 |
|
|
Костычев. ПОЧВОВЕДЕНИЕ |
ГЛАВА II КАПИЛЛЯРНЫЕ ЯВЛЕНИЯ В ПОЧВАХ
|
Смотрите также:
Мейен - Из истории растительных династий
Биографии биологов, почвоведов
|
Определение влагоемкости не может дать нам полного понятия о запасах воды, остающихся в почвах после; обильных дождей или таяния снега весною: даже в почвах, до большой глубйны однородных по составу и по крупности частиц, содержание воды в разных слоях тотчас же после насыщения их водок» бывает не одинаково; когда состав различных слоев не однороден, то разница между ними в указанном отношении может быть весьма велика.
В тех случаях, когда выпадающий дождь недостаточен для насыщения всей почвы водою, влагоемкость не может дать нам никакого понятия о распределении воды в разных слоях почвы. Только изучение капиллярных явлений в почвах дает нам средства для разъяснения всех указанных случаев. Распределение воды в разных слоях почв, вследствие разнообразия последних, бывает до того различно, что все случаи, возможные в действительности, не могут быть рассмотрены нами: мы можем при нашем общем рассмотрении принять в расчет только некоторые типические различия почв.
Из исследований над пропитыванием водою порошковатых и пористых тел, произведенных давно уже Пулъе и повторенных недавно над почвами и составными частями их Стельвагом, мы знаем, что при пропитывании водою сухпх порошковатых тел происходит повышение температуры, доходящее (в совершенно сухих почвах) до 10° и более. Это указывает, что на поверхности твердых частиц порошковатого тела (в данном случае—почвы) происходит значительное уплотнение воды; его не могло бы быть, если бы между водою и твердыми частицами почвы не было чрезвычайно сильного притяжения.
К тому же заключению приводят нас известные исследования Жамена над пропитыванием водою пористых тел. Опыты этого ученого показали, что при погр}*жении пористых тел в воду вода проникает в их скважины, вытесняя из них воздух; так как воздух в таких случаях не может проникать через смоченную поверхность пористого тела, то он оттесняется к внутренней части этого тела; здесь давление воздуха может дойти до нескольких атмосфер, и, однако, вода проникает все дальше и дальше, несмотря на сильное сопротивление вытесняемого ею воздуха. Этого не могло бы быть, если бы притяжение между твердым телом и водою, в него проникающею, не было весьма сильно.
Подобно всем частичным силам, притяжение твердым телом воды обнаруживается только на весьма малых расстояниях; близ поверхности твердых частиц оно наиболее сильно, затем уменьшается по мере удаления от этой поверхности п, наконец, на очень малом расстоянии от нее совсем прекращается. Это видно из того, что если пропитываются водою совершенно сухпе вещества, то замечается несравненно большее повышение температуры, чем в тех случаях, когда на поверхности частиц есть уже вода.
Согласно с этим, надо полагать, что весь слой воды вокруг смоченной частицы, состоит как бы из множества концентрических слоев, наиболее плотных близ самой поверхности твердой частицы и наименее плотных во внешней части всего водяного слоя. Если происходит пропитывание почвы водою, то в таких почвах, частицы которых сближены до взаимного соприкосновения, вода должна раздвигать их до некоторой степени; в самом деле, поверхность твердых частиц и в местах их взаимного соприкосновения с большою силою притягивает воду, и вода может поместиться между частицами, только раздвинувши их. Заключение это может быть подтверждено следующими опытами. Набивая возможно плотно стеклянные трубки сухим, мелким песком (кварцевой мукою) или каолином и плотно закрывая их с обеих сторон каучуковыми пробками с отверстиями, мы можем смачивать песок в трубке водою (употребляя для этого разные приспособления); если вещество набито действительно плотно, то обыкновенно трубки при этом лопаются вдоль вследствие разбухания массы измельченного кварца.
Опыты эти, следовательно, приводят к таким же результатам, какие получал Жамен, набивая крахмал в пористые цилиндры и помещая последние в воду: просачивающаяся сквозь стенки цилиндров вода увеличивала объем крахмального порошка, и цилиндры лопались. (Перегной, например, в виде измельченного торфа, вероятно, мог бы дать более резкие результаты, чем кварцевая мука или глина.)
Разбухание плотных почв при смачивании их водою доказывается также и тем, что сырые мелкозернистые почвы при высыхании сжимаются (ссыхаются); этого не могло бы быть, если бы в сырой почве твердые частицы ее не были раздвинуты одна от другой.
Следствием разбухания плотных почв при смачивании их является задерживание ими воды в большом количестве, сравнительно с тем, какое соответствует объему их скважин; из наблюдений над различными почвами можно даже видеть, что содержание в почвах воды в количествах, превышающих влагоемкость, составляет явление весьма обыкновенное.
Выше мы приводили исследования Флюгге, по которым объем почвенных пор составляет обыкновенно 36,2% объема почвы, если она состоит из частиц одинаковой крупности и при не вполне плотном расположении их. В почвах, состоящих из частиц разной крупности, объем пор еще менее этого. Но даже в почвах, содержащих мало органических веществ, с объемом пор в 36%, может поместиться в скважинах столько воды, что количество ее составит всего около 18% от веса сырой почвы.
Между тем в действительности мы находим очень часто в неразрыхленной, плотной глинистой почве не менее 20—25%, и при этом (как мы потом увидим) не все ее скважины бывают заняты водою, потому что воздух из почв при смачивании их не -может быть вытеснен вполне.
Из этого можно видеть, что у влажных почв твердые частицы обыкновенно удалены одна от другой. Следующие соображения Сойки показывают, что разъединение частиц и, следовательно, разбухание почвы могло бы доходить до весьма значительных размеров, если бы оно могло происходить беспрепятственно.
При смачивании водою твердых тел, Сойка нашел, что слой воды, не стекающий с поверхности твердого тела, доходит (для почвенных веществ), по меньшей мере, до 0,015 мм толщины.
Взявши шарообразные мелкие зерна в 0,01 мм в поперечнике, мы найдем, что в литре их поместится 176 662 миллиона; поверхность всех их будет 222 млн. кв. мм; если представить себе, что каждое зерно облечено со всех сторон слоемводытолько в0,005 мм толщиною, то на поверхности частиц, помещающихся в литре, будэт воды 1,757 л, что невозможно без разбухания всей массы частиц. При таком условии в такой массе будет менее 47% воды, и, следовательно, случай такого рода не составляет редкости. Намокшая масса, при отсутствии препятствий для разбухания, увеличилась бы с одного литра до 21 /2, и затем при высыхании снова заняла бы объем в 1 литр. Сжатие составляло бы 60% объема сырой массы. В действительности наблюдались сжатия в 35% объема сырой почвы.
Когда все частицы будут иметь 0,1 мм в диаметре, то все количество их, помещающееся в литре, может удержать на поверхности только 117 куб. см воды, а так как объем скважин будет равен 260 куб. см, то при этом условии разбухания не будет заметно или оно будет очень мало. В самом деле, крупнозернистые почвы не разбухают при смачивании.
Все сказанное нами относится к почвам, частицы которых сближены до наибольшей плотности. При обработке почв и при опытах над почвами частицы их могут быть удалены друг от друга на значительные, сравнительно, расстояния; такие случаи бывают, когда мы насыпаем сухую почву в какой-нибудь сосуд, не употребляя особенных средств для ее уплотнения. Частицы почв, цепляясь одна за другую, оставляют между собою значительные промежутки, и если такую почву смочить водою, то замечается уже не разбухание, а уменьшение ее объема. Частицы почвы, будучи сухими, не имели ни малейшего сцепления между собою; между тем, будучи смочены с поверхности, они сцепляются одна с другою при помощи слоев воды на их поверхности, и это сцепление заставляет сближаться рыхло, а потому и непрочно лежащие частицы. Если такие почвы после их намачивания высушивать, то вся их масса будет уменьшаться в объеме, и дальше, по мере уменьшения слоев воды между частицами и при полном ее высыхании, частицы могут быть сближены до значительной плотности. Такой процесс приходится постоянно наблюдать на обработанных почвах, и им в сущности обусловливается уплотнение обработанных почв после дождей.
После этих предварительных разъяснений мы можем перейти к опытам над движением воды в почвенных скважинах. Движение это может совершаться по различным направлениям: когда на землю падает дождь или когда вообще вода попадает сперва на поверхность почвы, то она просачивается сверху вниз; когда влажная почва высыхает с поверхности, то вода к высохшим частицам поднимается снизу; когда в почве находятся растительные корни, то они поглощают воду из тех скважин и с поверхности тех частиц, с которыми они соприкасаются,—тогда по направлению к корню вода может притекать по разнообразным направлениям.
Скорость проникновения воды сверху вниз в том случае, когда вода находится в избытке, мы уже рассматривали в предыдущей главе, когда говорили о проницаемости почв для воды. Что касается поднятия воды снизу вверх, то скорость его должна изменяться в зависимости от тех же условий, как скорость просачивания воды сверху вниз, т. е. в зависимости от величины отдельных частиц почвы и от плотности расположения их, но между обоими процессами должны быть и различия вследствие того, что сила тяжести при опускании воды действует по направлению ее движения, а при поднятии воды— по направлению противоположному. Кроме того, вытеснение воздуха из почвенных скважин в том и другом случае не может быть одинаковым.
Из опытов над капиллярным поднятием воды снизу вверх мы для выяснения замечаемых при этом явлений остановимся только на опытах Вольни и Либепберга.
Исследования эти, кроме некоторых опытов Либенберга, как и все другие над капиллярным поднятием воды в почвах, производились обыкновенно так, что цилиндры с почвами ставились в воду, которая непосредственно смачивала нижние слои почвы; отсюда вода поднималась в верхние слои уже действием капиллярности. О высоте поднятия воды судят обыкновенно по изменению цвета почвы, так как при смачивании он становится темнее. Такой способ наблюдений довольно груб, потому что для изменения цвета почвы требуется не слишком малое количество воды; если же в определенный слой почвы поднимается сперва незначительное количество воды, потом все более и более увеличивающееся, то ясно, что изменение в цвете наступает позже того времени, когда вода начинает подниматься в данный слой, и отмечаемая высота поднятия в таких случаях всегда меньше дзйствительной. По этой причине приводимые ниже результаты только приблизительно точны.
В следующей таблице приведены некоторые цифры, полученные Вольни. Во-первых, на скорость капиллярного поднятия оказывает влияние количе- 1Угво воды, содержащейся в почве: чем влажнее почва, тем быстрее поднимается в ней капиллярно вода, как это видно из следующих цифр: Суглинок в порошке Выс>шен при 100° Выс> шено lid всн- духе. В нем ВО 1Ы 3,8 i% Насыщено ВОДПНЫМ11 пар iMn. ВО 1Ы 5,07% Смешано с водою. Воды 7,9о% Смешад с водою Воды 9,55% В течение ljt часа 1,0 1,5 2,2 6,5 6,8 » » 1 » 4,2 6,8 6,9 14,0 15,6 » » 1 дня 23,9 36,5 36,7 52,0 54,7 » » 5 дней 60,6 76,2 76,7 90,7 91,6
Причина замеченной разницы заключается отчасти в том, что сухие частицы трудно смачиваются водой, и потому поднятие воды между ними сильно замедляется; кроме того, как мы уже упоминали, вода при пропитывании ею почвы раздвигает несколько частицы почв и тем самым облегчает доступ новым частицам. При высыхании почвы происходит, наоборот, сближение частиц, и проход воды между ними поэтому затрудняется, так как вода должна тогда преодолевать сильнейшее трение.
Вообще относительно расстояния между частицами, или, что то же самое, относительно величины почвенных пор, справедливо следующее положение, высказанное Вольни: «только при известной величине капиллярных скважин в почве отношение капиллярной силы к силам ей противодействующим (трению и притяжению воды частицами почв) наиболее благоприятно для быстроты поднятия воды. Если почвенные скважины будут меньше, то противодействие поднятию возрастает в большей мере, сравнительно с капиллярностью, и потому скорость поднятия уменьшается. Если почвенные скважины будут больше, то уменьшается преимущественно капиллярность, между тем как возрастает действие тяжести, а потому и в этом случае передвижение воды происходит медленнее».
Из сопоставления исследований своих собственных и опытов Кленце и Эдлера Вольни заключает, что «почвенные поры в частицах величин >ю, повидимому, от 0,05 до 0,10 мм в поперечнике проводят воду всего быстрее. В частицах же от 2 до 2,5 мм в поперечнике капиллярных явлений (наглаз) не заметно».
Наибольшая скорость поднятия в обоих случаях наблюдается только ири определенном уплотнении почвы, т. е. при известном сближении ее частиц.
То же самое правило можно прилагать не только к почвам одинаковым но составу и отличающимся только плотностью, но и к почвам различного состава, так что мелкость частиц различных составных частей почвы в этом отношении влияет, повидимому, сильнее их химических свойств. Следующие опыты Вольни могут служить подтверждением этому. Нужно заметить, что при этих опытах употреблялся кварцевый песок крупностью от 0,01 до 0,071 мм в поперечнике.
Видно, что с наибольшей скоростью вода поднимается в кварцевом песке; за ним следует перегной и, наконеп, глина.
В смесях перегноя и глины с песком вода поднимается скорее, чем в чистом перегное и в чистой глине. Смеси глины и перегноя замечательны тем, что в них вода поднимается медленнее, чем в чистых составных частях смесей, т. е. перегной не увеличивает скорость поднятия воды в глине (как следовало бы ожидать), а, напротив, уменьшает ее. Причина этого заключается, по всей вероятности, в том, что (по исследованиям Шлезинга) перегной образует с глиною нечто в роде химического соединения, т. е. связь этих веществ между собою более прочна, чем связь между составными частями простых механических смесей.
Эдлер при своих исследованиях над капиллярностью различных составных частей почв, отмучиваемых аппаратом Шёне, указал на существенную разницу между кварцевым и известковым песком. Известняк (даже очень плотные сорта его) порист, между тем как зерна кварца совершенно плотны; поэтому каждое верно известкового песка представляет пористую массу, подобную до некоторой степени комкам почвы. Если взять поэтому зерна кварца такой крупности, при которой они проводят воду всего быстрее, то известковый песок той же крупности будет проводить ее медленнее вследствие присутствия чрезвычайно мелких пор в каждом отдельном зерне его. Если же взять крупнозернистый кварц, то он медленно и до незначительной высоты проводит воду, между тем как мелкие поры в зернах известкового песка помогают поднятию воды. По этой причине при опытах Вольни мелкий кварц проводил воду быстрее мелного известняка; с увеличением крупности зерен разница между обоими сортами песка становится меньше, и, наконец, крупный сорт известкового песка, как оказалось, проводил воду быстрее кварцевого песка той же крупности.
При всех описанных выше опытах, как уже сказано, скорость поднятия воды определялась по изменению цвета почв от пропитывания их водою. Мы могли убедиться, что подобные опыты, несмотря на их грубость, приводят к важным заключениям относительно влажности почв, но многие вопросы, требующие исследований более точных, не могут быть разъяснены ими. Между прочим, следующий вопрос нельзя не считать весьма важным для нас: при исследованиях над отношением воды к почве Либенберг обратил внимание на самый способ капиллярного поднятия воды снизу вверх. Это поднятие можно представлять себе так, что во всех скважинах почвы вода поднимается одновременно, так что определенный слой почвы сразу получает наибольшее количество воды, которое в нем останется до того времени, когда почва начнет высыхать, или же поднятие может происходить так, что сперва весь слой получает незначительное количество воды, так что почва становится только немного влажнее, но потом количество воды в ней прибавляется, так что влажность каждого слоя только мало-помалу достигает наибольшей величины.
Для решения того, как идет процесс в действительности, Либенберг наполнил несколько цилиндров мергелем (почвою очень мелкозернистою), поставил цилиндры в воду и исследовал распределение влажности в разных слоях почвы в одном цилиндре через l1^ часа, в другом через день, в третьем через неделю и т. д. Таким образом, он определял влажность каждого отдельного слоя в разные сроки и нашел, что каждый слой получает сперва незначительное количество воды и затем проходит через все степени влажности, пока, наконец, она достигнет наибольшей величины и остается такою до того времени, когда почва начнет высыхать. К тому же заключению мы приходим и при исследованиях над высыханием почвы, о которых будем говорить впоследствии. Кроме того, указанный опыт Либенберга показывает, что когда в одном слое находится незначительное количество воды, то из него в слой верхний все-таки передается вода.
Если поднявшаяся в известный слой почвы вода только в едва заметной степени увеличивает влажность почвы, то нельзя думать, чтобы эта вода находилась в почвенных скважинах: она, очевидно, облекает только поверхность частиц почвы в виде тончайшего слоя. Поэтому относительно капиллярного поднятия воды из одного слоя в другой могут быть справедливыми только следующие представления: когда нижний слой насыщен водою, то из более широких скважин этого слоя вода может переходить только в более узкие скважины соседнего верхнего слоя, так как вообще из узких капиллярных трубок вода не может всасываться в трубки более широкие.
Но в этом верхнем слое все частицы с поверхности сухи, поэтому и в узких скважинах не может оставаться вода и растекается по поверхности сперва ближайших к этим скважинам частиц; если же одна частица будет облечена слоем воды, а соседняя с нею будет суха, то часть воды перейдет на эту вторую частицу, и движение воды остановится только тогда, когда на обеих соседних частицах слои воды будут одинаковой толщины. Этого, однако, не может быть до тех пор, пока сверху или в соседстве с влажными частицами будут сухие: вода постоянно будет переходить на эти последние, и вследствие этого в почве будет непрерывное движение воды с поверхности одних частиц на поверхность других, пока, наконец, на всех частицах будут одинаковые по толщине водные слои.
Вместе с этим будет происходить движение воды и по капиллярным скважинам, причем в каждом слое будут наполняться водою сперва самые узкие скважины, потому что, если бы вода попала в скважину широкую, то из нее тотчас же всосалась бы в скважины более узкие, из этих в еще более мелкие и т д., пока не попала бы в самые мелкие скважины, из которых она могла бы расходиться только по поверхности частиц. За самыми мелкими скважинами наполняются водою более широкие и т. д., и, наконец, вода поднимается и в самые широкие скважины, если только высота поднятия не очень велика. Некоторые скважины могут быть так велики, что в них вода не может подняться высоко; такие скважины в верхних слоях почвы не наполняются водою, и в них остается воздух.
Изложенные нами воззрения противоречат заключениям Шумахера и Эзера, которые полагают, что капиллярное движение воды в почвах возможно только в том случае, когда на слое почвы, влажном до 1/э—1/2 его влагоемкости, лежит слой совершенно сухой такого же состава и плотности. Заключения эти, однако, сделаны на основании опытов, при которых о поднятии воды судили только по изменению цвета почвы, следовательно, способом очень грубым. Следующие данные исследований Либенберга неопровержимо доказывают неправильность мнений Шумахера и Эзера. Либенберг, поставивши в воду цилиндры с разными почвами, вскоре вынул их и затем через несколько времени определял содержание воды в разных слоях почв, находившихся в цилиндрах.
Нужно заметить, однако, что при небольшом содержании воды в почве передвижение ее из одного слоя в другой совершается весьма медленно. Это можно видеть, например, из следующих опытов Макарова.
Черноземная почва с 28,19% воды (1/3 влагоемкости) положена плотно в цилиндр, и потом в том же цилиндре плотно набита та же почвд, высушенная на воздухе, с содержанием 7,4% воды. Влажная почва находилась внизу. Через 45 дней распределение влажности оказалось таким: Толщина слоя Содержание влажности 1) 20 см 23,86% * бывшая 2) 20 » 23,24% ) сырая 3) 20 » 22,63% } почва 4) 4 » 15,15% 5) 10 » 14,17% 6) 10 » 12,85% 7) 10 » 11,98% 8) 10 » 11,26% и т. д., изменения произошли во всех слоях чернозема. Такой же опыт с супесчаной почвою дал следующие результаты. Начальная влажность сырой почвы—15,31%; начальная влажность сухой почвы—2,02%. Через 10 дней распределение влажности было такое: 3 верхние слоя по 20 см (прежняя влажная почва) 14,5—14,3% 4- й слой в 4 см Ю,30% 5- й » » 10 » 4,82% 6- й » » 10 » 2,91%
Результаты этих исследований неопровержимо доказывают, *гго капиллярное движение воды, даже при незначительном содержании ее в почве, возможно. Так как опыты производились над почвами, набитыми хотя и сильно в цилиндры, но во всяком случае не столь плотными, как чернозем в естественном состоянии, то результаты опытов менее резки по сравнению с тем, каково было бы движение воды в неразрыхленных слоях чернозема.
Эти опыты объясняют некоторые факты, замеченные при исследованиях над содержанием воды в почвах. Так, например, Вольни нашел, что при рядовой культуре растений в рядах содержится менее воды, чем в междурядиях; этого не могло бы быть, если бы движение воды в почве совершалось с такой же быстротою, с какой растения поглощает воду из почвы. Медленное передвижение в почве воды обусловливает и медленность передвижения в почве питательных веществ; вещества эти трудноподвижны в почвах не вследствие поглощения их, как полагал Либих, а только вследствие трудноподвижности воды.
Предыдущие рассмотрения дают нам возможность судить о распределении воды в разных слоях почвы, насыщенной водою. В какой бы то ни было почве есть всегда скважины разной крупности, а вследствие этого содержание воды в разных слоях не может быть одинаковым: в крупных скважинах вода может подниматься только до незначительной высоты; в более и более мелких она может подниматься все выше и выше; поэтому, если исследовать содержание воды в значительном слое почвы, то в верхних частях его мы найдем наименьшее количество ее, потому что здесь только мелкие скважины наполнены водою; в других частях и влажность будет средней величины, так как здесь только крупные скважины будут свободны от воды; в нижних частях влажность будет наибольшая, потому что здесь все скьажины будут содержать воду.
Так как в почвах, несомненно, есть скважины разнообразнейших величин, от самых мелких до самых крупных, то указанное изменение влажности от верха до низу будет всегда постепенное, если только почва на всей глубине однообразна по составу, мелкости частиц и плотности расположения их. Но и в этом отношении между разными почвами могут быть значительные разницы: в некоторых почвах разница между влажностью верхних и нижних слоев может быть велика, и содержание воды, начиная сверху вниз, может увеличиваться быстро; в других, наоборот, как верхние, так и нижние слои могут быть почти одинаково влажны. Все ото обусловливается глубиною почв и крупностью их частиц, а также высотою грунтовой воды.
Если крупнозернистая почва не глубока и грунтовал вода находится недалеко от ее поверхности, то верхний слой почвы будет сух, но затем влажность почвы быстро увеличивается до уровня грунтовой воды, возле которого почва будет насыщена водою. При глубоком положении уровня грунтовой воды крупнозернистые почвы содержат мало воды до значительной глубины, и только близ уровня грунтовой воды влажность их быстро повышается. Почвы мелкозернистые, как мы видели в предыдущей главе, задерживают большое количество воды, и влажность их как при значительной глубине, так и ^при небольшой, как при высоком, так и при низком уровне грунтовой воды, бывает более равномерна, потому что мелкие скважины их могут капиллярно поднимать воду до значительной высоты и удерживают воду на этой высоте.
Выше мы заметили мимоходом, что воздух из почвы не может быть вполне вытеснен водою; эта особенность почвы, как пористого тела, имеет большое значение для распределения в почве воды при движении ее сверху вниз. Почвенные скважины, как мы знаем, представляют сеть капиллярных трубок, переплетающихся во всевозможных направлениях и местами расширенных. При такой структуре почвы вода, например, опускающаяся сверху вниз, может доходить до известного пункта различными путями, представляющими не одинаковые удобства для прохождения воды. Двшаясь к одному пункту по разным скважинам, вода скорее всего пройдет по тому пути, где движение воды может совершаться с наибольшей быстротою.
Дошедши до определенного пункта, вода может снизу запереть несколько скважин, в которых останется воздух, не имеющий выхода из почвы: сверху скважины наполнены водою и снизу гни тоже заняты водою, притекшею в данное место по другим путям. Все дело ограничится тем, что воздух, оставшийся в почвенных скважинах, будет передвинут в расширенные части скважин водою, которая займет, согласно с законами капиллярности, узкие части скважин. Вследствие всего этого капиллярные скважины будут представлять сеть трубок, в которых столбики воды будут разбиты пузырьками воздуха, а в таких трубках, даже и широких, вода может, кац^известно, поддерживаться на значительной высоте. В почвах мелкозернистых, где скважины очень мелки и могут даже при наполнении водою поддержи- нать ее на значительной высоте, воздушные пузырьки уменьшают содержание воды; в почвах крупнозернистых пузырьки воздуха, напротив, способствуют увеличению влажности, потому что без них вода опустилась бы до значительной глубины и многие скважины были бы заняты одним воздухом.
До сих пор при рассматривании различных явлений относительно движения и распределения воды мы имели в виду только почвы однородные по составу и структуре на всей глубине их. В действительности никогда не бывает полной равномерности в этих отношениях: почва местами бывает плотнее, местами рыхлее, если даже состав ее на всей глубине одинаков; одно различие в плотности обусловливает во многих случаях сильное влияние на распределение в почве воды и на рост растений; разница в составе может производить еще большие различия в зтом отношении.
Уклонения от указанного выше правильного распределения влажности обусловливаются различием в величине почвенных скважин в разных частях почвы. Представим себе, что почва в различных своих частях уплотнена и разрыхлена, что она состоит, например, из комков, смешанных с порошковатой землею. В таком случае во время дождя вода быстро просачивается сквозь рыхлую, порошковатую землю, а комки при непродолжительном дожде могут быть смочены только с поверхности. Но затем начнется движение воды из рыхлых частей почвы в комья, потому что узкие капиллярные скважины всегда высасывают воду из скважин более крупных. Через несколько времени по этой мричине комья могут сделаться даже влажнее окружающей их рыхлой земли; мотом, когда почва начнет высыхать, комья все-таки будут только медленно мередавать воду в рыхлую землю и долгое время останутся влажными среди высохшей порошковатой земли.
Не только присутствие комков, а даже незначительное уплотнение почвы в некоторых местах обусловливает стягивание воды из окружающей почвы в эти места; при опытах Вагнера над выращиванием растений в ящиках с насыпанной в них землею рост растений в одном и том же ящике иногда был очень неравномерен, потому что местами в ящиках земля была нечаянно уплотнена. На таких уплотненных местах растения произрастали несравненно роскошнее, потому что к их корням притекает вода в уплотненную почву, а растения на рыхлой почве лишались необходимой для них влаги.
Следующие опыты Пономарева показывают, до какой степени может доходить разница в распределении воды между различными частями почвы вследствие того, что почвенные скважины в этих частях различны по величине.
Опыты произведены таким образом, что в стеклянный цилиндр набивались слоями глина и песок; в одном цилиндре были вла?кная глина и сухой песок; в другом—сухая глина и влажный песок. Через несколько дней распределение влажности оказалось иным; сухая глина всосала всю воду из влажного песка, высушивши его; наоборот, сухой песок из влажной глины не мог совсем извлечь воды, так как крупные скважины песка не могли всасывать ее из мелких скважин глины.
Очень трудно, даже невозможно было бы перечислить все случаи возможного распределения плотных и рыхлых партий в разных частях почвы, и потому бесполезно было бы стремление представить картины всевозможных различий в распределении воды в почвах. В каждом данном случае это сделать нетрудно, руководствуясь общим правилом, что вода может переходить из рыхлых частей почвы с крупными скважинами в плотные части с мелкими скважинами, тогда как обратный переход, если и возможен, то только в самых незначительных размерах. Поэтому через несколько времени после получения почвою воды наиболее влажными частями будут части наиболее плотные, если только количество полученной воды недостаточно для полного насыщения всей почвы.
Разница в структуре почвы обусловливает, как мы видели, значительные изменения в проницаемости почвы для воды; понятно, что структура оказывает не менее сильное влияние и на капиллярное поднятие воды из нижних слоев вверх.
Для сравнения мы рассмотрим раздельнозернистую, рыхлую структуру почвы, структуру смешанную, когда в почве есть комки и рыхлая порошко- ватая земля, структуру чисто комковатую и сплошную, плотную.
Мы видели, что в рыхлых почвах вода поднимается быстро, но до незначительной высоты сравнительно с почвами плотными; в этом и будет состоять разница между раздельнозернистой и плотной структурою. В комковатой почве поднятие воды может доходить по узким скважинам комьев до той же высоты, как и при сплошной структуре, но поднятие будет происходить еще медленнее, потому что вода из одного комка в другой будет переходить только в местах соприкосновения их. При смешанной структуре разница в поднятии воды будет обусловливаться относительным количеством комков и порошковатой земли. Когда комков так много, что они между собою соприкасаются, апорошко- ватая земля находится только в промежутках между ними, то движение воды будет происходить почти по одним только комкам, в которые соберется вода из рыхлой порошковатой земли.
В рыхлой земле, высохшей от всасывания воды комками, движение воды может быть только весьма незначительное и медленное, почти незаметное. При малом количестве комков, когда каждый из них окружен рыхлой землею, движение воды будет происходить только по рыхлой земле; комки соберут в себя часть влаги из окру?кающей их порошковатой почвы, но обратно передавать эту воду не будут, а следовательно, не будут принимать участия и в передаче воды из одного места в другое. В следующих главах, когда мы будем рассматривать высыхание почв, нам еще придется несколько раз возвращаться к вопросам о движении воды в почвах и о распределении в них влажности. Здесь же нам необходимо обратить внимание еще на следующее обстоятельство: при рассматривании отношений воды к твердым частям почвы мы основывались на опытах, производившихся с чистой водою; между тем в почвах вместо воды находятся растворы различных солей, и потому нажно исследовать, не изменяются ли рассмотренные нами явления от присутствия в почве растворимых солей.
Из мпогих опытов над капиллярными явлениями мы знаем, что соляные растворы относятся к твердым телам при таких явлениях несколько иначе, чем вода; то же самое показали и исследования над почвами. В недавнее время Эзер обратил внимание на одно важное обстоятельство, которое необходимо принимать в расчет при опытах над соляными растворами; по его мнению, при таких опытах следует на определенную площадь почвы брать такое количество растворимых веществ, какое употребляется при удобрении почв растворимыми слоями. Нетрудно показать, что npaBHflq это ошибочно; необходимо производить опыты над растворами такой крепости, какие находятся в почвах; но очевидно, что количество растворимых солей, прибавляемое в почву в виде удобрений, никак не может дать понятия о количестве солей, находящихся в почвенных растворах.
Если иметь в виду все почвы, без исключения, то мы придем неизбежно к заключению, что опыты над растворами любой концентрации имеют для нас интерес, потому что в различных почвах могут быть различные растворы: в почвах обыкновенных они слабы, в почвах солончаковых они бывают очень концентрированные, даже насыщенные. В обыкновенных почвах, как мы знаем, соляные растворы при разных условиях имеют различную концентрацию; так, по исследованиям Шлезинга, в одной п той же почве раствор содержал в одном случае 0,052% солей, в другом случае—0,162%, не считая угольной кислоты, входившей в состав двууглекислых солей. Из этого видно, что и в обыкновенных почвах могут быть растворы с содержанием солей до 0,2% и, может быть, даже более этого.
После этих предварительных замечаний мы можем перейти к рассмотрению опытов, выясняющих влияние растворимых солей на движение воды в почвах.
Пуазель при своих исследованиях над движением жидкостей по капиллярным трубкам нашел, что растворы некоторых солей движутся быстрее воды, другие—медленнее. Очевидно, что и в почвах мы должны ожидать того же самого, хотя при исследованиях до настоящего времеви в них наблюдалось только замедление капиллярного поднятия воды. Для примера можно привести следующие данные из опытов Вольни. При этих опытах к почве (почва из известкового песку, содержащая перегной) примешивались соли в виде растворов и в таком количестве, что они составляли 0,3%, 0,6% и 1% веса взятой почвы. После этою почва высушена на воздухе и плотно набита в трубки.
Присутствие фосфорнокислого калия мало изменило скорость поднятия воды потому, конечно, что и кали и фосфорная кислота были поглощены почвою; хлористый натрий, напротин, заметно уменьшил быстроту капиллярного поднятия, и действие его было сильнее при большем количестве его в почве.
Возможность ускорения и замедления движения воды в почвах под влиянием растворимых солей доказывается косвенно еще следующими фактами, из которых видно, что растворы при просачивании сквозь почву изменяют концентрацию, так что иногда раствор, прошедший уже сквозь почву, оказывается крепче первоначального, а иногда слабее его.
Факты эти первоначально замечены были Шлезингом, из опытов которого приведем следующий. 1,15 кг земли, не содержащей и следов азотной кислоты и вполне высушенной, положено было в сосуд, и сквозь образовавшийся таким образом слой процеживался раствор азотнокислого кальция, содержащий в 10 куб. см 7,38 мг N205. ВЫХОДЯЩИЙ снизу раствор собирался отдельными порциями, и в нем определялось содержание N205.
Впоследствии, гораздо позже исследований Шлезинга, подобные же факты найдены А. Кёнигом при исследовании поглотительной способности торфяных почв. Смешивая почвы с растворами, Кёниг замечал в некоторых случаях, что концентрация раствора после смешивания с почвою увеличивалась, т. е. происходило ве поглощение растворимого вещества, а как бы выделение его из почвы в раствор. Зная состав почв, Кёниг не мог сомневаться, однако, что из почвы не могло выделиться такое большое количество вещества, которое соответствовало усилению концентрации, и явление мояшо было объяснить только тем, что почва к поверхности своих частиц притягивает по преимуществу воду, вследствие чего части раствора, находящиеся вдалеке от частиц почвы, делаются концентрированнее. То я?е самое было, конечно, и при исследованиях Шлезинга. При движении раствора по капиллярным трубкам, у стенок этих трубок находился жидкий раствор, а в осевой части трубки вследствие этого более густой. Вследствие того что раствор у стенок трубкп должен при движении испытывать значительное сопротивление вследствие прилипания к почвенным частицам, то в осевой части трубки жидкость должна двигаться быстрее, а так как жидкость эта есть более густой раствор, то в первых порциях прошедшего- сквозь почву раствора неизбежно должно быть усиление концентрации.
|
|
|
|
К содержанию книги: П. А. Костычев - Курс лекций по почвоведению
|
Последние добавления:
Тюрюканов. Биогеоценология. Биосфера. Почвы
Происхождение и эволюция растений
Биографии ботаников, биологов, медиков