Почва многофазная полидисперсная гетерогенная система А И

Почва – многофазная полидисперсная гетерогенная система А. И. Попов

Схема функционирования системы почварастение

ПОЧВЕННЫЙ ВОЗДУХ Почвенный воздух газообразная фаза почвы, занимающая пористое пространство, свободное от почвенного раствора В сухих почвах содержание почвенного воздуха максимально и в зависимости от величины пористого пространства может составлять 25 -90 % от объёма почвы

С увеличением влажности почвы происходит вытеснение почвенного воздуха и содержание последнего уменьшается Процесс обмена почвенного воздуха на атмосферный – газообмен или аэрация почвы

Различают: n воздух почвенный свободный, находящийся в порах и сообщающийся с атмосферным воздухом; n защемленный, находящийся в порах почвы; n изолированный влагой; n растворенный в почвенной влаге; n адсорбированный почвенными частицами

Сравнительный состав атмосферы и газообразной фазы почв Среда Основные газообразные компоненты N 2 O 2 CO 2 Ar Атмосфера 78 21 0, 03 ~1 Почвенный «воздух» 68 -73 5 -20 0, 1 -20, 0 ~1

Почва является областью связывания кислорода и одновременного образования углекислоты В непосредственной близости от поверхности почвы содержание углекислоты может достигать 0, 04 %. Летом за день из почвы c 1 м 2 выделяется 3 -10 л, или 6 -20 г CO 2

В дренированных почвах, сформированных под лесом, содержание кислорода в почвах очень мало отличается от среднего содержания в атмосферном воздухе, а содержание CO 2 немногим превышает 1 %

Избыточное увлажнение и заболачивание, наоборот, могут вызвать значительное снижение содержания кислорода, вплоть до почти полного его исчезновения, а содержание CO 2 может составлять 6 %

Воздух защемленный – воздух, оставшийся в почве при затоплении ее водой и не имеющий непосредственной связи с атмосферой Воздухоёмкость почвы – объём порового пространства, содержащего воздух при влажности почвы, соответствующей полевой влагоемкости Воздухопроницаемость – способность почвы пропускать через себя воздух

Воздухосодержание – содержание воздуха в почве (% объёма почвы при данной влажности почвы) Воздушные свойства почвы – свойства почвы, определяющие поведение почвенного воздуха; воздухопроницаемость почвы, воздухоёмкость почвы, способность поглощать газы и обмениваться газами с внешней атмосферой

Дыхание почвы – ритмичный воздухообмен между почвой и атмосферой в результате расширения и сжатия почвенного воздуха при колебаниях температуры почвы или изменениях атмосферного давления

ПОЧВЕННЫЙ РАСТВОР 1) жидкая фаза почвы; водный раствор, состоящий из жидкой воды и растворенных в ней разнообразных соединений или веществ

ПОЧВЕННЫЙ РАСТВОР 2) (с позиций физической химии) особо динамичная открытая природная водная система, состав которой отражает множество реакций, которые могут происходить одновременно между водным раствором и смесью минеральных и органических твердых частиц, смесью, которая сама по себе меняется как с течением времени в пространстве. Окончательный результат этих реакций воспринимается как густая паутина химических взаимодействий, осуществляющихся при посредстве различных потоков вещества и энергии из атмосферы и биосферы

Активность водных растворов – эффективная (кажущаяся) концентрация ионов в водных растворах с учетом электростатического взаимодействия между ними, равная произведению общей концентрации на коэффициент активности Различие в свойствах концентрированных и разбавленных растворов электролитов связано главным образом со значительным электростатическим взаимодействием ионов в концентрированных растворах В связи с этим используется понятие активность вместо понятия концентрация

Активность i-й ионной частицы а связана с ее концентрацией сi уравнением: a = fi с i , где fi — коэффициент активности Связь концентраций ионов и зарядов ионов со значением коэффициента активности ионной частицы fi выражается уравнением: – lg fi = k·I 1/2, где k — константа, I — ионная сила раствора. При этом многозарядные ионы оказывают более сильное влияние на значение fi, чем однозарядные. Степень этого влияния выражается ионной силой раствора

Ионная сила раствора (ионность) – мера интенсивности электрического поля, создаваемого ионами в растворе, зависящая от зарядов ионов и их концентрации Величина ионной силы, равная полусумме произведений концентрации ионов на квадрат их заряда, она определяется по формуле: I = ½ С i ·Z i 2 , где Сi – молекулярные концентрации в растворе ионов каждого вида, a Zi – заряд каждого вида ионов

ВОДНЫЕ СВОЙСТВА ПОЧВ – совокупность свойств почвы, определяющих поведение почвенной влаги: водопропускная, водоподъемная, водоудерживающая способность почвы, а также доступность (обеспеченность) почвенной влаги растениям

Влагопроводность почв – проводимость почв по отношению к воде под влиянием градиентов потенциала почвенной влаги. Количественно характеризуется коэффициентом влагопроводности

Влажность почвы – количество воды в почве (% массы сухой почвы – массовая влажность, % или объёма почвы – объёмная влажность, или % содержания влаги соответствующего вида влагоёмкости, например полной или наименьшей полевой и т. п. – относительная влажность)

Водоудерживающая способность почвы – свойство почвы удерживать то или иное количество влаги при определенных значениях потенциала (давления) влаги (% массы или объёма)

Водопроницаемость почв – мощность слоя воды (мм), поступающей в почвы через её поверхность в единицу времени (% массы или объема) Инфильтрация – поступление поверхностной влаги в почву и передвижение в ней

Испарение с поверхности почв – поступление водяного пара в атмосферу за счёт запасов влаги в почвах, влияющий на тепловое состояние деятельного слоя вследствие затраты тепла на испарение

Просачивание – проникновение в почву воды и движение ее вниз под действием силы тяжести Достигнув водоносного горизонта, просачивающаяся вода может начать двигаться горизонтально

ПОЧВЕННО-ГИДРОЛОГИЧЕСКИЕ (ВОДНО-ФИЗИЧЕСКИЕ) КОНСТАНТЫ – условные интервалы влажности почв при её насыщении до полной влагоёмкости. значения влажности почвы, соответствующие резкому изменению свойств влаги (подвижности, доступности растениям и др. )

Влажность почвы при её насыщении до полной влагоёмкости можно условно разделить на несколько интервалов, при которых могут наблюдаться различные категории почвенной влаги (прочносвязанная, рыхлосвязанная, свободная), отличающиеся своим поведением, свойствами и доступностью растениям

Основными из почвенногидрологических константах являются: n максимальная гигроскопичность (МГ), n влажность завядания (ВЗ), n влажность разрыва капилляров (ВРК), n наименьшая влагоёмкость (НВ), n полная влагоёмкость (ПВ)

ПОЧВЕННАЯ ВЛАГА — вода, находящаяся в почве и выделяющаяся высушиванием почвы при температуре 105 С до постоянной массы

В зависимости от степени доступности растениям влага, находящаяся в почве, может быть подразделена на пять категорий (по А. А. Роде): n недоступную для растений; n весьма труднодоступную; n среднедоступную; n легкодоступную, переходящую в избыточную

Влага, недоступная для растений. Это мертвый запас влаги, который представлен прочносвязанной водой. Он обычно равен максимальной адсорбционной влагоёмкости или немного превышает её Недоступность этой категории влаги объясняется тем, что всасывающая сила корней растений гораздо меньше сил, которыми прочносвязанная влага удерживается на поверхности почвенных частиц

Влага, весьма труднодоступная для растений. В её состав входит в основном рыхлосвязанная (пленочная) влага, количество которой в почве характеризуется диапазоном влажности, находящейся в пределах от максимальной адсорбционной влагоёмкости до влажности завядания. Весьма трудная её доступность растениям обусловлена низкой подвижностью

Труднодоступная влага. Интервал влажности, обусловленный этой водой, находится между влажностью завядания и влажностью разрыва капилляров. При такой влажности почвы резко снижается продуктивность растений, но они не погибают

Среднедоступная влага. Находится в пределах от влажности разрыва капилляров до влажности почвы, соответствующей ее наименьшей влагоемкости. Эта категория влаги весьма подвижна и довольно легко потребляется растениями. Чем ближе влажность почвы к наименьшей влагоёмкости, тем продуктивность растений становится всё более высокой

Принято считать, что границы влажности почвы, обусловленной физиологически активной водой, находятся между наименьшей влагоёмкостью и влажностью завядания растений

Влага легкодоступная, переходящая в избыточную. Обуславливает влажность почвы, находящуюся в пределах от её наименьшей до полной влагоёмкости. Избыточная вода может заполнять поры аэрации, затрудняя тем самым дыхание растений и почвенных организмов и способствуя развитию процессов заболачивания

Влагозапасы в почвах – количество влаги в деятельном слое почв (мм водного столба).

Гигроскопическая влага – влага, поглощенная твёрдой фазой почвы из воздуха, который содержит водяной пар. Гигроскопическая влажность почв – количество воды, которое сохраняется в так называемой воздушно-сухой почве, т. е. в почве, длительное время выдерживаемой в условиях комнатной температуры и влажности воздуха

Гравитационная влага – свободная почвенная влага, которая под действием силы тяжести передвигается или способна передвижению по крупным промежуткам между агрегатами почвы.

Диапазон активной влаги – разность между наименьшей влагоёмкостью почвы (НВ) и влажностью завядания растений (ВЗ) в определенном слое почвы (% массы или объёма почвы, мм водного слоя или м 3/га)

Капиллярная влага – свободная почвенная влага, удерживаемая в почве или передвигающаяся в ней под влиянием капиллярных (менисковых) сил

ВОДНЫЙ РЕЖИМ ПОЧВ – совокупность явлений, определяющих поступление, передвижение, расходование и изменение физического состояния почвенной влаги

Элементы водного режима почвы: n n n n n впитывание, фильтрация, капиллярный подъем, сток нисходящий поверхностный и боковой, испарение, десукция (количество воды, отсасываемое растениями из почвы за некоторый промежуток времени), замерзание, оттаивание, конденсация воды

Различают следующие типы водного режима почв: амфибиальный, аридный, водозастойный (болотный), выпотной, десуктивновыпотной, ирригационный, мерзлотный, непромывной, осушительный, паводковый, периодически водозастойный, периодически промывной, промывной сезонно-сухой (саванновый)

Промывной тип. Распространён на территориях, где сумма годовых остатков значительно превышает количество воды, испаряющейся из почвы (КУ > 1). Именно в почвах этих территорий нисходящие потоки воды преобладают над восходящими 1 – осадки, 2 – влага, задерживаемая кронами (30%), 3 – поверхностный сток (5%); 4 – физическое испарение (10%); 5 – внутрипочвенный сток (10%); 6 – десукция растительным покровом (30%); 7 – грунтовый сток (15%)

Непромывной тип. Характерен для районов, в которых осадки распределяются только в верхних горизонтах почв и не достигают грунтовых вод. Связь между влагой, поступившей в почву из атмосферы, и грунтовыми водами осуществляется в почве через слой, влажность которого близка к влажности устойчивого завядания растений (КУ < 1) 1 – осадки, 2 – влага, задерживаемая кронами (15 %), 4 – физическое испарение (25 %); 6 – десукция растительным покровом (60 %)

Выпотной тип. Характеризуется коэффициентом увлажнения, значительно меньшим единицы. Он проявляется в засушливых районах при близком стоянии грунтовых вод. При выпотном типе водного режима вода грунтовых вод поступает по капиллярам к поверхности почвы и испаряется. Возникает восходящий ток 1 – осадки, 8 – испарение и десукция растительным покровом

Амфибиальный тип водного режима почв – водный режим, который формируется в постоянно затопленных участках дельт рек, морских и озёрных мелководий или в периодически затопляемых приливными водами мангровых зарослях. Почвы в таких условиях находятся в постоянном переувлажнении

Аридный тип водного режима почв – водный режим, встречаемый в полупустынях и пустынях. В течение года влажность всего почвенного профиля близка влажности завядания

Водозастойный (болотный) тип водного режима почв – водный режим, характерный для болотных почв атмосферного увлажнения (при отношении количества осадков к испаряемости > 1) или некоторых болотных почв грунтового увлажнения. Влажность почвы в течение всего года соответствует значениям полной влагоёмкости и лишь в отдельные годы в засушливые периоды снижается до наименьшей влагоёмкости

Десуктивно-выпотной тип водного режима почв такой водный режим, при котором, в отличие от выпотного типа водного режима, капиллярная кайма грунтовых вод не достигает поверхности, а перехватывается всасывающими влагу корнями растений и испаряется траспирационно. Близок выпотному типу водного режима почв, но грунтовые воды и их капиллярная кайма залегают глубже. Расход воды происходит за счет потребления корнями растений влаги из капиллярной каймы

Ирригационный тип водного режима почв – водный режим, который создается искусственно, при поливе почв. Отличается частой сменой нисходящих и восходящих токов воды. Оптимизация водного режима почв достигается в результате искусственного изменения водного режима почв. При этом учитывается как физиологические особенности сельскохозяйственных растений, так и особенности почвенно-климатических условий зоны

Мерзлотный тип водного режима почв – водный режим почв, характерный для районов, в которых распространена многолетняя мерзлота (вечная мерзлота). При постепенном оттаивании почв сверху вниз, над отступающей границей мерзлого слоя образуется водоносный горизонт – мерзлотная почвенная верховодка

Осушительный тип водного режима почв – водный режим, характерный для искусственно осушенных почв, имевших избыточное или периодически избыточное переувлажнение, т. е. болотных и заболоченных Паводковый тип водного режима почв – водный режим, свойственный почвам, периодически затапливаемых речными, склоновыми, дождевыми или иными водами

Периодически водозастойный тип водного режима почв – водный режим, наблюдаемый в болотных почвах грунтового увлажнения, которым свойственны сезонные колебания уровня грунтовых вод, при этом влажность почвы изменяется от полной до наименьшей влагоёмкости. В отдельные годы влажность верхнего горизонта может становиться ниже наименьшей влагоёмкости

Периодически промывной тип водного режима почв водный режим, который устанавливается при отношении осадков к испаряемости 0, 8 1, 2. Характерно периодическое сквозное промачивание почвенно-грунтовой толщи, обычно однократное. Сквозное промачивание почвы избыточным количеством осадков наблюдается 1 2 раза в течение нескольких лет. Периодически промывной тип водного режима почв присущ, например, почвам влажных тропических саванн

Благодарю за внимание!