містять ґрунти Лісостепу УРСР (180—200 мм): Грунти центрального і південного Степу республіки, особливо важкосуглинкові і глинисті, при високій вологоємкості (300—350 мм) характеризуються низьким вмістом доступної вологи (125—130 мм). В цих грунтах найменший коефіцієнт корисної вологи становить 45—36%.

У піщаних грунтах величина найменшої польової вологоємкості досягає 3—5% ваги грунту.

Загальний запас ґрунтової вологи у степовій і лісостеповій зонах УРСР підвищують, застосовуючи зрошення, проводячи снігозатримання та раціонально використовуючи вологу грунту за допомогою правильного обробітку грунту, добору рослин тощо.