Властивості і форми грунтової вологи - студопедія

На що надходить в грунт вологу впливають сили різної природи, під дією яких вона може або пересуватися в різних напрямках, або затримуватися. Це сорбційні, меніскові і гравітаційні сили.

Сорбційні сили обумовлюють гідратацію, яка виражається в освіті водної оболонки навколо іонів і колоїдних частинок. Гідратація ґрунтових частинок пов'язана з сорбцией парообразной і в меншій мірі рідкої вологи. Здатність грунту сорбировать вологу з пари, що знаходяться в повітрі, називається гігроскопічністю, а поглинута таким чином волога - гигроскопической.

Найбільша кількість вологи грунт сорбує з повітря, насиченого водяними парами. Ця кількість називається максимальною гігроскопічністю (МГ) і виражається у відсотках від маси сухого ґрунту.

Волога, що не утримується сорбційними силами поверхні ґрунтових частинок, називається вільною. Поведінка в грунті вільної вологи визначається сукупною дією сили тяжіння і капілярних сил.

Капілярні явища - меніскові, або капілярні, сили обумовлені поверхневий натяг води. Чим менше діаметр капіляра, тим більше поверхневий тиск і тим вище висота капілярного підняття рідини.

Вода, яка утримується в грунті капілярними або менісковий силами, називається капілярної вологою. У свою чергу, вона поділяється на капілярно-підвішену і плівковий-підвішену вологу, утримують в грунтах при зволоженні зверху (після дощу або поливу), і капілярно-підперту і капілярну облямівку, що утворюються при підйомі води знизу від горизонту ГВ. Найбільша кількість капілярно-підвішеній вологи, що утримується грунтом після стікання надлишку вологи при глибокому заляганні ГВ і залишається у верхніх горизонтах грунтів після їх змочування, називається найменшою вологоємністю (НВ).

Найбільша кількість капілярно-підпертої води, яка може утримуватися в шарі грунту, що знаходиться в межах капілярної облямівки, виражене у відсотках від маси грунту, називається капілярної влагоемкост'ю (KB). Величина капілярної вологоємності коливається від 17 -20 до 50-60% від маси грунту і визначається її скважностью. KB на різній відстані від рівня грунтових вод непостійна. Чим ближче УГВ (1,5 - 2 м), коли капілярна кайма змочує товщу до поверхні, тим більше КВ.

Якщо в грунтовому профілі знаходяться горизонти або прошарку зі зниженою водопроникністю, в період підвищеного зволоження може утворитися вільна гравітаційна волога, яка називається верховодка.

До елементів водного режиму відносяться: вбирання, фільтрація, капілярний підйом, стік поверхневий, стік спадний і бічний, випаровування фізичне, десукція (відсмоктування вологи корінням рослин), замерзання, розмерзання, конденсація води.

Типи водного режиму грунтів. Залежно від кількісних співвідношень цих елементів визначається переважний напрямок в пересуванні вологи в грунтовому профілі в річному і сезонному циклах, а також межі коливання грунтової вологості і грунтових вологозапасів, тобто тип водного режиму (ТВР). Виникнення і існування того чи іншого водного режиму залежить від багатьох факторів: стану грунту в рельєфі, кліматичних умов, водних властивостей грунту і підгрунтя, підживлення ґрунту ґрунтовими водами або його відсутності, мерзлоти, характеру рослинності, впливу людини.

Стосовно до різних природних умов учнем В. В.Докучаєва Г. Н. Висоцьким були встановлені чотири типи водного режиму - промивний, непромивний, випітної і водозастой-ний. Подальші дослідження грунтів дозволили виділити ще кілька ТВР (рис. 16). В даний час встановлено 14 типів водного режиму грунтів. Охарактеризуємо найбільш важливі з них.

• мерзлотной - ґрунтова вода більшу частину року перебуває у твердій фазі у вигляді льоду, причому в теплий період грунту розморожують зверху вниз і над мерзлотою утворюється надмерзлотних верховодка. Грунт постійно волога і вологоємність ніколи не опускається нижче ВЗ.

• Водонасищающій (водозастойний) - характерний для місцевостей, розташованих у вологому кліматі, але не мають гарного стоку (дренажу). У цих умовах грунтова маса тривалий час сильно перезволожений. Вона просякнута водою від поверхні (або верхнього шару) до УГВ, причому волога в грунті малорухливі. Наслідок - заболочування грунту. Водозастойний тип характеризує болотні грунту атмосферного зволоження і деякі болотні грунту грунтового зволоження; вологість протягом усього року в межах ПВ.

• Промивний - характерний для умов, при яких ґрунту отримують переважно атмосферні опади, причому кількість їх значно перевищує випаровування. У грунті виникає спадний струм вологи, який досягає УГВ. Щорічне наскрізне промочування грунту до УГВ обумовлює можливість харчування грунтових вод атмосферними опадами, з одного боку, і сприяє промиванню грунтової маси (з виносом воднорастворімих речовин) - з іншого. Типовий для грунтів лісових зон - тайги, вологих субтропічних і тропічних лісів, помірних і широколистяних лісів, високогірних лугів. Ці грунти відрізняються високою, іноді надмірною вологістю; навесні грунт зволожена в межах від НВ до ПВ і на деякій глибині в ній утворюється верховодка.

• Періодично промивний - характерний для грунтів з КУ близько одиниці в зоні лісостепу для вилужених і типових чорноземів. Наскрізне промочування грунтової товщі "відбувається один раз в 10-15 років. Періодично весь профіль насичується водою до вологості вище НВ. У нижній частині профілю вологість періодично падає до вологості розриву капілярів, а у верхній - до ВЗ. '

• непромивний - даний ТВР формується в умовах, коли КУ менше одиниці (сухий степ, савана). Опади не досягають УГВ, витрачаються на випаровування і транспірацію. У грунтовому профілі формується висушений «мертвий» горизонт, що відокремлює верхню частину, яка періодично промачівают на глибину 0,5 - 2,0 м від горизонтів, зволожує грунтовими водами. Грунти непромивного водного режиму в порівнянні з грунтами промивного типу вищелочени (відмиті) від солей слабо. Вони завжди мають діагностичні горизонти скупчення воднорастворімих з'єднань (гіпсу, карбонату кальцію і ін.), Розташовані нижче середньої глибини промачивания атмосферними опадами. У верхній частині профілю грунтів в залежності від режиму опадів вологість коливається від ПВ до ВЗ, а в нижній близько ВЗ протягом всього року.

• Аридний характерний для грунтів пустель і напівпустель. Весь профіль сухий протягом всього року при вологості близькою до ВЗ або навіть нижче. Спорадично верхні горизонти можуть мати більш високу вологість.

• Випотной - так само, як непромивний і сухий, характерний для грунтів арідного і семіарідного клімату, але формуються при близькому заляганні УГВ. Грунти забезпечуються вологою з грунтових вод. У цих умовах в них утворюються висхідні потоки грунтової вологи, що досягають найбільш прогрітій поверхні, де вони випаровуються і залишають «випоти» різних воднорастворімих з'єднань (кухонна, глауберової сіль, гіпс і т.д.), що часом викликає сильне засолення грунтів. Якщо ГВ мінералізовані, то на поверхні ґрунтів відкладаються солі, формуючи лугові солончаки і солончакові грунти, що відрізняються постійно високою вологістю.

• Десуктівно-випітної - на відміну від випітного режиму капілярна кайма ГВ не виходить на поверхню і випаровується не фізично, а через відсмоктування вологи корінням рослин. Солі випотевают не на поверхні ґрунтів, а на деякій глибині в грунтовому профілі. Характерний для лугових, лучно-чорноземних, лучно-каштанових, лучно-коричневих і інших полугідроморфние грунтів. Ґрунти характеризуються високою вологістю всього профілю протягом першого періоду і високою вологістю нижній частині профілю протягом усього року. Верхня частина профілю може висушувати до ВЗ і навіть нижче.

• іригаційні властивий штучно зрошуваних грунтів. Залежить від типу і інтенсивності зрошення (дощування, напуск по борознах, затоплення на рисових полях, вегетаційні поливи), глибини і характеру сезонних коливань ГВ, наявності та характеру штучного дренажу.

Водний баланс грунтів. Водозабезпеченість - один з найважливіших критеріїв родючості грунтів. Вона обумовлена ​​характером водного балансу грунтів, його головними складовими компонентами, визначальними позитивні і негативні статті балансу:

1. Надходження в грунт атмосферних опадів. У грунт надходить менше вологи, ніж випадає її у вигляді опадів. Деяка частина рідких і твердих опадів, часто досить значна, затримується рослинністю, особливо кронами деревних рослин. Велике значення має вітрове перерозподіл твердих опадів. Ґрунти під лісом і лісосмугами в зонах лісостепу і степу навесні отримують більше вологи, ніж грунту полів. Різниця в величині весняного зволоження ґрунтів під деревною рослинністю і полем в цих умовах може досягати 50% і більше.

2. Конденсація парів води, що містяться в грунтовому повітрі. Кількісні значення цього явища невеликі, так як конденсація відбувається лише в самому поверхневому шарі грунту товщиною 10-15 см. Виняток становлять грубозернисті грунту і породи - грубозернисті піски, гравій, щебнисті освіти. Пароподібна волога з атмосфери проникає в ці грунту на значну глибину і, конденсуючись там, помітно поповнює запаси ґрунтової вологи і грунтових вод.

3. Надходження в грунт вологи з ГВ. Зазвичай ГВ розташовуються на великій глибині, яка виключає можливість їх зв'язку з грунтами. І тільки там, де ці води наближаються до поверхні (найчастіше в зниженнях рельєфу і шлейфах схилів), вони вступають в капілярну зв'язок з грунтами. У періоди, коли опади не випадають і домінує випаровування води з грунту, волога ГВ, капілярно піднімаючись у верхні шари грунту, поповнює її запаси.

4.Расходованіе за рахунок поверхневого стоку. Величина поверхневого стоку залежить від кута нахилу поверхні, кількості опадів, інтенсивності надходження їх на поверхню грунту, від водопроникності грунту, її вологості, а навесні і від ступеня промерзання. З ділянок, вкритих лісом, стік завжди значно менше, ніж стік в безлісих ділянках (орних, лугових і т.п.).

5. Витрачання за рахунок бічного стоку. Внутріпочвенний бічний стік широко поширений в грунтах, профіль яких має горизонти різного гранулометричного складу (наприклад, підзолисті ґрунти). У цих грунтах верхні горизонти (підстилка, гумусовий і підзолистий) мають значно більшу водопроникність, ніж нижележащий іллювіальний горизонт. Завдяки цьому в періоди інтенсивного надходження вологи в грунт над іллювіальним горизонтом накопичується значна кількість вологи. Виникає водоносний горизонт - грунтова верховодка. При наявності ухилу грунтова верховодка починає стікати, утворюючи внутріпочвенний бічний стік.

6. Витрачання за рахунок випаровування і десукціі. Волога, що не витрачена на стік, повертається з грунту в атмосферу. Велика частина вологи з ґрунту витягується корінням рослин і надходить в атмосферу в процесі транспірації і десукціі. Частина вологи витрачається з ґрунту шляхом фізичного випаровування, минаючи рослинні організми. Загальна кількість вологи, що повертається в атмосферу, характеризує величину сумарного випаровування, або величину евапотранспіраціі.

Різниця між надійшла в грунт вологою і її витратою і становить суть водного балансу, який може бути як позитивним (грунти забезпечені в тій чи іншій мірі вологою), так і негативним (дефіцит вологи в грунті).