ГЛАВА IX. Вода в почве.

Вода - третья составная часть почвы. Она притягивается твердыми частичками почвы и окружает их более или менее толстым слоем, так что воздух образует в воде маленькие пузырьки (ср. Sachs, I, стр. 171).

Количество воды в почве подвергается значительным колебаниям в зависимости от местности, а для одного и того же места и в зависимости от времени года. Различают следующия степени влажности почвы, которыя по большей части определяются лишь приблизительно: 1 - очень сухая, 2 - довольно сухая, 3 - немного влажная, 4 - довольно влажная, 5 - очень влажная, 6 - довольно сырая, 7 - сырая, 8 - довольно мокрая, 9 - мокрая, 10 - очень мокрая почвы (ср. HuIt, I). При более точных научных изследованиях количество воды должно быть выражено в процентах веса или объема взятаго для изследования образчика почвы. С практической точки зрения лучше всего определять степень влажности почвы по растущим на ней видам растений, так как вода является деятелем, оказывающим самое большое влияние на распределение растительных видов.

Количество воды в почве является в жизни растений первостепенным, непосредственным деятелем, благодаря выясненному на стр. 2 и сл. чрезвычайному значению воды для экономии растений. В почве вода должна находиться в известном, определенном для каждаго вида растения, количестве (для разводимых растений 60%, не больше); слишком мало или слишком много и здесь, как и везде, будет иметь вредное влияние. Значение содержания воды в почве для жизни растенш доказано между прочим опытами, произведенными Fittbogen'ом над овсом: результаты жатвы были почти одинаковы на почвах, в которых процентное содержание воды было от 40-80%; но на почве с влажностью лишь в 20% была получена лишь половина, а почва с 10% влажности дала лишь 1/8 всего урожая.

Вода может иметь и косвенное значение, влияя на живущия в почве животные организмы и, главным образом, на бактерии. Для образования гумуса необходима известная степень влажности.

Вода может находиться в почве в нескольких видах: 1 - как химически связанная вода, не играющая никакой роли в экономии растений; 2 - как вода, поглощенная почвой в форме осадков и удерживаемая в ней благодаря ея волосности; 3 - поднятая всасыванием грунтовая вода или сама грунтовая вода.

Грунтовая вода это вода, накопившаяся в слоях почвы, лежащих над какими либо водонепроницаемыми слоями. Вода эта может находиться в движении, следуя при этом законам тяжести, или же накопляться в виде подземных озер, совершенно также как это бывает с поверхностными водами. Большое значение имеет тут химический состав, волосность, водопроницаемость и другия свойства почвы. Чаще всего слоем, подпирающим грунтовую воду, является глина; песок и гравий пропускают воду. Грунтовая вода может содержать много растворимых веществ, главным образом солей извести; но в более глубоких своих частях она обыкновенно бедна питательными для растения веществами, т. к. эти последния задерживаются верхними слоями. Точно также она свободна от бактерий, которыя уже отфильтровались в более высоких слоях почвы.

Уровень грунтовых вод и его колебания в разныя времена года зависят отчасти от общей суммы осадков, отчасти же от величины испарения; он имеет большое ойкологическое значение и играет выдающуюся роль, особенно в пустынных местностях.

Озера, болота и реки в сущности ничто иное, как открытия грунтовыя воды, хотя и разнящияся значительно от глубоко лежащих грунтовых вод, от которых оне получают всю массу своей воды. Во многих случаях уровень грунтовых вод бывает слишком высок для некоторых растений; в других он так низок, что корни растения не в состоянии пользоваться ими ни посредственно ни непосредственно; наконец в других случаях грунтовыя воды в известное время года достижимы для растения, в другое же нет. Во всех этих случаях большое значение имеет то, как высоко может подняться вода благодаря капиллярности почвы. Уровень грунтовых вод оказывает конечно влияние на температуру почвы (ср. гл. X, 7).

Для растения имеет значение, застаиваются ли грунтовыя воды, или медленно текут. В стоячих водах кислород расходуется скоро, происходит образование гумусовой кислоты, или же вызываются действием анаэробных бактерий процессы гниения (масляное брожение и др.). На почве со стоячими грунтовыми водами растут поэтому другия растения, чем на почве с медленно текучими. Различие между лугами и болотистыми торфяниками, обусловливается отчасти этим, отчасти колебаниями уровня грунтовых вод в различныя времена года.

Значение высоты уровня грунтовых вод сказывается с особенной ясностью, напр. в Дании. Тут химическия отличия измельченных и отложенных ледниками почв едва ли так велики, как в гористых странах, где коренныя породы, лежащия на незначительной глубине под почвой и обладающая разными химическими свойствами, могут оказывать известное влияние на растительный мир. Пример такого влияния высоты уровня грунтовых вод мы имеем по Feilberg'y в песчаных равнинах у Скагена в Ютландии. Грунтовыя воды, стоящия летом на глубине 3", вызывают обильный рост камышей (Juncus) и образование торфяников; при глубине грунтовых вод в 6" мхи и осоки играют еще известную роль, но уже начинают появляться злаки, преобладающее при уровне грунтовых вод в 9"; при уровне в 12" в обыкновенное лето происходит нормальный рост злаков; при 15", и в не очень теплое лето, хлеба растут хорошо; но хлебные посевы дают хороший урожай в холодныя и влажныя лета лишь при глубине уровня в 18 и 24". При 30-40" почва не пригодна для культуры хлебных растений и питает лишь растения, приспособившияся к сухим почвам. Другие примеры мы находим у этого же изследователя, который больше, быть может, чем другие, и вполне справедливо, подчеркивает значение высоты уровня грунтовых вод для растительнаго мира. На странице 270 (Feilberg, II) он останавливается на тех изменениях, которым подвергается растительность данной местности при постепенном понижении уровня грунтовых вод. Многия деревья приобретают на почве с высоким уровнем грунтовых вод особенный вид или даже не растут вовсе. Другие примеры дает Warming (V, VI, VII; но тут надо еще изследовать, какую роль играет при этом уровень грунтовых вод, а какую способность почвы подымать всасыванием воду).

Известны также случаи периодичнаго, обнимающаго собой несколько лет, колебания уровня грунтовых вод. Оно имеет большое значение для географии растений. Напомним тут гипотезу Blytt'a о перемежающихся сухих и влажных периодах на земле с соответствовавшей им сменой растительности.

Богатство водою слоев почвы, лежащих выше уровня грунтовых вод, зависит от следующих их качеств: от фильтрующей способности почвы, ея способности подымать капиллярно и поглощать воду, ея гигроскопичности; вместе с тем имеет значение количество осадков и приток поверхностных вод (ср. стр. 39 и сл.).Фильтрующая способность почвы. Осадки проникают в разные виды почв не с одинаковой легкостью. Эти различия сказываются особенно наглядно, если мы нальем воду на песчанистую, глинистую и гумусовую почвы. Следующия свойства почвы играют при этом известную роль: волосность и природа почвы, степень сухости частиц, ее слагающих.

Чем больше волосность почвы, тем медленнее проникает вода. Очень мелкозернистыя почвы, особенно глина и некоторые виды гумусовых почв, почти непроницаемы для осадков, в особенности в случае плотнаго строения почвы. Напротив того, осадки проникают в почву тем легче, чем грубозернистее и рыхлее она. Содержание в почве больших камней, трещиноватость ея или присутствие в ней отверстий, напр. ходов дождевых червей, влияет на водопроницаемость, камни уменьшают, трещины и отверстия увеличивают водопроницаемость почвы. Вообще, вода легче всего проникает в кварцевый песок, труднее в гумус, а всего труднее в глину. Глинистая почва благодаря своей мелкозернистости и другим свойствам с большим трудом пропускает воду.

При большой изсушенности поверхностных слоев почвы проходить некоторое время пока эта последняя настолько смочится, что станет впитывать в себя воду. В дождливое время способность почвы поглащать воду имеет для растений большое значение.

Гигроскопичность почвы. Всякая пористая и сухая почва способна поглощать из атмосферы водяные пары, хотя и в весьма различной степени. Степень гигроскопичности находится в зависимости от температуры и пористости почвы. Известную роль играет в этом также химический состав почвы. Это доказывается следующими опытами Schuebler'a: 5 гр. кварцеваго песка в продолжение 72 часов не поглотили вовсе воды, известковый песок поглотил за это время 0,015 гр., обыкновенная почвенная земля - 0,1 гр., глинистая почва - 0,245 гр., гумус - 0,6 гр.

Остается, впрочем, не вполне выясненным, следует ли приписать наблюденное поглощение воды действительному сгущению водяных паров (абсорбции) почвой или оно, быть может, обусловливается образованием росы вследствие перемены температуры. (P. E. Muller, Ebermayer).

Поглощенный водяной пар всегда будет иметь значение для растений, т. к. он поглощается исключительно сухой почвой; излишка влаги этим путем проникнуть в почву не может. Но, с другой стороны этим, путем сухая почва не может получить количеств воды, достаточных для жизни растений. Растения увядают раньше, чем содержание воды в почве на столько понизится, что может начаться процесс поглощения водяных паров.

Способность почвы подымать всасыванием воду. Способность почвы подымать всасыванием воду из более низких горизонтов имеет для жизни растений, само собою разумеется, большое значение. Нужно отличать высоту и скорость поднятия воды, куда и как подымается вода. Это находится, между, прочим в зависимости от волосности почвы и от природы частиц, ее слагающих. Кварцевый песок быстро подымает воду, глина и другия мелкозернистыя почвы медленно, известковый песок и гумус довольно скоро; но высота поднятия воды меньше всего в песке (по наблюдениям Ramanria в мелкозернистом песке она достигает всего около 40 cм. над поверхностью грунтовых вод), много больше в глинистых и всего больше в торфянистых почвах. В почвах, частицы которых достигают 2-3 мм величины, поры будут уже слишком большими для того, чтобы действовать как капилляры.

Способность почвы подымать всасыванием воду имеет для растений особенно важное значение в случаях сильнаго испарения воды с поверхности. Вообще, небольшая водоподемная способность для бедных водою почв будет полезнее чем большая, т. к. тогда почва не так скоро высыхает.

Под водоемкостью почвы подразумевается способность почвы поглощать и удерживать воду в капельножидком виде. Она измеряется количеством воды, которое может быть удержано известным весом или, лучше, объемом почвы, и находится в зависимости от силы прилипания воды к частичкам почвы, изменяющейся смотря по волосности почвы и по природе частиц, слагающих ее. Водоемкость тем больше, чем многочисленнее и мельче капилляры в почве, и чем равномернее их величина, т. к. это увеличивает поверхность сцепления. Кварцевый песок, состоящий из зерен в 1-2 мм, удерживает только 1/10 того количества воды, которое может удержать такой же кварцевый песок при величине зерен в 0,01-0,07 мм. (Wollny).

Водоемкость почв, как это найдено опытным путем (Schuebler, Wollny), меньше всего у кварцеваго песка, больше у известковаго песка, еще больше у глинистых почв и у мелкозернистых чисто известковых почв и, наконец, больше всего у гумусовых почв. У последняго рода почв количество задерживаемой воды увеличивается между прочим водой, напитывающей заключенныя в почве органическия частицы. Торфянистая почва обладает самой большей водоемкостью.

Некоторые виды почв обладают такой большой водоемкостью, что способны бывают по мере поглощения воды увеличивать пространства между своими частицами, вследствие чего объем почв увеличивается, почва вспучивается. При потере воды, наоборот, происходит сжатие и, вследствие этого, некоторое изменение в свойствах почвы. Во влажном виде такия почвы мягки и отчасти пластичны, в сухом виды оне тверды и делаются хрупкими. Это относится главным образом к глинистым и торфянистым почвам.

Обыкновенно почва не бывает насыщена водой (за исключением, конечно, болот и тому подобных мест, где грунтовая вода находится на незначительной глубине). Почва, покрытая растительностью, не достигает обыкновенно своего полнаго насыщения, так как растения постоянно расходуют воду путем испарения. Многия растения растут исключительно на почвах, не насыщенных водой.

Высыхание почвы зависит от многих условий; отчасти от упомянутых выше свойств почвы, отчасти от потребления воды растениями и животными, отчасти же от величины испарения.

Само собой разумеется, что испарение оказывает большое влияние на содержание воды в почве и, этим самым, на хозяйство растений и состав растительнаго покрова. Почва удерживает всегда некоторое количество воды, даже в случаях самаго сильнаго испарения. Сила, с которой вода задерживается почвой, имеет для растений большое значение. Деятели, оказывающие влияние на испарение, могут быть внутренние и внешние.

Внутренние деятели связаны с природой самой почвы, т. е. со строением почвы, формой ея поверхности и пр. Из рыхлой почвы вода испаряется меньше, чем из плотной. Образование комков в почве понижает испарение. Больше всего воды испаряется из почв, сложенных из зерен средней величины, грубозернистая же почва испаряет воды немного.

Известную роль играет также цвет и вид (петрографический состав) почвы. Быстрее всего идет испарение из кварцеваго песка и гумусовых почв. Masure высушивал песок и гумус в три дня; для глины и извести понадобилось для этого 7 дней. Но количество воды, испаряющейся в данное время, тем больше, чем больше водоемкость почвы. В этом отношении гумус занимает первое, а кварцевый песок последнее место: в одном опыте Masure'a гумус удержал 41%, а песок всего лишь 2,1%. Поверхность почвы, насыщенной водой, в равное время испаряет больше влаги, чем такая же поверхность воды.

К внешним деятелям, оказывающим влияние на испарение воды из почвы, нужно причислить: дефицит в насыщении воздуха (ср. стр. 37); угол и направление наклона поверхности почвы; силу и степень сухости ветров (стр 46); растительность, покрывающую почву.

Растительный покров увеличивает поверхность испарения и непрерывно расходует воду из почвы, которая уходит из листьев и других воздушных частей растения путем испарения. Покрытое растительностью поле скорее высыхает, чем пар (конечно при одинаковости прочих условий). Растительный покров в период своей вегетации изсушает почву, но в различной степени в зависимости от температуры воздуха и природы растений (травянистая растительность больше изсушает почву, чем деревья; особенно сильно изсушают почву злаки). Различия же зависят отчасти от различия в величине листовой поверхности, отчасти от устройства корневой системы. Корни различных растений опускаются различно глубоко в землю и, поэтому, способность их впитывать воду тоже различна. Из опытов Colding'a вытекает, что низкорослые злаки в окрестностях Копенгагена, начиная с апреля месяца по сентябрь, расходуют больше воды, чем ее получает почва из осадков. Feilberg (II) нашел, что для месяцев мая, июня, июля и августа количество воды, расходуемое растительностью в продолжение одного дня для одной тоны (0,55 гектаров) почвы равняется 400, 500, 350 и 300 куб. футам. Конечно, величины эти приблизительны и меняются в зависимости от обстоятельств. Таким образом, содержание воды в почве уменьшается от весны к осени; осенью оно достигает самых низких пределов и бывает иногда на 5-7% меньше содержания воды весной. Потом количество воды возрастает в продолжение всей зимы до наступления новаго вегетационнаго периода. Влияние различных видов растений обусловливается отчасти величиной листовой поверхности и строением листа, отчасти же природой корневой системы, т. е. тем обстоятельством, расположена ли эта система непосредственно под поверхностью, или же проникает глубоко в почву. Многие виды лесных растений потому причисляются к сорным растениям, что они расходуют воду раньше, чем эта последняя успеет проникнуть до корней деревьев. Этим объясняется также, почему, в одном и том же месте произрастания, некоторые виды растений оказываются менее защищенными от высыхания чем другие.

Корни, впрочем, способны пользоваться почвенной водой лишь до известной степени. Чем больше уменьшается содержание ея в почве, тем сильнее удерживается остаток ея, и наступает, наконец, такой момент, когда растете не в состоянии уже извлекать воду из почвы, не смотря на то, что эта последняя содержит ея еще большое количество. Сакс доказал это опытами над табаком (I, стр. 173): молодое растение начало завядать, несмотря на то, что почва содержала еще 12,3% воды своего веса в сухом состоянии. Водоемкость этой почвы (гумус темнаго цвета) была определена в 46% высушиванием почвы при 100 град. Растение, стало быть, могло извлечь из почвы всего лишь 33,7%; остаток был недоступен для него. Точно также растения увядали в глинистой и песчанистой почвах, несмотря на то, что оне содержали еще 8 и 15% воды. В опытах Heinrich'a растения в грубозернистом песке начали завядать только тогда, когда содержание воды в почве уменьшилось до 1,5%, между тем как в торфяной почве они завядали при содержании воды еще в 47,7%.

Мертвый растительный покров также оказывает влияние на испарение (ср. 15-ую главу).

Значение почвенной воды для растительных форм. Кроме всего сказаннаго выше на стр. 36. O значении воды, упомянем еще, что образование низкорослых побегов и придаточных корней находится, очевидно, в зависимости от влажности почвы: нигде не встречается столь обильнаго образования придаточных корней, как среди растений влажных местонахождений. Влажность почвы оказывает также влияние на продолжительность жизни неделимых: на влажных местах однолетния растения встречаются гораздо реже.

Кроме того, в сырых местонахождениях корни разветвляются сильнее, чем в сухих. Вода также оказывает влияние на образование корневых волосков. (Fr. Schwarz; ср. 3. отдел, 2. главу).

Что касается внешней формы корней, то, как известно, многие корни водяных растений имеют особенную форму (ср. напр. Sachs, I), но причина этого ближе не известна.