Модуль 2

1. Рідка фаза і її значення для ґрунту.

Рідка фаза ґрунту - це ґрунтовий розчин, який являє собою суміш розчинених мінеральних солей, деяких органічних речовин і газів у воді. У ньому в найдоступнішій для рослин формі знаходяться поживні речовини. Ґрунтовий розчин активно впливає на водозабезпечення рослин за рахунок осмотичного тиску, який визначається концентрацією іонів (від кількох мг/л до 100 і більше г/л), рН тощо, які, в свою чергу, залежать від вмісту води в ґрунті. Вода в ґрунті знаходиться у різних формах. Підґрунтова вода - вода, яка, просочуючись у нижні шари ґрунту, накопичується над водонепроникним ґрунтовим горизонтом. Гравітаційна - це вода, що знаходиться у великих некапілярних порах ґрунту і опускається донизу під дією гравітації.

2. Генетичне значення рідкої фази ґрунту.

3. Рідка фаза і її роль в сільському господарстві.

4. Рідка фаза і меліорація ґрунтів.

5. Форми ґрунтової вологи.

6. Конституційна (хімічно–зв’язана) вода, її властивості і методи визначення.

Хімічно-зв’язана вода містить конституційну й кристалізаційну. Перша з них представлена гідроксильною групою ОН хімічних сполук, гідроксилу заліза, алюмінію, марганцю, органічних та органо-мінеральних сполук, глинистих мінералів; молекулами води кристалогідратів, переважно солей: напівгідрати СаSO4*0.5H2O, гіпсу СаSO4*2H2O, мірабіліту NaSO4*10H2O. Ця вода входить до твердої фази ґрунту, не переміщується, не має властивостей розчинятися.

7. Кристалізаційна (кристалогідратна) вода, властивості і методи визначення.

8. Гігроскопічна вода, властивості і методи визначення.

9. Максимально–гігроскопічна вода, властивості і методи визначення.

10. Квазі–тверда вода, її види, властивості і методи визначення.

11. Плівкова вода, її властивості і значення.

пухкозв'язану (плівчасту). Ґрунт не може сорбувати пароподібну форму більше від МГ, але рідку воду може сорбувати і в більших кількостях. Вода, яка утримується в ґрунті сорбційними силами зверху МГ – це вода плівкова, або пухкозв'язана. Утворює полі молекулярну плівку навколо грунтових частинок. Товщина її досягає декількох десятків і навіть сотень діаметрів молекул води. Плівкова вода може переміщуватися в рідкому стані від ґрунтових частинок з більш товстими водяними плівками до частинок, у яких вони тонші. Швидкість її руху декілька сантиметрів на рік.
Вміст її у фунті залежить від тих же факторів, що і вміст гігроскопічної. У середньому, для більшості ґрунтів її кількість складає 7-15%, деколи в глинистих ґрунтах досягає 30-35% і знижується у піщаних до 3-5%.

12. Капілярна вода, її види, властивості і значення.

Капілярна вода – утримується в ґрунті в порах малого діаметра (< 8 мм) капілярними (менісковими) силами. Ці сили виникають внаслідок наявності в поверхні рідини ненасичених молекул, які є джерелом надлишкової поверхневої енергії. Це веде до утворення на поверхні рідини нібито плівки, що має поверхневий натяг, або поверхневий тиск. Він являє собою різницю між атмосферним тиском і тиском рідини. Капілярна вода рідка, рухома, розчиняє й переміщує речовини, доступна рослинам. Ділиться на капілярно-підвішену, капілярно-підперту й капілярно-посаджену залежно від джерела зволоження ґрунту.

13. Вода гравітаційна або вільна, її види, властивості і значення.

Гравітаційна вода – переміщується в ґрунті під дією гравітаційних сил, тобто під дією власної ваги, знаходиться поза впливом сорбційних і капілярних сил, рідка, має високу розчинну здатність, рухома, доступна рослинам.
Рух гравітаційної води через ґрунт називається фільтрацією.
Гравітаційна вода ділиться на просочувану й підперту (підземну). Просочувана – це вода, яка пересувається по порах і тріщинах зверху вниз, коли її кількість перевищує стримувальну здатність меніскових сил. Підземна (вода водоносних горизонтів) – насичує ґрунтово-підґрунтову товщу до повної вологоємності й утримується в ґрунті за рахунок малої водопроникності порід, що підстилають ґрунт. Вона міститься у водоносному шарі – породі, яка легко пропускає вільну воду і насичена нею (галечник, піщаники, піски, вапняки тощо).

14. Вода тверда (полігідрол).

Тверда вода – лід, який утворюється при від'ємній температурі сезонно або постійно, малоактивний кристалічний стан води. Це потенційне джерело води рідкої й пароподібної, в яку лід переходить при таненні й випаровуванні.

Тверда – лід – потенційне джерело рідкої та пароподібної води, в яку лід переходить внаслідок танення і випаровування. Поява води у формі льоду може мати сезонний або багатовіковий характер. Температура замерзання води в ґрунті при 0°С, а якщо в ній багато солі, то при більш меншій температурі.

15. Вода пароподібна, її значення для ґрунту.

Пароподібна вода – міститься в грунті при будь-якій вологості в порах, вільних від рідкої води. Її у ґрунті мало, не більше 0,001%, вона знаходиться у вигляді водяного пару. Ця вода рухається від ділянок з високою пружністю водяного пару до ділянок із нижчою пружністю, із верхніх шарів грунту – в атмосферу, а при певних умовах конденсується в рідкий стан. Тобто цей стан води відіграє помітну роль у формуванні водного режиму ґрунту (вміст її може складати до 150 м куб/га).

16. Внутрішньоклітинна вода.

Внутрішньоклітинна вода міститься в відмерлих, що розклалися, частинах рослин. До повного розкладання рослинної маси така вода рослинам не доступна. Великий відсоток її мається на слабо-і розклалися торфах, дернині і лісовій підстилці.

17. Важка вода, її властивості і роль в ґрунті.

Важка вода (також оксид дейтерію) — зазвичай цей термін застосовується для позначення важководневої води. Важка вода має ту ж хімічну формулу, що і звичайна вода, але замість атомів звичайного легкого ізотопу водню (протію) містить два атоми важкого ізотопу водню — дейтерій. Формула важкогідрогенової води зазвичай записується як D2o або 2h2o. Зовні важка вода виглядає як звичайна — безбарвна рідина без смаку і запаху. Важка вода токсична лише в слабкій мірі, хімічні реакції в її середовищі проходять декілька повільніше, в порівнянні із звичайною водою, водневі зв'язки за участю дейтерію декілька сильніше звичайних.

18. Методи визначення вологості ґрунту.

Для визначення вологості ґрунту використовують декілька способів. Термостатно-ваговий, заснований на вилученні зразків визначеного шару ґрунту з наступним важенням в лабораторних умовах. Тензометричний метод базується на зміні всмоктуючої сили ґрунту в залежності від вмісту вологи. Гамма-скопічний метод визначення вологи базується на тому, що інтенсивність пучка гамма-квантів, проходячи через ґрунт, ослаблюється, при чому це ослаблення викликається як твердими частинками ґрунту, так і вмістимій в ньому водою. Якщо товщина ґрунту залишається постійною, то зміни інтенсивності пучка гамма-квантів будуть залежати тільки від змін вологовмісту. Існує також нейтронний метод визначення вологості ґрунту, рефлектометричний метод, дистанційний теплоємкісний і інші. Найбільш поширеним і точним з цих методів є термостатно-ваговий. При термостатно-ваговому методі визначення вологості зразки ґрунту беруться суцільною колонкою з свердловини буром або з стінки шурфа з врахуванням генетичних горизонтів ґрунту і геологічних нашаровувань. Тому, спочатку проводять морфологічні описи ґрунту, з тим, щоб своєрідно генетичним горизонтом ґрунту намітити глибину взяття зразків на вологість.

19. Абсолютна і відносна вологість ґрунту і способи її вираження.

20. Продуктивна і непродуктивна волога ґрунту. Вологість в’янення.

Вологість в'янення (коефіцієнт в'янення) — вологість ґрунту, за якої проявляються ознаки в'янення рослин. Ця величина зале­жить від властивостей ґрунту (механічний склад, засолення, наяв­ність торфу тощо) і біологічних особливостей рослин. Вологість в'янення глинистих ґрунтів становить 20—30%, піщаних—1— З %, торфових — 60—80 %. Вологолюбні рослини починають в'яну­ти при вищій, посухостійкі — при нижчій вологості ґрунту

Вологість стійкого в'янення рослин - запас вологи, за якого спостерігається постійне в'янення рослин, яке не зникає і у вологій атмосфері. Відповідно, в ґрунті залишається тільки недоступна для рослин вода. Цю кількість води в ґрунті також називають коефіцієнтом в'янення.

21. Енергетичний стан води в ґрунті.

Оскільки вода в грунті знаходиться під одночасним складним впливом кількох силових полів - адсорбційних, капілярних, осмотичних, гравітаційних, - для характеристики їх сумарного дії та оцінки енергетичного стану води в грунті введено поняття термодинамічної, або повного, потенціалу грунтової води. Повний потенціал грунтової води () (Па = ) - Це величина виражає здатність води в грунті виробляти більшу чи меншу роботу в порівнянні з чистим вільною водою.
∫ ^z ₀ dz + V ^- H ₂ O [∫ dP + ∫ dP], де
- Адсорбційний потенціал; - Капілярний потенціал; - Осмотичний потенціал; - Гравітаційний потенціал; - Потенціал тензометричного тиску; z - вертикальна відстань; g - сила гравітації на одиницю маси води; V ^- H ₂ O - парціальний питомий об'єм води в грунтовому розчині, Р - тиск води; - Осмотичний тиск.

22. Рух води в ґрунті. Механізм руху ґрунтової вологи.

Якщо увесь поровий простір заповнений водою, то процес руху вологи в такій двофазній

(тільки тверда і рідка фази) системі називають фільтрацією. При описі цього процесу вважають, що по всіх порах вода рухається з однаковою швидкістю
зростання, формуючи фільтраційний фронт в насиченому водою ґрунті. Такі умови в грунті бувають не часто і в основному характерні
для руху грунтових вод, верховодки, для умов весняного
сніготанення. Саме фільтрація води в грунті є основою
для розуміння процесів руху води в грунті. Законом, що описує рух в насиченому водою грунті, є закон Дарсі.

23. Водопроникність ґрунтів.

Водопроникність ґрунтів — здатність ґрунтів пропускати через себе воду, яка надходить з поверхні. Залежить від механічного, структурного і хімічного складу ґрунтів, його щільності, пористості, вологості і тривалості зволоження. Глинисті ґрунти мають низьку водопроникність, піщані і структурні — високу. Набухання колоїдів ґрунту різко знижує водопроникність ґрунту. Низька водопроникність— негативне явище в землеробстві. Водопроникністю називають здатність ґрунту пропускати за одиницю часу певну кількість води з верхніх у нижні горизонти. Процес водопроникності ділять на вбирання та фільтрацію. Вбирання проявляється за неповного насичення ґрунту вологою, тобто тоді, коли пори неповністю заповнені водою, а також включаються сорбційні та капілярні сили. Фільтрація виникає за максимального насичення ґрунту вологою. Вимірюють водопроникність висотою стовпа води, яка просочилась у ґрунт за певний час, і називається ця величина коефіцієнтом фільтрації. Водопроникність ґрунту залежить від механічного складу і структури ґрунту. Піщані та структурні ґрунти швидше пропускають воду, ніж глинисті і безструктурні. На водопроникність впливає також кількість органічної речовини та колоїдів, які затримують велику кількість вологи.

24. Фільтраційні властивості ґрунтів.

Важливо також відзначити, коефіцієнт фільтрації. Ця властивість не тільки грунту, але і протікаючої в грунті рідини, так як закон Дарсі можна застосувати не тільки до води, але і до інших рідин. Якщо увесь поровий простір заповнений водою, то процес руху вологи в такій двофазній

(тільки тверда і рідка фази) системі називають фільтрацією. При описі цього процесу вважають, що по всіх порах вода рухається з однаковою швидкістю
зростання, формуючи фільтраційний фронт в насиченому водою ґрунті. Такі умови в грунті бувають не часто і в основному характерні
для руху грунтових вод, верховодки, для умов весняного
сніготанення. Саме фільтрація води в грунті є основою
для розуміння процесів руху води в грунті.

25. Вплив водопроникності і фільтрації на ґенезу і властивості ґрунтів.

Водопроникністю називають здатність ґрунту пропускати за одиницю часу певну кількість води з верхніх у нижні горизонти. Процес водопроникності ділять на вбирання та фільтрацію. Вбирання проявляється за неповного насичення ґрунту вологою, тобто тоді, коли пори неповністю заповнені водою, а також включаються сорбційні та капілярні сили. Фільтрація виникає за максимального насичення ґрунту вологою. Вимірюють водопроникність висотою стовпа води, яка просочилась у ґрунт за певний час, і називається ця величина коефіцієнтом фільтрації.

Водопроникність ґрунту залежить від механічного складу і структури ґрунту. Піщані та структурні ґрунти швидше пропускають воду, ніж глинисті і безструктурні. На водопроникність впливає також кількість органічної речовини та колоїдів, які затримують велику кількість вологи.

Вода у ґрунті піднімається тим вище, чим тонші капіляри, але швидкість руху води зменшується. Так, у глинистих ґрунтах вода в капілярах піднімається повільно, але на більшу висоту, в піщаних - швидше, але на меншу висоту.

Інфільтрація – заповнення водою вільних пор грунту під впливом сорбційних, меніскових, гравітаційних сил і градієнта напору.

Фільтрація – безперервний рух води в насиченому грунті під впливом градієнта.

26. Методи визначення і оцінки водопроникності та фільтрації води в ґрунті.

МЕТОДИ ВИЗНАЧЕННЯ ВОДОПРОНИКНОСТІ
Водопроникність в основному слід вивчати в природних умовах. Лабораторні дослідження повинні доповнювати і поглиблювати польові, але не заміняти їх.
Для польових визначень водопроникності грунтів найбільш відомі: метод заливки площ, метод трубок і лізиметричний. Коефіцієнт фільтрації визначається методом відкачування, методом заповнення свердловин, здопомогою індикаторів.
МЕТОД ЗАЛИВКИ ПЛОЩ
Рами різної величини і форми (круглої,квадратної, прямокутної) врізають в грунт, в них заливають воду і враховують інтенсивність вбирання при постійному або змінному напорі за певні інтервали часу. Облік водопроникності. У кожному квадраті
встановлюють водомірну лінійку, за якою відзначають рівень води, і термометри для обліку температури води.
Метод поливу досліджуваних ділянок дає найкращі результати, але трудомісткий, тому має обмежене застосування. Воду подають тим же способом, що і при поливі: суцільним шаром (Тобто напуском), по борознах або дощуванням.
Цей метод порівняно з іншими менш трудомісткий, не вимагає великої кількості води, дозволяє вивчати варіювання водопроникності грунту з поверхні і по
генетичних горизонтах. Необхідно велике число повторностей визначення (не менше 10 трубок) по всіх генетичних горизонтах.
Метод ізольованих колон. Висота, а також площа поперечного перерізу грунтової колони з природного або насипного грунту можуть бути різні в залежності від поставленої мети.
ВИЗНАЧЕННЯ ФІЛЬТРАЦІЇ водонасичених горизонтів. Для визначення фільтрації водоносних горизонтів грунтів розроблено кілька методів: безперервної відкачки
води з свердловин, заповнення свердловини водою, метод індикаторів.
Метод безперервної відкачки використовують при сталому режимі фільтрації. Зміна депресійної кривої визначається за зміною рівня води в досліджуваних свердловинах або в шурфах. Визначення коефіцієнта фільтрації методом заповнення
свердловини водою. Цим методом визначається коефіцієнт горизонтальної фільтрації. Заснований він на швидкості відновлення в свердловині природного рівня води після її відкачування в залежності від водопроникності грунтопороди..

27. Капілярний підйом ґрунтової вологи, його значення і оцінка.

Верхню межу капілярного насичення грунту за рахунок грунтових вод називають капілярною каймою. Потужність насиченого шару грунту відповідає висоті капілярного підйому.
В полі висоту капілярної облямівки визначають за розподілом вологості по профілю грунту від поверхні до рівня грунтових вод. Підвищення вмісту вологи на деякій глибині зростає в міру наближення до дзеркала грунтових вод. Початок різкого перегину кривої вмісту
вологи відповідає висоті капілярного підйому. Вміст вологи в цій точці відповідає величині загальної вологоємності (польовий). Висоту капілярного підйому води легко визначити на відкритому грунтовому розрізі.

Грунт над капілярною каймою через 1-2 год підсихає, яснішає, а на рівні її і нижче
залишається вологим, темним. Висоту капілярного підйому заміряють від рівня грунтових вод до межі змочування. При змоченому профілі визначити висоту капілярного підйому води описаними вище методами важко, тому
застосовують фарби-індикатори або розчиняють в грунтовому розчині радіоактивні солі (мічені атоми).

28. Вологомісткість і водоутримуюча здатність ґрунту.

Водоутримуюча здатність - це властивість ґрунту утримувати в собі воду. За умови високого вмісту води водоутримуюча здатність низька, а під час зменшення кількості води - швидко зростає.

Кількість та доступність рослинам ґрунтової води характеризується вологоємністю ґрунту, яка визначається, як вміст води в ґрунті, виражений у відсотках від його маси або об'єму.

О.А. Роде виділив п'ять показників вмісту води в ґрунті: максимальну адсорбційну вологоємність, максимальну гігроскопічність, вологість стійкого в'янення рослин, найменшу, або польову, вологоємність і повну вологоємність.

29. Номенклатура вологомісткості ґрунту.

Вологомісткість ґрунту- кількісна характеристика здатності грунту утримувати вологу.Найменша вологомісткість грунту - кількість вологи, яка міцно утримується в грунті після випаровування.
Повна вологоміоткість грунту - це кількість вологи, яку може вміщувати грунт за умови повного наповнення вологою всіх пор.

Водоутримуюча здатність – це здатність грунту утримувати воду, яка міститься в ньому, від стікання під дією сили тяжіння; кількісною характеристикою водоутримуючої здатності є вологоємність.

Польова вологоємкість – це кількість вологи, яку грунт в природномузаляганні в польових умовах здатний довго утримувати після сильного зволоження та вільного стікання води.

Капілярна вологоємкість – кількість води, яка утримується в ґрунті в стані капілярного насичення при заповнені водою капілярних пор під дією ґрунтових вод.

Гігроскопічна вологоємкість – кількість вологи, яку сухий грунт може увібрати, або сорбувати із повітря.

30. Максимально–адсорбційна, максимально–молекулярна і капілярна вологомісткість ґрунтів.

Залежно від сил, що утримують воду в грунті, виділяють наступні види вологоємності: максимальну адсорбційну(МАВ), максимальну молекулярну (ММВ), капілярну (KB)

МАВ – найбільша кількість води, яка може бути утримана сорбційними силами на поверхні грунтових часток, відповідає кількості щільно зв'язаної води, що міститься в грунті, приблизно дорівнює МГ.

ММВ – характеризує верхню межу вмісту в грунті плівкової води. Залежить, в основному, від гранскладу грунту (глина – 25-30%, пісок – 5-7%). Це важлива гідрологічна константа, бо є нижньою межею доступної для рослин води.

KB – найбільша кількість капілярно-підпертої води, яка може утримуватись грунтом, що знаходиться в межах капілярної кайми. Залежить від пористості грунтів і від висоти шару насиченого грунту над дзеркалом грунтових вод, тому KB не є константою.

31. Найменша (польова, загальна і гранично польова) волого місткість. Дефіцит вологи.

НВ – максимальна кількість капілярно-підвішеної води, яку може утримати грунт після стікання надлишку води при глибокому заляганні грунтових вод. Залежить від гранскладу, структурності грунту (піщані – 5-10%, супіщані – 10-20%, суглинкові – 20-30%, глинисті – 30-45%). Це одна з найважливіших гідрологічних характеристик грунту, константа, верхня межа оптимального зволоження. Польова вологість характеризує кількість води в грунті, під час взяття проб. Визначаючи її, можна дізнатись про загальний запас вологи в грунті і продинаміку її в період вегетації рослин. При гострому дефіциті вологи відбувається передчасне відмирання розміщених у верхніх, найбільш родючих шарах ґрунту молодих корінців, які відіграють головну роль у забезпеченні рослин поживними речовинами. Вода може надходити в рослини тільки із глибоких шарів ґрунту. Та це можливо за умови розвитку потужної, глибоко проникаючої в ґрунт кореневої системи.

32. Повна вологомісткість ґрунту.

Вологомісткість ґрунту- кількісна характеристика здатності грунту утримувати вологу.

ПВ – найбільша кількість вологи, яку може вмістити грунт при повному заповненні всіх пор, за винятком защемлених, тому ПВ приблизно дорівнює пористості грунту (в об'ємних процентах).

33. Грунтово–гідрологічні константи.

До грунтово-гідрологічних констант відносяться: максимальна гігроскопічність(МГ); вологість в'янення (ВВ) – це вологість, при якій рослини проявляють ознаки стійкого в'янення. ВВ ~ 1,5МГ, це нижня межа доступної для рослин вологи. ВВ приблизно дорівнює максимально-молекулярній вологомісткості, але залежить не тільки від властивостей грунту, а й від типу рослин; вологість розриву капілярного зв'язку (ВРК) – це кількість води, при якій розривається суцільний потік капілярної води в грунті, ~65-70% від найменшої вологомісткості (НВ), відповідає нижній межі оптимальної зволоженості грунту. Усі грунтово-гідрологічні константи виражаються в% від маси або об'єму абсолютно сухого грунту.

34. Методи визначення вологомісткості ґрунту.

Визначення польової і гігроскопічної волог и: польова вологість характеризує кількість води в грунті, під час взяттяпроб. Визначаючи її, дізнаємось про загальний запас вологи в грунті і продинаміку її в період вегетації рослин. Принцип методу: Визначення польової і гігроскопічної вологості основане на висушуванні наважки грунту в сушильній шафі до постійної маси при температурі 100 - 105⁰.

Визначення вологоємкості грунту:При визначенні повної та капілярної вологоємкостей грунту треба брати зразки грунту з непорушеною будовою. Але в лабораторії іноді визначають вологоємкість грунту в зразках, які мають порушену будову, тобто розтерті та просіяні крізь сито з отворами 1 мм, Визначення капілярної вологоємкості грунту, Визначення повної вологоємкості грунту.

35. Випаровування вологи, його типи і значення.

Випаровувальна здатність - це властивість ґрунту випаровувати воду. Власне випаровування - це перехід води в стан водяної пари, що зумовлює безпосередні втрати її з ґрунту. Цей процес залежить від таких факторів, як наявність енергії (тепла) для переходу води з рідкого стану в газоподібний, здатність повітря переносити водяну пару від випаровуючої поверхні, наявність води на випаровуючій поверхні. До типів випаровування належать: фільтрація, фізичне випаровування.

36. Випаровування (випаровуваність) з поверхні води.

Випаровуваність – це величина, яка показує, скільки води випарувалося б з одиниці площі відповідної території (або товщина цього шару) при необмежених запасах вологи. Ця величина є оцінкою потенційних можливостей регіону щодо випаровування.

37. Випаровування з поверхні оголеного ґрунту.

Процес вирубки лісу та руйннування природної рослинності негативно впливає на стан і властивості ґрунтів, оскільки поверхня ґрунту залишається оголеною, без захисту: талі та дощові води, не затримуються, стікають по схилах, захоплюючи частинки ґрунтів та виносять їх в річки. В землю потрапляє лише незначна частина вологи. Поверхневий стік води збільшується в 2-3 рази, знижуючи рівень ґрунтових вод, що приводить до збільшення посушливості ґрунтів. Крім того, випаровування з поверхні оголеного ґрунту проходить значно інтенсивніше. Посушлива дія випаровування на незахищених ґрунтах призводить до пониження конденсації вологи у вигляді роси, що надзвичайно важливо для аридних зон.

38. Транспірація вологи рослинами.

Роль води в ґрунті визначається її особливим станом у природі. По-перше, вода — це фізико-хімічна активна система, що забезпечує розвиток фізичних, хімічних і біохімічних процесів у природі, по-друге, вода — це потужна транспортна геохімічна система, що забезпечує міграцію (пересування) речовин у просторі. Тільки за участю води відбуваються процеси вивітрювання та новоутворення мінералів, життєдіяльність живих організмів та гуміфікація. З водою пов’язане формування генетичних горизонтів ґрунтового профілю. Вода значною мірою визначає температурний режим ґрунту та його тепловий баланс, впливає на родючість, забезпечує оптимальні умови розвитку рослин.

Дата добавления: 2015-05-23