Водний режим ґрунтів — сукупність процесів надходження, руху й витрати вологи в ґрунті. Основне джерело ґрунтової вологи — атмосферні опади, кількість і розподіл яких у часі залежать від клімату даної місцевості та метеорологічних умов окремих років. У ґрунт надходить менше вологи, ніж випадає у вигляді опадів, оскільки значна частина затримується рослинністю, особливо кронами дерев. Іншим джерелом надходження вологи в ґрунт є конденсація атмосферної вологи на поверхні ґрунту та в його верхніх шарах (10—15 мм). Туман може давати значно більше вологи (до 2 мм/добу), хоча і є рідкіснішим явищем. Практичне значення туману проявляється переважно в прибережних районах, де вночі над поверхнею ґрунту збираються великі маси вологого повітря.

Частина вологи, яка надійшла на поверхню ґрунту, утворює поверхневий стік, який спостерігається навесні під час танення снігу, а також після рясних дощів. Величина поверхневого стоку залежить від кількості опадів, й водопроникності ґрунту. Виділяють також бічний (внутрішньоґрунтовий) стік, що виникає через різну щільність ґрунтових шарів. При цьому вода, що надійшла в ґрунт, фільтрується через верхні шари, а дійшовши до пласта з важчим , утворює водоносний горизонт, який називається ґрунтовою верховодкою. Частина вологи з верховодки все ж просочується в глибші шари, досягаючи ґрунтових вод, які й утворюють ґрунтовий стік. За наявності похилу місцевості частина вологи, зосереджена у водоносному горизонті, може стікати в знижені ділянки рельєфу.

Окрім стоку, частина ґрунтової вологи витрачається на випаровування. Через своєрідність і мінливість властивостей ґрунту як поверхні, що випаровує, за однакових метеорологічних умов швидкість випаровування змінюється відповідно до зміни вологості ґрунту. Величина випаровування може досягати 10—15 мм/добу. Ґрунти з близьким заляганням ґрунтових вод випаровують набагато більше води, ніж із глибоким.

Типи ґрунтової вологи

Рух води в ґрунті залежить від зволоження та проявів різноманітних сил. Головною умовою пересування вологи є різниця сил (градієнт). Усі сили діють на ґрунтову вологу разом, але переважає якась певна з них залежно від вологості ґрунту. Відповідно:

Вільна (гравітаційна) вода заповнює великі ґрунтові пори, під дією сили тяжіння утворює спадний потік, утворюючи верховодку й частково просочуючись у ґрунтові води. За допомогою гравітаційної води в ґрунті проходять елювіальні та ілювіальні процеси, з неї утворюються всі інші форми ґрунтової вологи. Вона може конденсуватися з пароподібної вологи, але переважно наповнюється через атмосферні опади. Пароподібна волога присутня в ґрунті за будь-якого рівню його зволоження, заповнюючи пори, вільні від крапельно-рідкої. Розрізняють активне та пасивне пересування пароподібної вологи. Перше — зумовлено явищами дифузії, друге відбувається разом опосередковано, спільно з переміщенням ґрунтового повітря. Пароподібна волога має велике значення в колообігу води в ґрунті, хоча на неї припадає не більше 0,001% від загальної маси ґрунтової вологи. З плином часу водяна пара з ґрунту переходить в атмосферу, а запаси пароподібної вологи поповнюються з інших форм, в тому числі й фізично пов'язаних. За однакової температури пароподібна волога переміщається в менш насичені водою ділянки. За різної температури рухається в місця з меншою температурою, але зовсім не завжди в сухіші ділянки. Пароподібна волога циркулює по всьому профілю, незалежно від потужності та глибини залягання ґрунтових вод. Лід утворюється в ґрунтах за зниження температури з інших форм вологи послідовно — починаючи від вільних і закінчуючи зв'язаними. Гравітаційна вода замерзає в незасолених ґрунтах за 0 °C, а максимально гігроскопічна — тільки за -78 °CКачинский Н. А. Физика почвы. Часть II. Водно-физические свойства и режимы почв. Учебное пособие. — М.: Высшая школа, 1970, с. 26. Промерзання ґрунту, змоченого не більше його загальної вологомісткості, супроводжується поліпшенням ґрунтової будови внаслідок спресування зерен і грудочок водою, замерзлих у великих порах, і коагуляції колоїдів у незамерзлих об'ємах води. Промерзання ж перезволоженого ґрунту зумовлює розрив льодом складників ґрунту, що змінює його будову. Замерзлі, помірно зволожені ґрунти мають деяку водопроникність, а перезволожені аж до відтавання не пропускають вологу. Замерзання всієї води, яка знаходиться у ґрунті, спостерігається для ґрунтів за температурЛитвинова Т. А. Влияние удельной поверхности и ультрапористости мёрзлых грунтов на содержание в них незамёрзшей воды. М., 1961:

Ґрунт Інтервал температур замерзання Каолініт -10—20 ° C Легкий суглинок -20—30 ° C Пилуватий суглинок -40—50 ° C Алювіальна глина -50—60 ° C Морська глина -60—70 ° C Монтморилоніт -75—80 ° C

Хімічно зв'язана волога входить до складу молекул речовин (наприклад, Al(OH)3), що утворюють мінеральну частину ґрунту, у вигляді гідроксильної групи, та бере участь лише в їхньому утворенні (наприклад, Al2O3 + 3H2O → 2Al(OH)3). За прожарювання ґрунту в межах 400—800°C такий мінерал розкладається. Найбільша кількість хімічно зв'язаної води міститься в глинистих мінералахКоссович П. С. Водные свойства почвы. — СПб.: Ж. «Опытная агрономия», кн. 3, 1904, тому її значення в ґрунті можна визначити за глиністістю ґрунту. Кристалогідратна (кристалізаційна) волога, на відміну від хімічно зв'язаної, входить до складу речовин цілими молекулами, утворюючи кристалогідрати — CaSO4·2H2O (гіпс), Na2SO4·10H2O (мірабіліт) та ін. Вилучається з ґрунту стрибкоподібно за температур 100—200 °C, причому кожна наступна молекула води відщеплюється за вищої температури, що призводить лише до зміни фізичних властивостей мінералів, а не до їхнього розкладання, як у випадку з хімічно пов'язаною вологою. У великих кількостях така вода є в мірабілітових солончаках.

Хімічно пов'язану та кристалогідратну вологу часто називають гідратною. Гідратна волога в ґрунті не пересувається й не поглинається рослинами.

Гігроскопічна волога — поглинена частинками ґрунту з атмосфери за її вологості менше ніж 95%, або залишається в ґрунті за його висушування до повітряно-сухого стану (зазвичай за вологості повітря 50—70%). Відповідно, за підвищеної вологості повітря зростає й величина гігроскопічної вологості ґрунту. Це також відбувається через обважнення гранулометричного складу ґрунту, що особливо добре виявляється за високого вмісту в ґрунті гумусу і мулу з діаметром частинок менш як 0,001 мм. Гігроскопічна волога не суцільно покриває частинки ґрунту, а збирається лише на деяких ділянках.

Максимально гігроскопічна волога поглинається ґрунтом з атмосфери з відносною вологістю 95—100%. За від'ємних температур найбільша гігроскопічна вологість незасоленого ґрунту збігається з відсотковим вмістом незамерзлої води в ціломуВотяков И. Н. Связь между содержанием незамёрзшей воды в мёрзлых грунтах и гигроскопической влажностью грунтов. Известия СО АН СССР, Новосибирск, 1960, с. 17-25. Здатність частинок ґрунту поглинати вологу залежить від їхньої величини, форми й хімічного складу, причому навіть на одній частинці потужність шару вологи може бути різною залежно від поверхні. При цьому частина пари конденсується на увігнутих ділянках, в результаті чого сумарна кількість води має подвійну природу, складаючись з поглинутої та капілярно конденсованої вологи.

Гігроскопічна та максимально гігроскопічна волога видаляються з ґрунту за нагрівання до 100—105 ° C, рослинам таку вологу не поглинають.

Плівкова (молекулярна) волога поглинається ґрунтом із рідкої фази на шар максимально гігроскопічної. З частинками ґрунту пов'язана слабше, ніж остання, причому рихлість зростає від внутрішніх шарів до зовнішніх. З цієї причини плівкова волога, хоча слабо, але засвоюється рослинами. Пересувається вона під впливом градієнтів напору води, температури й вологості ґрунту, а також осмосу, її швидкість же обмежується десятками сантиметрів на рік. Капілярна волога утримується і пересувається через дрібні пори в ґрунті під дією капілярних сил. У порах понад 8 мм у діаметрі суцільний увігнутий меніск не утворюється через слабкість капілярних сил. У порах же менше ніж 3 мкм вода знаходиться переважно в поглинутому стані, а капілярний рух сильно ускладнений або взагалі відсутній. Відповідно, найбільша інтенсивність капілярного руху вологи спостерігається в ґрунтах із середнім гранулометричним складом (лесоподібні суглинки, тощо); здійснюється ж він згідно з градієнтами вологості, температури й хімічного потенціалу (осмосу): до менш зволожених та менш нагрітих ділянок. Розрізняють три види капілярної вологи: підперта (коли капіляри своєю нижньою частиною з'єднуються з водоносним горизонтом — ґрунтовою верховодкою або ґрунтовими водами), підвішена (коли капілярна волога відірвана від водоносних горизонтів і утримується рівнодійною силою менісків) і посаджена (утворюється під час руху води, за різкої зміни гранулометричного складу та на межах із внутрішньоґрунтовими порожнечами). Капілярна волога буває відкрита й закрита (замкнута) для проникнення повітря. Закрита знаходиться безпосередньо під водоносними горизонтами, капіляри виявляються повністю заповнені водою, яка хоч і містить певну кількість розчиненого повітря; вода ж відкритого типу чергується в капілярах з ділянками, заповненими повітрям, і з'являється в ґрунті зазвичай через деякий час після опадів або поливу. Капілярна волога легко поглинається рослинами та є одним з основних джерел води для них; за допомогою цієї вологи пересувається основна маса розчинних солей із нижніх горизонтів. Внутрішньоклітинна вода міститься у відмерлих нерозкладених частинах рослин. До повного розкладання рослинної маси така вода рослинами не поглинається. Великий відсоток її міститься на слабо- та нерозкладеному торфу, дернині й лісовій підстилці.

Водні властивості ґрунту Водопроникність — властивість ґрунту сприймати вологу з поверхні, проводити її між ненасиченими водою шарами ґрунту та фільтрувати через ті ділянки, що насичені водою. Водопроникність впливає на хід ґрунтоутворювальних процесів, формування поверхневого, бокового та ґрунтового стоку води та на інтенсивність водної ерозії.

Вода проникає в ґрунт з поверхні під впливом сили тяжіння через великі пори, паралельно розсмоктуючись у сторони під впливом капілярних явищ. Процес сприйняття сухим або слабо зволоженим ґрунтом води називається вбиранням води, вимірюється коефіцієнтом вбирання. Деякі водні константи грунтів, у % ваги сухого ґрунту Грунт Місце Шари,глибини в см Загальнавологоємність Максимальнагігроскопічність Волога в'яненнярослин Проміжок активної вологи Дерново-підзолистийтяжкосуглинистий.Стерня пшениці. Собакіно-опитне Московської області Ап 0—20 30,8 3,2 4,8 26,0 А2 20—25 25,4 2,7 4,0 21,4 B1 32—55 20,3 5,7 8,6 11,7 B 55—85 19,9 8,3 12,5 7,4 B3 85—100 19,4 8,0 12,0 7,4 Сірий лісовийтяжкосуглинистий.Стерня жита. Старожилово-опитне Рязанської області Ап 0—20 34,1 4,6 6,9 27,2 А2 20—40 28,4 4,4 6,6 21,8 B1 40—60 26,8 7,3 11,0 15,8 B1 60—88 24,0 7,8 11,7 12,3 B2 88—100 22,1 7,5 11,3 10,8 Чорноземтяжкосуглинистий.Цілина. Центрально-Чорноземний заповідник, Курська область, Стрілецький степ. Ад 0—4 61,9 10,1 15,2 46,7 А1 4—14 38,3 8,6 12,9 25,4 A1 14—34 32,5 8,4 12,6 19,9 B1 34—64 29,8 8,2 12,3 17,5 B2 64—90 27,2 7,9 11,8 15,4

Водний баланс ґрунтів

Типи водного режиму Основи вчення про типи водного режиму були розроблені Г. Н. Висоцьким. Для виділення видів враховуються такі чинники: наявність або відсутність у ґрунті вічної мерзлоти, глибина промокання ґрунту до рівня ґрунтових вод або тільки в межах профілю, переважання в товщі ґрунту висхідних або низхідних струмів води. Згідно з цим, виділяються наступні різновиди:

Мерзлотний — в ґрунті є вічна мерзлота, в теплий період відтає на невелику глибину в межах мерзлотного шару, але зі збереженням його значної частини. Унаслідок цього та атмосферних опадів над залишковим мерзлотним шаром формується верховодка.Характерні ґрунти: , тундрові, мерзлотні луко-лісові.