Поиск

Подвешенная влага в однородных почвенно-грунтовых толщах
28.03.2015

Рассмотрим сначала тот случай, когда почвенногрунтовая толща является однородной по механическому составу, т. е. не слоистой.
B почвах и грунтах песчаного, а также более грубого механического состава и поэтому обычно бесструктурных подвешенная вода удерживается в форме стыковой влаги — скоплений воды, имеющих форму примерно двояковогнутых линз, образующихся в точках стыка почвенных частиц друг с другом (рис. 25). Характерной чертой такого способа удержания подвешенной влаги является тот факт, что эти стыковые скопления
воды одно с другим гидравлически не связаны и, следовательно, друг с другом не соприкасаются. Если бы они соприкасались, то вся эта влага легко стекла бы вниз. Отсутствие соприкосновения между стыковыми скоплениями влаги не исключает того, что остальная часть поверхности почвенных частиц покрыта пленкой связанной воды, которая, однако, не может передавать гидравлическое давление. Стыковые скопления представляют собой скопления свободной влаги, удерживаемые капиллярными силами.

Подвешенная влага в однородных почвенно-грунтовых толщах

Совершенно иным является удержание подвешенной влаги в почвах и грунтах тяжелого глинистого механического состава. В этом случае просвет почвенных пор настолько мал, что они целиком заполняются связанной водой. При этом связанной является вся или почти вся подвешенная вода и вся она удерживается сорбционными силами.
Схематически этот случай изображен на рис. 26.
Подвешенная влага в однородных почвенно-грунтовых толщах

С третьим случаем мы сталкиваемся в почвах и грунтах суглинистого механического состава, обладающих хорошо развитой микроструктурой. В таких почвах и грунтах внутренний просвет расширенных участков пор настолько велик, что они не могут быть целиком заполнены связанной водой. Ho зато узкие проходы между порами заполняются ею нацело.
Внутри поры создается микроскопление свободной влаги, со всех сторон окруженное пленками связанной воды (рис. 27). Часть воды хотя и является свободной, но вся подвешенная вода в целом все же удерживается сорбционными силами. Всю эту воду мы называем пленочно подвешенной.
Подвешенная влага в однородных почвенно-грунтовых толщах

Четвертый случай характерен для почв с хорошо выраженной более или менее крупной комковатой структурой. Промежутки между структурными комочками — межагрегатные поры — бывают настолько велики, что в них вода не удерживается и просачивается вниз или удерживается лишь в небольших количествах в форме стыковых скоплений в точках контакта комочков. Что же касается самих комочков, то они бывают обычно пронизаны тонкими капиллярами, системами капиллярных пор. Вода, проникая в эти капилляры, принимает форму извилистых ветвящихся нитей, каждая из которых увенчана на концах вогнутыми менисками (рис. 28). Благодаря малому диаметру комочков и, следовательно, малой длине нитей гидравлическое давление, создаваемое влагой, содержащейся в этих нитях, не может преодолеть разности поверхностных давлений, создаваемых менисками различной кривизны, венчающими эти нити на их концах (на поверхностях комочков). Поэтому вода из таких капилляров не вытекает. С другой стороны, площадь поверхностей стыка комочков между собой очень мала, вследствие чего системы капилляров, присущие отдельным комочкам, оказываются почти изолированными друг от друга.
Поэтому вода из внутриагрегатных капилляров не вытекает.
Подвешенная влага в однородных почвенно-грунтовых толщах

Следовательно, вода, как и в первом случае, удерживается здесь капиллярными силами и может быть названа капиллярно подвешенной. В отличие от воды капиллярно подвешенной, которая образуется в слоистых грунтах и почвах (о чем ниже), в данном случае можно говорить о влаге внутриагрегатной капиллярно подвешенной. Несомненно, что одновременно часть влаги в этих агрегатах может быть и пленочно подвешенной.
Очень существенной является количественная характеристика способности почв и грунтов удерживать подвешенную влагу. Важность этой характеристики определяется тем, что при глубоком залегании почвенно-грунтовых вод именно подвешенная влага является единственным источником влаги для растений, что имеет широкое распространение в южных засушливых областях.
Наибольшее количество влаги, которое данный слой почвы или грунта может удержать в подвешенном состоянии, независимо от механизма удержания влаги, называется, по предложению П. С.
Коссовича, наименьшей влагоемкостью этого слоя. Синонимом этого термина является полевая влагоемкость.
Величина наименьшей влагоемкости зависит главным образом от механического состава и от сложения почвы. В песках величина ее равна 3—5%, в супесях она достигает 10—12%, а в суглинках и глинах — 12—18—22%. Она значительно возрастает в собственно почвенном слое, особенно в гумусовом горизонте. Так, например, наименьшая влагоемкость лёссовидного суглинка, служащего материнской породой для чернозема, равна 22%, а в гумусовом горизонте последнего она достигает 40—45% в верхней части, снижаясь до 26—30% у нижней его границы.
Такое увеличение наименьшей влагоемкости в верхней части почвенного профиля объясняется главным образом тем, что здесь почва имеет более рыхлое сложение и хорошую структуру. Если в лёссовидном суглинке подвешенная влага удерживается главным образом в форме пленочно подвешенной воды, то в гумусовом горизонте чернозема с его хорошо выраженной комковатой или зернистой структурой влага удерживается главным образом в форме внутриагрегатной капиллярно подвешенной.
Повышение наименьшей влагоемкости в результате разрыхления почвы можно иллюстрировать следующим примером.
Наименьшая влагоемкость была определена в темнокаштановой почве в ее естественном сложении, в поле и в насыпных столбах (в трубках) в лаборатории.
Результаты получились следующие (по данным С. И. Долгова):
Подвешенная влага в однородных почвенно-грунтовых толщах

Механический состав почвы во всех горизонтах был один и тот же.
Из этих данных мы видим, что наименьшая влагоемкость в гумусовом горизонте оказалась одной и той же как в поле, так и в насыпном столбе и равнялась 30%. В остальных же горизонтах она в насыпных столбах вследствие разрыхления оказалась гораздо выше, чем при естественном залегании, но при этом равной тоже 30%; цифра эта и характерна, очевидно, для данного механического состава при условии рыхлого сложения. В естественном залегании препятствием для разрыхления и набухания является давление вышележащих слоев. Гумусовый же горизонт, во-первых, будучи верхним, не испытывает такого давления, а во-вторых, разрыхляется корнями растений и мелкими почвенными животными. Такая зависимость величины наименьшей влагоемкости от рыхлости почвы открывает возможность активного воздействия на это свойство почвы.
Очень важным является вопрос о способности подвешенной влаги к передвижению. Из сказанного выше — из факта отсутствия гидравлической связи между подвешенной влагой и капиллярной — можно, казалось бы, сделать вывод, что эта влага вообще неспособна к передвижению, по крайней мере к передвижению сплошной массой. Однако это не так. Исследованиями Абрамовой и Большакова, выполненными в последние годы, было показано, что пленочно подвешенная влага способна к передвижению всей массой к поверхности испарения. Если почвенная толща сверху насыщена влагой до величины наименьшей влагоемкости, то при испарении с этой поверхности подвешенная влага начинает передвигаться к ней всей массой. Однако передвижение ее прекращается, как только влажность почвы упадет до известного предела.
Этот предел, имеющий очень важное значение, был назван Абрамовой влажностью разрыва капиллярной связи. Влажность, соответствующая данному пределу в разных почвах и грунтах, варьирует довольно сильно, составляя в среднем около 60—70% от величины наименьшей влагоемкости.
Другие формы подвешенной влаги — стыковая и внутриагрегатная капиллярно подвешенная — не обладают способностью передвигаться к испаряющей поверхности.