В нашій посушливій зоні, майже всі рослини поглинають воду корінням з грунту. Іноді рослини - вихідці з тропічної зони, наприклад, кукурудза, виноградна лоза, утворюють повітряні коріння, але слаборозвинені.
Незначна частина вологи поглинається листям рослин з повітря, але тільки тоді, коли його вологість дуже висока і близька до точки насичення (це відбувається в тому випадку, якщо температура повітря стає близька до так званої точці роси - температурi гранично-максимальної вологості повітря, при якій він може містити воду у вигляді пари. При зниженні температури повітря нижче температури точки роси утворюється туман, або випадає роса).
Всі коріння, як підземні, так і повітряні, крім функції водопостачання, активно беруть участь в процесах створення органічних речовин, необхідних рослині, і без такої підготовки процес створення органічних речовин в листі, як показали дослідження, просто неможливий.
Коріння рослин, буквально "ходять" по воду, тобто ростуть прискорено в сторону зон з доступною вологою. У пустельній зоні є дикорослі рослини, що мають свої корені за водою на глибину до 20 м. Наприклад - верблюжої колючки.
Всім знайома жито, має на одну рослину в дорослому стані кореневу систему сумарною довжиною 619 км (кілометрів!), Сумарна площа поверхні якої перевищує 638 квадратних метрів. При середньодобовому прирості 4,8 км, щодня утворюються понад 100 мільйонів кореневих волосків. За деякими даними, її коріння "ходять по воду" на глибину понад 2 м, незважаючи на те, що основна маса мочковатих коренів розташовується на глибині до 1 м. Погодьтеся, ці факти важко вкладається в голові, але це перевірені факти.
Тепер, щоб було зрозуміло, як, де і чим (за допомогою яких пристроїв) можна постачати водою рослини, розповімо про властивості ґрунтів і підстилаючих її грунтів, як про "посудині", з якого рослини черпають, а правильніше сказати, висмоктують воду.
- кам'янисті - крупніше 50;
- гравелисті - від 2 до 50;
- піщані - від 0,02 до 2,0;
- пилуваті - 0,002 до 0,02
- глинисті - менше 0,002.
Але в природі немає або майже немає осадових порід, які б складалися з частинок одного діаметра. Якщо взяти кілограм будь почвообразующей породи, наприклад, суглинистой і спробувати розсортувати на складові частини за розміром частинок то виявиться, що навіть самі однорідні лесовидні породи складаються з цілого набору фракцій різної крупності.
Камені, гравій та пісок легко розрізняються і на вигляд і на дотик.
Глина, як і пісок, досить легко відрізняється на вигляд і особливо на дотик. Глина - своєю пластичністю у вологому вигляді, а пісок - крупинками і сипучістю в сухому вигляді.
Залежно від частки частинок осадових порід того чи іншого розміру, на яких формуються грунту, вони отримують свою назву:
Малюнок 5.1. Ознаки грунту, що визначають її приналежність по гранулометричному складу.
Піщані грунти (а) в сухому стані розсипаються гіркою, як би ви їх не намагалися сформувати, супіски у вологому стані можуть утримувати форму кулі (б), легкі суглинки можна розкачати в товсту "ковбаску", діаметром 2,0 см, яка легко тріскається (в). Середні суглинки легко відрізнити від важких - при розкачування "ковбаски" діаметром менше 1 см з них не виходять (г). У важкосуглинистих грунтів така "ковбаска" без розтріскування легко згинається в дугу (д), але дає тріщини при згинанні в кільце. У глинистих вона згинається в кільце без розтріскування, і навіть може бути зв'язана у вузол. Зліва показано, як готується з добре зволоженою грунту "ковбаска" довжиною 10 см, в діаметрі 1,0 ... 0,5 см.
Водні властивості ґрунтових субстратів в залежності від крупності частинок.
- влагоудерживающая здатність;
- влагопроводность;
- теплопровідність;
- повітропроникність;
- промиваемость від солей.
- діапазон доступною для рослин вологи;
- трудність обробки механізмами при різній вологості і т.д.
Тому, коли ми перейдемо до розгляду питань, як, і чим поливати, то говорити з вами ми повинні навчитися зрозумілою нам обом мовою.
Пояснимо на прикладах, чому від крупності частинок грунту, сильно залежать перераховані вище властивості.
Уявімо собі дрібні камені у вигляді кубиків, розміром ребра 1 см. Площа поверхні кожного такого каменю складе 6 см2, або 600 мм 2 а обсяг 1 см3.
Тепер уявімо, що кожен кубик вздовж і впоперек акуратно розрізаний на кубики з ребром в 1 мм. Значить, з кожного великого кубика отримує 1000 маленьких, загальний обсяг яких залишиться 1 см3, а поверхню? Спробуємо підрахувати ... Кожен маленький кубик з ребром в 1 мм буде мати площу 6 мм2, всього кубиків з 1 см3 утворюється 1000, таким чином загальна поверхня всіх маленьких кубиків складе 6 мм2 * 1000 = 6000 мм 2. або в 10 разів більше, ніж вихідного великого кубика.
Значить, якщо на змоченою поверхні каменя може утримуватися без стікання вниз плівка води завтовшки, скажімо 0,0001 мм, то на великому кубику втримається 0,001 мм * 600 мм 2 = 0,06 мм 3 вологи, а на дрібних кубиках, створених з одного великого кубика буде утримуватися в десять разів більше, або 0,6 мм 3!
Якщо тепер кожен кубик з ребром в 1 мм розділити на кубики з ребром 0,1 мм, то очевидно, що утримує здатність зросте ще в десять разів і досягне 6,0 мм 3. Міркування можна продовжити для ще більш дрібних частинок. Таким чином, стає зрозумілим, чому один і той же обсяг грунту, що складається з дрібних частинок, краще утримують воду, ніж складається з великих частинок.
Чим дрібніше частинки почвообразующей породи, тим краще такий ґрунт утримує не тільки воду, а й інші речовини. Це, значною мірою, визначає ємність грунтового яка поглинає комплексу, тобто здатність утримувати (адсорбіовать) на поверхні ґрунтових частинок і вологу, і катіони солей з ґрунтового розчину. Слід, однак, додати, що грунту дрібнозернисті (глинисті і важкосуглинисті) хоч і сильніше зв'язують вологу (адсорбують), але і з великими труднощами віддають її рослинам.
На малюнку 5.2 показана діаграма для легкого визначення назви почвообразующей породи
Малюнок 5.2. Діаграма для визначення назви грунтового субстрату, запропонована американськими грунтознавцями.
Щоб скористатися цією діаграмою, потрібно знайти на лівій шкалою свій відсоток глини (мулу) і провести від цієї точки горизонтальну лінію в сторону шкали "Відсоток пилу". Потім на правій шкалі знайти відсоток пилу і провести від цієї точки лінію вниз, паралельно діагональним лініях сітки в сторону шкали "Відсоток піску". І, останнє, знайшовши на нижній шкалі точку, відповідну процентним вмістом піску, провести лінію вгору, паралельно сітці в напрямку до шкалою відсотка глини. Назва грунтового субстрату буде в області, де зійдуться всі три лінії. Для прикладу: порода, що складається з 20% глини, 40% пилу і 40% піску, потрапляє в область суглинку.
Як утримується вода в грунті?
Продовжуємо розмову про субстраті і його "взаємини" з грунтовою вологою, і постараємося виправдатися, навіщо так багато говорили про гранулометричному складі субстрату. Справа в тому, що і сумарна площа поверхні частинок на одиницю ваги грунту (зазвичай в грунтознавстві вживають одиницю виміру - метр квадратний на 1 грам), і розміри пір між частинками грунту залежать від їх крупності. А від питомої площі поверхні частинок залежить, як ми говорили вище, кількість адсорбованої вологи, а далі, від розміру пір - водопроникність і повітропроникність грунту.
На малюнку 4.3 показано, як виглядає шматочок грунтового субстрату при дуже великому збільшенні. Це, звичайно, малюнок, ніякої мікроскоп, на жаль, в грунт помістити неможливо і приготувати препарат з частинок грунту для розгляду під мікроскопом, щоб було видно в розрізі плівки води, технічно неможливо, проте вчені, на підставі різноманітних досліджень, так приблизно уявляють то , що твориться в грунті.
Отже, подивимося, як утримується волога грунтовими частинками.
У великих, діаметром більше 0,7 - 1,0 мм, порах грунту розташовується вільна волога, яка може стікати вниз під дією сили тяжіння (1). На відносно великій відстані від грунтових частинок знаходиться капілярна волога (2). Трохи ближче до грунтових частинок розташовується шар легко пов'язаної плівковою вологи (3). Ця волога добре доступна рослинам, вона містить розчинні солі, але вільно пересуватися може тільки від частки до частки (від товстих, слабосвязанних з грунтом плівок вологи, до тонким сильно пов'язаним тобто, від місць більш вологих, до місць менше вологим.
- Малюнок 5.3. Схема утримання вологи частинками грунту (дуже сильно збільшено).
- - вільна, легко стікає під дією сили тяжіння волога;
- - капілярна волога;
- - слабосвязанних плівкова волога;
- - міцний зв'язок сорбционная волога;
- - мінеральна частинка грунту;
- - "Затисненого" повітря.
- - вільна, легко стікає під дією сили тяжіння волога;
Безпосередньо контактує з грунтової часткою (5) міцно пов'язана сорбционная волога (4). Ця волога настільки сильно утримується міжмолекулярними силами, що вона майже недоступна рослинам, тому що коріння її всмоктати не можуть. У цій волозі, як припускають учені, навіть немає розчинних солей. Пересуватися вона може тільки перейшовши в пароподібний стан.
У великих проміжках між грунтовими частинками можуть бути і бульбашки "затисненого" повітря (6), тобто повітря, який важко витіснити при насиченні грунту (зазвичай, повного насичення грунту водою можна досягти тільки в лабораторних умовах, зволожуючи її під вакуумом).
Те, що ви побачили на малюнку 5.3, це фрагмент простору між частинками, що утворюють основу, іншими словами, каркас грунту. У міру висихання легко пов'язана волога може зникнути повністю, плівки вологи можуть стоншуватися, аж до повного зникнення і простір між грунтовими частинками заповниться повітрям. При цьому більшість почвообразующих порід дають усадку, тобто стискаються блоками різної величини, між якими утворюються ширші тріщини.
Ось цей каркас з частинок почвообразующей породи, змочених водою, що містить повітря і є "будинком" для будь-якої грунтової живності. У цьому "домі", щоб він перестав бути грунтовим субстратом, і перетворився в грунт, повинні жити коріння рослин, гриби, мікроорганізми, черви, комахи, гризуни і інші видимі і невидимі оку живі організми. Діяльність живих організмів найрізноманітнішого складу, які копають, свердлять, гризуть грунт, пересуваються і перетягують рослинні залишки з її поверхні углиб, поїдають, перетравлюють відмерлі коріння і сприяють насиченню ґрунтового шару органічними речовинами і продуктами їх розпаду, роблять грунт пористої, а найголовніше - родючої!
Діяльність "населення" цього "будинку" сприяє поліпшенню водних властивостей почвообразующей породи. Це проявляється в тому, що практично водонепроникні глинисті прошарки "населення" грунту робить добре проникними, пухкі піщані склеює гумусом, щоб не заважати притоку повітря, в загальному, пристосовує для своїх потреб. Про це можна прочитати в найцікавішій книзі Н.І.Курдюмова - "Книга про родючість грунтів", а ми знову повернемося до питань забезпечення рослин водою.
Вода в грунті - спробуй, відбери!
Малюнок 5.4. Тиск води в шарах, вилучених на різну відстань від частинок грунтового субстрату
Пояснимо трохи "по-селянськи", як це слід розуміти. Уявімо собі, (а ще краще, візьмемо в руки) сильно зволожений шматок ґрунту. Спробуємо з нього видавити воду, ну, скажімо, обернувши ганчіркою і спробувавши здавити сильно руками. При цьому можливо вдасться видавити трохи вологи.
Тепер покладемо грунт під прес і поступово будемо її здавлювати все сильніше. Чим менше буде залишатися в грунті води, тим менше її буде витікати при подальшому збільшенні тиску. Насухо видавити всю воду з грунту нам в домашніх умовах не вдасться ніколи, як би ми не напружували свій домашній прес. Це пояснюється тим, що чим менше води залишається в грунті, тим більш тонкі плівки її залишаються навколо частинок, і тим вони міцніші зчеплені з частинками грунту. Ось і рослині, коли води в грунті багато - легко її відібрати корінням, а ось коли мало - все важче і важче.
- повна вологоємність (ПВ) - вологість ґрунту при повністю заповнених порах водою;
- найменша ( "польова") вологоємність (НВ або ППВ) - волога, що утримується грунтом нібито без стікання;
- вологість уповільнення зростання (ВЗР) (іноді ще вживається для цього ще більш невизначений термін - вологість розриву капілярів (ВРК);
- вологість завядания рослин (ВЗ) - вологість, нижче якої рослина вже не може відродитися, після поливу;
- максимальна гігроскопічна волога (МГ) - визначається в стандартних лабораторних умовах при тривалому насиченні вологою над розчином сірчаної кислоти, оскільки в природі її величина пов'язана з відносною вологістю повітря, яка не буває постійною.
Як пересувається вода в грунті?
У міру вивчення процесів руху вологи в грунті, змінювалися уявлення про закономірності, які керують цим процесом. Спочатку дослідники представляли рух вологи в грунті як рух в капілярних трубках різного діаметра (рисунок 5.6).
Малюнок 5.6. Прямі капілярні трубки в склянці з підфарбованою водою.
У таблиці 5.1 наведені значення висоти капілярного підйому в залежності від радіуса капіляра. Але, реальний простір між грунтовими частинками дуже віддалено нагадує капілярні трубки, тому вчені в своїх розрахунках спробували замінити капілярні трубки з рівними стінками чёточнимі капілярами (тобто трубками з періодично мінливих діаметром).
Таблиця 5.1. Залежність висоти капілярного підняття від радіуса капіляра.
Потім дослідники спробували описувати простір між грунтовими частинками, як систему порожнин між кулями одного діаметра, але по-різному упакованими (укладеними між собою).
Потім, визнавши факт, що будь-який ґрунтовий субстрат має частки різного діаметру, спробували оцінити простір при різній укладанні куль різного діаметра.
Зрештою, дослідники прийшли до висновку, що оскільки частинки субстрату, що утворює грунт різні не тільки по крупності і конфігурації, але і за складом складають ґрунтовий субстрат мінералів - твердих природних або штучних тіл, які мають тими чи іншими хімічними і фізичними властивостями а, крім того, на них сильно впливає біохімічна діяльність "населення" грунту, вирішили визначати її деякі усереднені властивості, необхідні для практичної діяльності.
Багато для розуміння закономірностей руху води в ґрунтових субстратах зробили відомі вчені-інженери. Французький інженер Анрі Дарсі знайшов закон руху води в насичених водою субстратах. Блез Паскаль встановив ряд законів гідравліки, що пояснюють багато явищ руху вологи в грунті. Головний з них - закон сполучених посудин.
Але ... грунт, де "живе" дуже багато самих різних істот, під впливом їх діяльності постійно змінюється. Треба сказати, що і самі субстрати, на яких розвивається грунт, особливо глинисті і суглинні, змінюють свою проникність для води (ґрунтових розчинів) і від ступеня насиченості вологою, (а значить і повітрям), і від наявності розчинених солей в ній, в мільйони раз і більше (важко вкладається в голові, але це так!). Пов'язано це і з набуханням ґрунтових мінералів, і зі зміною їх властивостей при контакті з іонами солей, що знаходяться в грунтовому розчині.
Це настільки цікава і неосяжна тема, що сотні книжок не вистачить, щоб хоча б коротко описати все те, що відбувається у нас під ногами в наших грунтах.
Тому ми просто коротко перерахуємо, під дією яких сил рухаються грунтові розчини, щоб, коли перейдемо до питань "напування" рослин водою, було зрозуміло про що йде мова.
Отже, головна сила, завдяки якій відбувається дуже багато процесів на землі, через яку впало яблуко, то стукнули Ісаака Ньютона по голові, що змусило його задуматися про закон всесвітнього тяжіння - це сила тяжіння.
Вся вільна (як ми вже говорили вище, тобто не пов'язана з грунтовими частинками) волога рухається в грунті під дією цієї сили.