Водно-физические свойства почв

Федеральное государственное образовательное учреждение

Высшего профессионального образования

«Саратовский государственный аграрный

Университет им. Н.И.Вавилова»

Балашовский филиал

Кафедра общепрофессиональных и специальных дисциплин

Курсовая работа

По дисциплине «Почвоведение»

На тему: «Водно-физические свойства почв»

Работу выполнил:

Студент 1 курса очного отделения

Ходырев М.К.   

Специальность «Землеустройство и

кадастры»

611 группа

Проверил:

Мокин А.С.

Балашов 2011 г.

Содержание.

Введение                                                                                                                                                                        3

1.      Состав и свойства воды.                                                                                                                              3

2.      Формы воды в почве.                                                                                                                              4

2.1. Конституционная вода.                                                                                                                4

2.2. Кристаллизационная (кристаллогидратная) вода.                                                        4

2.3. Гигроскопическая вода.                                                                                                                5

2.4. Максимально-гигроскопическая вода.                                                                                    5

2.5. Плёночная вода.                                                                                                                                            6

2.6. Капиллярная вода.                                                                                                                              7

2.7. Гравитационная (свободная) вода.                                                                                                  8

2.8. Твёрдая вода.                                                                                                                                            8

2.9. Парообразная вода.                                                                                                                              9

2.10.Внутриклеточная вода.                                                                                                                9

2.11.Тяжёлая вода.                                                                                                                                            9

3.      Водопроницаемость почвы.                                                                                                                10

4.      Водоудерживающая способность, влагоёмкость и водовместимость почв.              11

4.1. Наибольшая относительная и наименьшая влагоёмкость почвы по Кингу и Коссовичу.                                                                                                                                            11

5.      Водоподъёмная способность почвы.                                                                                                  13

5.1. Молекулярное давление и плёночное натяжение в поверхностных слоях жидкости.                                                                                                                                                          14

5.2. Водоподъёмная способность почв.                                                                                                  14

6.      Испаряющая способность почв.                                                                                                                15

7.      Типы водного режима почв.                                                                                                                16

7.1. Мерзлотный.                                                                                                                                            17

7.2. Сезонно-мерзлотный.                                                                                                                              17

7.3. Промывной.                                                                                                                                            17

7.4. Периодически промывной.                                                                                                                17

7.5. Эрозионно-промывной.                                                                                                                17

7.6. Непромывной.                                                                                                                                            17

7.7. Выпотной.                                                                                                                                                          17

7.8. Застойный.                                                                                                                                            17

7.9. Намывной.                                                                                                                                            18

Заключение                                                                                                                                                          18

Список использованной литературы и интернет источников.                                          18

Введение.

Водно-физические свойства почвы определяют поведение в почве одной из основных единиц питания растений – воды. Поэтому очень важно знать их, знать, как их использовать во благо почвы и её жителей. Целью данной работы является узнать, что же вообще из себя представляет вода, пролить свет на её физические свойства в почве, а также рассказать о водных режимах почв.

1. Состав и свойства воды.

Вода – обязательное условие жизни растений и всего живого на земле. Учитывая её роль в жизни растений, отмечу, что она входит в состав живых клеток, является переносчиком питательных веществ в системе почва – растение и средством защиты растений от перегрева в процессе транспирации. Вода является одним из главнейших факторов выветривания горных пород и формирования почвенных типов. Для познания почв необходимо знакомство с основными свойствами воды.

По современному представлению, вода (окись водорода) HO – простейшее химическое соединение водорода с кислородом – состоит из молекул – диполей. При соприкосновении с телами (поверхностями), например с почвенными частицами, обладающими электрическим полем, диполи воды поляризуются, обращаясь к поверхности заряженного тела в зависимости от знака его заряда положительным или отрицательным полюсом. При этом, поляризуясь внутри себя, диполи воды могут образовывать цепочки.

Результаты определения молекулярного веса водяного пара указывают на то, что он практически состоит из свободных молекул воды (HO), а в жидком состоянии вода ассоциирована. Наряду с простыми молекулами, она содержит и более сложные молекулярные агрегаты из двух-трёх и более молекул. Такие агрегаты постоянно возникают и вновь распадаются, что можно выразить схемой:

Причиной возникновения молекулярных агрегатов являются водородные связи. Водородная связь по своему характеру является электростатической; она образуется вследствие притяжения ковалентно связанного протона свободными электронами атома другой молекулы. При этом протон находится не посередине между связываемыми им атомами (даже если они одинаковы), а ближе к тому атому, с которыми он связан ковалентно.

Энергия водородной связи, по сравнению со связью ковалентной, мала. Она колеблется от 5 до 10 ккал/моль, тогда как энергия нормальной связи – 109 ккал/моль, а связи — 148 ккал/моль.

В парах воды водородных связей практически нет. При плавлении льда рвётся около 15%, а при нагревании воды до 40°С – около половины всех водородных связей.

Водородная связь особенно свойственна агрегатным состояниям вещества. Наиболее распространённой является водородная связь между молекулами, содержащими гидроксильные группы ОН.

Молекула воды содержит по весу 11,2% водорода и 88,8% кислорода. Наибольшая плотность жидкой воды при 4°С равна единице; плотность льда при 0° С – 0,9168.

Скрытая теплота плавления льда равна 79,4 кал/г (при 0°С); скрытая теплота парообразования воды при 0°С – 597,2 и при 100° С – 538,9 кал/г.

2. Формы воды в почве.

В физике различается 4 формы воды: твёрдая, жидкая, газообразная и тяжёлая вода. Для объяснения процессов, протекающих в почве, этих четырёх понятий недостаточно. Взаимодействуя с твёрдой фазой почвы при гетерогенной её порозности, с содержащимися в ней солями, с корневой системой растений и с эдафоном в целом, вода в почве претерпевает ряд физических и химических изменений, без учёта которых нельзя понять динамики почвенного процесса и восприятия воды и пищи растениями, микроорганизмами и всем живым населением почвенной среды. Поэтому 4 ранее названные формы воды можно разделить на 11 подразделений.

2.1. Конституционная вода.

Вода в минералах, входящая в кристаллическую решетку в виде ионов ОН, Н, НO, так что вода, собственно, образуется при анализе минерала после его разрушения (при полном разрушении молекулы). Наиболее обычны среди минералов основные соли с ионом гидроксила ОН, особенно характерным для солей слабых оснований и сильных кислот. Гораздо реже (вопреки неправильному написанию многих формул, особенно силикатов) встречаются кислые соли (или кислоты) с катионом Н, характерным лишь для сильных оснований, обычно малостойкие. Кислые соли с ионом гидроксония НО, являющиеся уже переходными к следующей группе, мало изучены, и их роль еще недостаточно ясна. При нагревании выделение конституционная вода у каждого минерала происходит в определенном интервале температур (обычно выше 300° и иногда до 1000°) и сопровождается поглощением тепла. Соответствующий эндотермический эффект, получаемый на кривых нагревания, служит диагностическим признаком для распознавания природы исследуемого минерала при помощи метода термического анализа. Конституционная вода относится к группе связанных вод.

Наибольшее её количество содержится в глиняных минералах, поэтому по процентному содержанию конституционной воды можно судить о глинистости грунта или почвы.

2.2. Кристаллизационная (кристаллогидратная) вода.

Кристаллизационная вода принимает участие в строении кристаллических решеток различных минералов. Кристаллизационная вода входит в состав минералов типа CaSO•2HO (гипс) или NaSO•10HO. Кристаллизационная вода, участвуя в построении кристаллической решетки минералов, сохраняет свою молекулярную форму. Она в больших количествах содержится в солончаках. Физические свойства которых сильно зависят от неё, например «пухлость» солончаков, содержащих мирабилит.

Конституционную и кристаллическую воду часто объединяют под названием воды гидратной. Гидратная вода в почве, как таковая, не передвигается и растениям не доступна.

2.3. Гигроскопическая вода.

Часть подземных вод, физически или химически удерживаемая твёрдым веществом горной породы.

Связанная вода в отличие от свободной воды (гравитационной) неподвижна или слабо подвижна. Она подразделяется на воду в твёрдом веществе породы и воду в порах. К связанной воде в твёрдом веществе относится вода, входящая в структуру твёрдого вещества: кристаллизационная, конституционная, цеолитная.

Соотношение свободной и гигроскопической воды в порах породы зависит от размера зёрен, слагающих породы (дисперсности породы). В крупнозернистых породах объём связанной воды по сравнению со свободной водой очень мал; с уменьшением размера частиц, а следовательно, размера пор доля связанной вода в общем объёме поровой воды возрастает. Особенно значительные количества гигроскопической воды содержатся в тонкодисперсных, глинистых породах, характеризующихся очень мелкими порами и большой поверхностью частиц. Количество связанной воды в глинах зависит от их минералогии, состава обменных катионов, температуры. Больше всего её в монтмориллонитовых глинах. С ростом температуры объём связанной воды уменьшается прежде всего за счёт разрушения рыхлосвязанной воды и перехода её в свободную воду.

Связанная вода глинистых пород влияет на их прочностные и фильтрационные свойства, она может отжиматься из глин и поэтому играет большую роль в формировании химического состава подземных вод и их эксплуатационных запасов в слоистых водоносных системах.

2.4. Максимально-гигроскопическая вода.

Вода, адсорбируемая почвой в силу поверхностной энергии из атмосферосферы с относительной влажностью 95 – 100%. Она представлена диполями воды, строго ориентированными к поверхности твёрдых частиц почвы и в такой степени уплотнёнными, что они как бы припаяны к последней. Это прочно связанная вода. Строгая ориентация диполей воды и высокая степень их уплотнения обусловливают свойства максимально-гигроскопичной воды, резко отличные от свойств свободной воды. Плотность этих форм воды колеблется от 1 до 2, теплоёмкость меньше 1. Гигроскопическая и максимально- гигроскопическая вода не растворяют ряд соединений (сахар, неорганические кислоты, основания и др.), не замерзают в зависимости от адсорбционной способности почвы при температурах от -10° до -78°С.