Какие формы воды содержатся в почве и какова их роль в жизни растений
Вода в почве — один из основных ее компонентов. Она находится в сложном взаимодействии с твердой фазой.
Почвенная вода имеет большое значение, является одним из факторов плодородия и урожайности растений. От содержания и качества воды в почве зависят произрастание растений и деятельность микроорганизмов, процессы почвообразования и выветривания, производственная деятельность человека.
Основной источник влаги — атмосферные осадки, которые проникают в почву и заполняют ее поры. В почве влага активно взаимодействует с твердой фазой (частью) почвы. Передвижение влаги, ее доступность растениям зависят от состава и свойств почвы.
В естественных условиях почва обладает различной степенью влажности. Понятие «влажность» характеризует содержание воды в почве, выраженное в процентах от массы сухой почвы (весовая влажность) или от объема почвы (объемная влажность).
В зависимости от подвижности и доступности растениям различают несколько форм воды в почве: 1) гравитационную; 2) капиллярную; 3) сорбированную; 4) парообразную; 5) грунтовую; 6) твердую; 7) химически связанную и кристаллизационную.
Непосредственно для питания растений имеет значение только гравитационная и капиллярная вода, а остальные формы почвенной влаги, кроме небольшой части пленочной, растениям недоступны.
Гравитационная вода заполняет капиллярные поры между структурными — отдельностями, по которым она передвигается под влиянием силы тяжести (отсюда и ее название).
Капиллярная вода заполняет капиллярные поры, главным образом, внутри структурных отдельностей. Она может передвигаться в почве во всех направлениях.
Сорбированная вода удерживается на поверхности почвенных частиц сорбционными силами, то есть молекулы воды притягиваются к твердым частицам почвы и прочно удерживаются ими. Эту форму воды подразделяют на два вида: пленочную и гигроскопическую.
Пленочная вода окружает твердые частицы почвы в виде пленки, притягиваясь к ним под действием поверхностной энергии. Она передвигается только под влиянием молекулярных сил в разных направлениях, но всегда от более толстых пленок к тонким.
Пленочная вода определяет смачивание почвы, но растениям почти недоступна, так как притягивается к поверхности частиц твердой фазы почвы с силой в несколько тысяч атмосфер (от 6 до 10 тыс.).
Гигроскопическая влага представляет собой молекулы водяного пара, удерживаемые поверхностным притяжением почвенных частиц подобно тому, как удерживается пленочная вода. Поэтому гигроскопическая влага не принимает участия в газовом давлении окружающей среды и не способна передвигаться. Для растений она недоступна, полностью удаляется при высушивании почвы в течение нескольких часов при температуре 100—105 °С.
Свободная парообразная влага входит в состав почвенного воздуха в виде отдельных молекул водяного пара и поэтому принимает участие в газовом давлении и передвигается из мест с большей упругостью пара в места с меньшей упругостью. Она недоступна для растений, но при переходе в капельно жидкую может усваиваться ими.
Грунтовая вода — это влага водоносного слоя почвы, лежащего ниже почвенной толщи, удерживаемая слоем водоупора. Использование грунтовой воды растениями возможно, но при близком залегании и поднятии до корнеобитаемого слоя.
Твердая вода (лед) — переход влаги из жидкого состояния в твердое происходит у свободных форм влаги при температуре ниже 0 °С.
Химически связанная и кристаллизационная вода входит в состав молекул минералов в виде ионов. Кристаллизационная вода находится в составе кристаллических веществ в виде молекул. Растениям эти формы воды недоступны.
- Физико-механические свойства почвы
- Физические свойства почвы
- Реакция почвы
- Поглотительная способность почвы
Почвенная вода является одной из жизненных основ растений, почвенной микрофлоры и фауны, оказывает огромное влияние на процессы почвообразования. Растения для создания 1 т органического вещества расходуют от 200 до 1500 т воды, с которой в них поступают питательные вещества. Количество воды, необходимое растениям для создания единицы органического вещества за вегетационный период, называется транспирационным коэффициентом.
Содержание воды в почве определяют процессы выветривания и почвообразования, а также формирование почвенного профиля. Интенсивность протекания биологических, химических и физико-химических процессов в почве, передвижение веществ, почвенные режимы зависят от количества и качества воды в почве.
Формы воды в почве.
По характеру связи с твердой фазой почвы и степени подвижности воды различают следующие ее формы в почве: химически связанная, физически связанная, твердая, парообразная, свободная, гравитационная и грунтовая.
Химически связанная вода подразделяется на конституционную и кристаллизационную. Конституционная вода входит в состав минералов в виде гидроксильных групп, а кристаллизационная вода входит в структуру минералов в виде целых молекул, например гипса (CaS04 • 2Н20). Химически связанная вода не участвует в физических процессах, растениям совершенно недоступна, не передвигается, не обладает свойствами растворителя.
Физически связанная или сорбированная вода удерживается на поверхности почвенных частиц силами сорбции и подразделяется на гигроскопическую и пленочную.
Гигроскопическая вода образует на поверхности почвенных частиц слой толщиной в 2…3 молекулы. Эта вода недоступна для растений, так как всасывающая сила корней меньше силы, удерживающей воду на поверхности почвенных частиц.
Пленочная вода располагается сверху слоя гигроскопической влаги, толщина ее пленки составляет несколько десятков молекул воды. Она удерживается молекулярными силами, менее прочно связана с твердой фазой почвы и может частично передвигаться, но растениям малодоступна.
Твердая вода образуется в почве в форме льда при ее промерзании в осенне-зимний период (сезонное промерзание) или сохраняется на определенной глубине в промерзшей толще почвогрунта, не оттаивая даже летом (вечная и многолетняя мерзлота). Твердая вода в почве, способная таять и испаряться, представляет собой потенциальный источник жидкой и парообразной воды.
Парообразная вода содержится в виде водяного пара в почвенном воздухе, нередко насыщая его до 100. При понижении температуры парообразная вода, конденсируясь, может переходить в жидкую.
Свободная (капиллярная) вода передвигается в почве под действием капиллярных и гравитационных сил, поэтому капиллярная вода заполняет тонкие поры почвы и передвигается по различным направлениям.
Различают капиллярно-подпертую и капиллярно- подвешенную воду. Капиллярно-подпертая поднимается от грунтовых вод на высоту, зависящую от водоподъемной способности почв. Капиллярно-подвешенная вода находится в верхней части почвенного профиля и не связана с грунтовым увлажнением. Капиллярная вода легкодоступна для растений и является основным источником их водного питания.
Гравитационная вода свободно передвигается сверху вниз по крупным некапиллярным промежуткам под влиянием силы тяжести (гравитации). В период нахождения в корнеобитаемом слое гравитационная вода потребляется растениями. Просачиваясь в нижние горизонты, она пополняет грунтовые воды.
Грунтовые воды залегают над водоупорным горизонтом и могут быть источником водного питания растений. Однако при близком залегании они вызывают в северных районах заболачивание, а в южных — засоление почвы.
Водные свойства почвы. Основные водные свойства почвы: водопроницаемость, водоподъемная и испаряющая способность почвы, влагосмкость.
Водопроницаемость — способность почвы пропускать через себя определенное количество воды. С водопроницаемостью связано использование водных ресурсов. При низкой водопроницаемости часть атмосферных осадков или поливной воды может непроизвольно стекать по поверхности, вызывая при этом водную эрозию почвы. Чрезмерно высокая водопроницаемость песчаных почв также приводит к потере продуктивной влаги, которая быстро уходит из корнеобитаемого слоя в глубокие горизонты.
Почвы, обладающие высокой водопроницаемостью, не способны создать хороший запас влаги в корнеобитаемом слое, а характеризующиеся низкой водопроницаемостью переувлажняются, обусловливают стекание воды по поверхности почвы и развитие эрозии или застаивание воды на поверхности и вымокание посевов.
Водоподъемная способность — это свойство почвы обеспечивать восходящее передвижение воды под действием капиллярных сил. Высота и скорость подъема зависят от гранулометрического состава, структуры и пористости почвы (табл. 8). Подъем воды по капиллярам наиболее интенсивен при диаметре пор 0,1…0,003 мм. Высота подъема воды по капиллярам по данным В.А. Ковды колеблется от 0,5…0,8 м (в песчаных почвах) до 3…6 м (в суглинистых и глинистых).
В песчаных почвах вода поднимается невысоко, но достаточно быстро, в глинистых — медленно. При разрывах в капиллярах, что характерно для структурных почв, передвижение капиллярной влаги затруднено. Боронование влажной почвы направлено на сохранение влаги за счет разрыва капилляров в поверхностном слое и снижения (или прекращения) испарения содержащейся в почвенном профиле воды.
8. Водоподъемная способность почв (В.А. Ковда)
Гранулометрический состав | Высота подъема воды, м |
Песок крупный | |
Песок средний | 0,5-0,8 |
Супесь | 1,0- 1,5 |
Супесь пылеватая | 1,5-2,0 |
Суглинок средний | 2,5-3,0 |
Суглинок тяжелый | 3,0-3,5 |
Глина тяжелая | 4,0-6,0 |
Лёссы | 4,0 — 5,0 |
Испаряющая способность почвы зависит от гранулометрического состава, физических свойств, крутизны и экспозиции склона, характера растительного покрова, влажности воздуха и др. Глинистые и суглинистые бесструктурные почвы, в которых преобладают капиллярные поры, теряют много воды на испарение. Структурные почвы теряют значительно меньше влаги, что связано с разобщенностью капилляров крупными межагрегатными порами, ослабляющими водоподъемную способность. Испарение влаги возрастает с увеличением скорости ветра, сухости воздуха и его температуры. Южные склоны теряют больше воды, чем северные.
Влагоемкость почвы — способность поглощать и удерживать определенное количество воды. В зависимости от сил, удерживающих воду в почве, и условий ее удержания выделяют следующие виды влагоемкости (рис.6).
Максимальная адсорбционная влагоемкость (МАВ) — наибольшее количество воды, удерживаемое сорбционными силами на поверхности почвенных частиц. Она составляет около 60…70% от МГ.
Максимальная гигроскопическая влагоемкость (МГ) — влажность почвы, соответствующая количеству воды, которое почва может сорбировать (поглощать) из воздуха, полностью насыщенного водяными парами. Ее используют для вычисления влажности завядания: ВЗ = 1,5 МГ. Влажность за- вядания растений (ВЗ) — почвенная влажность, при которой растения проявляют признаки завядания, не исчезающие при помещении растений в атмосферу, насыщенную водяными парами, т.е. влажность завядания является нижним пределом, доступности влаги для растений. Вся почвенная влага, меньше влажности завядания, растениям недоступна.
Наименьшая влагоемкость (НВ) или предельная полевая влагоемкость (ППВ) — наибольшее количество капиллярно-подвешенной влаги, которое может удержать почва.
Наименьшая влагоемкость — важнейшая характеристика водных свойств почвы. Она дает представление о наибольшем количестве воды, которое почва способна накопить и длительное время удерживать. При влажности почвы, соответствующей НВ, вся система капиллярных пор заполнена водой, крупные поры воздухом. Поэтому создаются оптимальные условия для влагообеспеченности растений. По мере испарения и потребления воды растениями уменьшается заполнение водой капилляров и ее подвижность, а также доступность воды растениям.
Рис.6. Формы почвенной влаги
В диапазоне ВЗ -*• НВ содержится капиллярная (свободная вода). Потребляя эту влагу, растения не только поддерживают свою жизнедеятельность, но и синтезируют органическое вещество. Такую влагу называют продуктивной.
Влажность, соответствующая разрыву сплошности заполнения водой капилляров, называется влажностью разрыва капилляров (ВРК). Эта важная гидрологическая константа почвы, характеризующая нижний предел оптимальной влажности.
Величина, равная разности между наименьшей влагоем- костью и фактической влажностью почвы, называется дефицитом влаги. Оптимальной считается влажность почвы, составляющая 70… 100% наименьшей влагоемкости.
Капиллярная влагоемкостъ (КВ) — наибольшее количество капиллярно-подпертой воды, которое может содержаться в почве над уровнем грунтовых вод. Помимо свойств самой почвы, она зависит от уровня грунтовых вод.
Полная влагоемкостъ (водовместимость) — наибольшее количество воды, которое может вместить почва при полном заполнении всех пор водой. Полная влагоемкость (ПВ) почвы численно равна ее пористости.
Водный режим почвы — совокупность протекающих в почве процессов поступления, передвижения, сохранения и потерь воды. Основная приходная статья водного баланса — осадки, дополнительные — грунтовые воды и поверхностный приток. Расходные статьи водного баланса: физическое испарение воды почвой, транспирация (испарение влаги листьями растений), поверхностный сток и инфильтрация в почвенногрунтовую толщу.
Регулирование водного режима почв достигается различными мелиоративными и агротехническими приемами с учетом конкретных почвенно-климатических условий. Для устранения избыточного увлажнения болотных почв устраивают открытый или закрытый дренаж. Водный режим почв с временным избыточным увлажнением можно улучшить с помощью таких агротехнических приемов, как гребневание, бо- роздование, а также путем создания глубокого пахотного слоя. Гребни увеличивают испарение, а по бороздам происходит сток воды.
В засушливых районах необходимы мероприятия по накоплению влаги и рациональному ее использованию. Для этого применяют снегозадержание с помощью стерни, кулисных растений, валов из снега. Для уменьшения поверхностного стока проводят вспашку поперек склонов, прерывистое бороздование, щелевание, полосное размещение культур, применяют и другие приемы.
В полупустыне и пустыне основной способ улучшения водного режима — орошение.
КАТЕГОРИИ:
Архитектура-(3434)Астрономия-(809)Биология-(7483)Биотехнологии-(1457)Военное дело-(14632)Высокие технологии-(1363)География-(913)Геология-(1438)Государство-(451)Демография-(1065)Дом-(47672)Журналистика и СМИ-(912)Изобретательство-(14524)Иностранные языки-(4268)Информатика-(17799)Искусство-(1338)История-(13644)Компьютеры-(11121)Косметика-(55)Кулинария-(373)Культура-(8427)Лингвистика-(374)Литература-(1642)Маркетинг-(23702)Математика-(16968)Машиностроение-(1700)Медицина-(12668)Менеджмент-(24684)Механика-(15423)Науковедение-(506)Образование-(11852)Охрана труда-(3308)Педагогика-(5571)Полиграфия-(1312)Политика-(7869)Право-(5454)Приборостроение-(1369)Программирование-(2801)Производство-(97182)Промышленность-(8706)Психология-(18388)Религия-(3217)Связь-(10668)Сельское хозяйство-(299)Социология-(6455)Спорт-(42831)Строительство-(4793)Торговля-(5050)Транспорт-(2929)Туризм-(1568)Физика-(3942)Философия-(17015)Финансы-(26596)Химия-(22929)Экология-(12095)Экономика-(9961)Электроника-(8441)Электротехника-(4623)Энергетика-(12629)Юриспруденция-(1492)Ядерная техника-(1748)
Растения как основные автотрофы в природе, продуценты биомассы Земли, находятся в особенных условиях по отношению к окружающей неживой природе. Вода поступает в растение из почвенного раствора через корневую систему и испаряется из растения через листья. Собственно весь водный обмен в растении состоит из трех основных этапов:
поглощения воды из почвы,
передачи воды из корня ко всем органам растения,
испарение воды из листьев.
Рассматривая комплекс вопросов по механизмам водного обмена, необходимо прежде всего разобраться в вопросе о формах воды в почве и образовании собственно почвенного раствора.
В почве имеются водоудерживающие силы, которые определяют притяжение воды к почвенным частицам, поэтому далеко не вся вода, находящаяся в почве доступна растениям.
Почвенный раствор обладает собственной сосущей силой, поэтому механизм поступления воды в растение прежде всего обуславливается разницей между осмотическим давлением корневого волоска и почвенного раствора. Концентрация почвенного раствора зависит от количества солей в почве, механического состава почвы, соотношения минеральных и коллоидных частиц в почве. Вода, находящаяся в почве, в зависимости от своего состояния может находиться в одной из следующих форм:
Гравитационная — это вода, заполняющая большие почвенные капилляры, попадающая в почву при дожде или поливе, быстро двигающаяся вниз в глубокие слои почвы под действием силы тяжести собственного веса. Для растений существенного значения не имеет, так как хотя и поглощается ими, но быстро уходит из зоны почвы, где располагается корневая система.
Капиллярная— это вода, заполняющая узкие капилляры и удерживающаяся силами поверхностного натяжения менисков. Она находится в почве длительное время, незначительно притягивается к почвенным частицам, является наиболее доступной для растений формой.
Пленочная — это вода, покрывающая непосредственно почвенные частицы, удерживающаяся на их поверхности силами молекулярного притяжения или адсорбционными силами почвенных частиц. Эта вода труднодоступна для растений, поглощается в основном растениями, приспособленными к засушливым условиям, имеющими очень высокую концентрацию клеточного сока.
Гигроскопическая — это вода, находящаяся в воздушно-сухой почве, удерживаемая внутри почвенных частиц силой свыше 100000 килопаскаль. Ее количество колеблется от 5% в песчаной почве до 14% в глинистой почве. Для растений эта вода недоступна.
Имбибиционная— это вода, находящаяся внутри коллоидных частиц почвы, вызывающая их набухание, при этом в набухшей коллоидной частице создаются значительные водоудерживающие силы. Эта форма воды характерна для торфяников. Для растений она также практически недоступна.
Очень важным моментом является соотношение скорости поглощения воды из почвы и скорости испарения воды растением. При испарении воды из листьев корневая система поглощает воду в доступной зоне, в результате чего в близлежащей почве образуется зона иссушения. Корневая система, разрастаясь вширь и вглубь, поглощает воду из более дальних участков почвы, но этот процесс не бесконечен и не всегда достаточно быстро происходит. Поэтому если испарение происходит со значительной скоростью, то корневая система слишком быстро поглощает воду и оказывается полностью в зоне иссушения. В этом случае наличие в почве запасов воды не обеспечивает поглощение воды растением. Статически доступная вода оказывается динамически недоступной.
Вода в почве будет находиться в равновесном статическом и динамическом состоянии при следующих условиях:
Будет наблюдаться очень значительное насыщение почвы корнями, так что благодаря малым расстояниям между ближайшими корнями станет невозможным местное иссушение почвы. Вот почему так важно обеспечить полив растениям на первых фазах развития, когда корневая система недостаточно развита.
Будет наблюдаться медленный ток воды через растение, когда скорость поглощения воды корнями из почвы окажется равной скорости восстановления исходного содержания воды в местах иссушения. Вот почему значительную роль играет влажность воздуха, поэтому освежительные поливы в виде дождевания часто рекомендуются в качестве элемента технологии при возделывании культур в южном засушливом климате.
Для различных видов растений (засухоустойчивых или влаголюбивых) оптимальное значение влажности почвы может варьировать в достаточно широких пределах. Кроме того, для одного и того же вида растения в разные фазы его развития этот показатель также может различаться. Более того, семена растений обладают настолько большой сосущей силой, что способны при прорастании даже использовать недоступную гигроскопическую форму воды.
Наиболее важным показателем, характеризующим почву, является влагоемкость почвы. Влагоемкость почвы — это величина, количественно характеризующая водоудерживающую способность почвы.
Водоудерживающая способность почвы — это свойство почвы удерживать в себе то или иное количество влаги от стекания действием капиллярных и сорбционных сил.
Различают следующие разновидности влагоемкости:
общую,
полную,
капиллярную или относительную,
полевую или предельную или наименьшую,
максимальную молекулярную.
Для определения необходимости полива чаще всего используют понятие предельной полевой влагоемкости (ППВ). Поливы назначают при показателе влажности почвы равном 70-75% от предельной полевой влагоемкости.
Поэтому мы дадим определение именно этой разновидности влагоемкости, о подробнее о других разновидностях влагоемкости информацию можно получить из курса почвоведения.
Полевая или наименьшая или предельная влагоемкость — это наибольшее возможное содержание подвешенной влаги в данном слое почвы в ее естественном сложении при отсутствии слоистости и подпирающего действия грунтовых вод, после стекания всей гравитационной влаги.
Вторым существенным показателемдля характеристики влажности почвы является коэффициент завядания. Коэффициент завядания для данной почвы — это такая величина влажности почвы при которой в специально поставленных опытах наступает длительное завядание растения. Этот показатель зависит только от типа почвы. Чем легче почва (песчаные, супесчаные), тем полнее используется растениями имеющаяся в ней вода, собственная влагоемкость почвы при этом меньше, т.е. меньше воды находится в виде мертвого запаса, недоступного растениям. Наоборот, влагоемкость тяжелых глинистых почв выше, значит и мертвый запас воды в ней больше.
Дата добавления: 2014-01-07; Просмотров: 3540; Нарушение авторских прав?
Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет
Рекомендуемые страницы:
Читайте также: