Главная | Обратная связь | Поможем написать вашу работу!

Водні властивості ґрунту

⇐ ПредыдущаяСтр 8 из 8

План викладу і засвоєння матеріалу:

1. Джерела води й умови її надходження в ґрунт.

2. Форми води в ґрунті, її доступність для рослин.

3. Вологоємність ґрунту, її види і методи визначення.

4. Водопроникність та водопідіймальна здатність ґрунтів.

1. Джерела води й умови її надходження в ґрунт

Водні властивості та водний режим ґрунтів, роль води в процесі ґрунтоутворення досліджував Г.М.Висоцький.

Вода в ґрунті є найважливішим фактором ґрунтоутворення й однією з найголовніших умов родючості.

Нестача води в ґрунті згубно проявляється на врожаї вирощуваних культур. Вона перебуває в складних взаєминах із твердою і газоподібною фазою ґрунту і рослиною.

Головним джерелом води є вода атмосферних опадів, кожен міліметр яких на гектарі складає 10 м³ чи 10 т води. Опади випадають на поверхню ґрунту в рідкому чи твердому стані (120-1200 мм).

Кількість води, що просочується в ґрунт і утримується в ній, визначається гранулометричним складом ґрунту, наявністю гумусу та структурністю. Чим легший ґрунт за гранулометричним складом, тим більше просочується вологи; чим структурніший і багатший гумусом ґрунт, тим більше води утримується ним.

На надходження води в ґрунт істотний вплив має рельєф і рослинність.

Другим джерелом води є пароподібна волога приземних шарів атмосфери, що конденсується при зниженні температури. Це головне джерело в районах із сухим континентальним кліматом (10-20 мм).

Третім джерелом є ґрунтові води, якщо вони залягають не глибше 5-7 м від поверхні ґрунту.

Вміст води в ґрунті коливається в межах від сильного висушування до повного насичення.

Кількість води, що перебуває в ґрунті в даний момент і виражена у вагових чи об'ємних відсотках, називається вологістю ґрунту. За вологістю ґрунту можна визначити загальний запас ґрунтової вологи.

Розрізняють абсолютну і відносну вологість:

- Абсолютна характеризується кількістю вологи в ґрунті на даний момент і виражається у відсотках від маси ґрунту.

- Відносна обчислюється у відсотках від повної вологоємності (ПВ).

Вологість ґрунту визначається: ваговим методом чи методом висушування, спиртовим, пікнометричним, тензіометричним, за поглинанням гама-променів, нейтронним.

Куди ж усе-таки витрачається вода? У природі існує наступний кругообіг:

1) Випаровування води:

- з відкритої водної поверхні;

- транспірація рослинами;

- випаровування води з поверхні ґрунту.

2) Перенесення вологи, що випарувалася, на інші території.

3) Утворення хмар і випадання опадів.

4)Переміщення води по поверхні Землі та у її надрах.

Найбільшу роль у надходженні води в ґрунт відіграють опади. З розподілом опадів упродовж року і вегетаційного періоду пов'язана їхня корисність чи коефіцієнт використання, що коливається в межах 0,3 - 0,7.

2. Форми води в ґрунті, її доступність для рослин

Вода в ґрунті перебуває в наступних формах:

- хімічно-зв'язана;

- фізично-зв'язана;

- пароподібна вода;

- капілярна;

- гравітаційна;

- ґрунтова вода.

Хімічно-зв'язана вода складає близько 5-7% від загальної кількості. Вона поділяється на конституційну і кристалізаційну:

- Конституційна - є складовою частиною мінералів у вигляді гідроксильної групи (ОН), наприклад Al₂(Si₂O₅)(OH)₄ – каолініт, FeOOH – гетит.

- Кристалізаційна - входить до складу кристалічної решітки, наприклад: CaSO₄·H₂O – гіпс, Na₂SO₄·10H₂O – мірабіліт. Вона недоступна для рослин.

Фізично-зв'язана вода поділяється на гігроскопічну (сильно зв’язану), плівкову (слабо зв’язану) і лід.

Гігроскопічна волога змінюється в залежності від гранулометричного складу: піщані 0,5-1,5%; легкосуглинисті 1,5-3,0%, середньосуглинисті 2,5-4,0%, глинисті 6-8% і торфовані 18-22% від маси сухого ґрунту. Гігроскопічна волога недоступна рослинам, тому що сили зчеплення між молекулами води більші, ніж всмоктувальна сила кореневої системи рослин. Вона утримується силою в 50 атм., а всмоктувальна сила коренів – 20 атм.

Плівкова вода – обволікає тверді частки ґрунту і створює навколо них плівку (звідси й назва). Вона частково доступна для рослин. Доступність плівкової води збільшується в міру наближення від твердої частки до периферії.

Лід – тимчасовий стан плівкової вологи. Вода при переході в лід розширюється в об'ємі на 1/11, що призводить до розпушення ґрунту. Лід має пластичність.

Пароподібна вода – тимчасовий стан води в ґрунті. У неї можуть переходити всі інші форми води. Пароподібна вода перерозподіляється в ґрунті в залежності від температури і від ступеня насиченості повітря парами.

При однаковій температурі ґрунту пароподібна волога буде переміщатися від зони з більшим ступенем насичення до ділянок з меншим.

При різних температурах ґрунту рух пароподібної вологи здійснюється з області вищої температури в область нижчої, незалежно від концентрації.

Пароподібна волога може перетворюватися в рідку шляхом конденсації, що викликається молекулярними силами з’єднання на поверхні ґрунтових часток.

Конденсація буває термічна і капілярна. У першому випадку пароподібна вода пересувається в ґрунті з теплої зони в холодну, в другому – конденсація відбувається в дуже тонких порах (‹0,0002 мм) під впливом меніскових сил.

У ґрунті постійно змінюються добові і сезонні тиски пари. Влітку, в нічний час, верхні шари ґрунту вихолоджуються швидко і пара починає пересуватися з нижніх тепліших шарів ґрунту. При цьому конденсується на ґрунтових частках, переходячи в рідкий стан (у вигляді крапе ль) – це яви ще називається підземна роса.

Вдень спостерігається зворотний рух пари. Практичне значення цих явищ полягає в тому, що поповнюються запаси продуктивної води, що впливає на водний баланс ґрунту, особливо в арідних (посушливих) районах.

Капілярна волога – це основна форма доступної для рослин вологи. Вона утримується в ґрунті силою водних менісків і повністю не стікає. Розрізняють наступні форми капілярної води: стикова, чоточна чи фунікулерна, підвішена, підперта, та що рухається.

- Стикова (кутова) – знаходиться в місцях зіткнення ґрунтових часток і в кутах пор. Погано пересувається, переважає в легких ґрунтах, доступна тільки рослинам, корені яких підходять до неї безпосередньо.

- Чоточна – займає простір між трьома частками ґрунту. Усередині перебуває, як правило, пухирець повітря. Вона рухливіша і доступніша рослинам.

- Вода, що рухається, чи власне капілярна вода, може бути капілярно-підвішена і капілярно-підперта. Це легкорухлива вода, яка доступна рослинам і є найпродуктивнішою вологою.

- Капілярно-рухлива вода утримується в ґрунті менісковими силами, що перевищують силу тяжіння. Вона не зв'язана з ґрунтовими водами. Після стікання підвішеної вологи в ґрунті залишається стикова вода, вона здатна переміщуватися в межах усього промоченого шару.

- Капілярно-підперта вода – це вода, що піднімається по капілярах від ґрунтових вод. Висота капілярного підняття знаходиться в зворотній залежності від діаметра капілярів, а швидкість - навпаки.

Гравітаційна вода – це вода опадів, що пересувається в товщі ґрунту у вертикальному чи бічному напрямку під впливом сили тяжіння. Вода доступна рослинам, але через велику рухливість використовується обмежено. Вона проходить усю ґрунтову товщу, надходить у водоносний горизонт, збирається у вигляді ґрунтових вод.

Ґрунтові води залягають на різній глибині, в залежності від геоморфології, а також від гранулометричного складу й шаруватості ґрунту. Така вода є недоступною для рослин, окрім того випадку, коли перетворюється в капілярно-підперту воду.

Від глибини залягання ґрунтових вод залежить зволоження, розподіл вологи окремих горизонтів ґрунту, вміст і розподіл водорозчинних солей та елементів живлення рослин. Ґрунтові води поділяють на прісні (1 г солей у 1 л води), солонуваті (1-10 г), солоні (10-50 г) і розсоли - понад 50 г у 1 л.

Ґрунтові води – це величезний резерв водного господарства, використовуються для водопостачання та зрошення.

3. Вологоємність ґрунту, її види і методи визначення

Найважливішими водними властивостями ґрунтів є вологоємність, водоутримуюча здатність, водопроникність і водопідіймальна здатність.

Вологоємність – це здатність ґрунту поглинати й утримувати в собі воду. У залежності від сил, що утримують вологу в ґрунті, розрізняють повну і найменшу, капілярну і гранично-польову, максимальну молекулярну вологоємність.

Повна вологоємність (ПВ) – це стан ґрунту, при якому всі пори заповнені водою. У природних умовах спостерігається тільки на неосушених болотах, чи після рясних дощів. При цьому в ґрунті перебуває 5 – 7 % затисненого повітря.

Найменша вологоємність (НВ) – це та найбільша кількість води, яку ґрунт утримує у підвішеному стані (без зв'язку з ґрунтовими водами). Вона вважається верхньою межею доступної для рослин води.

Капілярна вологоємність (КВ) – кількість води, що піднімається по капілярах від ґрунтових вод. У нижніх горизонтах ця вологоємність наближається до повної. З капілярною вологоємністю пов'язане поняття капілярної кайми. Капілярною каймою називається весь шар підпертої вологи між рівнем ґрунтових вод і верхньою межею фронту змочування ґрунту.

Гранично-польова вологоємність (ГПВ) – максимальна кількість води, що міститься в ґрунті в підвішено-підпертому стані. За величиною ГПВ розраховують зрошувальну і поливну норму. Піщані – 6 - 15, легкосуглинисті і середньосуглинисті – 25 - 35, супіщані – 15 - 25, важкоглинисті і глинисті – 35 - 45 об'ємних відсотків.

Максимальна молекулярна чи адсорбційна вологоємність – це найбільша кількість води, що утримується силами адсорбції; вода, яка недоступна для рослин.

Ґрунт здатний адсорбувати пароподібну вологу і ця властивість ґрунту називається гігроскопічністю, а адсорбована волога – гігроскопічною вологою. Ця волога недоступна для рослин і залежить від гранулометричного складу, вмісту гумусу, тим вища її гігроскопічність. Та найбільша кількість води, що ґрунт може адсорбувати з повітря, називається максимальною гігроскопічністю (МГ). Волога недоступна рослинам. Полуторна чи подвійна МГ складає так званий «мертвий» запас вологи: МЗ=1,5(2) МГ, що характеризує кількість недоступної для рослин вологи. Для мінеральних ґрунтів МЗ нижче в порівнянні з торфовими.

Кількість доступної води для рослин складає різницю між ГПВ і МЗ вологи ДВ=ГПВ-МЗ – продуктивна волога.

Оптимальний вміст вологи перебуває в інтервалі 60 – 80% ГПВ.

4. Водопроникність та водопідіймальна здатність ґрунтів

Водопроникність – здатність ґрунту пропускати через себе воду під впливом сили тяжіння (градієнта напору). Вона залежить від гранулометричного складу, а саме від загальної кількості та розміру пор ґрунту. Вона тим більша, чим крупніші пори, тому піщаний і супіщаний ґрунти мають максимальну водопроникність, а глинисті і суглинні – мінімальну. Розрізняють дві стадії водопроникності: насичення та фільтрації. Перша стадія спостерігається в тому випадку, коли пори тільки частково заповнені водою, а друга – коли ґрунт постійно насичений, тобто рух відбувається в умовах суцільного потоку рідини.

Водопроникність ґрунту виміряється об’ємом води, що протікає через одиницю площі поперечного переріза в одиницю часу.

Фільтрація води обумовлена коефіцієнтом фільтрації (КФ), що представляє швидкість руху води у заповнених порах і капілярах при наявності коефіцієнта напору рівному 1 і при відсутності підпору води знизу. Він залежить від пористості, молекулярної вологоємності, температури води. З часом КФ зменшується і він має наступні значення: для чистого піску – 1,0 - 0,01 см/сек, глинистого піску – 0,01 - 0,005, супіску – 0,005 - 0,003, суглинку – 0,001 - 0,00005 см/сек і ще менше для глин.

Водопідіймальна здатність – здатність ґрунту викликати капілярне підняття вологи за рахунок меніскових сил. Водопідіймальна здатність залежить від агрегатності, гранулометричного складу і будови ґрунту, що визначають пористість ґрунтів. Чим тонші пори ґрунту, тим вище піднімається в них вода, а швидкість підняття перебуває в зворотній залежності. Висота капілярного підняття виражається формулою:

H=2a/rq, (1)

де: a – поверхневий натяг (74 дин/см²);

r – радіус капіляра;

q – прискорення сили тяжіння.

Ця величина збільшується від піщаних ґрунтів до суглинних. У важких глинах, ілювіальних горизонтах ґрунтове підняття майже припиняється.

Пісок – 50 - 100 см, супісок – 100 - 150 см, суглинок – 150 -300 см, важкий суглинок – 300 - 400 см, лес – 250 - 350 см, торф – 50 - 80 см.

Коефіцієнт фільтрації визначають у польових умовах такими методами:

- метод відкачування зі свердловини;

- метод відновлення в свердловині;

- метод заливних площадок за Нестеровим за допомогою приладу ПВН-00, у лабораторних умовах використовуються прилад «Спецгео», прилад КФ-00.

Але дані, що одержані різними методами, також різні. Найбільш прийнятним, особливо для торфових ґрунтів, є метод відкачки, оскільки цей спосіб враховує постійний приплив води в свердловину. Це трудомісткий метод, відкачку води необхідно проводити впродовж 10 годин.

Коефіцієнт фільтрації розраховують за формулою:

К_ф=Q/tFI (1) (2.)

Водовіддача – це кількість води, що витікає з ґрунту після насичення її до ПВ. Цей показник застосовується в гідромеліоративних розрахунках при проектуванні осушувальних систем.

Розрізняють: максимальну, мінімальну і питому водовіддачу:

- Максимальна – це вода, що стікає з ґрунту при вільному відтоку, тобто вище зони КК, визначається як різниця між ПВ і НВ.

- Мінімальна – це вода, що стікає із шарів ґрунту, що перебувають у зоні КК, визначається як різниця між ПВ і КВ.

- Питома – вода, що стікає із шарів ґрунту в зоні КК і вище неї.

Коефіцієнт водовіддачі характеризує відношення об'єму води, що витекла, до об'єму ґрунту, безрозмірна величина.

Водовіддачу визначають за формулами:

, % від об'єму ґрунту, (3)

де V V₁-

, % від запасу води при ПВ, (4)

де W W₁-

Отже, водовіддача – це кількість води, що витікає з ґрунту після насичення її до ПВ. Цей показник застосовується в гідромеліоративних розрахунках при проектуванні осушувальних систем.

⇐ Предыдущая 1 2 3 4 5 6 78