Загальна схема ґрунтоутворення

ЗМІСТ

                                                                                                        С.

Вступ
Тема 1. Ґрунтоутворення
Тема 2. Фактори ґрунтоутворення
Тема 3 Мінералогічний та механічний склад ґрунтів та ґрунтоутворюючих порід
Тема 4 Органічна частина ґрунтів
Тема 5 Хімічний склад ґрунтів і ґрунтоутворюючих порід
Тема 6 Ґрунтові колоїди та поглинальна здатність ґрунтів
Тема 8 Фізичні властивості ґрунтів
Тема 9 Ґрунтова вода, водяні властивості і водяний режим ґрунтів
Тема 10 Ґрунтове повітря і повітряний режим ґрунтів
Тема 11 Родючість ґрунту
Тема 12 Генезис, класифікація та географія ґрунтів України
Навчально-методичні матеріали	57

Вступ

Корені ґрунтознавства, як і багатьох інших наук, ідуть у глибоку стародавність і зв'язані з поступовим розвитком землеробства і накопиченням людиною знань про ґрунт.

Записи про різну якість ґрунтів були зроблені ще в древніх єгипетських папірусах. У ХVІІІ столітті до нашої ери цар Вавілонії Хаммурапі видав перший відомий історії письмовий закон про воду і землю, що передбачає, зокрема, покарання тих, хто псує ґрунт і не піклується про його родючість.

Багато відомостей про ґрунти містилося в трактатах древніх греків і римлян, написаних за 800 років. З ІV століття до нашої ери по ІV століття нашої ери вперше систематизували знання про ґрунти Аристотель, Феофраст, Катон Старший; класифікацію ґрунтів спробував створити римський письменник і агроном Колумелла, а географія ґрунтів була описана давньогрецькими істориками і географами Геродотом і Страбоном.

Епоха Відродження принесла новий розквіт наук. Ломоносов у Росії, Бекон в Англії, Валлериус у Швеції розробляли гіпотези про природу родючості ґрунту. У ХVІІІ - ХІХ ст. вийшли праці Т’єра, Лібіха, Буссенго, Вольні - у Західній Європі, Болотова, Комова, Павлова, Веселовського, Севергина - у Росії. Усіх цих знань вистачало доки розвиток землеробства йшов екстенсивним шляхом.

З переходом до інтенсивного землеробства виникла потреба в науці про ґрунт. Ця наука - генетичне ґрунтознавство була створена видатним російським натуралістом, професором Петербурзького університету В.В.Докучаєвим. У 1883році він захистив докторську дисертацію "Російський чорнозем". Саме Докучаєв відокремив від невизначеного, повсякденного уявлення про землю уявлення про ґрунти - особливе природно-історичне тіло природи.

Щоб створити науку про ґрунт, потрібно було показати, що ґрунт є результат і, в той же час, процес багатовікової взаємодії живої природи з неживою. Тільки в цій якості ґрунт і є самостійним тілом природи, що зафіксував Докучаєв у своєму визначенні ґрунту.

Вчення про ґрунт, як про взаємодію живого з неживим, вбирає в себе всі області природознавства. Взаємопереплетіння різних наук у єдиній системі - характерна риса нашого часу (мал.1.), крім того, з'явилися інтегральні науки, що вимагають знання про природу в цілому. Уже зараз формується галузь знання, що вимагає об'єднання природознавства і соціально-економічних наук - наука про охорону навколишнього середовища. Ґрунтознавство в цій системі займає своє гідне місце.

    Серед існуючих у природі тіл живих (рослини, тварини, мікроорганізми) і косних (мінерали і гірські породи) - ґрунт займає проміжне положення. Він не живий, але і не мертве природне тіло, а таке, яке В.И.Вернадський назвав біокосным геобіологічним утворенням.

Функції, що виконує ґрунт у загально планетарному масштабі, різноманітні.

1. Забезпечення життя на Землі. При утворенні ґрунту з гірських порід у ньому накопичуються потрібні організмам хімічні елементи. Саме з ґрунту рослини, а через них тварини і людина, одержують необхідні елементи мінерального харчування і частково воду для створення своєї біомаси. Здійснювати цю функцію ґрунт може завдяки особливій властивості - ґрунтовій родючості, здатності регулярно постачати рослини водою, елементами мінерального харчування й одночасно створювати сприятливі умови для їхнього життя.

2. Підтримка постійної взаємодії великого і малого кругообігів речовин на земній поверхні. Малий кругообіг - біологічний: вилучення рослинами з ґрунту елементів мінерального харчування, що через ряд проміжних стадій (рослини - тварини - мікроорганізми) знову повернуться в ґрунт при розкладанні організмів, що відмирають. Частина речовин у кінцевому рахунку, попадає в океан. З них утворяться морські осадові гірські породи, що після глибинних перетворень на планеті можуть знову вийти на поверхню, піддатися знову руйнуванню і дати початок новим ґрунт. Це великий геологічний кругообіг речовин. Ґрунт зв'язує два кругообіги воєдино.

3. Ґрунт регулює хімічний склад атмосфери і гідросфери. Він постійно обмінюється газами з приземним шаром атмосфери: поглинає кисень, виділяє діоксид вуглецю ("подих" ґрунту). Обмінюється ґрунт з атмосферним повітрям метаном, аміаком, воднем, сірководнем. Хімічний склад ґрунтових, річкових, озерних вод - це теж наслідок ґрунтових процесів.

4. Ґрунт регулює біосферні процеси, зокрема щільність живих організмів на Землі. Ґрунт не тільки має родючість, але і має властивості, несприятливі для життя тих чи інших організмів. Географія рослин нерозривно зв'язана з географією ґрунтів.

5. Нагромадження на земній поверхні активної органічної речовини (гумусу) і зв'язаної з ним хімічною енергією. Жива органічна речовина не стійка, вона швидко руйнується, мінералізується після відмирання організмів. Частина її перетворюється в гумус і надовго зберігається, забезпечуючи ґрунтову родючість, тому що саме гумус дозволяє ґрунту утримувати елементи харчування в доступній рослинам формі.

 

 

Тема 1. Ґрунтоутворення

Ґрунтоутворювальний процес відноситься до категорії біофізико - хімічних процесів. По визначенню А.А.Роді, ґрунтоутворювальним процесом називається сукупність явищ перетворення і пересування речовин і енергії, що протікають у ґрунтовій товщі. Агентами ґрунтоутворення є живі організми і продукти їхньої життєдіяльності, вода, кисень повітря і вуглекислота. Найбільш важливі складові ґрунтоутворювального процесу: 1)перетворення (трансформація) мінералів гірської породи, з якої утвориться ґрунт; 2)накопичення в ґрунті органічних залишків і їхня поступова трансформація; 3)взаємодія мінеральних і органічних речовин з утворенням складної системи органо-мінеральних з'єднань; 4)накопичення (акумуляція) у верхній частині ґрунту ряду біофільних елементів і, насамперед, елементів харчування; 5)пересування продуктів ґрунтоутворення з током вологи в профілі ґрунту, що формується.

                                     

Загальні особливості ґрунту

Як природного утворення.

1. Ґрунт займає визначене місце на нашій планеті. Це поверхневий горизонт земної кори, що утворює невеликий по потужності шар. Саме в поверхневому шарі земної кори створюються умови тісної, найбільш активної взаємодії компонентів біосфери - атмосфери, літосфери, рослин, тварин і мікроорганізмів. Ґрунт є компонентом інших, більш складних природних систем - біогеоценозів і біосфери в цілому.

2.    Ґрунт - найбільш масштабний глобальний результат виникнення й еволюції життя на землі і найрізноманітнішої взаємодії біоти з гірськими породами, що виходять на поверхню суші. Цей відносно малопотужний шар суші бере участь у всіх найважливіших сучасних процесах трансформації і міграції речовини, що протікають у біосфері. Ці процеси зв'язані з функціонуванням екосистем і обміном речовин у живих організмах.

3.    Процеси, зв'язані з утворенням і життям ґрунту, включаються в складні кругообіги речовини й енергії на Землі, головні з яких - геологічний, біологічний і біогеохімічний. На думку В.А.Ковди, з погляду ґрунтознавства, геологічний кругообіг - це вся сукупність процесів утворення земної кори гірських порід і мінералів, відокремлення її горизонтів, кори вивітрювання і форм рельєфу, а також деякі інші процеси.

Біологічний   кругообіг містить у собі сукупність циклічних процесів обміну речовин і енергії між середовищем і живими організмами.

Повний трансформаційно - міграційний цикл елемента у всіх ґрунтах і на всіх етапах його функціонування включає як біологічні, так і абіотичні процеси трансформації і переміщення речовини. Біологічні й абіотичні процеси трансформації і переміщення речовини в ґрунтах зв'язані в єдиному біогеохімічному кругообігу, що являє собою систему погоджених у просторі і в часі трансформаційних і міграційних потоків речовини, що протікають або послідовно у фазі биоти або в неживих фазах ґрунту.

4.    Ґрунт - природне утворення, унікальне за складністю речовинного складу. Будь-який ґрунт містить у своєму складі весь складний спектр біоорганічних з'єднань рослин і мікробної плазми, складних продуктів їхньої трансформації, гуміфікації, взаємодії їх між собою і з мінеральними компонентами ґрунту. Це безліч з'єднань, більшість з яких не ідентифіковано. Характерна риса ґрунтоутворення - нагромадження специфічних, характерних для всіх типів ґрунтів з'єднань, що входять до складу твердої фази.

5. Для всіх ґрунтів характерні складна просторова організація і диференціація ознак, властивостей і процесів. Рівні структурної організації ґрунту: атомно - іонний, молекулярний, колоїдний і кристалохімічний, агрегатний і мікро агрегатний підрівень, горизонтний, профільний, асоціативний. Важливою рисою будь-якого типу ґрунтоутворення є формування ґрунтового профілю, також диференційованого по складу, властивостям і процесам.

6. Загальна і найважливіша якість усіх ґрунтів - родючість. Це властивість ґрунтів реалізується в результаті сукупного прояву окремих властивостей і процесів, що беруть участь у забезпеченні організмів мінеральною їжею, водою й іншими необхідними умовами їхнього нормального функціонування. Ґрунт здатний до відтворення цієї найважливішої властивості

 

Грунтоутворюючі породи

Гірські породи, з яких формується ґрунт, називають ґрунтоутворювальними чи материнськими.

Ґрунтоутворювальна порода є матеріальною основою ґрунту і передає їй свій механічний, мінералогічний і хімічний склад, а також фізичні, хімічні, фізико-хімічні властивості, що надалі поступово змінюються в різному ступені під впливом ґрунтоутворювального процесу.

Ґрунтоутворювальні породи розрізняються за походженням, складом, будівлею і властивостями. Літосфера складається з магматичних, метаморфічних і осадових порід. Магматичні утворилися із силікатних розплавів, що застигли в глибині земної кори (інтрузивні), чи з магми, що вилилася на поверхню Землі (ефузивні). Досягають 95% загальної маси порід, що складають літосферу. Мають кристалічну будівлю. Це граніти, дуніти і т.д. Ґрунтоутворювальними є в рідких випадках, в основному в гірських областях.

Метаморфічні породи - вторинні породи, що утворилися з магматичних чи осадових порід у надрах землі в результаті глибоких перетворень (сланці, гнейси) Їхнє значення в ґрунтоутворенні мале.

Осадові породи - відкладення продуктів вивітрювання масивно-кристалічних порід чи залишків різних організмів. Вони підрозділяються на уламкові, хімічні осади і біогенні. Серед осадових порід хімічного і біогенного походження важливу роль грають карбонатні відкладення - вапняки, мергелі, доломіти, крейда.

Древні осадові породи, утворені в дочетвертинний період, є переважно щільними породами. Молоді осадові породи сформувалися в четвертинний період у результаті вивітрювання корінних порід і перевідкладення продуктів їхнього руйнування водою, вітром, льодом. Їхнє утворення продовжується і в даний час. На відміну від щільних корінних порід вони характеризуються сприятливими для ґрунтоутворення властивостями: пухким складом, пористістю, водопроникністю, водоутримуючою і поглинальною здатністю.

 

2.1.1. Вивітрювання

 

Вивітрювання - сукупність складних і різноманітних процесів кількісної і якісної зміни гірських порід і мінералів, що їх складають, під впливом атмосфери, гідросфери і біосфери.

Горизонти гірських порід, де протікають процеси вивітрювання, називаються корою вивітрювання. У ній розрізняють дві зони: зону поверхневого чи сучасного вивітрювання і зону глибинного чи древнього вивітрювання. Потужність кори сучасного вивітрювання, у якій може протікати ґрунтоутворювальний процес, коливається від декількох сантиметрів до 2-10 метрів.

У процесі вивітрювання розрізняють три форми - фізичну, хімічну, біологічну.

Фізичне вивітрювання - механічне роздроблення гірських порід і мінералів без зміни їхнього хімічного складу. Найбільш інтенсивно воно протікає при великих амплітудах коливань температури. Фізичне вивітрювання прискорюється при наявності води, що, проникаючи в тріщини гірських порід, створює капілярний тиск великої сили. Ще сильніше руйнівна сила води при замерзанні. В областях аридного клімату аналогічну роль виконують солі, що проникають у тріщини і кристалізуються в них.

Фізичне вивітрювання, роздрібнюючи і розпушуючи масивні породи, значно збільшує загальну поверхню, що створює сприятливі умови для прояву хімічного вивітрювання.

Хімічне вивітрювання - процес хімічної зміни і руйнування гірських порід і мінералів з утворенням нових мінералів і з'єднань.

Найважливішими факторами цього процесу є вода, вуглекислий газ і кисень. У результаті хімічного вивітрювання змінюється фізичний стан мінералів і руйнується їхня кристалічна решітка. Порода збагачується новими (вторинними) мінералами і здобуває зв’язність, вологоємність, поглинальну здатність і інші властивості.

Біологічне вивітрювання - механічне руйнування і хімічна зміна гірських порід і мінералів під дією організмів і продуктів їхньої життєдіяльності. При біологічному вивітрюванні організми витягують з породи необхідні для побудови свого тіла мінеральні речовини й акумулюють їх у поверхневих горизонтах породи, створюючи умови для формування ґрунтів. Вони виділяють у зовнішнє середовище вуглекислий газ і різні кислоти, що руйнують мінерали. Тварини, як і рослини, механічно розпушують гірські породи і своїми виділеннями сприяють їхній зміні.

Характер руйнування при вивітрюванні залежить від умов середовища, у якому воно протікає, від мінерального складу порід, зокрема від змісту SіО2. Останнє може відбитися на складі продуктів вивітрювання. Так, при вивітрюванні кислих порід утворюються переважно піски і супіски, середніх порід - суглинки, основних - важкі суглинки і глини.

При вивітрюванні поряд з руйнуванням первинних мінералів утворюються і вторинні мінерали.

Розрізняють два основних типи кори вивітрювання: спаллітну, для неї характерне утворення глинистих мінералів, переважно монтмориллонітової групи і гідрослюд, збереження найбільш стійких первинних мінералів; аллітну, для якої характерно панування вторинних мінералів групи гідроокисів заліза й алюмінію, майже повне руйнування первинних мінералів (крім кварцу), винос основ і кремнезему, у складі глинистих мінералів переважають каолініт та галлуазит.

 

2.1.2. Головні ґрунтоутворювальні породи

 

До головних ґрунтоутворювальних порід відносяться пухкі осадові породи. На них майже повсюдно розвиваються ґрунти.

У залежності від генезису, умов формування четвертинні осадові породи характеризуються різним складом, будівлею, складенням і властивостями, що істотно відбивається на ґрунтоутворенні і родючості ґрунтів, що формуються.

Елювіальні породи чи елювій – продукти вивітрювання корінних порід, що залишилися на місці утворення. Елювіт формується в гірських областях і на рівнинних плато, відрізняється великою розмаїтістю за складом і потужністю. Для елювію характерний тісний зв'язок з вихідною породою, поступовий перехід від пухкого дрібноземистого матеріалу до щільної породи.

Делювіальними породами чи делювієм називаються наноси, відкладені на схилах дощовими чи талими водами. Елювій відкладається у вигляді положистого шлейфа. У вершині шлейфа часто накопичується грубий матеріал, а наприкінці шлейфа - пилуватий, глинистий. Для делювію характерні відносна орієнтованість і добре виражена шаруватість. За складом делювій різноманітний. Делювіальні породи широко поширені в передгірних областях і служать материнськими породами для різних ґрунтів.

Пролювій формується в гірських країнах біля підніжжя гір у результаті діяльності тимчасових водяних і селевих потоків значної сили. Характеризується поганою сортированістю, включенням велико уламкового матеріалу. Делювій і пролювій часто сполучаються, утворюючи делювіально–пролювіальні відкладення.

Алювіальні породи чи алювій являють собою опади, відкладені при розливі рік (заплавний алювій). До алювіальних порід відносяться також донні відкладення рік(русловий алювій). Русловий алювій складений пісками різної зернистості. Заплавний алювій переважно суглинний і глинистий. Алювіальні відкладення характеризуються шаруватістю, обкатаністю мінеральних зерен, включенням органічних залишків. Служить материнською породою для різних заплавних ґрунтів, що відрізняються високою родючістю.

Озерні відкладення відрізняються глинястістю і шаруватістю. У них часто спостерігаються органічні прошарки, можуть накопичуватися вуглекислий кальцій, гіпс або легкорозчинні солі.

Льодовикові чи моренні відкладення – продукти вивітрювання різних порід, переміщені і відкладені льодовиком. Звичайно залягають на піднесених вододільних просторах. Для морен характерні наступні особливості: несортованість, неоднорідний механічний склад, наявність валунів, збагачення піщаними фракціями, червоно - буре, рідше жовто –буре й інше фарбування.

Флювіогляціальні чи водно–льодовикові відкладення пов'язані з діяльністю могутніх льодовикових потоків. Випливаючи з-під льодовика, вони переміщували льодовиковий матеріал і перевідкладали його за краєм льодовика. Характеризуються сортированістю, шаруватістю, не містять валунів, безкарбонатні, переважно піщані і піщано-ріняві. Ґрунти, сформовані на цих породах, відрізняються низькою родючістю.

Покривні суглинки поширені в зоні льодовикових відкладень і розглядаються як відкладення мілководних прильодовикових розливів талих вод. Характеризуються добре вираженою сортированістю, великим змістом пилуватих фракцій, не містять валунів. На них розвиті підзолисті, дерено-підзолисті і сірі лісові ґрунти.

Леси і лесовидні суглинки мають різний генезис. Їхніми загальними рисами є палеве чи бурувато-палеве забарвлення, карбонатність, пилувато-суглинистий механічний склад з перевагою крупнопилуватої фракції (0,05-0,01мм), борошнистість, пористість, пухке складення, мікроагрегованість, гарна водопроникність. За хімічними і ввідно-фізичними властивостями ці породи найбільш сприятливі для розвитку рослин. При сприятливих кліматичних умовах на них формуються високородючі чорноземні ґрунти, а також сіроземи, каштанові, сірі лісові. Лесовидні суглинки на відміну від лесів мають місце як у поза- льодовикових областях, так і в областях льодовикових відкладень, серед покривних суглинків. Лесовидні суглинки менш карбонатні, зустрічаються безкарбонатні, більш грубозернисті. У них слабкіше виражена борошнистість і пористість, відзначається шаруватість.

Еолові відкладення утворюються в результаті акумулятивної діяльності вітру, що виявляється найбільш інтенсивно в пустелях. До них відносяться сортовані піщані наноси, що утворюють особливі форми рельєфу - бугри, бархани, дюни.

Морські відкладення формуються в результаті переміщення берегової лінії морів, явищ трансгресії і регресії, що неодноразово спостерігалися в четвертинний період. Відрізняються шаруватістю, сортованістю і великою акумуляцією солей.

Роль ґрунтоутворюючих порід у ґрунтоутворенні визначається тим, що вони в значній мірі впливають на склад, властивості ґрунтів, що формуються на них. Це, у свою чергу, позначається на швидкості перетворення мінеральної маси при ґрунтоутворенні, закріпленні органічних речовин, що утворюються, і т.д.

Мінералогічний, хімічний і механічний склад порід визначають умови виростання рослин, дуже впливають на гумусонакопичування, опідзолювання, оглеєння, засолення й інші процеси. У залежності від механічного складу, характеру складення породи розрізняються за водопроникністю, вологоємністю, пористістю, що визначає в процесі розвитку ґрунтів їх водяний, повітряний, тепловий режими. На водяний режим ґрунтів впливає будівля породи. Від материнських порід залежать швидкість і напрямок ґрунтоутворювального процесу, формування і рівень ґрунтової родючості.

 

        

Вік ґрунтів.

Процес ґрунтоутворення протікає в часі. Кожен новий цикл ґрунтоутворення вносить визначені зміни в перетворення органічних і мінеральних речовин. Тому фактор часу ("вік країни" по В.В.Докучаєву) має величезне значення у формуванні і розвитку ґрунтів.

Розрізняють поняття абсолютного і відносного віку ґрунтів.

Абсолютний вік - час, що пройшов з початку формування ґрунту дотепер, Він коливається від декількох років до мільйонів років. Найбільший вік мають ґрунти тропічних територій, що не перетерпіли різного роду порушень. Для північних областей абсолютний вік зв'язаний з періодом звільнення від четвертинного заледеніння і льодовикових вод.

Відносний вік характеризує швидкість ґрунтоутворювального процесу, швидкість зміни однієї стадії розвитку ґрунту іншою. Він зв'язаний з впливом складу і властивостей порід, умов рельєфу, на швидкість і напрямок ґрунтоутворювального процесу.

 

Діяльність людини.

Вплив людини – специфічний могутній фактор впливу на ґрунт і на весь комплекс умов розвитку ґрунтоутворювального процесу (рослинність, елементи клімату, гідрологія).

Характер і значимість змін ґрунту залежать від рівня розвитку науки і техніки. Систематичне застосування заходів щодо підвищення родючості ґрунтів приводить до окультурення ґрунту. Неправильне використання ґрунтів без обліку їхніх властивостей, умов розвитку може викликати істотне їхнє погіршення.

 

Агрегатний стан води

 

Вода в ґрунті може знаходиться у всіх трьох станах: твердому (лід), рідкому і пароподібному.

Пароподібна вода. Утримується в ґрунтовому повітрі, у порах, вільних від води. Пари води надходять у ґрунт з атмосфери і постійно утворяться в ґрунті при випарі рідкої води і льоду. Вони переміщаються по профілі ґрунту й в атмосферу з током ґрунтового повітря і диффузіонно відповідно до градієнту тиску пару.

Ґрунтове повітря звичайно насичене парами води. Відносна вологість ґрунтового повітря близьке до 100%. На переміщення парів води в ґрунті великий вплив робить температура ґрунту. З підвищенням температури збільшується тиск водяного пари і він пересувається від теплих прошарків ґрунту до більш холодного. У зв'язку з цим у ґрунті спостерігаються висхідні і спадні сезонні і добові потоки водяного пари. Конденсуючись, пар переходить у рідку воду.

Тверда вода. Лід - потенційне джерело рідкої і пароподібної води. Ці воду безпосередньо не використовують рослини, хоча вона і може служити резервуар доступної вологи. Лід переходить у рідкий і пароподібний стан при температурі вище 0°С.

 

Категорії ґрунтової вологи

Рідка і пароподібна вода в ґрунті піддається впливу різноманітних природних сил: сорбційних, капілярних, осмотичних і гравітаційних. Під їхнім впливом змінюються властивості ґрунтової води, її рухливість і доступність рослинам.

На поверхні поділу твердої фази ґрунту з рідкої виявляються сорбційні і капілярні сили, природа яких обумовлена поверхневою енергією твердих часток і води.

Ґрунтові частки, володіючи поверхневою енергією, спроможні притягати дипольні молекули води. Поглинання твердими частками ґрунту молекул пароподібної і рідкої води називається процесом сорбції води.

Капілярні сили виникають на межі поділу тверда фаза ґрунту - вода і повітря в капілярних порах і обумовлені поверхневим натягом води і явищем змочування. Поверхневий натяг води - міра некомпенсованості молекулярних сил у поверхневому прошарку. Вода, змочуючи тверді частки, викликає утворення увігнутих менісків у капілярах, що призводить до створення негативного капілярного тиску за рахунок сил поверхневого натягу, що діють по дотичної до поверхні поділу тверда фаза ґрунту і вода. При негативному капілярному тиску вода піднімається й утримується в капілярних порах і може зробити стягуючу дію на стінки капілярів і викликати об'ємні деформації в ґрунті. Прямування води в капілярах обумовлюється різницею капілярних тисків, що виникають у результаті різноманітної кривизни менісків.

Сорбційні капілярні сили, що утримують воду, у ґрунті протистоять гравітаційним, під впливом яких створюється спадне пересування вологи.

Осмотичні сили. Осмотичні сили в ґрунті обумовлюються взаємодією іонів розчинених речовин (включаючи й обмінні катіони) із молекулами води. Конкретним вираженням осмотичних сил є осмотичний тиск ґрунтового розчину.

Потенціал ґрунтової вологи. При різноманітному вмісті води в ґрунті сили, що утримують воду, неоднакові. Тому, щоб оцінити рухливість і доступність рослинам вологи, необхідно мати уявлення про її енергетичний стан, або потенціалі ґрунтової вологи.

Потенціал ґрунтової вологи характеризує енергію утримання води. У ґрунті, насиченим водою, потенціал ґрунтової вологи практично дорівнює нулю. З зменшенням вологості потенціал падає, а негативне його значення зростає. Вода завжди рухається з зони з високим потенціалом у зону з більш низьким. Тому в міру випару ґрунту одночасно росте спроможність ґрунту поглинати, усмоктувати воду. Така спроможність одержала назву сисної сили або усмоктувального тиску, еквівалентного потенціалу ґрунтової вологи. Тиск ґрунтової вологи виражають у паскалях (Па).

Категорії ґрунтової вологи. Виділяють такі основні категорії і форми ґрунтової води, що різняться між собою тривкістю зв'язку з твердою фазою ґрунту і ступенем рухливості.

Зв'язана вода утвориться шляхом сорбції пароподібної і рідкої води на поверхні твердих часток ґрунту. Розрізняють прочнозв’язану і рихлозв’язану воду.

Прочнозв’язана (гігроскопічна) вода утвориться в результаті адсорбції парів води на поверхні твердих часток ґрунту, безпосередньо примикає до них у виді плівки з 2-3 орієнтованих прошарків молекул води. Гігроскопічна вода утримується дуже міцно, цілком недоступна рослинам, відрізняється по властивостях від вільної води. Має підвищену щільність, низкою електропровідністю, не розчиняє речовини, розчинні у вільній воді, замерзає при низькій температурі (від –4°С до –7°С).

Сорбційні сили поверхні ґрунтових часток не насичуються цілком за рахунок пароподібної води. При зіткненні твердих часток ґрунту з рідкою водою утвориться додаткова плівка зі слабоориентированних молекул води. Товщина цієї плівки може досягати декількох десятків молекул води. Додатково сорбірованная вода називається рихлозв’язаною, утримується менше міцно, може пересуватися від ґрунтової частки з більшою плівкою до тих часткам, де плівка тоньше. Для рослин ця вода доступна лише частково, від властивостей вільної води відрізняється менше різко, чим прочнозв’язана.

Вільна вода не пов'язана силами тяжіння з ґрунтовими частками, доступна рослинам. Розрізняють дві форми вільної води в ґрунті - капілярну і гравітаційну.

Капілярна вода заповнює капілярні пори, пересувається в них під впливом капілярних сил. У залежності від характеру зволоження розрізняють капілярно-підвіщену і капілярно-підперту воду. При зволоженні ґрунти поверх (атмосферні осадки, зрошувальні води) формується капілярно-підвішена вода, серед якого виділяється декілька видів вологи: плівково-підвішена - частина капілярної води, роз'єднана «пробками» плівкової води. Характерна для ґрунтів суглинного і глинистого механічного складу; внутриагрегатная підвішена - вода, що заповнює капіляри комочків структурного ґрунту; стикова підвішена волога подана окремими роз'єднаними водяними скупченнями на стику між твердими частками ґрунту. Характерна для піщаних ґрунтів.

При зволоженні ґрунти знизу (від ґрунтових вод) у ґрунті утвориться капілярно-підперта вода. Зона капілярного насичення над ґрунтовою водою називається капілярною каймою.

Гравітаційна вода розміщається в значних некапілярних порах, легко пересувається по профілі ґрунту під дією гравітаційних сил. Розрізняють гравітаційну воду, що просочується і вологу водоносних обріїв. Волога водоносних обріїв утворить ґрунтово-ґрунтові води над водоупорним прошарком.

 

Водяні властивості ґрунтів

 

Основними водяними властивостями ґрунтів є водоутримуюча здатність, водопроникність і водопідйомна здатність.

Властивість ґрунту утримувати воду, обумовлена дією сорбційних і капілярних сил, називається водоутримуючою здатністю. Найбільша кількість води, що спроможна утримувати ґрунт тими або іншими силами, називається вологоємністю.

У повітряно-сухому стані в ґрунті утримується деяка кількість гігроскопічної (прочнозв’язаной) води, адсорбованої з водяних парів ґрунтового або атмосферного повітря.

Спроможність ґрунту сорбувати пароподібну воду називається гігроскопічністю. Утримання гігроскопічної води (Г) у ґрунті залежить від відносної вологості повітря і властивостей самого ґрунту. Ніж важче її механічний склад, чим більше в ній утримується органічних і мінеральних колоїдів, тим вище гігроскопічна вологість.

Для одної і тієї ж ґрунту утримання гігроскопічної води змінюється в залежності від насиченості повітря парами води. При відносній вологості менше 20% утвориться мономолекулярний прошарок адсорбованої води. Подальше насичення повітря парами води збільшує кількість сорбирує води.

Коли відносна вологість повітря наближається до 100%, ґрунтів насичується водою до максимальної гігроскопічності (МГ). Адсорбція парів води при високій відносній вологості повітря супроводжується капілярною конденсацією, утворенням краплинно-рідкої води, на стиках ґрунтових часток, у їхніх поглибленнях (рис. 9.1).

 

Рис. 9.1. Сорбція води ґрунтом (по Н.А.Качинскому):

1 - ґрунтова частка; 2 - прошарок прочносвязанной, строго орієнтованої води; 3 - прошарок рихлозв’язаної, слабко орієнтованої води; 4 - вода капілярної конденсації.

Найбільша кількість прочнозв’язаної, строго орієнтованої води, утримуваної адсорбційними силами, характеризує максимальну адсорбційну вологоємність (МАВ). Вона складає біля 60-70% МГ.

Максимальна гігроскопічна вологість досить стабільний розмір. Її використовують для обчислення вологості зав’ядання, крім того, вона подає інформацію про ступінь дисперсності ґрунту. Значення МГ у піщаних ґрунтах коливаються в межах 0,1-1%, у глинистих, гумусированих ґрунтах досягають 10-15%, а в органогенних ґрунтах - 20-40%. Найбільше можливе утримання рихлозв’язанної води, утримуваної сорбційними силами або силами молекулярного тяжіння, характеризує максимальна молекулярна вологоємність (ММВ).

Рихлозв’язана вода, поступово збільшуя товщину плівок із притокою вологи, переходить у вільну, що згодом цілком заповнює капілярні і некапілярні пори. Коли всі пори в ґрунті заповнюються водою, наступає стан зволоження, називаний повною вологоємністю або водомісткістю.

Повна вологоємність (ПВ) - найбільша кількість води, що може вмістити ґрунт при повному заповненні всіх пір водою. Якщо гравітаційна вода не підпирається ґрунтовими водами, то вона стікає в більш глибокі обрії. Найбільша кількість води, що залишається в ґрунті після багатого зволоження і стікання всієї гравітаційної води при відсутності шаруватості ґрунту і дії ґрунтових вод, що підпирає, називається найменшою або граничною-польовою вологоємністю (НВ або ППВ).

В міру випару і споживання води рослинами губиться сплошность заповнення водою капілярів, зменшується рухливість води і доступність її рослинам. Вологість, що відповідає розірванню суцільності капілярів, називається вологістю розірвання капілярів (ВРК). Для суглинних і глинистих ґрунтів ВРК складає 65-70% НВ.

Найменша вологоємність залежить від механічного і мінералогічного складу, утримання гумусу, структурного стана, шпаристості і щільності ґрунту. Для піщаних і супіщаних ґрунтів вона складає від 5 до 20%, для суглинних і глинистих - від 20 до 45%.

Максимальна кількість капілярно-підпертої вологи, що може утримуватися в ґрунті над рівнем ґрунтових вод, називається капілярною вологоємністю (КВ). Ніж ближче до дзеркала ґрунтових вод, тим вище капілярна вологоємність для даного ґрунту.

Водопроникність - спроможність ґрунту убирати і пропускати воду. Першу стадію водопроникності характеризує усмоктування, коли вільні пори послідовно заповнюються водою. Пересування води в ґрунті під впливом сили ваги і градієнту напору при повному насиченні ґрунти водою називають фільтрацією. Водопроникність вимірюється обсягом води, що протікає через одиницю площі поверхні ґрунту в одиницю часу, виражається в мм водяного стовпа в одиницю часу.

Водопроникність залежить від загального обсягу пір у ґрунті, їхнього розміру. У легких по механічному складі ґрунтах водопроникність завжди висока. Суглинні і глинисті ґрунти, що володіють водопрочною грудкувато-зернистою структурою, також відрізняються високою водопроникністю. У ґрунтах важкого механічного складу з глибисто-пиловатою структурою водопроникність низька.

Градація ґрунтів по водопроникності виглядає в такий спосіб. Якщо ґрунт пропускає за 1ч більш 1000мм води при напорі 5см і температурі 10°С, водопроникність рахується провальной, від 1000 до 500мм - зайво високої, від 500 до 100мм - найкращої, від 100 до 70 - гарної, від 70 до 30 - задовільної, менше 30 мм - незадовільної.

При низкою водопроникності може відбуватися затаювання води на поверхні, стекание її по ухилі і розвиток ерозії.

При дуже високій водопроникності не створюється гарний запас води в корнеобитает прошарку ґрунти.

Водопідйомна здатність. Властивість ґрунту викликати висхідне пересування вологи, що утримується в ній, за рахунок капілярних сил називається водопідйомною здатністю. Капілярні сили починають виявлятися в порах діаметром 8мм, але особливо яскраво виражені в порах діаметром 0,1-0,003 мм. Більш тонкі пори заповнені пов'язаною водою. Тому водопідйомна спроможність росте від піщаних ґрунтів до суглинного і знижується в глинистих. Максимальна висота підйому води над рівнем ґрунтових вод для піщаних ґрунтів 0,5-0,7м, для суглинних - 3-6 м.

 

Водяний режим ґрунтів

 

Водяним режимом називають усю сукупність явищ надходження вологи в ґрунт, її пересування, утримання в ґрунтових обріях і витрати з ґрунту. Кількісно його виражають через водяний баланс. Водяний баланс характеризує прихід вологи в ґрунт і витрату її з її.

Загальне рівняння балансу виражають формулою:

В + В_ос + В_г + В_к + В_пр + В_б = Е_исп + Е_т + В_и + В_с + В₁                (1)