Стан і форми води в ґрунті.

Вода в ґрунті перебуває в трьох станах: твердому, рідкому і газоподібному. За фізичним станом, рухомістю і доступністю для живих організмів ґрунтову воду поділяють на форми: пароподібну, хімічно зв’язану, сорбційно зв’язану і вільну.

Пароподібна вода. В ґрунтовому повітрі завжди міститься водяна пара. Повітря нормально зволоженого ґрунту насичено водяною парою до 100%. Пароподібна вода є динамічною формою. Вона безперервно утворюється в ґрунті, переміщується з одного горизонту в інший, перетворюється на інші форми: вільну або сорбційну. Всі ці процеси зумовлені змінами температури ґрунту та атмосферного тиску. Разом з переміщенням водяної пари, особливо в процесі випаровування, відбувається переміщення по профілю ґрунту розчинених в ньому речовин.

Хімічно зв’язана вода. Багато мінералів ґрунту містять в своєму складі молекули води (Na₂S0₄·10H₂O; CaSO₄·2H₂O; MgCl₂·6H₂0 та ін.). Цю форму води називають кристалізаційною. Крім того, виділяють конституційну воду, яка представлена в мінеральних, органічних і органомінеральних сполуках гідроксильною групою ОН. Ці форми води входять до складу твердої фази ґрунту, вони є нерухомі і недоступні для рослин.

Сорбційно зв’язана (або фізично зв’язана) вода. Молекули (диполі) води вбираються поверхнею негативно заряджених колоїдів ґрунту і орієнтуються позитивним полюсом до ядра міцели (рис. 4.1.). Залежно від міцності утримання води міцелою її поділяють на міцнозв’язану (гігроскопічну) і слабкозв’язану (плівчасту).

Гігроскопічна вода утворюється за рахунок сорбції молекул водяної пари на поверхні колоїдних часток, міцно утримується сорбційними силами (10000 – 20000 атм) і тому є нерухомою. Густина її досягає 1,5 – 1,8 г/см³, не розчиняє хімічні сполуки, не замерзає і не доступна для рослин. Кількість гігроскопічної води в ґрунті залежить від температури, насиченості ґрунтового повітря водяною парою, механічного і мінерального складу ґрунту та вмісту в ньому гумусу. Найбільшу кількість води, яку може увібрати ґрунт з пароподібного стану (при вологості повітря 94—98%), називають максимальною гігроскопічністю ґрунту.

Сорбційні сили колоїдів ґрунту повністю не врівноважуються моле-кулами гігроскопічної води навіть при досягненні максималь ної гігро-скопічності. Залишкові сили здатні вбирати і утримувати (з силою 1-10 атм) певну кількість рідкої води, яку називають плівчастою. За фізичним станом вона перебуває у в’язко-рідкій формі і здатна переміщуватися в різних напрямах від більш товстих плівок до тонших. Ця форма води частково доступна для рослин. Вона розчиняє і переміщує з незначною

швидкістю водорозчинні солі.

Рис. 4.1. Схема утворення

гігроскопічної вологи

(за І.П.Герасимовим та М.А.Глазовською)

Вільна вода – вода ґрунту, яка не піддається дії сорбційних сил. Ця форма не має молекул, які орієнтовані до колоїдних часток ґрунту. В ґрунтах вона міститься у двох формах: капілярній і гравітаційній.

Капілярна вода знаходиться в порах малого діаметра – капілярах. Утримується під дією капілярних або меніскових сил. Природу виникнення цих сил вивчають у курсі фізики середньої школи. Тут ми лише нагадаємо, що, згідно з законом Лапласа, меніскові сили будуть більші там, де вужчий капіляр, а це, в свою чергу, зумовлює висоту капілярного підняття. Крім того, меніскові сили посилюються силами змочування.

При позитивних температурах капілярна вода перебуває в рідкому стані і вільно випаровується з поверхні менісків, при мінусових – замерзає. Це основна форма води, яку засвоюють рослини. Вона дуже рухлива, розчиняє органічні і мінеральні сполуки, перерозподіляє по профілю солі, колоїди, суспензії. Висхідний рух води по капілярах поповнює запаси вологи у верхньому горизонті ґрунту. Заходи, спрямовані на накопичення і збереження вологи в ґрунті, мають на меті створення запасів саме капілярної води.

Висота підняття капілярної води в реальних ґрунтах залежить від їх механічного і структурного складу. В глинистих ґрунтах (які мають тонкі капіляри) вона піднімається на висоту 2 - 6 м, в піщаних – 40 - 60 см. В структурних ґрунтах капілярна вода піднімається на незначну висоту і добре зберігається.

Залежно від джерела надходження води капілярну воду ґрунту поділяють на капілярно-підвішену, капілярно-підперту і капілярно-посаджену.

Рис. 4.2. Рівень ґрунтових вод і капілярна кайма (за О.А. Роде, 1955):

аа – рівень води у свердловині; АА – дзеркало ґрунтових вод; ВВ – верхня межа капілярної кайми.

Капілярно-підвішена вода заповнює пори зверху після дощу, танення снігу, під час зрошення, тривалий час зберігається в ґрунті і доступна для рослин. Утримується в ґрунтах завдяки різниці тиску на поверхню верхнього і нижнього менісків. Нижче зволоженого шару залишається сухий шар ґрунту. Отже, вода вологого шару начебто «висить» над сухим. Вологість ґрунту зменшується зверху донизу, інтенсивне випаровування цієї води призводить до засолення поверхневого шару ґрунту.

Капілярно-підперта вода формується за рахунок підняття ґрунтових вод. Вона підперта водоносним горизонтом. Шар ґрунту який містить капілярно-підперту воду над водоносним горизонтом, називають капілярною каймою (рис. 4.2.). Потужність її залежить від водопідіймальної здатності ґрунту. Вміст води в каймі збільшується зверху донизу.

Капілярно-посаджена (підперто-підвішена) вода акумулюється в шаруватих ґрунтах, в дрібнозернистих шарах, під якими залягають крупнозернисті. На межі тонкодисперсного і грубодисперсного горизонтів, внаслідок різкої зміни розмірів капілярів, виникають додаткові нижні меніски, які і утримують деяку кількість капілярної води. Дана вода начебто «посаджена» на ці меніски.

Гравітаційна вода – вода атмосферних опадів та поливна, яка заповнює широкі пори ґрунту і переміщується по профілю ґрунту під силою земного тяжіння. За нормальних умов вона перебуває в рідкому стані, розчиняє хімічні сполуки і переміщує їх вниз по профілю.

Гравітаційна вода витісняє повітря з ґрунту, створюючи несприятливі умови (анаеробні) для життя рослин та інших організмів. Зменшення кількості гравітаційної води в ґрунті здійснюють осушенням.