Ґрунтово-гідрологічні константи

Ґрунтово-гідрологічні константи – це деякі характерні для кожного ґрунту значення вологості, які використовують при практичних розрахунках і порівняльних оцінках. Більшість цих констант виникли із практичних потреб і лише згодом став зрозумілий їхній фізичний сенс (зміст).

Гігроскопічна вологість (ГВ, Wr) – вологість ґрунту, яка характерна зразку ґрунту в атмосфері лабораторії. Відносна вологість повітря (або відносний тиск водяної пари) у лабораторії – величина хоч і дуже коливається, але не сильно змінює ГВ. ГВ потрібна для розрахунку маси абсолютно-сухої наважки (mа-с) за даними маси повітряно-сухої (тобто в атмосфері лабораторії, mв-с) наважки:

mа-с = mв-с/(Wr+1), якщо Wr виражена у г/г або

mа-с = mв-с·100/(Wr+100) при використанні вираження Wr в %.

Максимальна гігроскопічна вологість (МГ, Wмг) – вологість ґрунту при знаходженні її в атмосфері з відносною вологістю 98 %. Це максимальна кількість вологи, яку ґрунт може сорбувати із близького до насиченого водяною парою повітря.

Вологість стійкого в’янення або просто вологість в’янення (ВВ, Wвв) – вологість ґрунту, при якій з’являються стійкі ознаки в’янення рослин з добре розвинутою кореневою системою, які не щезають при поміщенні рослин на 12 годин в атмосферу, насичену водяною парою. Ця величина визначається методом вегетаційних мініатюр, коли рослини (як правило, ячмінь або овес, хоча у США використовують соняшник) вирощують у невеликих стаканчиках ємністю біля 100 см3 до стадії третього листка (рис. 5.2). Поверхню ґрунту прикривають від випаровування піском і парафіном та перестають їх поливати. Коли виявляються ознаки в’янення, рослини ставлять на ніч у вологу камеру. І якщо після знаходження у вологій атмосфері втрата тургору буде помітна, – це значить, що у ґрунті досягнута вологість, яка відповідає ВВ.

Рис. 5.2. Визначення вологості в’янення методом вегетаційних мініатюр

Вологість розриву капілярного зв’язку або просто вологість розриву капілярів (ВРК, Wврк) – константа, запропонована О. А. Роде і М. М. Абрамовою, яка відповідає максимальній молекулярній вологоємності ММВ. Загальноприйнятих лабораторних експериментальних методів визначення цієї величини не має, є лише польові методи її визначення. Ця ґрунтово-гідрологічна константа дуже важлива. Вона характеризує помітне зменшення рухомості ґрунтової вологи, коли ґрунтова капілярна волога вже не представляє собою єдиного гідравлічного зв’язку, а розпадається на окремі капіляри і залишається у вигляді плівок. Рух води, її доступність для рослин різко знижуються. І хоча загальноприйнятих методів визначення її не має, інколи цю величину вважають близькою до 70 % від найменшої вологоємності для суглинкових ґрунтів, а для піщаних і супіщаних – близько 50-60 % від НВ.

Найменша вологоємність (НВ, Wнв), синоніми загальна вологоємність, за Н. А. Качинським, польова вологоємність, гранична польова вологоємність) – найбільша кількість вологи, яку ґрунт здатний утримувати капілярними силами після вільного стікання гравітаційної вологи. Це дуже важлива характеристика, яка вказує на водоутримуючу здатність ґрунту. Ця величина має дуже важливе практичне значення, за нею проводять полив рослин, орієнтують норми осушення та ін. Слід відмітити, що за визначенням вона дуже нагадує наведену вище теоретичну константу – максимальну капілярно-сорбційну вологоємність.

Найменша вологоємність (НВ, Wнв) – це вологість, яка встановлюється після стікання надлишку води попередньо насиченого ґрунту, досягається, як правило, через 2-3 дні після інтенсивного дощу або поливу гомогенного ґрунту, що добре дренується. Таке визначення говорить про спосіб експериментального визначенням цієї величини, підкреслює декілька досить важливих моментів:

ü НВ визначається тільки в умовах доброго дренажу, для автоморфних ґрунтів;

ü НВ визначається тільки для ґрунтів з гомогенним профілем, в якому не має чергування шарів з різним гранулометричним складом, щільністю і т. п., тобто не може виникнути капілярно-підпертої води або верховодки;

ü НВ визначається в ґрунтах у той момент, коли закінчується стікання надлишку води. Під “надлишком” переважно розуміють гравітаційне стікання.

Ці умови обмежують експериментальне визначення НВ, яке строго відповідає теоретичному визначенню. Більше того, виникають і ще деякі запитання, зокрема, чому визначати вологість через 2-3 дні? Для суглинкових ґрунтів цей факт доведений дослідним шляхом. Дійсно, через 2-3 дні припиняється гравітаційне стікання, хоча інші форми води продовжують пересуватись вниз під дією гравітаційних сил. Можна вважати, що це загальноприйнятий, практично важливий факт, який прийнятий на основі ґрунтово-гідрологічної і меліоративної практики.

Капілярна вологоємність(КВ, Wкв) – рівноважна вологість ґрунту, яка знаходиться у межах капілярної кайми ґрунтових вод і представляє собою максимальну кількість капілярно-підпертої води. Капілярна кайма – це шар капілярно-підпертої вологи над дзеркалом ґрунтових вод.

Величина КВ того чи іншого шару ґрунту залежить не тільки від властивостей ґрунту (дисперсного стану і гумусованості, будови шпарового простору тощо), але й від положення цього шару над рівнем ґрунтових вод. Безпосередньо над дзеркалом ґрунтових вод КВ мало відрізняється від повної вологоємності, а на верхній межі капілярної кайми вона дорівнює найменшій вологоємності. Тому КВ не може бути виміряна однозначно, а є функцією від висоти над рівнем ґрунтових вод.

Розподіл вологи у межах капілярної кайми необхідно знати у процесі вивчення ґрунтів, які формуються під час близького залягання ґрунтових вод. У таких умовах капілярно-підперта волога відіграє провідну роль у вологозабезпеченні рослин і безпосередньо впливає на ґрунтові процеси (оглеєння, засолення, елювіювання тощо). Визначається у польових або лабораторних умовах.

Повна вологоємність (ПВ, Wпв) – максимальна кількість води, яка може знаходитися у ґрунті природного складення під час його затоплення. Іншими словами, повна вологоємність – це водомісткість ґрунтів.

Стан вологості, постійно наближений до ПВ, характерний для болотних ґрунтів. Автоморфні ґрунти майже ніколи не бувають у стані їхньої ПВ, цей стан характерний тільки для верхніх горизонтів під час інтенсивних затяжних дощів. Величина повної вологоємності залежить від гранулометричного складу, гумусованості, оструктуреності і складення.

Існує деяке правило (далеко не завжди дотримується) про співвідношення величин вологості, які відповідають ґрунтово-гідрологічним константам. Співвідношення наступне: ПВ : НВ : ВРК : ВЗ : МГ = 1 : 0,5 : 0,35 : 0,25 : 0,05. Це правило (дуже важливо) можна застосовувати лише для орієнтації у величинах ґрунтово-гідрологічних констант, але воно не непридатне для кількісних розрахунків. Основою для знаходження величин ґрунтово-гідрологічних констант є їх експериментальне визначення.

Багато з ґрунтово-гідрологічних констант співпадають з наведеними вище енергетичними. Їхню відповідність можна відобразити на наступній схемі-таблиці (табл. 5.2).

Таблиця 5.2