К водно-физическим (гидрофизическим) свойствам почвы относят водоудерживающую способность, сосущую силу, водопроницаемость и водоподъемную способность.
Свойство почвы удерживать воду сорбционными и капиллярными силами называется водоудерживающей способностью. Количественными характеристиками Водоудерживающей способности служат влагоемкость и потенциал почвенной влаги. С водоудерживающей способностью связано образование продуктивных влагозапасов в почве. Запас влаги всегда есть в почве, но не весь он доступен для растений.
Важнейший признак, определяющий свойства почвенной влаги — ее подвижность, которая снижается по мере уменьшения влажности почвы. Качественным изменениям подвижности почвенной влаги соответствуют определенные величины влажности, называемые почвенно-гидрологическими константами.
Гигроскопическая влажность (ГВ) — это содержание влаги в почве, соответствующее влажности воздушно-сухой почвы.
Максимальная гигроскопическая влажность (МГ) — влажности почвы, устанавливающаяся при ее помещении в атмосферу с относительной влажностью воздуха 98 %.
Максимальная молекулярная влагоемкость (ММВ) — максимальное содержание в почве рыхлосвязанной (пленочной) воды, удерживаемой силами молекулярного притяжения на поверхности почвенных частиц. Соответствует рыхлосвязанной (пленочной) категории почвенной влаги. ММВ — это рубежное значение доступное для растений влаги.
Влажность завядания растений (ВЗ) — влажность почвы, при которой растения не могут брать воду из почвы, теряют тургор я необратимо завядают.
Влажность разрыва капиллярной связи (ВРК) — влажность почвы, при которой подвижность влаги резко уменьшается. Находится в интервале влажностей между наименьшей влагоемкостью, влажностью устойчивого завядания растений.
Наименьшая влагоемкость (НВ) — это максимальное количестве капиллярно-подвешенной влаги, которую может удерживать почва после стекания избытка влаги. НВ зависит от гранулометрического состава, оструктуренности и плотности почв. Для растений оптимальна влажность в интервале от 70 до 100 % НВ. Величину, равную разности между НВ и фактической влажностью почвы, называют дефицитом влаги.
Капиллярная влагоемкость (КВ) — количество влаги в почве удерживаемое капиллярными силами в зоне капиллярной каймы грунтовых вод (капиллярно-подпертая влага).
Полная влагоемкость, или полная водовместимость (ПВ), — это наибольшее количество воды, которую может вместить почва, почвы численно соответствует ее порозности (скважности). В условиях полной насыщенности в почве присутствует свободная гравитационная влага. Она может передвигаться под влиянием силы тяжести.
При влажности в интервале от ПВ до НВ передвижение влаги осуществляется под совместным действием силы тяжести и капиллярных (менисковых сил). Разность между ПВ и НВ характеризуем водоотдачу, т. е. диапазон подвижной влаги, и указывает на количество воды, которое может стечь при наличии свободного отток из рассматриваемой почвенной толщи. Признаки слабого иссушения почвы наблюдаются в интервале влажности от НВ до ВРК. Интенсивное иссушение почвы соответствует диапазону влажности от ВРК до ВЗ. Это иссушение почвы является биологическим (десуктивным).
Влажность, равная ВЗ, соответствует полному биологическому иссушению. Оно возникает в результате израсходования продуктивной влаги корнями растений. Влажность ниже ВЗ характеризует физическое иссушение почвы, поскольку не может быть обусловлена жизнедеятельностью растений. Физическое иссушение обычно происходит в поверхностном слое почвы. Вода в почве находится под воздействием нескольких силовых полей: адсорбционного, капиллярного, осмотического и гравитационного.
Для характеристики суммарного действия различных сил на воду в почве используется понятие термодинамического потенциала почвенной влаги. Полный потенциал почвенной влаги слагается из суммы частных потенциалов, связанных с различными силовыми полями. Основное значение имеют адсорбционный, капиллярный, осмотический и гравитационный потенциалы.
Адсорбционный потенциал почвенной влаги, или ее адсорбционное давление, вызвано взаимодействием молекул воды с поверхностью твердой фазы почвы, когда на частицах образуется тонкая пленка воды.
Капиллярный потенциал почвенной влаги, или ее капиллярное давление, возникает на поверхности раздела между твердой, жидкой и газовой фазами почвы в тонких капиллярах.
Осмотический потенциал почвенной влаги, или ее осмотическое давление, обусловлен наличием в воде растворенных веществ.
Гравитационный потенциал почвенной влаги, или ее гравитационное давление, возникает под влиянием сил гравитации.
Потенциал, или давление, почвенной влаги зависит от содержания воды в почве. Каждая почва имеет свою собственную зависимость потенциала от ее влажности, обусловленную гранулометрическим составом, содержанием гумуса, плотностью сложения почвы. Зависимость потенциала от влажности почвы называется кривой водоудерживания и считается основной гидрофизической характеристикой почвы: чем меньше воды в почве, тем сильнее она удерживается почвой и ниже ее потенциал.
Относительный вклад частных потенциалов почвенной влаги в полный потенциал зависит от содержания воды в почве. Чем суше Почва, тем больше роль адсорбционного и осмотического потенциалов. Чем влажнее почва, тем больше роль капиллярного потенциала. По мере насыщения почвы водой возрастает роль гравитационного потенциала.
Характеристика почвенно-гидрологических констант (по Е.В. Шейну, 2005)
Градиенты потенциалов — непосредственная причина перемещения влаги в почве. Вода перемещается в сторону участков с наиболее низким потенциалом, из более влажных участков в более сухие.
Существует связь между потенциалом почвенной влаги и почвенно-гидрологическими константами. Наименьшей влагоемкости соответствует давление почвенной влаги от — 10 до — 30 Па, Па = 1 кг/(м·с2). Влажность завядания соответствует значению потенциала от — 6·105 до — 2,5·106 Па.