|
ФPAГMEHT КНИГИ (...) IX. КАТЕГОРИИ, ФОРМЫ И СОСТОЯНИЯ ВЛАГИ В ПОЧВАХ И ГРУНТАХ. ВОДНЫЕ КОНСТАНТЫ
Из всего рассмотренного- нами видно, что влага, содержащаяся в почве, неоднородна по своим свойствам, подвижности и доступности для растений. В почве можно выделить несколько категорий и форм влаги при ее неподвижном состоянии или в состоянии движения. Строго говоря, неподвижной влаги в почве не бывает. Но вместе с тем бывают периоды — иногда кратковременные, а иногда и довольно длительные, — когда влажность в почвенно-грунтовой толще устанавливается на определенных характерных уровнях, разных по величине для различных слоев почвенно-грунтовой толщи. В эти моменты почвенную влагу условно считают неподвижной.
Оставляя в стороне влагу химически связанную, кристаллизационную и твердую и ограничиваясь только теми видами влаги, которые непосредственно способны к передвижению в почвенно-грунтовой толще, можно выделить следующие категории и формы влаги:
I. Влага парообразная. Находится в почвенном воздухе в форме водяного пара. Передвигается в почве 1) активно, в той же форме, от участков с более высокой абсолютной упругостью к участкам с меньшей упругостью и 2) пассивно, вместе с токами воздуха. При наличии соответствующих условий (например, при понижении температуры) может переходить в жидкую форму. Если влажность почвы превышает величину МГ, то содержание парообразной влаги в почвенном воздухе весьма близко к ее содержанию при условии насыщенности воздуха водяным паром. Благодаря тому, что в почвенно-грунтовых толщах всегда имеются температурные градиенты, парообразная влага всегда находится в состоянии движения.
II. Прочносвязанная влага. Влага, молекулы которой ориентированы по отношению к почвенным частицам и прочно удерживаются адсорбционными силами, присущими последним, образует на их поверхности тонкую пленку, толщина которой измеряется несколькими диаметрами молекул воды. По своим свойствам прочносвязанная влага близка к твердому телу и имеет высокую плотность, при своем образовании она выделяет теплоту смачивания. Наибольшее возможное содержание влаги этой категории может определяться по величине нерастворяющего объема почвенной влаги (при условии применения растворов высокой концентрации) и по теплоте смачивания. Такая влага может передвигаться только в парообразном состоянии и поэтому в почвах и грунтах содержится всегда в неподвижном состоянии.
III. Рыхлосвязанная влага. Основным признаком этой влаги является также ориентированное расположение ее молекул по отношению к поверхности почвенных частиц, вызываемое сорбционными силами различной природы, присущими почвенным частицам. Рыхлосвязанная влага вокруг почвенных частиц образует пленку, толщина которой может достигать нескольких десятков, а может быть, и сотен диаметров молекул воды. Эта влага обладает повышенной вязкостью. Содержание рыхлосвязанной влаги может приближенно определяться по величине нерастворяющего объема при условии применения растворов низкой концентрации. Точное определение содержания рыхлосвязанной воды пока, повидимому, недостижимо, да и не имеет большого значения, так как в природе ее содержание постоянно изменяется. Передвигаться такая влага может лишь медленно, от частицы к частице, под влиянием сорбционных сил. В почвах и грунтах может иногда находиться в неподвижном состоянии, но по большей части передвигается от участков относительно более влажных к относительно более сухим.
IV. Свободная влага. Характерным признаком является отсутствие ориентировки молекул вокруг почвенных частиц, что не исключает возможности их ориентировки вокруг ионов и молекул, находящихся в растворе. Свободная влага может встречаться в почве в следующих формах:
1) Подвешенная свободная влага.
А. Стыковая влага. Встречается по преимуществу в песках и песчаных почвах и представляет собой изолированные скопления свободной влаги в точках соприкосновения (стыка) почвенных частиц. Удерживается капиллярными силами, гидравлического давления не передает. В почвах и грунтах содержится в неподвижном состоянии.
Б. Пленочно подвешенная влага. Встречается в почвах и грунтах суглинистого и глинистого механического состава и представляет собою изолированные скопления свободной влаги в почвенных порах, отделенные друг от друга перемычками из связанной влаги. Удерживается по преимуществу сорбционными силами. Гидравлического давления не передает. Может находиться в неподвижном состоянии или в состоянии движения к точке или поверхности расхода влаги (испарения или отсоса корнями), которое прекращается после того, как будет израсходована вся свободная влага и останется только связанная, что соответствует установлению влажности разрыва капиллярной связи (ВРК).
В. Капиллярно подвешенная внутриагрегатная влага. Встречается в почвах (отчасти, может быть и в грунтах) суглинистого и глинистого механического состава, обладающих макроструктурой. Представляет собой изолированные скопления влаги в коротких тонких капиллярах (системах капиллярных пор), пронизывающих структурные отдельности. Удерживается капиллярными силами. Гидравлическое давление передает только в пределах агрегата. Передвигаться может также только в пределах агрегата.
Г. Капиллярно подвешенная влага в слоистых толщах. Встречается в слоистых почвах и грунтах разного механического состава, в слоях тонкопористых при подстила-нии их слоями крупнопористыми и представляет собой сплошное скопление свободной влаги, имеющее, примерно, горизонтальное расположение. Удерживается капиллярными силами. Гидравлическое давление передает в пре делах своей толщи. Может находиться в неподвижном состоянии или в состоянии движения в любом направлении к поверхности или точке расхода влаги (испарения или отсоса корнями). Встречается при влажности свыше НВ, характерной для данного слоя.
2) Гравитационная свободная влага
А. Просачивающаяся свободная гравитационная влага. Появляется в почвенно-грунтовой толще после поступления на поверхность почвы жидкой влаги (дождевой, талой, оросительной), впитывающейся в почвенногрунтовую толщу. Находится в почвах и грунтах в состоянии нисходящего движения. Существует обычно лишь кратковременно, превращаясь в подвешенную или подпертую свободную гравитационную влагу. Встречается при влажности, превышающей НВ.
Б. Подпертая гравитационная свободная влага. а) Капиллярно подпертая свободная гравитационная влага находится в капиллярной кайме грунтовых, почвенно-грунтовых или почвенных вод и представляет собой связное водное тело. Удерживается подпором со стороны грунтовых вод, т. е., в конечном счете, подпором со стороны водоупорного слоя. Гидравлическое давление передает. Встречается при влажностях от НВ до ПВ, чаще в состоянии стекания, если есть гидравлический напор, т. е. если капиллярная кайма залегает наклонно.
б) Подпертая свободная гравитационная влага водоносного горизонта насыщает собой водоносный горизонт почвенно-грунтовой толщи, который может располагаться и в почвенном слое, и в слое грунта. Удерживается подпором со стороны водоупорного горизонта (механически). Гидравлическое давление передает. Встречается при влажности, равной ПВ (с поправкой на защемленный воздух), в состоянии стекания (при наличии гидравлического напора) или, редко, в состоянии застоя.
Сопоставляя между собой II, III и IV категории почвенной влаги, следует подчеркнуть, что резкую отчетливую границу, которая может быть не только установлена теоретически, но и определена экспериментально, можно провести только между II и III категориями, т. е. между прочносвязанной и рыхлосвязанной влагой. Что же касается III категории — влаги рыхлосвязанной, — то ее правильнее рассматривать, как переходную между II и IV категориями. Ее содержание может варьировать от нуля — в почвах и грунтах легкого механического состава, а также в почвах тяжелых, но при высокой концентрации почвенного раствора, — до величины, приближающейся к полной влагоемкости в бесструктурных (оглеенных, перемятых1) почвах и грунтах тяжелого механического состава. Кроме того, содержание рыхлосвязанной воды может значительно изменяться во времени даже в одной и той же почве или грунте, в зависимости от изменения влажности, концентрации почвенного раствора и т. д.
Переходное положение рыхлосвязанной воды обусловлено тем, что она соответствует интервалу влажности, в котором сорбционные силы оказываются соизмеримыми с силами капиллярными, в связи с чем ее поведецие определяется совместным участием сил обеих названных категорий. В поровом пространстве почвы, где диаметр пор быстро меняется на самом малом протяжении, относительное значение этих сил также варьирует в пространстве, причем в расширенных участках главная роль принадлежит капиллярным силам, а в суженных — сорбционным. Впрочем, капиллярные силы в расширенных участках могут себя проявить лишь в том случае, если это расширение не до конца заполнено водой, если в нем может образоваться мениск. В тех же случаях, когда поры опоражниваются, остаются только стыковые скопления воды, в которых рыхлосвязанная вода может быть частично или полностью связанной в зависимости от механического состава.
Возможность совместного существования и проявления капиллярных и сорбционных сил обеспечивается наличием у почвы или грунта микроструктуры, что в свою очередь обеспечивает создание пор такого размера, при котором не весь внутренний просвет заполняется рыхлосвязанной водой. При потере почвой или грунтом микроструктуры, что происходит в результате оглеения или появления обменного натрия или механического воздействия (переминания), более крупные поры исчезают и все по-ровое пространство заполняется рыхлосвязанной водой.
Выделение всех рассмотренных категорий и форм почвенной влаги основано на том, что каждой из них присущ свой, особый характер взаимоотношений с твердой частью почвы. Поэтому мы различаем у твердой почвы ряд водных свойств, каждое из которых сопряжено с существованием и особенностями той или иной категории или формы почвенной влаги.
Почвы и грунты, как можно было видеть из изложенного выше, обладают тремя основными водными свойствами:
1) способностью впитывать в себя воду и пропускать ее через толщу;
2) способностью отдавать часть воды путем свободного стенания последней;
3) способностью удерживать влагу различных категорий и форм.
Из этих трех главных водных свойств первое — водопроницаемость и второе — водоотдача связаны с существованием в почве свободной гравитационной влаги.
Что же касается способности почвы удерживать в себе влагу разных категорий и форм, то это свойство может быть подразделено на несколько частных свойств, каждое из которых связано со способностью почвы удерживать в себе влагу той или иной категории или формы. Каждое из них может быть охарактеризовано количественно. Эти количественные характеристики водных свойств почв и грунтов называются водными константами.
Они чащё всего представляют собой наибольшие величины содержания в почве или грунте влаги той или иной формы или категории. Следовательно, переход влажности через эти величины в процессе, скажем, ее повышения, означает появление в почве или грунте новой категории или формы влаги, которая, как правило, обладает большей подвижностью. Именно по качественному изменению подвижности влаги и установлены водные константы почв и грунтов.
Только одна из знакомых нам констант — максимальная гигроскопичность — установлена, как мы знаем, не по признаку изменения подвижности влаги, а по признаку максимального поглощения водяного пара из воздуха, близкого к насыщенности влагой.
Следует еще раз подчеркнуть, что водные константы нельзя считать резкими границами существования тех или иных категорий или форм влаги. Области существования последних, особенно в почвах и грунтах тяжелого (суглинистого и глинистого) механического состава, в той или иной мере перекрывают друг друга.
Из сказанного о водных константах следует также, что любая из них характеризует собой максимальное содержание не одной какой-либо категории или формы влаги, а суммарное содержание всех форм, возникающих поочередно в почве или грунте в процессе нарастания их влажности до величины, соответствующей данной константе.
|
