Стан і форми води в грунті

Вода в грунті перебуває в трьох станах: твердому,
рідкому і газоподібному. За фізичним станом, рухомістю і доступ-
ністю для живих організмів грунтову воду поділяють на форми:
пароподібну, хімічно зв’язану, сорбційно зв’язану і вільну.

Пароподібна вода. В грунтовому повітрі завжди міститься водя-
на пара. Повітря нормально зволоженого грунту насичено водяною
парою до 100%. Пароподібна вода є динамічною формою. Вона
безперервно утворюється в грунті, переміщується з одного горизон-
ту в інший, перетворюється на інші форми: вільну або сорбційну.
Всі ці процеси зумовлені змінами температури грунту та атмосфер-
ного тиску. Разом з переміщенням водяної пари, особливо в проце-
сі випаровування, відбувається переміщення по профілю грунту
розчинених в ньому речовин.

Хімічно зв’язана вода. Багато мінералів грунту містять в своєму
складі молекули води (Na₂S0₄·10H₂O; CaSO₄·2H₂O; MgCl₂·6H₂0
та ін.). Цю форму води називають кристалізаційною. Крім того,
виділяють конституційну воду, яка представлена в мінеральних, ор-
ганічних і органомінеральних сполуках гідроксильною групою ОН.
Ці форми води входять до складу твердої фази грунту, вони є не-
рухомі і недоступні для рослин.

Сорбційно зв’язана (або фізично зв’язана) вода. Молекули (ди-
полі) води вбираються поверхнею негативно заряджених колоїдів
грунту і орієнтуються позитивним полюсом до ядра міцели
(рис. 19). Залежно від міцності утримання води міцелою її поді-
ляють на міцнозв’язану (гігроскопічну) і слабкозв’язану (плів-
часту).

Гігроскопічна вода утворюється за рахунок сорбції молекул во-
дяної пари на поверхні колоїдних часток, міцно утримується сорб-
ційними силами (10000—20000 атм) і тому є нерухомою. Густина
її досягає 1, 5—1, 8 г/см³, не розчиняє хімічні сполуки, не замерзає
і не доступна для рослин. Кількість гігроскопічної води в грунті
залежить від температури, насиченості грунтового повітря водяною
парою, механічного і мінералогічного складу грунту та вмісту в
ньому гумусу. Найбільшу кількість води, яку може увібрати грунт
з пароподібного стану (при вологості повітря 94—98%), назива-
ють максимальною гігроскопічністю грунту.

Сорбційні сили колоїдів грунту повністю не врівноважуються
молекулами гігроскопічної води навіть при досягненні максималь-

ної гігроскопічності. Залиш-
кові сили здатні вбирати і
утримувати (з силою 1—
10 атм) певну кількість рід-
кої води, яку називають
плівчастою. За фізичним
станом вона перебуває у
в’язко-рідкій формі і здат-
на переміщуватися в різних
напрямах від більш тов-
стих плівок до тонших. Ця
форма води частково дос-
тупна для рослин. Вона роз-
чиняє і переміщує з незнач-
ною швидкістю водороз-
чинні солі.

Вільна вода — вода грунту, яка не піддається
дії сорбційних сил. Ця фор-
ма не має молекул, які орі-
єнтовані до колоїдних час-
ток грунту. В грунтах вона
міститься у двох формах: капілярній і гравітаційній.

Капілярна вода знаходиться в порах малого діаметра — капіля-
рах. Утримується під дією капілярних або меніскових сил. Природу
виникнення цих сил вивчають у курсі фізики середньої школи. Тут
ми лише нагадаємо, що, згідно з законом Лапласа, меніскові сили
будуть більші там, де вужчий капіляр, а це, в свою чергу, зумов-
лює висоту капілярного підняття. Крім того, меніскові сили поси-
люються силами змочування.

При позитивних температурах капілярна вода перебуває в рід-
кому стані і вільно випаровується з поверхні менісків, при мінусо-
вих — замерзає. Це основна форма води, яку засвоюють рослини.
Вона дуже рухлива, розчиняє органічні і мінеральні сполуки, пе-
рерозподіляє по профілю солі, колоїди, суспензії. Висхідний рух
води по капілярах поповнює запаси вологи у верхньому горизонті
грунту. Заходи, спрямовані на накопичення і збереження вологи в
грунті, мають на меті створення запасів саме капілярної води.

Висота підняття капілярної води в реальних грунтах залежить
від їх механічного і структурного складу. В глинистих грунтах (які
мають тонкі капіляри) вона піднімається на висоту 2—6 м, в піща-
них — 40—60 см. В структурних грунтах капілярна вода підніма-
ється на незначну висоту і добре зберігається.

Залежно від джерела капілярну воду грунту поділяють на ка-
пілярно-підвішену, капілярно-підперту і капілярно-посаджену.

Рис. 20. Рівень грунтових вод і капілярна кайма (за О. А. Роде, 1955):

аа — рівень води у свердловині; АА — дзеркало грунтових вод; ВВ — верхня межа
капілярної кайми.

Капілярно-підвішена вода заповнює пори зверху після дощу,
танення снігу, під час зрошення, тривалий час зберігається в грун-
ті і доступна для рослин. Утримується в грунтах завдяки різниці
тиску на поверхню верхнього і нижнього менісків. Нижче зволоже-
ного шару залишається сухий шар грунту. Отже, вода вологого
шару начебто «висить» над сухим. Вологість грунту зменшується
зверху донизу, інтенсивне випаровування цієї води призводить до
засолення поверхневого шару грунту.

Капілярно-підперта вода формується за рахунок підняття грун-
тових вод. Вона підперта водоносним горизонтом. Шар грунту
який містить капілярно-підперту воду над водоносним горизонтом,
називають капілярною каймою (рис. 20). Потужність її залежить
від водопідіймальної здатності грунту. Вміст води в каймі збільшу-
ється зверху донизу.

Капілярно-посаджена (підперто-підвішена) вода акумулюєть-
ся в шаруватих грунтах, в дрібнозернистих шарах, під якими за-
лягають крупнозернисті. На межі тонкодисперсного і грубодис-
персного горизонтів, внаслідок різкої зміни розмірів капілярів,
виникають додаткові нижні меніски, які і утримують деяку кіль-
кість капілярної води. Дана вода начебто «посаджена» на ці ме-
ніски.

Гравітаційна вода — вода атмосферних опадів та поливна, яка
заповнює широкі пори грунту і переміщується по профілю грунту

під силою земного тяжіння. За нормальних умов вона перебуває
в рідкому стані, розчиняє хімічні сполуки і переміщує їх вниз по
профілю.

Гравітаційна вода витісняє повітря з грунту, створюючи неспри-
ятливі умови (анаеробні) для життя рослин та інших організмів.
Зменшення кількості гравітаційної води в грунті здійснюють осу-
шенням.