Почему рыхление почвы способствует сохранению в ней влаги? С точки зрения физики.

Рыхление почвы способствует сохранению влаги главным образом потому, что оно нарушает систему почвенных капилляров, по которым вода поднимается из глубоких слоёв почвы к поверхности и затем испаряется.

С точки зрения физики это явление объясняется капиллярным эффектом, поверхностным натяжением воды и процессами испарения.

1. Капиллярное поднятие воды

Почва состоит из мелких твёрдых частиц, между которыми имеются узкие промежутки — поры. Многие из этих пор соединяются между собой и образуют своеобразную сеть тончайших капилляров.

Из физики известно, что вода способна подниматься по узким капиллярам благодаря силам поверхностного натяжения и смачивания.

Высота капиллярного поднятия жидкости определяется формулой Жюрена:

где:

• $h$ — высота поднятия воды;

• $\sigma$ — коэффициент поверхностного натяжения;

• $\theta$ — краевой угол смачивания;

• $\rho$ — плотность воды;

• $g$ — ускорение свободного падения;

• $r$ — радиус капилляра.

Из формулы следует, что чем меньше радиус капилляра, тем выше в принципе может подняться вода. Однако скорость её движения зависит также от сопротивления течению в порах.

В плотной, неразрыхлённой почве множество мелких пор образует непрерывную сеть. Поэтому вода из более влажных нижних слоёв может перемещаться вверх, восполняя влагу, которая испаряется с поверхности.

2. Что происходит при рыхлении?

Когда мы рыхлим верхний слой земли, то разрушаем часть тонких капиллярных связей между частицами почвы.

В результате:

1. Нарушается непрерывность путей, по которым жидкая вода поднимается к поверхности.

2. В разрыхлённом слое появляются более крупные воздушные промежутки.

3. Верхний слой постепенно высыхает и становится своеобразной защитной прослойкой.

4. Испарение перестаёт так эффективно подпитываться водой из нижних влажных слоёв.

Вода при этом не перестаёт испаряться совсем. Но теперь значительная часть влаги должна проходить через сухой поверхностный слой в виде водяного пара, перемещаясь преимущественно за счёт диффузии.

Такой перенос при определённых условиях значительно медленнее, чем поступление жидкой воды по непрерывной сети капилляров.

3. Почему сухая рыхлая почва защищает влажную почву?

Здесь действует ещё один физический механизм.

Сухая рыхлая почва содержит много воздуха, а воздух обладает сравнительно низкой теплопроводностью.

Поэтому разрыхлённый сухой слой может частично уменьшать передачу тепла вглубь почвы. Кроме того, он отделяет влажные слои от непосредственного воздействия ветра и сухого атмосферного воздуха.

В результате условия для интенсивного испарения влаги из нижних слоёв становятся менее благоприятными.

По аналогичному принципу работает сухая мульча, покрывающая поверхность земли.

4. Почему рыхление не всегда уменьшает испарение?

Важно понимать, что рыхление не является универсальным способом сохранения влаги.

Сразу после рыхления влажной почвы испарение иногда даже усиливается, поскольку увеличивается контакт влажных частиц с воздухом. Кроме того, чрезмерное или глубокое рыхление может привести к дополнительной потере воды.

Наиболее заметный положительный эффект возникает тогда, когда на поверхности формируется относительно сухой рыхлый слой, а под ним сохраняется более влажная почва.

Вывод

С точки зрения физики рыхление почвы способствует сохранению влаги прежде всего за счёт разрушения непрерывных капиллярных путей, обеспечивающих подъём воды к испаряющей поверхности.

В неразрыхлённой почве капиллярные силы могут постоянно подтягивать воду из глубины к поверхности, где она испаряется. После рыхления этот процесс затрудняется, поскольку нарушается гидравлическая связь между влажными нижними слоями и поверхностью.

Таким образом, рыхление не препятствует самому испарению воды, а главным образом уменьшает поступление новой влаги из глубины к поверхности, благодаря чему почва дольше сохраняет свои запасы воды.