Свободная вода

Эта категория воды не связана силами притяжения с почвенными частицами и передвигается под действием капиллярных и гравитационных сил и, исходя из этого, выделяют форму капиллярной и форму гравитационной воды.

Капиллярная вода. Ее наличие и распределение в почве находится под влиянием капиллярных (менисковых) сил, которые проявляются в порах от 3 мкм - 100 мкм (0,003-0,1 мм) до 8 мм. В порах менее 3 мкм и крупнее 8 мм капиллярные силы не проявляются, поскольку более тонкие поры заняты связной водой, а в порах крупнее 8 мм отсутствуют менисковые силы. Образование менисковых сил обусловлено тем, что вода, находящаяся в отмеченных поровых пространствах, испытывает одностороннее притяжение лишь со стороны нижерасположенных молекул воды, которые как бы втягивают поверхность воды внутрь, образуя вогнутый мениск, над которым создается как бы разряжение (вакуум), что и способствует подъему столбика воды в капилляре.

По своему физическому состоянию эта вода жидкая, она обладает высокой подвижностью и играет основную роль в водообеспечении растений. Передвигаясь, она транспортирует с собой и питательные вещества почвы.

Различают несколько видов капиллярной воды:

а) капиллярно - подвешенную; б) капиллярно - подпертую; в) капиллярно - посаженную.

Для капиллярно-подвешенной воды характерно отсутствие гидрологической связи с постоянным или временным водоносным горизонтом. Ее происхождение обусловлено поверхностным увлажнением (атмосферные осадки или орошение). Эта форма воды способна перемещать растворимые соли, например, находящиеся на глубине, при испарении, к поверхности почвы и приводить к засолению. Этот же процесс может происходить и при поливах минерализованной водой, частично испаряющейся из почвенного профиля. Для предотвращения этого необходимо поддержание пахотных горизонтов в структурном состоянии, проведение поверхностных обработок, нарушающих сложившиеся капиллярные ходы, а также уменьшение сроков нахождения поверхности почвы без растительности. Для представления об этой форме воды приведем ее величины и распределение по профилю в почвах различного гранулометрического состава (табл. 1.2).

Сохранение и поддержание этого вида воды на оптимальном для растений уровне является главной задачей орошаемого земледелия. Капиллярно - подпертая вода образуется в почвах в силу близкого залегания грунтовых вод, подпирающих воду в капиллярах и более крупных порах почвы. Высота подъема этой воды зависит от гранулометрического состава почв: от 0,4-0,6 м в песках и супесях до 2-7 м в суглинистых и глинистых, т.е. характеризует водоподъемную способность почв. Капиллярно-посаженная (подперто - подвешенная) вода образуется в почве при резкой смене слоев разного гранулометрического состава. На границе раздела этих слоев в силу различных размеров капилляров возникают дополнительные нижние мениски, которые удерживают вышерасположенную капиллярную воду (она как бы «посажена» на эти мениски). Это приводит к повышению влажности на контакте слоев. Этот принцип положен в основу антифильтрационных экранов (почвенно-грунтовые экраны А.Ф. Лебедева и Н.А. Качинского) в мероприятиях по борьбе с фильтрационными потерями воды из оросительных каналов.

Н.А. Качинский отмечает, что силы, удерживающие капиллярную воду (напряжение капиллярной незасоленной воды), колеблются от 3-4 атм. в тонких капиллярах (порах) до 0,5 атм. - в крупных. Это ниже величины осмотического давления клеточного сока корней растений, что и делает эту воду легко доступной им. Эта форма воды, являясь основным источником водного питания растений, ценна и важна в том плане, что ее можно регулировать, применяя различные агротехнические и мелиоративные мероприятия.

Гравитационная вода находится в почве преимущественно в крупных порах и передвигается исключительно под влиянием силы тяжести. Эта жидкая форма воды, обладающая высокой растворяющей способностью и возможностью переносить в растворенном состоянии соли, коллоидные растворы и т.д. Эта вода легко доступна для растений (ее осмотическое давление менее 0,5 атм.), в случае проточности грунтовой воды она может быть источником их нормального водного питания.

Ее подразделяют на просачивающуюся гравитационную, передвигающуюся сверху вниз по порам и трещинам в случае превышения ее количества над удерживающей силой менисков в капиллярах и воду водоносных горизонтов. В последнем случае это грунтовые, почвенно-грунтовые и почвенные воды. Они образуются при заполнении всей скважности грунта свободной водой. Это может быть результатом наличия водопроницаемого горизонта, задерживающего нисходящий ток гравитационной воды, а также превышения объема поступающей гравитационной воды над объемом ее оттока. Улучшение водно-воздушного режима переувлажненных свободной гравитационной водой почв является главной задачей осушительных мелиорации.