Агрофизические свойства почвы кратко

Обновлено: 05.07.2024

Свидетельство и скидка на обучение каждому участнику

Зарегистрироваться 15–17 марта 2022 г.

Агрофизические свойства почв

Агрофизические свойства почв каждой местности определяются природными свойствами и размером почвенных частиц, их взаимным расположением. Природа и свойства почвенных частиц и сформированных из них агрегатов предопределены как местными почвообразующими материнскими породами, так и гетерогенным материалом, привнесенным со стороны. Непрерывные процессы трансформации и перераспределения подвижных минеральных и органических веществ, которые происходят в почвах постоянно под влиянием природных сил и производственной деятельности человека, которые приводят к формированию специфичных горизонтов в почвенном профиле. Получение данных о минеральном и органическом составе почвенных частиц, о плотности и пористости горизонтов, о способности почвы формировать структурные агрегаты, об общей влагоемкости и водоудерживающей способности почвы позволяет судить о степени пригодности почвы для возделывания сельскохозяйственных культур в целом или для выращивания одной специфичной культуры, в частности.

К агрофизическим свойствам почвы относят объемную массу почвы, плотность твердой фазы почвы, общую и капиллярную скважность, полную полевую влагоемкость, уровень аэрации и наименьшую полевую влагоемкость. О всех этих свойствах каждой конкретной почвы судят по результатам анализа почвенных образцов, взятых из каждого почвенного горизонта.

Работа 1 . Морфологическое описание почв

и правила отбора почвенных образцов

Работа состоит из двух этапов. Первый этап – описание почвы по видимым морфологическим признакам, как на поверхности почвы, так и описание хорошо различимых горизонтов (слоев) почвенного профиля. Эта работа выполняется как в период учебной и/или научно-производственной практики, так и в лабораторных условиях по имеющимся монолитам различных почв. На втором этапе работы студенты знакомятся с правилами отбора образцов почвы для определения ее агрофизических свойств.

Этап 1. Для обоснования проявления тех или иных морфологических признаков почвы необходимо описать топографию участка, характер растительного покрова и найти сведения о климатических условиях (среднее количество и характер распределения осадков, сезонные колебания температур воздуха, глубина залегания грунтовых вод), которые оказали непосредственное влияние на формирование почвы. Следует упомянуть о характере и степени антропогенного воздействия на конкретную почву.

Внешние морфологические признаки описывают по открытому почвенному разрезу или по имеющемуся монолиту конкретной почвы. Для разреза выбирают типичное место, которое может характеризовать почвенный покров на площади от 10 до 100 и более гектар. При уклоне местности, не превышающим 5 о , закладывается один разрез, при большем уклоне для более объективной характеристики почвы может потребоваться закладка до трех разрезов: у основания склона, на средней его части и на водоразделе.

Как правило, разрез закладывается на глубину 1-1,5 м или до основания корнеобитаемого слоя почвы.

Рис. 1 Проекция почвенного разреза

Отбор проб почвы

цилиндром из каждого Материнская порода

Разрез почвы от ее поверхностного слоя до слабо измененной подстилающей материнской породы обнаруживает несколько слоев и горизонтов, хорошо различимых по цвету, морфологическим элементам и новообразованиям или включениям, привнесенными механически. Каждый тип почвы имеет свои характерные ему горизонты.

На фотографиях, приведенных ниже, показаны типичные профили различных почв. Описание морфологических признаков поверхностного слоя почвы и каждого горизонта почвенного профиля включает цвет, структуру, толщину горизонта (слоя), наличие корней и биогенных образований, характер переходных горизонтов, наличие конкреций химической природы и прочие отличительные признаки. Дается предварительная характеристика гранулометрического состава на основе формирования шариков и жгутиков из увлажненной почвы. Все эти признаки в совокупности позволяют диагностировать различные типы, рода, виды и разновидности различных почв.

Рис. 2. Типичные профили различных почв

На рис. 2 представлены последовательно изображенные профили черноземной, дерново-подзолистой, аллювиальной и гидроморфо-глеевой почв.

Описание профиля разрезов дается в следующей форме:

Разрез (монолит) №… Местоположение и название типа почвы

Характерные морфологические признаки

Этап 2. Отбор образцов почв

Смешанный образец почвы каждого горизонта (слоя) в открытом разрезе берется путем скалывания почвы ножом со стенки горизонта не менее чем в 20 местах. Общая масса сырой почвы должна быть не менее 500 грамм. В некоторых случаях смешанный образец берут почвенным буром по всей площади элементарного участка. И его также составляют не менее чем из 20 индивидуальных проб. В этом случае, смешанный образец берется из двух слоев почвы – из пахотного (20-30 см) и подпахотного слоя (20-40 или 30-60 см).

Образцы почвы с ненарушенной структурой отбираются почвенным буром Качинского или специальным цилиндром из нержавеющей стали с заостренными краями для облегчения продавливания. После взятия образца из верхнего горизонта, открывается следующий горизонт для обеспечения доступа к нему и создания возможности продавливания цилиндра вглубь горизонта. Это можно проделать также с помощью бура Качинского, но для этого потребуется сохранение всего сквозного керна почвы. Однако при этом не всегда удается не нарушить плотность и сложение почвы на разных глубинах. Каждый образец почвы помещают в полиэтиленовый пакет или коробку. В пакет и коробку вкладывают этикетку, такую же этикетку приклеивают к пакету (коробке).

Этикетка должна содержать следующую информацию:

Землепользователь:

Горизонт, см

Дата взятия образца:

Исполнитель:

Рис. 3. Пластмассовые коробки для временного и постоянного

хранения почвенных образцов

Рис. 4. Схема отбора образцов и и подготовки их к хранению

и последующим анализам

Верхний часто обрабатываемый слой

Нижний периодически обрабатываемый

Уплотненный подпахотный горизонт

Свежие образцы, размещенные по коробкам или пакетам, и снабжают двумя этикетками (одна на коробке, другая в коробке или пакете). Если пластмассовые коробки и полиэтиленовые пакеты обеспечивают сохранение влаги, то после доставки их в лабораторию в таких образцах можно определить полевую влажность.

Высушивание образцов до воздушно-сухого состояния проводят в лабораторных условиях и хранят их в полиэтиленовых коробках или склянках с притертой пробкой.

Для анализов отбирают аналитический образец почв, который выделяют из смешанного образца методом квартования. Объем такого образца и способ его подготовки для анализа описан в соответствующих методиках.

Контрольные вопросы:

Что понимается под морфологией почвы?

Чем определено формирование различных горизонтов в почвах?

Как отбирается смешанный образец почвы в одном горизонте почвенного разреза?

Как и для чего отбирается образец почвы с ненарушенной структурой?

Какие правила отбора почвенных образцов из пахотного слоя почвы?

Работа 2. Определение объемной массы почвы

Удельная масса почвы – это масса одного кубического сантиметра почвы, выраженная в г/см 3 . Следует различать удельную массу почвы в ненарушенном сложении и удельную массу твердой фазы почвы, то есть, почвенной массы без пор, заполненных водой и воздухом. Эти показатели характеризует сложение почвы в каждом горизонте (слое).

Объемная масса почвы – это масса единицы объема абсолютно сухой ненарушенной почвы со всеми ее капиллярными порами и пустотами между структурными агрегатами. Объемная масса зависит от гранулометрического состава, структуры, от степени гумусированности. Водный, воздушный и тепловой режимы почвы, скорость газообмена между почвой и атмосферой и биологическая активность в почве всецело зависят от плотности почвы. Соотношение объемов, занимаемых твердой фазой почвы и различными видами пор определяет сложение горизонтов (слоев). Величина этого соотношения предопределяет тип сложения почвы: плотное сложение, рыхлое или рассыпчатое сложение.

Объемная масса почвы зависит от гранулометрического и минерального составов, содержания органического вещества и структуры почвенных агрегатов. В зависимости от этих свойств ее величина может варьировать от 0,8 до 1.2 г/см3. Этот показатель используется при расчетах запасов влаги в почве, содержания питательных веществ, солей, органического вещества, как и при расчетах доз применяемых удобрений. Плотность сложения почвы учитывается при вычислении пористости почвы, запасов воды, питательных веществ и содержания гумуса, используется также для норм полива. Этот показатель является важной характеристикой почвы при определении условий роста выращиваемых культур и режимов полива.

Для определения объемной массы почвы и различных видов влажности используются образцы почв с ненарушенной структурой и сложением. Для отбора таких образцов используют бур Качинского или специальные пронумерованные и взвешенные цилиндры, имеющих определенную емкость V (диаметр*высота = V = πr 2 * h ) и заостренный край на одном конце. Продавливая бур или цилиндр в почвенный горизонт, не допускают нарушения ее естественного сложения. Лучшие результаты получают при использовании цилиндров, так как все упражнения по определению различных показателей выполняются с ненарушенной почвой, находящейся в цилиндре. В этом случае также существенно уменьшается относительная ошибка измерений. Для определения объемной плотности – сложения ненарушенной почвы - в лабораторных условиях находят массу сырой и абсолютно сухой почвы, массу пустого цилиндра.

Определить объем почвы в цилиндре (а); ( V _s = πr 2 * h , см 3 ).

Взвесить цилиндр с сырой почвой (б).

Высушить почву до абсолютно сухого состояния, не удаляя ее из цилиндра.

Взвесить высушенную почву на аналитических весах (в) и рассчитать влажность почвы, объемную массу почвы ( d _v , г/см3), используя следующее уравнение:

В случаях, когда требуется определить объемную массу единичных образцов и когда не предусматривается выполнение других анализов, то работу можно существенно упростить за счет отказа от высушивания до абсолютно сухого состояния всего объема почвы в цилиндре, а взять среднюю навеску из него, определить ее влажность и высушить до абсолютного состояния. Ход работы можно осуществить в следующей последовательности:

Определить объем почвы в цилиндре (а); (V _s =πr2*h, см3 ).

Взвесить цилиндр (а).

3. Взвесить цилиндр с сырой почвой (б).

4. Взять среднюю навеску влажной почвы из цилиндра.

5. Взвесить навеску сырой почвы (в _s ).

6. Высушить навеску почвы до абсолютно сухого состояния и взвесить (д _s ).

7. Взвесить высушенную почву на аналитических весах (в) и рассчитать влажность почвы, объемную массу почвы (d _v , г/см3), используя следующее уравнения: влажность почвы - w _s = (в _s – д _s )/в _s , г,

объемная масса почвы - d _s = (б – а - w _s ) / V _s

Агрофизические показатели плодородия почв — комплекс свойств почвы, характеризующих гранулометрический, минералогический состав, структуру, плотность, порозность, воздухо- и влагоемкость, а также агротехнологические параметры почв.

Агрофизические показатели плодородия являются основой создания оптимальных условий водного, воздушного, теплового и питательного режимов для жизни растений.

Агрофизические показатели, за исключением гранулометрического и минералогического составов, отличаются своей динамичностью в течение вегетационного периода, затрудняя их воспроизводство.

Гранулометрический состав почв

Твердая фаза почвы — смесь механических фракций: минеральных, органический и органо-минеральных. Минеральные почвы содержат преимущественно минеральные механические частицы с разными размерами, формами, химическим и минералогическим составом.

Гранулометрический состав — относительное содержание в почве механических фракций. Является фактором плодородия пахотных почв, влияющий на продуктивную способность.

Частицы механической фракции принято подразделять на:

больше 1 мм в диаметре — скелет почвы;
меньше 1 мм — мелкозем, подразделяемый также на:
- частицы более 0,01 мм — физический песок;
- частицы менее 0,01 мм — физическая глина.
В зависимости от соотношения физических песка и глины, почвы делятся на:
- песчаные;
- супесчаные;
- суглинистые (легкие, средние, тяжелые);
- глинистые (легкие, средние, тяжелые).
В зависимости от сопротивления при обработке, почвы подразделяются на:
- легкие (песчаные и супесчаные);
- средние (легко- и среднесуглинистые);
- тяжелые (тяжелосуглинистые и глинистые).
Химический состав меняется в зависимости от гранулометрического состава. С уменьшением дисперсности частиц резко увеличивается содержание кислорода и уменьшается содержание железа, кальция, магния, алюминия, калия и натрия.

Гранулометрический состав влияет на:
1. Поглотительные (сорбционные) свойства: чем больше в почве тонкодисперсных частиц, и соответственно, чем выше удельная их поверхность, тем выше емкость поглощения, влагоемкость, гигроскопичность, пластичность, липкость.
2. Плотность почв: с увеличение доли физического песка плотность уменьшается. Оптимальной для большинства культур считается плотность 1,0-1,3 г/см 3 .
3. Структурообразование: фракция частиц размером менее 0,001 мм характеризуется высокой коагуляционной и поглотительной способностью, вследствие чего накапливает наибольшее количество гумуса и зольных элементов питания, являясь ценнейшей составляющей рыхлых почв.
4. Наступление физической спелости, то есть способности почвы к крошению на мелкие комки при определенной влажности. Почвы тяжелого гранулометрического состава поспевают позже легкого.
5. Пластичность определяется содержанием физической глины. С увеличением доли физической глины предел пластичности расширяется.
6. Твердость. Высокая твердость повышает сопротивление почвы рабочим органам почвообрабатывающих машин и затрудняет рост проростков и корней растений.
7. Липкость — технологическое свойство почвы. Увеличивается при большом содержании физической глины, ухудшая качество обработки.
Наиболее благоприятное сочетание агрофизических, агрохимических и биологических показателей плодородия отмечается в почвах среднего гранулометрического состава. Влияние гранулометрического состава на плодородие может сильно варьировать в зависимости от других показателей. Например, для дерново-подзолистых почв, сформировавшихся в зоне достаточного или избыточного увлажнения, оптимальным является легкий гранулометрический состав, тогда как наиболее высокое плодородие черноземов, наблюдается на почвах тяжелого гранулометрического состава.

Гранулометрический и минералогический составы не претерпевают существенных изменений при длительном сельскохозяйственном использовании земель, что позволяет выстраивать эффективную модель плодородия, опирающуюся на определенный диапазон изменений свойств почвы. Гранулометрический состав не требует воспроизводства, за исключением защищенного грунта и небольших участков, где его возможно изменить внесением песка или глины.

Генетические свойства почв и их гранулометрический состав определяют потенциальную урожайность сельскохозяйственных культур.

Почва – поверхностный слой земной коры, несущий на себе растительный покров суши и обладающий плодородием. Колоссальное вечное природное богатство, неиссякаемый источник, обеспечивающий человека продуктами питания, животных — кормами, а промышленность — сырьем. Веками и тысячелетиями создавалась она, и умножать это богатство — долг земледельца. Чтобы правильно использовать почву, надо знать, как она образовалась, её строение, состав и свойства.

Основатель научного почвоведения В. В. Докучаев показал, что почва есть самостоятельное природное тело, образовавшееся из поверхностных слоев горных пород под совместным действием воды, воздуха и различных организмов. Таким образом, природными факторами почвообразования являются материнская (почвообразующая) горная порода, климат (вода, воздух, тепло), живые организмы (растения, животные и микроорганизмы), рельеф местности и возраст страны (т. е. продолжительность почвообразования). В условиях хозяйственного использования почвы фактором почвообразования становится также хозяйственная деятельность человека (обработка, мелиорация, удобрения, посевы, эксплуатация лесных и других угодий, устройство постоянных плодовых и иных насаждений и т. п.). Совокупность почвы того или иного участка земной поверхности называют его почвенным покровом.

Агрофизические свойства почвы.

В отличие от горной породы, характерным и неотъемлемым свойством почвы является ее плодородие – способность обеспечивать растущие растения питательными веществами и влагой и тем самым участвовать в создании урожая. В зависимости от условий образования почвы природное плодородие может достигать различного уровня. Почва служит основным средством сельскохозяйственного производства и всеобщим предметом человеческого труда. Подвергаясь воздействию человека, она приобретает эффективное плодородие, которое зависит от уровня науки и техники, а также от системы общественных отношений.

Характеризуя процесс почвообразования и факторы, его обусловливающие, П. А. Костычев (1949) на первое место выдвигал физические свойства почвы, особенно плотность ее сложения. И. Б. Ревут (1975) считал, что с плотностью сложения связан весь комплекс физических и биофизических процессов в почве.

П. Г. Семихненко (1972) писал, что частыми обработками ухудшаются структура и сложение почвы и с этими неблагоприятными условиями вынуждены бороться еще более частыми обработками почвы. Круг замкнулся. Радикально улучшить агрофизические свойства почв на фоне отвальной вспашки не представляется возможным. Значительное улучшение агрофизических свойств почвы возможно при обработке ее без оборота пласта с оставлением на поверхности стерни и пожнивных остатков.

Плотность сложения почвы. При оставлении на поверхности почвы стерни и пожнивных остатков не образуется почвенной корки, благодаря чему улучшатся водопроницаемость и воздухообмен; накапливается больше влаги, и почва разуплотняется; увеличивается содержание органического вещества в верхнем слое почвы, что повышает ее структурность; при рыхлении без оборота пласта постепенно исчезает плужная подошва.

Удельный вес почвы – отношение веса твердой фазы (почвенных частиц) к весу того же объема воды при 4°С. Наибольший удельный вес имеет минеральная почва, например песчаная с высоким содержанием кварца (удельный вес 2,65); удельный вес перегноя и торфа 1,6. Поэтому почвы с большим количеством гумуса отличаются меньшим удельным весом (так, у мощного чернозема он 2,37).

Объемный вес почвы – вес единицы объема (1 см3) сухой почвы в ее естественном состоянии. Объемный вес пахотного слоя грубозернистой песчаной почвы 1,8; подзолистой суглинистой 1,2; типичного чернозема 1,0 (удельный и объемный вес почвы в перегнойном горизонте меньше, чем в нижележащих горизонтах).

Исходя из объемного веса, вычисляют вес пахотного слоя на 1 га. Для подзолистых суглинков он будет 2,5 – 3 тыс. т. (при глубине 20 см.). Величина плотности определяется удельным весом почвенных частиц и зависит от зональных особенностей почв. Плотность пахотного слоя дерново-подзолистых почв 1,2 – 1,4 г. на 1 см3, черноземов около 1 г., подпахотных горизонтов до 2 г. на 1 см3.

Почва состоит из твердой фазы (почвенных комочков) и промежутков между ними, или пор. Общий объем пор в процентах по отношению ко всему объему почвы называется пористостью, или скважностью почвы. Поры могут быть заняты водой или воздухом. Агрономически наиболее благоприятно, когда поры почвы, занятые водой и воздухом, имеют отношение 1:1. Такое соотношение отражает благоприятный водный и воздушный режим в почве, способствует биологической активности.

Пористость различают капиллярную (объем промежутков капиллярного сечения), некапиллярную (промежутки более широкие, чем капилляры) и общую.

Физико-механические свойства почвы – связность, пластичность, липкость, набухание и усадка – имеют значение при механической обработке, так как от них зависит удельное сопротивление почвы орудиям обработки.

Ø Связность способность почвы противостоять механическому воздействию. Она зависит от силы сцепления частиц. Наибольшей связностью обладают почвы тяжелые, уплотненные, пересохшие.

Ø Пластичность – способность почвы во влажном состоянии изменять форму и сохранять ее. Наиболее высокая пластичность присуща глинистым почвам, менее пластичны супесчаные и песчаные почвы.

Ø Липкость – прилипание почвы к орудиям обработки. Глинистые бесструктурные почвы, а также насыщенные натрием (солонцы) отличаются сильной липкостью. Прилипание увеличивается с повышением влажности почвы.

Ø Набухание – способность почвы изменять объем вследствие увлажнения и замерзания. К набуханию способны почвы с большим содержанием органического вещества, насыщенные натрием, а также тяжелые (глинистые) почвы, богатые коллоидами. При изменении объема в почве могут образовываться трещины, а также происходить разрывы корне, выпирание узла кущения и другие, неблагоприятные для растений явления.

Ø Усадка почвы – процесс, обратный набуханию, проявляющийся при высыхании, свойственен бесструктурным почвам.

Для агрономической характеристики состояния почвы, под которой понимают пригодность почвы для механической обработки. Она зависит от состояния влажности, связности, пластичности, липкости.

Спелая почва легко обрабатывается орудиями, не прилипает к ним, не мажется, не образует глыб, а крошится при обработке на мелкие комки.

В результате систематического уплотнения почвы пяткой плуга при вспашке на одну и ту же глубину, образуется в верхней части подпахотного слоя плотная прослойка почвы, или плужная подошва. Для предупреждения ее возникновения следует пахать поле на разную глубину и в разных направлениях.

Вода , находящаяся в почве и содержащая различные растворенные в ней вещества, называется почвенным раствором. Почвенная влага испытывает действие сил различного характера: силы тяжести, сорбционных сил, исходящих от поверхности почвенных частиц, капиллярных и осмотических. Сорбционные силы достигают значительной величины (несколько тысяч атмосфер), но действуют на короткое расстояние и создают вокруг почвенных частиц оболочку из прочносвязанной влаги, состоящую из двух молекулярных слоев. Плотность ее, по-видимому, более единицы – она не способна растворять электролиты. Поверх этой оболочки образуется слой рыхлосвязанной влаги, толщиной 10 –15 молекулярных слоев, которая отличается от обыкновенной воды лишь тем, что ее молекулы определенным образом ориентированы по отношению к почвенным частицам. Сорбция воды частицами почвы (гигроскопичность почвы) может начинаться с сорбции водяного пара. Наибольшее количество воды, которое может быть сорбировано из водяного пара при относительной влажности воздуха, близкой к 10%, называется максимальной гигроскопичностью почвы. Водоподъемная способность почвы обусловлена капиллярными силами и выражается в том, что влага поднимается над уровнем грунтовой воды. Высота подъема тем больше, чем тяжелее почва по механическому составу и чем, следовательно, мельче в ней поры. В песчаных почвах высота подъема 30 – 40 см, в суглинистых и глинистых может достигать 3 – 4 м. Такая влага в природе встречается над зеркалом грунтовой воды; называется она капиллярно подпертой влагой и образует так называемую капиллярную кайму. В слое над капиллярной каймой (надкапиллярном слое) содержится подвешенная влага, которая удерживается преимущественно сорбционными, отчасти капиллярными силами. Наибольшее количество подвешенной влаги соответствует наименьшей влагоемкости почвы. Часть влаги, содержащаяся в почве сверх этой величины, в том числе и в капиллярной кайме, способна передвигаться под влиянием силы тяжести (гравитационная влага). Под водопроницаемостью почвы понимают ее способность фильтровать через себя воду. Водопроницаемость тем выше, чем легче механический состав почвы. В почвах глинистых и суглинистых водопроницаемость зависит от степени их оструктуренности. Растения могут усваивать не всю полученную влагу. Прочносвязанная влага полностью не усвояема для растений, с трудом усвояется и часть рыхлосвязанной. Устойчивое завядание растений начинается при влажности, которая называется почвенной влажностью устойчивого завядания; она несколько превышает максимальную гигроскопичность (в 1,3 – 1,5 раза). Содержание влаги в почве (влажность почвы) выражают в процентах от веса почвы или от ее объема; запас влаги в том или ином слое почвы – в миллиметрах водного слоя.

Тепловой режим почвы определяется притоком тепла, важнейший источник которого – солнечная радиация, нагреванием почвы и последующим ее охлаждением. В тепловом режиме наблюдается двойной – суточный и годовой – режим. Как в суточном, так и в годовом режимах имеются две волны (нагрева и охлаждения), причем с увеличением глубины обе они появляются с опозданием тем большим, чем больше глубина. Суточные колебания температур простираются на глубину до 50 – 60 см., а годовые – до 15 – 18 м. В местностях с низкими температурами зимой наблюдается промерзание почвы. Его глубина может варьировать от нескольких сантиметров до нескольких метров, в зависимости от температуры воздуха и толщины снежного покрова. Оттаивание почвы весной может начинаться снизу, еде до схода снежного покрова. По мере освобождения поверхности почвы от снега она начинает оттаивать сверху вниз. В зависимости от глубины промерзания и температуры мерзлого слоя полное оттаивание может завершаться весной или в середине (даже в конце) лета. В северных районах с коротким и холодным летом успевает оттаять лишь верхний слой почвы, под которым находится слой мерзлой почвы (явление вечной мерзлоты).

Агрофизические свойства почвы — важнейшие условия ее плодородия.

Свойства почв определяют и характеризуют их состояние: соотношение частиц по крупности, взаимное расположение (плотность и рыхлость сложения, способность образовывать структуру и т.д.), обуславливают все водно-воздушные свойства и следовательно - плодородие почв.

Плотность почвы (объемная масса) - масса единицы объема абсолютно сухой почвы, взятой в естественном сложении, выражаемая в граммах на сантиметр кубический (г/см3). Плотность почвы зависит от минерального и механического состава, содержания органических веществ, структурности и сложения. Плотность твердой фазы входит в число агрофизических свойств почвы.

Пористость - суммарный объем всех пор и промежутков между частицами твердой фазы почвы, выраженная в процентах от общего объема почвы. Пористость почвы зависит от структурности, плотности, механического и минералогического состава почвы.

Наиболее благоприятное в агрономическом отношении соотношение пористости наблюдается в черноземе: общая пористость 58 - 64%, пористость отдельных агрегатов - 38 - 40%, поры, занятые воздухом - до 20 - 27%, неактивные поры меньше 10%. Способность почвы распадаться на агрегаты - называется структурностью, а совокупность агрегатов различной величины, формы и качественного состава называется - почвенной структурой. Агрономическое значение структуры заключается в том, что она оказывает положительное влияние на физические свойства почвы, окислительно-восстановительный, микробиологический и питательный режимы, физико-механические свойства, противоэрозионную устойчивость почв.

Современная теория обработки строится на обоснованном согласии агрофизических свойств почвы и предъявляемых к ним требований культурных растений. С помощью обработки улучшается строение пахотного слоя почвы: рыхлением при основной и предпосевной обработках увеличивают некапиллярную пористость и, наоборот, уплотняя рыхлую почву, уменьшают ее и снижают аэрацию.

Почва является полидисперсным и пористым телом. Ее твердая часть состоит из частиц различного размера — механических элементов. Они могут находиться в раздельно-частичном (бесструктурном) состоянии или в виде структурных отдельностей (агрегатов).

При любом уплотнении механических элементов и агрегатов между ними всегда имеются поры. С наличием пор и их размером тесно связаны проникновение корней, воды и воздуха, воздухообмен, запас, расход и передвижение влаги, нагревание и охлаждение почвы, интенсивность и направленность микробиологических процессов, т. е. важнейшие показатели плодородия почвы — ее способности обеспечивать растения водой, воздухом, элементами питания и в определенной степени теплом.

Особенности почвы как полидисперсного и пористого тела определяют ее специфические физические свойства. К ним относят структуру, общие физические, физико-механические, водные, воздушные, тепловые свойства почвы. В настоящей главе рассматриваются структура, общие физические и физико-механические свойства.

Физические свойства почвы — важный, а иногда решающий фактор формирования урожая сельскохозяйственных культур и эффективности различных приемов их возделывания.

Агрономическая характеристика структуры

Физические свойства почвы и их влияние на плодородие в большой степени зависят от ее агрегатного состояния. В главе 4 рассмотрена структура почвы как ее морфологический признак.

При изучении физических свойств необходимо знать характеристику структуры с точки зрения агрономии. Агрономически ценной структурой является комковатая и зернистая структура верхних горизонтов почвы размером от 0,25 до 10 мм, обладающая водопрочностью и связностью.

Благоприятное влияние на агрономические свойства почв оказывает и микроструктура при условии ее пористости и водопрочности. Наилучшими являются микроагрегаты размером 0,25-0,05 и 0,05-0,01 мм. Более мелкие забивают поры, ухудшают пористость, воздухо- и водопроницаемость.

Водопрочность – способность агрегатов противостоять разрушающему действию воды. Связность — устойчивость агрегатов к механическому воздействию. Структурной считается почва, содержащая более 55 % водопрочных агрегатов (табл. 32). Важно, чтобы структурные отдельности пахотных горизонтов не разрушались при увлажнении почвы и при механическом воздействии сельскохозяйственных машин и орудий.

32. Шкала оценки структурного состояния почвы (по Долгову и Бахтину, 1966)

Содержание агрегатов 0,25-10 мм, % к веществу

Для бесструктурных почв характерен антагонизм между водой и воздухом. Кроме того, при высыхании бесструктурных почв, особенно тяжелых, они приобретают глыбистое монолитное сложение. Таким почвам значительно труднее придать благоприятное строение пахотного слоя при обработках.

Образование агрономически ценной структуры протекает под воздействием физико-механических, физико-химических, химических и биологических факторов. Физико-механические (и физические) факторы обусловливают крошение почвенной массы главным образом под влиянием изменяющегося давления или механического воздействия.

К ним относятся:
- Уплотняющее и рыхлящее действие корней
- Роющих и копающих животных
- Попеременное высушивание и увлажнение
- Замерзание и оттаивание почвы
- Воздействие почвообрабатывающих орудий
К физико-химическим и химическим факторам относятся коагуляция почвенных коллоидов и цементирующее воздействие ряда почвенных соединений. Клеящими и цементирующими веществами могут служить гумус, глинистое вещество, гидроксиды железа и алюминия, карбонат кальция. Одни минеральные соединения без гумусовых веществ не образуют водопрочных агрегатов.

Основная роль в образовании агрономически ценной структуры принадлежит биологическим факторам — растительности и почвенным организмам. Помимо механического уплотняюще-рыхлящего воздействия корней растительность является главным источником образования гумуса, а гуматы кальция выступают как важнейшие клеецементирующие вещества при возникновении высокопрочных агрегатов. При высоком содержании гуматов натрия образуются неводопрочные очень плотные агрегаты.

Наиболее сильное оструктуривающее воздействие на почву оказывает многолетняя травянистая растительность. Важную положительную роль играют почвенные насекомые и животные, особенно черви.

Утрата и восстановление структуры

Структура почвы динамична. Она разрушается под воздействием механической обработки, передвижения машин и орудий, людей, животных, под ударами дождевых капель. Важнейшие пути уменьшения механического разрушения структуры — обработка почвы в состоянии ее физической спелости, а также минимализация обработок.

Утрата агрегатами водопрочности может быть связана с физико-химическими явлениями — заменой обменных ионов кальция и магния на ион натрия. В этом случае при увлажнении происходит пептизация клеящих гумусовых веществ и, как следствие, разрушение агрегатов. Поэтому приемы химической мелиорации (известкование, гипсование и др.), обогащая почву обменным кальцием, способствуют улучшению структуры.

Биологические причины разрушения структуры связаны с процессами минерализации гумуса.

Восстановление и сохранение структуры почв — важное условие их рационального земледельческого использования, поддержания и повышения плодородия.

Его осуществляют агротехническими приемами:
- Посев многолетних трав,
- Обработка почвы в спелом состоянии,
- Минимализация обработок,
- Известкование кислых почв,
- Гипсование солонцов и солонцеватых почв,
- Внесение органических и минеральных удобрений.
Водопрочная структура восстанавливается под воздействием как многолетних трав, так и однолетних сельскохозяйственных растений. Однако оструктуривающее воздействие многолетних трав выше.

Они развивают более мощную корневую систему, более длительное время воздействуют на почву, оставляют в почве больше органического вещества (корней и послеукосной надземной массы), благоприятного по составу для деятельности микроорганизмов, образования гумуса.

Из однолетних культур пшеница, подсолнечник, кукуруза образуют мощные корневые системы и оказывают наибольшее положительное воздействие на структурообразование. Лен, картофель, капуста, имеющие слаборазвитые корневые системы, обычно оказывают незначительное оструктуривающее действие на почву.

Большое значение в оструктуривании почв имеет систематическое применение органических удобрений — навоза, торфокомпостов, сидератов. Они являются источником образования гумуса, значительно стимулируют деятельность червей и других представителей почвенной биоты, положительно влияющей на структурообразование.

Улучшение структурного состояния почв возможно также с помощью искусственных структурообразователей, преимущественно различных органических веществ, в частности полимеров и сополимеров, состоящих из производных акриловой, метакриловой и малеиновой кислот.

Общие и физические свойства

К общим физическим свойствам почвы относятся плотность твердой фазы, плотность сложения и пористость.

Плотность твердой фазы

Плотность твердой фазы почвы — отношение массы ее твердой фазы к массе воды при 4°С в том же объеме. Выражается она в г/см 3 . Ее величина определяется соотношением в почве компонентов органической и минеральной частей.

Для органических веществ (опад растений, торф, гумус) плотность твердой фазы колеблется от 0,2-0,5 до 1,0-1,4 г/см 3 , а для минеральных соединений — от 2,1-2,5 до 4,0-5,18 г/см 3 . Минеральные горизонты большинства почв имеют плотность твердой фазы от 2,4 до 2,65 г/см 3 , а торфяные горизонты — от 0,2-0,3 до 1,8 г/см 3 .

Плотность сложения почвы

Плотность (или плотность сложения) почвы — масса единицы объема абсолютно сухой почвы, взятой в естественном сложении. Выражается она в г/см 3 . Плотность почвы зависит от минералогического и гранулометрического составов, структуры и содержания органического вещества.

Она может существенно изменяться при обработках, под уплотняющим воздействием передвигающихся машин и орудий. Наиболее рыхлой почва бывает сразу после обработки, затем постепенно уплотняется, и через некоторое время ее плотность приходит в состояние равновесия, т. е. мало изменяется (до следующей обработки).

Верхние горизонты почвенного профиля, содержащие больше органического вещества, лучше оструктуренные, подвергающиеся рыхлению, имеют более низкую плотность, которая вниз по профилю возрастает. Плотность почвы сильно влияет на поглощение влаги и ее передвижение в профиле, газообмен, развитие корней, интенсивность микробиологических процессов, условия существования почвенных насекомых и животных.

Оптимальная плотность корнеобитаемого слоя для большинства культурных растений 1,0-1,2 г/см 3 .

Плотность суглинистых и глинистых почв, г/см 3

Липкость

Способность влажной почвы прилипать к другим телам. Это свойство проявляется в определенных пределах влажности, когда сцепление между почвенными частицами меньше, чем между ними и соприкасающимися предметами. Она определяется силой, требующейся для отрыва металлической пластинки от почвы, и выражается в г/см 2 .

По липкости почвы подразделяют (по Н. А. Качинскому): на предельно вязкие (>15 г/см 2 ), сильновязкие (5—15), средневязкие (2—5) и слабовязкие ( 2 ).Липкость оказывает отрицательное влияние на условия обработки, если состояние влажности и повышенная пластичность почвы вызывают ее прилипание к рабочим частям сельскохозяйственных машин. При этом увеличивается тяговое сопротивление и ухудшается качество обработки почвы

Липкость зависит от гранулометрического, минералогического и химического составов почвы, ее структурности и состава обменных катионов. Наибольшей липкостью обладают тяжелые бесструктурные и слабоострук-туренные почвы; насыщенность ППК ионом кальция снижает липкость, а внедрение в ППК иона натрия увеличивает ее.

Набухание

Увеличение объема почвы при увлажнении. Выражается в объемных процентах от исходного объема почвы. Это свойство связано со способностью коллоидов почвы сорбировать воду и образовывать гидратные оболочки вокруг минеральных и органических частиц.

Набухание наиболее выражено у глинистых минералов с расширяющейся решеткой, что обусловливает не только поверхностную сорбцию воды, но и проникновение ее в межпакетные промежутки минералов.

При этом объем таких коллоидов может увеличиваться в 2 раза. Повышению набухаемости способствует внедрение иона натрия в ППК. Набухание — отрицательное свойство; его проявление может сопровождаться выпиранием почвенной массы, разрушением структурных отдельностей.

Усадка

Сокращение объема почвы при высыхании. Это явление обратно набуханию и зависит от тех же факторов. Чем выше набухание почвы, тем сильнее ее усадка. Выражается она в процентах от объема исходной почвы. Усадка может вызывать разрыв корней, приводит к образованию трещин, что способствует непроизводительной потере влаги за счет испарения.

Связность

Способность почвы сопротивляться внешнему усилию, стремящемуся разъединить почвенные частицы. Выражают ее в кг/см 2 . Связность обусловлена силами сцепления между частицами почвы, зависит от гранулометрического, минералогического и химического составов, влажности, а также оструктуренности почвы и факторов, ее обусловливающих (гумусированности, состава обменных катионов и др.).

Наибольшей связностью обладают глинистые почвы и почвы, содержащие большое количество обменного натрия. Оструктуренные почвы характеризуются меньшей связностью. Невысокую связность имеют песчаные почвы. Минимальная связность наблюдается при влажности, близкой к влажности завядания.

Физическая спелость

Состояние почвы, при котором она хорошо крошится на комки, не прилипая к орудиям обработки. Она определяется влажностью почвы и зависит от тех же факторов, что связность и липкость. Для среднесуглинистых почв физическая спелость наступает при следующей их абсолютной влажности (в%): дерново-подзолистые — 12-21, серые лесные—15—23, черноземы — 15—24, каштановые — 13—25, каштановые солонцеватые — 13—20.

С утяжелением гранулометрического состава интервал физической спелости почв во времени и по показателям влажности становится уже. Помимо физической спелости выделяют биологическую спелость, которая характеризуется таким температурным состоянием почвы, при котором активно развиваются биологические процессы (деятельность почвенной биоты, прорастание семян и др.). Для большинства почв она близка к 10 °С.

Твердость

Свойство почвы в естественном залегании сопротивляться сжатию и расклиниванию. Выражается она в кг/см 2 . Измеряется при помощи твердомеров. Ее показатели колеблются от 5 до 60 кг/см 2 и выше. Высокая твердость почвы — показатель плохих ее агрофизических качеств.

Твердость зависит от влажности, гранулометрического состава, оструктуренности, состава поглощенных катионов, содержания гумуса. С понижением влажности почвы твердость возрастает. Почвы хорошо гумусированные и структурные имеют меньшие показатели твердости, чем малогумусные и бесструктурные.

Насыщение ППК кальцием снижает твердость, а внедрение натрия в ППК значительно повышает ее. Так, у черноземов твердость в 10—15 раз ниже, чем у солонцов. Высокая твердость увеличивает тяговое сопротивление при обработке, снижает всхожесть семян, затрудняет проникновение корней растений.

Удельное сопротивление

Усилие, затраченное на подрезание пласта, его оборот и трение о рабочую поверхность. Измеряют сопротивление почвы в килограмме, приходящемся на 1 см 2 поперечного сечения пласта, поднимаемого плугом.

В зависимости от гранулометрического состава, физико-химических свойств, влажности, характера угодья удельное сопротивление почвы может изменяться от 0,2 до 1,2 кг/см 2 .

От удельного сопротивления почвы зависят затраты на ее обработку; с этой величиной связана норма выработки машинно-тракторного парка, расход топливно-смазочных материалов.

Приемы регулирования общих физических и физико-механических свойств почв

Для регулирования физических и физико-механических свойств почв в соответствии с требованиями растений и выбора наиболее эффективной технологии их возделывания агроному необходимо дать оценку параметрам этих свойств, а также оценить роль отдельных факторов в их формировании.

Поскольку гранулометрический и минералогический составы трудно поддаются изменениям при земледельческом использовании почв, следует учитывать главным образом их значение при выборе приемов регулирования физических и физико-механических свойств почв:
1. Выбор оптимальных сроков обработки почв разного гранулометрического состава в зависимости от их влажности.
2. Применение рыхления подпахотного слоя на тяжелых почвах.
3. Дифференцированное осуществление прямых приемов их изменения (внесение органических удобрений, культура сидератов, регулирование состава обменных катионов и др.).
Сильное отрицательное влияние на физические и физико-механические свойства почвы оказывает тяжелая техника. Уплотняющее воздействие на почву может проявляться до глубины 50-80 см, а наиболее резко оно сказывается на плотности и порозности пахотного слоя.

По подсчетам разных авторов, при возделывании зерновых культур уплотняющему воздействию подвергается от 30 до 80 % площади поля, при этом значительная часть двукратному и более.

В результате уплотняющего воздействия техники снижается порозность, особенно некапиллярная, ухудшаются условия для проникновения корней, уменьшаются водообеспеченность растений и аэрация, содержание нитратов в почвенном растворе.

Следствием такого ухудшения физических свойств является значительное снижение урожая. Даже при однократном проходе техники урожай зерновых на следах прохода колес машин уменьшается до 50—60 %. Особенно сильно ухудшаются физические свойства на тяжелых слабооструктуренных почвах с повышенной влажностью (почвы таежно-лесной зоны, орошаемые земли).

Ослабления вредного уплотняющего воздействия тяжелой техники на почву достигают:
- Применением современных технологий возделывания культур, сокращающих количество проходов агрегатов по полю.
- Строгим соблюдением оптимальных сроков проведения полевых работ с учетом состояния влажности почвы, ее физических и физико-механических свойств, осуществлением мероприятий по их улучшению.
- Использованием активных приемов по борьбе с уплотнением (глубокое рыхление).
Важное значение также имеют применение существующих и разработка новых машин и агрегатов с минимальным уплотняющим воздействием на почву (широкозахватные и комбинированные агрегаты с многоцелевыми рабочими органами, машины и агрегаты на гусеницах и шинах низкого давления и др.).

Читайте также: