04.10.2017
04.10.2017
28.09.2017
01.09.2017
31.08.2017
08.08.2017
14.07.2017
06.07.2017
19.06.2017
19.06.2017
Жидкая фаза почв
 25.06.2014

Вода в почве как физическое тело может пребывать в трех состояниях — твердом, жидком и парообразном. По своей связанности с почвенными частицами вода подразделяется еще на категории или виды, формы и типы. Имеется несколько классификаций форм почвенной воды. Наиболее распространенная из них — классификация Лебедева. Различают следующие формы воды (рис. 50).
Парообразная вода. Вода в виде пара насыщает почвенные воздушные пространства. Водяные пары в почве передвигаются из мест с их наибольшей насыщенностью в места с меньшим содержанием паров. При неравномерном охлаждении или нагревании почвы меняется соответственно и упругость паров. Ночью, например, верхние слои почвы охлаждаются быстрее, чем нижние. Вследствие образующейся при этом разности упругости паров происходит перемещение последних из нижних слоев в верхние, где они конденсируются на поверхности охлажденных комочков почвы. Днем при нагревании верхних слоев почвы наблюдается обратный процесс.

Жидкая фаза почв

Почва может обогащаться водой за счет водяных паров воздуха в силу тех же законов. При охлаждении верхних слоев почвы на них конденсируются водяные пары воздуха. Так совершается суточное распределение водяных паров в почве.
При сезонных изменениях температуры происходят более глубокие перемещения паров воды.
Парообразная вода, следовательно, имеет большое значение в обогащении почв влагой. Особенно большую роль она играет, надо полагать, в южных засушливых районах с резко континентальным климатом, где резкие различия дневных и ночных температур обусловливают значительную конденсацию паров в почве.
Гигроскопическая вода физически плотно связана с почвенными частицами. Она покрывает частицы почвы и удерживается силами молекулярного сцепления. Плотность ее более 1, теплоемкость около 0,9, не замерзает. Силы молекулярного сцепления ее выше силы земного притяжения, поэтому гидростатическое давление в ней не проявляется. Увлажнение почвы до такого состояния, когда частицы ее покрыты сплошным слоем молекул воды, называют максимальной гигроскопичностью. Подобное состояние наступает при условии почти полного насыщения пространства парами воды.
Гигроскопическая вода настолько прочно связана с почвенными частицами, что может перемещаться только путем превращения ее в пар. Удалить эту воду из почвы можно только нагреванием до 105°.
Способность почвы адсорбировать или прочно связывать воду называется гигроскопичностью. Последняя зависит от многих факторов, — от механического состава почвы, содержания в ней органического вещества или перегноя, различных органо-минеральных соединений и метаболитов. Она повышается с увеличением содержания в почве перегноя и вообще продуктов жизнедеятельности микроорганизмов.
Чем мельче почвенные частицы, тем адсорбционная сила их выше. Процесс поглощения воды почвенными частицами сопровождается выделением теплоты смачивания. Величина ее в разных почвах различная, от 3 до 10 кал. Для серой лесной почвы, солонца и чернозема она соответственно равна 5,38; 5,92; 6,86 кал., а для торфяной почвы — 14,80 кал.
Пленочная вода также физически связана с почвой. Однако связь ее молекул с почвенными частицами менее прочна, чем связь гигроскопической воды. Она тоже не подчиняется закону тяготения при передвижении и гидростатическое давление в ней не проявляется.
Молекулы пленочной воды по схеме Лебедева покрывают почвенные частицы сплошным тонким слоем, или пленкой. Сила сцепления ее почвенными частицами слабее, чем у гигроскопической воды. Пленочная вода связана с почвой рыхло, она передвигается в почве как жидкость, но отличается от жидкой воды некоторыми физическими свойствами; имеет повышенную вязкость и пониженную точку замерзания. По некоторым данным, часть этой воды не замерзает при -78° и полное замерзание отмечается при -150°.
Количество гигроскопической и пленочной воды в почве меняется в зависимости от различных факторов — от осмотического давления почвенного раствора, от состава почвы и др. В почвах, бедных растворимыми веществами (некоторых дерново-подзолистых), пленочная вода может превышать максимальную гигроскопичность их, а в почвах, богатых растворимыми веществами, содержание ее равно или даже ниже максимальной гигроскопичности. В почвах засоленных рыхло связанная вода может вообще отсутствовать.
Физически связанная вода считается недоступной для растений. Сосущая сила корней не в состоянии преодолеть силы сцепления ее молекул с почвой. Доступна ли она для микробных клеток, неизвестно. Эта вода составляет в песчаных, бедных перегноем почвах около 1 %, в суглинках — 3—5%, в перегнойных почвах — 10%, а в торфянистых — свыше 10% от сухого веса почвы.
Кроме указанных двух форм, в почве отмечают еще наличие химически связанной воды. Она входит в состав минералов и является конституционной частью веществ — кристаллизационной и гидратной. Эту воду можно удалить только прокаливанием или длительным нагреванием. При этом происходят существенные изменения свойств нагреваемых веществ. Эта вода недоступна для организмов.
Гравитационная или фильтрационная вода — свободная вода. Она передвигается в почве как жидкость под влиянием силы тяжести и капиллярных или менисковых сил. Фильтруется или просачивается через толщу почвы вниз, подчиняясь действию силы земного тяготения.
Просачиваясь вниз, свободная вода достигает грунтовых вод или, рассасываясь выше, переходит в подвижную капиллярную воду. Наибольшее количество ее, удерживаемое адсорбционными и капиллярными силами, соответствует полной влагоемкости почвы. Свойство почвы пропускать эту воду называется водопроницаемостью почв. Гравитационная вода доступна для растений и других обитателей почвы. Она может переходить в капиллярную воду и вследствие этого, как полагают, становиться малодоступной.
Капиллярная вода, иначе волосная вода,— свободная часть воды, которая заполняет поры — капиллярные промежутки между почвенными частицами и передвигается в них менисковыми силами, или силами капиллярности, обусловленными поверхностным натяжением и смачиваемостью поверхности почвенных частиц.
Вода по капиллярам поднимается тем выше, чем меньше их диаметр. При диаметре пор в 1 м высота подъема воды достигает 15 м. В природных условиях, в почве и грунтах вода обычно так высоко не поднимается.
Почвенные поры, как показывают анализы, представляют собой сложную систему. Они расположены в разнообразных направлениях, капилляры сочетаются с порами крупных и мелких размеров, имеющих различные очертания.
Скорость поднятия воды по капиллярам называется водоподъемной способностью. Обусловлена она различными условиями, а также свойствами почвы. Большое значение имеет оструктуренность почвенных частиц. Чем крупнее агрегированные комочки, тем легче будет проникать через такую почву вода. В неагрегированной почве поры мелкие, вода через них просачивается медленно, но может подниматься довольно высоко. Восходя к поверхности почвы, вода испаряется. Высыхание поверхностного слоя происходит тем быстрее, чем менее оструктурена почва. Чем выше температура воздуха, тем процесс поднятия воды по капиллярам и высыхание почвы протекает быстрее.
Большое влияние на передвижение и поднятие воды оказывает процесс набухания почвы. По мере того как механический состав почвы становится более тяжелым, подъем воды замедляется и может совсем приостановиться, как это имеет место в солонцах или иллювиальном горизонте дер-ново-подзолистых почв. Капиллярная вода может передвигаться в любом направлении.
Различают три состояния капиллярной воды:
1. Капиллярно разобщенное или капиллярно неподвижное, когда вода состоит из разобщенных между собой мелких капелек. В этих случаях происходит застой воды и создаются совершенно иные условия для развития микроорганизмов, отличные от случаев непрерывного передвижения ее. Разобщенные капельки воды в капиллярах почвы уподобляются в некоторой степени питательному раствору в стеклянных капиллярах, искусственно получаемых в лаборатории.
2. Капиллярно подвижная вода характеризуется прерывистым расположением в капиллярах. Она доступна растениям.
3. Капиллярно легко подвижная вода заполняет поры почвы и грунта над грунтовыми водами. Для растений она легко доступна. Капиллярная вода является наиболее важной частью почвенной влаги, снабжающей живое население почвы.
Приведенная здесь классификация почвенной воды имеет относительный характер. Количественное содержание свободной и связанной воды меняется в зависимости от особенностей твердой и газовой фазы. Переход одной формы воды в другую обусловливается также изменением внешних факторов — температуры, давления, различными примесями органических и неорганических веществ и др.
Физически связанная вода при определенных условиях переходит частично в свободную воду и наоборот.
Вода в почве находится в непрерывном движении, что имеет особо важное значение для организмов, так как с водой непрерывно поступают новые порции питания и кислород для дыхания. Вследствие разницы в упругости паров разных участков почвы вода движется в различных направлениях — вертикальном и горизонтальном, если для этого создаются соответствующие условия. Только в отдельных случаях, когда в тонких порах и капиллярах образуются воздушные пробки, происходит разобщение тока воды и ее застой. Причем застой этот временный или относительный, так как вода в таких случаях перемещается, переходя в парообразное состояние.
Из всего изложенного видно, что почвенные поры заполнены влагой в виде паров и жидкой воды, связанной и свободной. Вода находится в промежутках между почвенными частицами, как бы они ни были малы, между агрегатами и внутри агрегатов. Все формы свободной и рыхло связанной воды доступны для микроорганизмов.
Отдельные промежутки между почвенными агрегатами и частицами являются, как это представлено в схематическом рисунке (рис. 51), местом концентрации отдельных видов и групп микробов. Последние образуют своего рода более или менее изолированные колонии в каждом отдельном промежутке почвенного пространства. В этих макро- и микроочагах микробы живут, размножаются и вызывают различные биохимические процессы. Продукты их метаболизма поступают в окружающую среду.
Жидкая фаза почв

Система пор определяет очаговость развития и характер распространения микроорганизмов. Так как отдельные крупные поры обычно соединены между собой более мелкими, как бы канальцами, часто капиллярного строения, то и между колониями микробов, развивающихся в крупных порах или очагах, нет разобщенности. Между колониями отдельных видов и групп происходит обмен метаболитами, создаются различные взаимоотношения антагонистического и неантагонистического характера. Исследования показывают, что микроорганизмы, особенно бактерии, обитают не только в порах и в промежутках между почвенными комочками, но и на поверхности последних. Как будет показано далее, бактерии адсорбируются почвенными частицами и могут жить и развиваться в таком состоянии. На поверхности почвенных частиц адсорбируются различные вещества, органические и неорганические, которые могут быть использованы микробными клетками, находящимися там же.
Адсорбированные бактерии реагируют на поглощенные витамины, антибиотики, токсины и прочие соединения соответственно своей природе. В зависимости от условий, которые создаются на поверхности почвенных частиц, клетки микробов будут развиваться хорошо или плохо.
Построение системы пор, или скважности в целом, в известной степени определяет характер распределения микроорганизмов в почве. С изменением системы скважности меняется и характер распределения микробных клеток.
В свою очередь разнообразие жизненных проявлений микроорганизмов в почве не может не отразиться и на характере построения почвенных отдельностей, а вместе с этим и на системе скважности в целом.