Влагосодержание и водный потенциал почвы

Влагосодержание почвы измеряет количество воды, удерживаемой почвой, тогда как водный потенциал почвы измеряет энергетическое состояние этой воды, совместно описывая как количество, так и доступность воды в почве.

Definition

Влагосодержание почвы — это количество воды в почве, выраженное в массовой или объемной доле; водный потенциал почвы — это потенциальная энергия этой воды на единицу количества относительно свободной воды, в ненасыщенной почве преимущественно определяемая матричным потенциалом, возникающим из капиллярных и адсорбционных сил.

Scope

Эта тема охватывает объемное и гравиметрическое влагосодержание, компоненты водного потенциала почвы (матричный, гравитационный и осмотический), кривую водоудерживания почвы и агрономические реперные точки: полевую влагоемкость, постоянную точку завядания и доступную для растений воду. Она разграничивает количество присутствующей воды и прочность ее удержания.

Core questions

• Как измеряется и выражается влагосодержание почвы?
• Каковы компоненты водного потенциала почвы?
• Что связывает кривая водоудерживания и почему она различается для разных почв?
• Что означают полевая влагоемкость, точка завядания и доступная для растений вода?

Key concepts

• Объемное и гравиметрическое влагосодержание
• Матричный, гравитационный и осмотический потенциал
• Кривая водоудерживания
• Полевая влагоемкость
• Постоянная точка завядания
• Доступная для растений вода

Key theories

Концепция водного потенциала почвы

Энергетическое состояние почвенной воды представляет собой сумму матричного, гравитационного и осмотического потенциалов; вода течет от более высокого к более низкому общему потенциалу, а доступность для растений снижается по мере того, как матричный потенциал становится более отрицательным.

Кривая водоудерживания (характеристическая кривая)

Зависимость между влагосодержанием и матричным потенциалом, определяемая распределением пор по размерам, определяет, сколько воды удерживает почва при данной энергии, и лежит в основе понятий полевой влагоемкости, точки завядания и доступной водоемкости.

Mechanisms

Вода удерживается в почве капиллярными силами в порах и адсорбцией на поверхностях частиц, причем оба эти механизма сильнее выражены в мелкопористых, мелкодисперсных почвах. По мере высыхания почвы вода остается только в постепенно уменьшающихся порах и более тонких пленках, поэтому матричный потенциал становится более отрицательным, и оставшаяся вода удерживается более прочно. Полевая влагоемкость — это влагосодержание после свободного дренажа, точка завядания — это влагосодержание, ниже которого растения не могут извлекать воду, а разница между ними составляет доступную для растений воду.

Clinical relevance

Знание влагосодержания и потенциала позволяет аграриям планировать орошение, оценивать, как долго культура может обходиться без полива, и избегать как засушливого стресса, так и переувлажнения; те же концепции лежат в основе проектирования дренажа и интерпретации показаний датчиков влажности почвы.

History

Бэкингем ввел понятие капиллярного потенциала почвенной воды в 1907 году, а последующие работы формализовали кривую водоудерживания, а также концепции полевой влагоемкости и точки завядания, предоставив агрономии и почвоведению количественную основу для описания влажности почвы.

Key figures

• Daniel Hillel
• Edgar Buckingham
• Lorenzo A. Richards

Seminal works

• hillel1998
• brady2016

Frequently asked questions

В чем разница между полевой влагоемкостью и точкой завядания?

Полевая влагоемкость — это количество воды, которое почва удерживает после того, как гравитация дренировала самые крупные поры, верхний предел легкодоступной запасенной воды, тогда как постоянная точка завядания — это более сухой предел, при котором оставшаяся вода удерживается слишком прочно, чтобы растения могли ее извлечь; вода между этими пределами является доступной для растений.

Может ли почва содержать много воды, но при этом вызывать стресс у растений?

Да. Если вода удерживается при очень отрицательном потенциале, как в сухих глинистых или засоленных почвах, растения могут быть неспособны извлечь ее, несмотря на измеримое влагосодержание, поскольку доступность зависит от энергетического состояния воды, а не только от ее количества.