Потенциал воды в почве

.

А. Полный потенциал, Ψ_t воды в п. при температуре Т₀ — полезная работа на единицу массы чистой воды в дж/кг, которая должна быть затрачена посредством приложенных извне сил для того, чтобы перенести обратимо и изотермически бесконечно малое количество воды из стандартного состояния S₀ в жидкую фазу п. в заданной точке.

За стандартное состояние S₀ принят резервуар с чистой (т. с. не подверженной влиянию растворенных солей) водой, или, другими словами, водой, осмотическое давление π которой равно нулю, свободной (т. е. не подверженной влиянию твердой фазы п.) водой при температуре Т₀, высоте h₀ и давлении Р₀.

Указанный выше процесс переноса удобно разделить на несколько ступеней, каждая из которых представляет собой промежуточное стандартное состояние: S₁ — резервуар с чистой, свободной водой, как и в стандартном состоянии S₀, но расположенный на той же высоте, что и рассматриваемая жидкая фаза n.,h_x, т. е. S₁ находится при Т₀, h_x, P_0. S ₂ — резервуар со свободным почвенным раствором (тождественным по составу с жидкой фазой п. в рассматриваемой точке), имеющим, таким образом, осмотическое давление π, а в остальном тождественным S₁ т. е. S.₂ находится при Т₀, h_x, Р₀.

Рассмотрение переноса воды из стандартного состояния S₀ через промежуточные состояния S₁ и S ₂ в жидкую фазу п. приводит к определениям следующих составляющих полного потенциала воды или частных потенциалов воды.

Б. 1. Гравитационный потеициал Ψ_g, воды в п. при температуре Т₀ — полезная работа на единицу массы чистой воды в дж/кг, которая должна быть затрачена для того, чтобы перенести обратимо и изотермически бесконечно малое количество воды из стандартного состояния S₀ в промежуточное стандартное состояние S₁. Этот потенциал можно выразить в единицах разности высот между S₀ и S₁, Δ h = h_x — h₀ согласно Ψ_g = gΔh, где g — величина гравитационной силы на единицу массы.

2. Осмотический потенциал, Ψ₀, воды в п. при температуре Т₀ — полезная работа на единицу массы чистой воды в дж/кг, которая должна быть затрачена для того, чтобы перенести обратимо и изотермически бесконечно малое количество воды из промежуточного стандартного состояния S₁ в промежуточное стандартное состояние S₂. Этот потенциал можно выразить в единицах экспериментально измеряемого осмотического давления, согласно
где — парциальный удельный объем воды в почвенном растворе.

3. Потенциал тензиометрического давления Ψ _р воды или, для краткости, потенциал давления воды (in situ) — полезная работа на единицу массы чистой воды в дж/кг, которая должна быть затрачена для того, чтобы перенести обратимо и изотермически бесконечно малое количество воды из промежуточного стандартного состояния S₂ в жидкую фазу п. в заданной точке. Этот потенциал можно выразить в единицах экспериментально измеряемого (in situ) тензиометрического давления жидкой фазы п.,

P, согласно .

Соответственно полный потенциал воды можно найти из соотношения

Если два первых составляющих потенциала воды в почве определяются только высотой и осмотическим давлением в почвенном растворе, то потенциал давления Ψ_p, связанный с геометрией (кривизной поверхности) жидкой фазы, зависит от давления в газовой фазе, от геометрии твердой фазы п. (или матрицы), поскольку она влияет на геометрию жидкой фазы; от содержания воды в п., поскольку оно тоже влияет на геометрию жидкой фазы, а в набухающих п. и на геометрию твердой фазы п. Последняя в свою очередь находится под влиянием механического давления окружающей заданный объем п. массы п. или ограничивающей почвенный образец поверхности. Таким образом можно ввести два подкомпонента потенциала давления.

В. 1. Пневматический потенциал, — приращение потенциала давления Ψ_р в результате избытка давления в газовой фазе относительно стандартного газового давления Р_0, т.е. .

2. Капиллярно-сорбционный (или матричный) потенциал , — потенциал давления в почвенном образце при данной влажности w и данном механическом давлении ограничивающей его поверхности Р_e, при стандартном газовом давлении Р₀, т. е. при . Так как в набухающих п. капиллярно-сорбционный потенциал || зависит как от влажности почвенного образца w, так и от механического давления ограничивающей его поверхности Р_е, то для этих почв можно определить:

а) потенциал “давления ограничивающей поверхности” (или потенциал нагрузки) || — приращение потенциала давления в результате механического давления на почвенный образец с данной влажностью w ограничивающей его поверхности при .

б) потенциал влажности — потенциал давления в почвенном образце с данной влажностью w при отсутствии механического давления ограничивающей образец поверхности и стандартном газовом давлении Р₀, т. е. при Р₀ = ΔΠ = 0.