Свободная вода. Вода, которая содержится в почве сверх рыхлосвязанной, находится уже вне области действия сил притяжения со стороны почвенных частиц (сорбционных) - презентация
Презентация на тему: " Свободная вода. Вода, которая содержится в почве сверх рыхлосвязанной, находится уже вне области действия сил притяжения со стороны почвенных частиц (сорбционных)" — Транскрипт:
1 Свободная вода. Вода, которая содержится в почве сверх рыхлосвязанной, находится уже вне области действия сил притяжения со стороны почвенных частиц (сорбционных) и является свободной. Отличительный признак - отсутствие ориентировки молекул воды около почвенных частиц. Вода, которая содержится в почве сверх рыхлосвязанной, находится уже вне области действия сил притяжения со стороны почвенных частиц (сорбционных) и является свободной. Отличительный признак - отсутствие ориентировки молекул воды около почвенных частиц.
2 В почвах свободная вода присутствует в капиллярной и гравитационной формах. Капиллярная вода удерживается в почве в порах малого диаметра – капиллярах, под действием капиллярных или менисковых сил. Наличие у поверхностных молекул жидкости, ненасыщенных, неиспользованных сил сцепления является источником избыточной поверхностной энергии, которая стремится к уменьшению. Капиллярная вода удерживается в почве в порах малого диаметра – капиллярах, под действием капиллярных или менисковых сил. Наличие у поверхностных молекул жидкости, ненасыщенных, неиспользованных сил сцепления является источником избыточной поверхностной энергии, которая стремится к уменьшению.
3 Вода обладает свойством хорошо смачивать твердые тела. При соприкосновении воды с почвенными частицами в порах- капиллярах образуются вогнутые мениски тем большей кривизны, чем меньше диаметр пор. В почвах менисковые силы начинают проявляться в порах с диаметром менее 8 мм, но особенно велика их сила в порах с диаметром от 100 до 3 мкм При соприкосновении воды с почвенными частицами в порах- капиллярах образуются вогнутые мениски тем большей кривизны, чем меньше диаметр пор. В почвах менисковые силы начинают проявляться в порах с диаметром менее 8 мм, но особенно велика их сила в порах с диаметром от 100 до 3 мкм
4 Капиллярная вода жидкая и высокоподвижная При погружении капилляра в резервуар с водой вода под действием добавочного давленияР=Р1-Ро подымается на такую высоту, чтобы уравновесить силу тяжести, т.е. gh=2/R, откуда При погружении капилляра в резервуар с водой вода под действием добавочного давленияР=Р1-Ро подымается на такую высоту, чтобы уравновесить силу тяжести, т.е. gh=2/R, откуда h= 2/Rg; h= 2/Rg;
5 Высота подъема обратно пропорциональна радиусу капилляра.
6 Капиллярно-подвешенная вода заполняет капиллярные поры при увлажнении почв сверху (после дождя или полива). Капиллярно-подпертая вода образуется при подъеме воды снизу от горизонта грунтовых вод по капиллярам на некоторую высоту. Слой почвы или грунта, содержащий капиллярно- подпертую воду непосредственно над водоносным горизонтом, называют капиллярной каймой. Капиллярно-подпертая вода образуется при подъеме воды снизу от горизонта грунтовых вод по капиллярам на некоторую высоту. Слой почвы или грунта, содержащий капиллярно- подпертую воду непосредственно над водоносным горизонтом, называют капиллярной каймой.
7 Схематической изображение капиллярно- подпертой (слева) и капиллярно- подвешенной (справа) воды
8 Капиллярно-посаженная вода (подперто- подвешенная) образуется в слоистой почвенно-грунтовой толще, в мелкозернистом слое при подстилании его слоем более крупнозернистым Влажность слоистой почвенно- грунтовой толщи при прочих равных условиях всегда выше влажности толщи однородной. Влажность слоистой почвенно- грунтовой толщи при прочих равных условиях всегда выше влажности толщи однородной.
9 Основной признак свободной гравитационной воды - передвижение ее под действием силы тяжести, т. е. она находится вне влияния сорбционных и капиллярных сил Гравитационную воду делят на просачивающуюся гравитационную и воду водоносных горизонтов (подпертая гравитационная вода). Гравитационную воду делят на просачивающуюся гравитационную и воду водоносных горизонтов (подпертая гравитационная вода).
10 Избыток просачивающейся гравитационной воды
11 Разные формы воды в почве
12 Жидкая и парообразная вода в почве находится под действием различных природных сил: сорбционных, капиллярных, осмотических и гравитационных. Капиллярные и сорбционные силы противостоят гравитационным, определяющим нисходящее движение влаги. Капиллярные и сорбционные силы противостоят гравитационным, определяющим нисходящее движение влаги. Осмотические силы в почве обусловливаются взаимодействием ионов раствора Осмотические силы в почве обусловливаются взаимодействием ионов раствора
14 Водными (водно-физическими, гидрофизическими) свойствами называют совокупность свойств почвы, которые определяют поведение почвенной воды Наиболее важными водными свойствами являются: водоудерживающая способность почвы (влагоемкость), водоподъемная способность, потенциал почвенной влаги, водопроницаемость. Наиболее важными водными свойствами являются: водоудерживающая способность почвы (влагоемкость), водоподъемная способность, потенциал почвенной влаги, водопроницаемость.
15 Влажность почв, % = 100 % (Wвл.п. – Wсух.п.) / Wсух.п. 100 % (Wвл.п. – Wсух.п.) / Wсух.п. Moisture content affects the engineering properties and stability of soils. A soil that is stable in dry conditions may become unable to support the structures built on it when saturated with water.
16 Влагоемкость почв - важное свойство почв
17 Влагоемкость почвы – способность поглощать и удерживать определенное количество воды. Максимальная адсорбционная влагоемкость (МАВ) – наибольшее количество воды, которое может быть удержано сорбционными силами на поверхности почвенных частиц. Соответствует прочносвязанной (адсорбированной) воде, содержащейся в почве. Максимальная адсорбционная влагоемкость (МАВ) – наибольшее количество воды, которое может быть удержано сорбционными силами на поверхности почвенных частиц. Соответствует прочносвязанной (адсорбированной) воде, содержащейся в почве.
18 Максимальная молекулярная влагоемкость (ММВ) – характеризует верхний предел содержания в почвах рыхлосвязанной (пленочной) воды. ММВ в глинистых почвах может достигать 25-30%, в песчаных - не превышает 5-7%. Капиллярная влагоемкость (KB) – наибольшее количество капиллярно- подпертой воды, которое может удерживаться в слое почвы, находящемся в пределах капиллярной каймы KB может достигать 40 % и не постоянна, так как находится в зависимости от уровня грунтовых вод. Капиллярная влагоемкость (KB) – наибольшее количество капиллярно- подпертой воды, которое может удерживаться в слое почвы, находящемся в пределах капиллярной каймы KB может достигать 40 % и не постоянна, так как находится в зависимости от уровня грунтовых вод.
19 Наименьшая (полевая) влагоемкость (НВ) – наибольшее количество капиллярно- подвешенной влаги, которое может удержать почва после стекания избытка влаги при глубоком залегании грунтовых вод. Наименьшая влагоемкость зависит главным образом от грансостава почв, от их оструктуренности и плотности сложения. В почвах тяжелых по гранулометрическому составу, хорошо оструктуренных НВ почвы составляет 30– 35, в почвах песчаных она не превышает 10– 15%. Наименьшая влагоемкость зависит главным образом от грансостава почв, от их оструктуренности и плотности сложения. В почвах тяжелых по гранулометрическому составу, хорошо оструктуренных НВ почвы составляет 30– 35, в почвах песчаных она не превышает 10– 15%.
20 Дефицит влаги в почве представляет собой величину, равную разности между НВ и фактической влажностью почвы. Оптимальной считается влажность, составляющая % НВ. Полная влагоемкость (ПВ) - наибольшее количество влаги, которое может содержаться в почве при условии заполнения ею всех пор Полная влагоемкость (ПВ) - наибольшее количество влаги, которое может содержаться в почве при условии заполнения ею всех пор
21 Граничные значения влажности, при которых количественные изменения в подвижности воды переходят в качественные отличия, называют почвенно-гидрологическими константами. Максимальная гигроскопичность (МГ) - характеризует предельно- возможное количество парообразной воды, которое почва может поглотить из воздуха, насыщенного водяным паром Максимальная гигроскопичность (МГ) - характеризует предельно- возможное количество парообразной воды, которое почва может поглотить из воздуха, насыщенного водяным паром
22 Влажность устойчивого завядания, или влажность завядания (ВЗ) - влажность, при которой растения проявляют признаки устойчивого завядания, т. е. такого завядания, когда его признаки не исчезают даже после помещения растения в благоприятные условия. Численно ВЗ равна примерно 1,5 МГ. Содержание воды в почве, соответствующее влажности завядания, является нижним пределом доступной для растений влаги Содержание воды в почве, соответствующее влажности завядания, является нижним пределом доступной для растений влаги
23 Влажность разрыва капилляров – это влажность, при которой подвижность капиллярной воды в процессе снижения влажности резко уменьшается. Вода теряет сплошность, неподвижна, но физиологически доступна корешкам растений. Почвенно-гидрологические константы, как и влагоемкость почв, выражаются в процентах от массы или объема почв Почвенно-гидрологические константы, как и влагоемкость почв, выражаются в процентах от массы или объема почв
24 Водопроницаемость почв – способность почв и грунтов впитывать и пропускать через себя воду, поступающую с поверхности.
25 Водоподъемная способность почв – свойство почвы вызывать восходящее передвижение содержащейся в ней воды за счет капиллярных сил (1 –глина, 2 –лесс, 3- суглинок, 4 –песок).
26 Водные свойства сильно зависят от дисперсности почв
27 Водобалансовый - традиционный в почвенных исследованиях, основан на периодических измерениях почвенной влажности Гидродинамический больше всего принят в почвенно- мелиоративных работах, когда инженеры имеют дело с потоками подаваемой в почву или отводимой из почвы воды. Гидродинамический больше всего принят в почвенно- мелиоративных работах, когда инженеры имеют дело с потоками подаваемой в почву или отводимой из почвы воды.
28 Поведение воды в почве, ее физическое состояние, передвижение в профиле, ее доступность растениям, подчиняются очень сложным закономерностям Они могут быть описаны в терминах различных методологических подходов: водобалансового – изменения водозапасов и прихода-расхода влаги; гидродинамического – скорости и плотности водных потоков в почве; термодинамического – изменения термодинамических потенциалов почвенной воды Они могут быть описаны в терминах различных методологических подходов: водобалансового – изменения водозапасов и прихода-расхода влаги; гидродинамического – скорости и плотности водных потоков в почве; термодинамического – изменения термодинамических потенциалов почвенной воды
29 Формы воды в почве Saturation, field capacity, wilting point, and hygroscopic water Saturation, field capacity, wilting point, and hygroscopic water Field capacity: The percentage of water compared to the dry weight of soil that is held in the soil after drainage of the excess water, at 1 atmosphere of pressure. Field capacity: The percentage of water compared to the dry weight of soil that is held in the soil after drainage of the excess water, at 1 atmosphere of pressure. Wilting point: The amount of water held in the soil at 15 atmospheres of pressure. (This is a standard that depicts a point at which many borad-leaved plants wilt.) Wilting point: The amount of water held in the soil at 15 atmospheres of pressure. (This is a standard that depicts a point at which many borad-leaved plants wilt.) Available water: The difference between the Field Capacity and the Wilting Point. Available water: The difference between the Field Capacity and the Wilting Point. Hygroscopic water: The water held at 30 atmospheres of pressure. This is representative of the amount of water that is tightly held to the soil particles, and which is not available to the plants. Hygroscopic water: The water held at 30 atmospheres of pressure. This is representative of the amount of water that is tightly held to the soil particles, and which is not available to the plants.
30 Соотношение фаз при различной влажности почвы
31 Термодинамический - наиболее перспективный и теоретически обоснованный Он не только позволяет описывать состояние и поведение воды в почве в данный момент времени на базе фундаментальной физической теории; допускает количественный прогноз водообменных процессов, что делает возможным автоматизированное управление водным режимом почв в условиях искусственного увлажнения (орошения) или осушения (дренажа). Он не только позволяет описывать состояние и поведение воды в почве в данный момент времени на базе фундаментальной физической теории; допускает количественный прогноз водообменных процессов, что делает возможным автоматизированное управление водным режимом почв в условиях искусственного увлажнения (орошения) или осушения (дренажа).
32 Сколько надо силы, чтобы извлечь воду из почвы
33 Полный потенциал (давление) почвенной воды – это количество работы, Дж/кг, которую необходимо затратить, чтобы перенести единицу свободной чистой воды обратимо и изотермически из стандартного состояния So в данное состояние Sn. Полный, или термодинамический, потенциал почвенной воды равен сумме частных потенциалов, связанных с разными силовыми полями - адсорбционного; капиллярного; осмотического; гравитационного; тензиометрического давления Полный, или термодинамический, потенциал почвенной воды равен сумме частных потенциалов, связанных с разными силовыми полями - адсорбционного; капиллярного; осмотического; гравитационного; тензиометрического давления
34 Сухие и влажные горизонты
35 Потенциал (давление) почвенной воды в сильной степени зависит от водосодержания
36 По мере иссушения у почвы появляется способность при соприкосновении с водой поглощать ее. Такая способность почв получила название сосущей силы почвы. Всасывающее давление (сосущая сила) почвы численно равно давлению почвенной воды, но выражается положительной величиной Всасывающее давление (сосущая сила) почвы численно равно давлению почвенной воды, но выражается положительной величиной
37 Всасывающее давление сухой почвы приближается к 10 7 см вод. ст., или 10 9 Па, или рF 7. У почвы, почти полностью насыщенной пресной влагой, при давлении, равном 10 3 Па, pF=1, У почвы, почти полностью насыщенной пресной влагой, при давлении, равном 10 3 Па, pF=1, pF: для МГ – 4,5; ВЗ – 4,2; НВ 2,0–3,0; вода прочносвязанная – 5,0–7,0; вода рыхлосвязанная– 3,5–5,0; капиллярная – 1,75–3,50; вода гравитационная– 1,75. pF: для МГ – 4,5; ВЗ – 4,2; НВ 2,0–3,0; вода прочносвязанная – 5,0–7,0; вода рыхлосвязанная– 3,5–5,0; капиллярная – 1,75–3,50; вода гравитационная– 1,75.
38 Именно разница в потенциале воды в почве и растении определяет поступление воды в растение из почвы > >-20
39 По отношению к доступности растениям почвенная вода может быть подразделена на следующие категории (по А. А. Роде). 1. Недоступная для растений. Это - прочносвязанная вода. Всасывающая сила корней намного меньше сил, которые удерживают эту воду, приблизительно равна МАВ влагоемкости или немного превышает ее. 1. Недоступная для растений. Это - прочносвязанная вода. Всасывающая сила корней намного меньше сил, которые удерживают эту воду, приблизительно равна МАВ влагоемкости или немного превышает ее. 2. Весьма труднодоступная для растений. Эта категория представлена в основном рыхлосвязанной (пленочной) водой. Трудная доступность ее обусловлена низкой подвижностью этой воды, в силу чего вода не успевает подтекать к корневым волоскам. Ее количество в почвах характеризуется диапазоном влажности от МАВ до ВЗ. 2. Весьма труднодоступная для растений. Эта категория представлена в основном рыхлосвязанной (пленочной) водой. Трудная доступность ее обусловлена низкой подвижностью этой воды, в силу чего вода не успевает подтекать к корневым волоскам. Ее количество в почвах характеризуется диапазоном влажности от МАВ до ВЗ.
40 3. Труднодоступная вода лежит в пределах между ВЗ и ВРК. В этом интервале влажности растения могут существовать, но продуктивность их снижается. 4. Среднедоступная вода отвечает диапазону влажности от ВРК до НВ. В этом интервале вода обладает значительной подвижностью, и растения поэтому могут бесперебойно снабжаться ею. Продуктивность растений максимальна. 4. Среднедоступная вода отвечает диапазону влажности от ВРК до НВ. В этом интервале вода обладает значительной подвижностью, и растения поэтому могут бесперебойно снабжаться ею. Продуктивность растений максимальна. 5. Легкодоступная – от НВ до ПВ. Является избыточной, приводит к дефициту воздуха. 5. Легкодоступная – от НВ до ПВ. Является избыточной, приводит к дефициту воздуха.
42 Доступность почвенной воды
43 Баланс воды в экосистеме и почве ЗВП=Ос+Гр.в.+Конд.+Приток - Тр.-инф.-Ис.-бок.ст. На производство 1 т сухого вещества растений идет т воды
44 Водным режимом называют всю совокупность явлений поступления влаги в почву, ее передвижения, удержания в почвенных горизонтах и расхода из почвы Типы водного режима 1. Промывной 2. Периодически промывной 3. Непромывной 4. Выпотной 5. Десуктивно выпотной 6. Мерзлотный Типы водного режима 1. Промывной 2. Периодически промывной 3. Непромывной 4. Выпотной 5. Десуктивно выпотной 6. Мерзлотный
45 Непромывной водный режим Грунтовые воды
46 Промывной водный режим Промывной водный режим Грунтовые воды
47 Выпотной водный режим A G
48 Десуктивно выпотной …-100
49 Мерзлотный тип водного режима Мерзлота Верховодка G Aт
50 Сток воды за пределы 1 м в таежной зоне вода, мм
51 Утренняя и вечерняя влажность почв
52 Выводы Выводы 1. Водный режим - изменение потенциала воды в почве во времени 2. Главные параметры водного режима - вероятность и длительность появления определенного потенциала воды в почве. 3. Водный баланс лишь свидетельство о массе воды в почве. В многолетнем цикле в почвах расход и приход воды в почве равны.