Mişcarea apei în sol

Apa înmagazinată în sol se prezintă ca un factor climatic deosebit de important în procesul de formare şi evoluţie a solului şi în determinarea regimului hidrotermic şi al aerului din zona sistemului radicular, după cum prezintă o. Berbecel şi colaboratorii.

În acelaşi timp, conţinutul de umiditate al solului exercită o acţiune puternică în microclimatul culturii respective şi în caracterizarea anuală a climatului. Noţiunea de umiditate a solului exprimă cantitatea de apă existentă într-o probă de sol raportată la greutatea solului uscat (exemplu: 10 grame de apă la 100 grame sol uscat; 10 grame %) Studiul umidităţii ca factor al climei solului implică o cunoaştere aprofundată a relaţiilor ce există între apă şi sol (în diferite forme), a relaţiilor complexe cu toţi factorii componenţi ai climei solului. Pătrunderea, înmagazinarea şi mişcarea apei în sol prezintă unele însuşiri caracteristice determinate de raporturile ce se creează în apă şi particulele de sol. Aceste raporturi sunt o rezultantă a trei forţe ce acţionează în interiorul solului, şi anume: forţa de absorbţie a particulelor de sol; forţa de ascensiune capilară a apei; forţa de gravitaţie a pământului. Raporturile dintre apă şi sol exprimă deci energia sau forţa cu care solul poate să reţină apa, în condiţiile acţiunii celorlalte două forţe. În consecinţă, apa se găseşte în sol sub mai multe forme, care, fără a fi strict diferenţiate (Brigs, Bouyoucos, Rode), prezintă unele însuşiri caracteristice: apa de higroscopicitate; apa peliculară; apa capilară; apa gravitaţională; vaporii de apă.

Mişcarea apei în sol

Apa pătrunsă în sol saturează mai întâi higroscopic şi capilar toate particulele acestuia şi porii capilari dintr-un anumit strat. Apa care se află sub acţiunea forţei de gravitaţie pătrunde treptat în adâncime, umectând continuu solul până la adâncimea la care asigură saturarea acestuia cu apă higroscopică, peliculară şi capilară. Mişcarea apei în sol are loc sub trei forme: mişcarea sub formă de vapori, mişcarea capilară, mişcarea gravitaţională. Dacă se ia în considerare forma predominantă de deplasare, ce poate avea loc la un moment dat şi într-un anumit strat de sol, atunci mişcarea apei poate fi privită din două puncte de vedere: tipul de mişcare a apei într-un sol nesaturat, ce are loc în special sub acţiunea forţei capilare, de la suprafaţa unei particule de sol la alta, sau în cadrul porilor mici, la nivel de contact dintre aer şi apă; tipul de mişcare a apei într-un sol saturat, ce are loc în porii mai mari, în special sub acţiunea forţei de gravitaţie. Pentru caracterizarea diferitelor forme de mişcare a apei în sol prezentăm sintetic mişcarea apei în solurile nesaturate şi saturate, dar şi mişcarea sub formă de vapori.

Mişcarea apei într-un sol nesaturat

Un sol este nesaturat când porii mari (necapilari) sunt umpluţi cu aer. Mişcarea apei în această situaţie este dependentă de punctele de contact dintre aer şi apă şi are loc pe orizontală, pe verticală în sus, pe verticală în jos sau sub orice unghi între verticală şi orizontală. Fără a intra în detaliile cercetărilor de fizica solului ce au fost efectuate în acest domeniu (Rode, Baver), este necesar să reţinem că structura şi textura solului determină numărul, mărimea şi continuitatea porilor, care, în funcţie de conţinutul de umiditate al solului la un moment dat determină conductivitatea capilarelor şi, prin aceasta, viteza de mişcare a apei în sol. Moore, Baver au determinat conductivitatea capilară a solurilor în condiţii de textură diferită, stabilind că la o tensiune de 0,1 atmosfere, pentru condiţiile mişcării apei în soluri nesaturate, aceasta se ordonează astfel: nisipos, luto-nisipos, argilo-lutos, argilos. În cazul mişcării apei în solurile saturate, ordinea este inversată (Baver). În ceea ce priveşte conţinutul de umiditate la care conductibilitatea capilară devine zero, acelaşi autor a stabilit următoarea ordine: nisipos 5 g % (0,08 atm), luto-nisipos 20,4 g % (0,09 atm), argilo-nisipos 24,6 g % (0,12 atm) şi argilos 25,9 g % (0,14 atm). Rezultă că peliculele de apă din nisipuri devin discontinui la tensiuni mult mai coborâte sau la conţinuturi de umiditate mult mai mici decât în cazul argilei. Ca urmare, de la acest conţinut de umiditate, mişcarea apei în sol are loc în faza de vapori. Bodman şi Ciman au studiat mişcarea apei în jos, într-un strat de sol deasupra căruia s-a menţinut un strat de apă constant, de 5 mm. Distribuţia curbelor conţinutului de umiditate pentru un sol argilo-nisipos şi luto-argilos au arătat următoarele caracteristici: stratul de 1 cm de la suprafaţa solului are un conţinut de umiditate apropiat de saturarea porilor, în momentul când apa a pătruns până la 10 cm adâncime, iar adâncimea maximă de saturare este de numai 1,5 cm, sub acest strat de saturaţie conţinutul de umiditate al solului scade treptat cu adâncimea până ce ajunge la solul uscat. Adâncimea maximă de umectare a fost de 41 cm în 125 minute în solul argilo-nisipos şi de 30 cm în 1.020 de minute în solul luto-argilos, demonstrând astfel diferenţele în conductivitatea capilară a solurilor în funcţie de textură. Mişcarea apei pe orizontală sau sub diferite unghiuri între verticală şi orizontală are loc numai sub acţiunea forţei capilare, fiind mai mică decât mişcarea în jos.

Mişcarea apei în solurile saturate

În solurile saturate, mişcarea apei are loc în condiţiile unui conţinut mic de aer în porii solului. Conform legii lui Darcy, viteza de scurgere a apei în medii saturate este direct proporţională cu gradientul hidraulic şi invers proporţională cu lungimea coloanei: V + K x h/l, în care V = este viteza în cm/s; h = gradientul hidraulic; l = lungimea coloanei; K = o constantă de proporţionalitate. Folosirea ecuaţiei pentru coloane de sol, cu secţiuni de suprafaţă diferite, implică introducerea factorului F, care reprezintă suprafaţa în centimetri cubi. În consecinţă, când h/l este egal cu 1 şi suprafaţa este de 1 cm pătrat, atunci V=K, iar K va reprezenta coeficientul de permeabilitate al solului. Cercetările de fizica solului au condus la elucidarea şi a altor factori care intervin în procesul de mişcare a apei în soluri. Cunoaşterea teoretică a acestor forme de mişcare a apei din sol prezintă o deosebită importanţă practică, deoarece explică modul de mişcare a apei accesibilă plantelor.

Mişcare apei în faza de vapori

La mişcarea apei în solurile saturate şi nesaturate s-a arătat că mişcarea apei în faza de lichid aproape încetează la conţinutul de umiditate corespunzătoare conductibilităţii capilare apropiate de zero. În aceste condiţii, mişcarea apei se face în faza de vapori, care are loc ca rezultat al diferenţelor de presiune a vaporilor de apă din diferite straturi de sol. Mişcarea are loc de la straturi cu presiunea vaporilor mai mare către straturi cu presiune mai mică. Lebedeff, studiind mişcarea apei în sol în faza de vapori, a stabilit că, în cursul unui an, aproximativ 72 mm de apă s-au condensat din vaporii din atmosferă într-un sol de tip cernoziom. Condensarea apei din atmosferă creşte pe măsură ce diferenţa dintre umiditatea absolută a aerului şi presiunea vaporilor de apă este mai mare. Chaptal, studiind acelaşi proces, în sudul Franţei, a constatat creşterea umidităţii solului vara cu 1% (Botzan). În România, Botzan a constatat acest proces în cazul cercetărilor asupra bilanţului apei în solurile irigate de pe litoralul dobrogean al Mării Negre şi pe tereasa Dunării, la Brăila. Studiile în acest domeniu prezintă o importanţă practică, atât sub aspectul bilanţului apei din sol, cât şi în studiul rezistenţei culturilor agricole la condiţiile nefavorabile ale intervalelor secetoase din cursul perioadei de vegetaţie.

Proprietăţile hidrofizice ale solului

Experimentarea cantitativă a relaţiilor dintre sol şi apă se obţine prin determinarea proprietăţilor hidrofizice ale solului (constante hidrofizice), care se prezintă sub formă de indici, constanţi la anumite condiţii fizice date. În raport cu diferitele forme ale apei în sol, proprietăţile hidrofizice ale solului sunt: coeficientul de higroscopicitate (c.hig); coeficientul de ofilire (Co); capacitatea pentru apă în câmp (C) a solului; permeabilitatea solului pentru apă (K); greutatea volumetrică (G.V.).

Sursele de aprovizionare cu apă a solului

Aprovizionarea cu apă a solului în cele mai multe zone pedoclimatice are ca sursă dominantă precipitaţiile atmosferice (ploaie sau zăpadă). În condiţiile climei continentale, regimul pluviometric pe teritoriul României este foarte defectuos repartizat în cursul anului în multe zone pedoclimatice. Intrazonal, o sursă de aprovizionare cu apă o constituie pânza freatică, în cazul când nivelul freatic se găseşte la 1,5-3 metri adâncime. O altă sursă a apei din sol destul de importantă, mai ales în zonele secetoase, o constituie roua internă, ce provine din condensarea vaporilor de apă existenţi în porii solului. Irigaţia constituie o importantă sursă de apă în formarea rezervelor de umiditate ale solului, fiind dirijată de om în conformitate cu cerinţele plantelor faţă de apă.

Victor VĂTĂMANU