Механические свойства почвы кратко

Обновлено: 03.07.2024

физические свойства почвы

Вопросы

1. Общие понятия.

2. Твердая фаза почвы и ее влияние на удельное сопротивление при пахоте.

3. Жидкая и газообразная фазы.

4. Характеристики строения почвы.

5. Влияние на почву уплотнения и пути его снижения.

Общие понятия

Почва – основное средство производства в сельском хозяйстве. Поэтому чрезвычайно велика ответственность каждого поколения людей за ее состояние. Нерадивое отношение предшествующих поколений к этому богатству привело к тому, что мы имеем в настоящее время всего 14…15 млн. км2. Это в 1,5 раза меньше, чем было до активного возделывания земель (20 млн. км2).

Знания физико-механических свойств почвы позволяют разрабатывать и использовать рациональные приемы и системы обработки почвы, которые способствуют сохранению ее плодородия.

Почва – это верхняя плодородная часть суши земной коры.

Почва это неоднородная среда, состоит из твердой, жидкой и газообразной фаз см. рис.1- Структура состава почвы.

Рис. 1. Структура состава почвы

Различают физические и технологические свойства почвы.

Физические – это свойства которые характеризуют состояние и строение почвы (материалов).

Физические свойства почвы : структура, механический состав, влажность, пористость (скважность) и плотность.

Технологические – это свойства, которые проявляются при механической обработки почвы и влияют на протекания данного процесса.

К технологическим свойствам относятся: твердость почвы, коэффициент объемного смятия, вязкость, липкость, абразивность.

Твердая фаза почвы и ее влияние на удельное сопротивление при пахоте

Твердая фаза представлена Каменистыми включениями - это частицы больше 1 мм и Мелкоземом - частицы меньше 1 мм.

Каменистость Почвы – это отношение массы каменистых включений к массе мелкозема в процентах.

Почва считается не каменистой, если содержание камней в ней не превышает 0,5%;

· слабокаменистой – 0,5…5,0% камней;

· среднекаменистой – 5,0…10% камней;

· сильнокаменистой – более 10% камней.

Два последних типа почв требуют специальной системы обработки.

Механический состав почвы определяется по результатам анализа мелкозема, который делится на “физический песок” (размер частиц более 0,01 мм) и “физическую глину” – (размер частиц менее 0,01 мм). В зависимости от содержания “физической глины” почвы делят на:

· песчаные (песок) – содержание “физической глины” до 10%;

· супесчаные (супесь) – 10…20% “физической глины”;

· суглинистые (суглинок) – 20…50% “физической глины”;

· глинистые (глины) более 50% “физической глины”.

В глинистых частицах содержатся цементирующие включения, благодаря которым обеспечивается скрепление почвы.

Встречаются тяжелые и легкие почвы.

Тяжелые – Это почвы, которые содержат много глины.

Их свойства: во влажном состоянии налипают на рабочие органы машин, а в сухом образуют глыбы. Эти почвы плохо поглощают влагу, но хорошо ее удерживают.

Легкие – Это почвы, которые содержат много песчаных частиц. Свойства: они не липкие и не пластичные, т. к. не содержат скрепляющих включений. Песчанные почвы хорошо поглощают влагу, но плохо ее удерживают.

Супесчаные и суглинистые почвы по своим свойствам занимают промежуточное положение в сравнении с глинистыми и песчаными почвами. Получается “золотая середина”, поэтому эти почвы характеризуются высокой урожайностью.

Механический состав почв оказывает непосредственное влияние на обрабатываемость почв, которая характеризуется удельным сопротивлением почвы Куд. Коэффициент удельного сопротивления почвы определяется только при пахоте. Это отношение силы сопротивления плуга к площади сечения пласта.

Рис. 2. К расчету удельного сопротивления почвы.

Где Рсопр. – сила сопротивления плуга, Н;

А – глубина вспашки, см;

В – ширина захвата корпуса, см;

N – количество корпусов.

Зависимость удельного сопротивления почвы от ее механического состава можно выразить графически:

Рис. 3. График зависимости удельного сопротивления почвы

(частиц размером менее 0,01 мм).

По удельному сопротивлению почвы делятся на пять групп см. табл.1

Удельное сопротивление почвы Куд.,Н\см2

Легкие (50% песчаных, 50% супесчаных)

Средние (50% супесчаных, 50% суглинистых)

Очень тяжелые (глинистые)

Твердая фаза почвы может быть Структурной и Бесструктурной.

Структуру почвы определяет совокупность агрегатов разной величины, формы, плотности, водоемкости и пористости. Агрегаты состоят из отдельных механических частиц скрепленных глиной и гумусом.

Бесструктурные почвы состоят из твердых элементов залегающих сплошной массой.

По структуре почва может быть:

· глыбистой (агрегаты размером более 10 мм);

· комковатой (3…10 мм) макроагрегат;

· зернистой (0,25…3 мм) макроагрегат;

· пылеватой (менее 0,25 мм) – микроагрегаты.

С агрономичной точки зрения, ценными считают агрегаты размерами 0,25…10 мм, их называют Макроагрегатами. Агрегаты менее 0,25 мм называют Микроагрегатами.

Наиболее стойкими к размывающему воздействию воды являются агрегаты от 1 до 10 мм.

Агрегаты размерами менее 1 мм являются эрозионно-опасными. Если в верхнем слое почвы (0…5 см) таких частиц содержится более 50%, и отсутствует живая и неживая растительность то при скорости ветра более чем
12 м/с имеет место ветровая эрозия (образуются пыльные бури). Для юга Украины наиболее опасным периодом в этом отношении является январь – апрель.

На структурных почвах получают больший урожай, чем на бесструктурных. Частые обработки почвы, а так же уплотнение ее ходовыми колесами машин, приводит к разрушению структуры почвы.

Оценка содержания в структурной почве агрегатов разных размеров производится путем определения агрегатного состава почвы (рис. 4).

Рис. 4. Схема определения агрегатного состава почвы.

Жидкая и газообразная фазы

Жидкая фаза Представлена в почве водой и растворами различных веществ.

Вода разделяется на Гравитационную И Капиллярную.

Гравитационная влага содержится в больших пустотах. Особенность: она свободно перемещается из верхних слоев почвы в нижние под действием силы тяжести. При малой влажности почвы гравитационная вода может впитываться капиллярами верхних слоев почвы.

Капиллярная влага, Содержится в мелких капиллярных пустотах. Особенность: в капиллярных пустотах эта влага перемещается в любых направлениях и распространяется от более влажных слоев к менее влажным. Эта вода доступна всем растениям и составляет основной запас почвенной влаги.

О количестве воды, что помещается в почве, судят по абсолютной влажности (Wa, %):

Где МВ и Мс – масса влажной и сухой почвы соответственно.

Абсолютно сухой называется почва, высушенная при температуре 105оС до постоянной массы.

При сопоставлении степени увлажнения почв различного механического состава определяют значением Относительной влажности (Wo, %):

где Wп – полевая влагоемкость почвы; %.

Полевая влагоемкость почвы – это максимальное количество влаги в процентах, которое способна удержать в себе почва (влажность почвы в момент ее полного насыщения).

Полевая влагоемкость различных почв изменяется в широких приделах: 100г сухой глинистой почвы может удержать в себе 50 г воды, в то время, как 100 г песчаной почвы – только 5…20 г. Если эти почвы при абсолютной влажности 15% попробовать на ощупь, то песчаная почва будет производить впечатление мокрой т. к. Wo = 75%, а глинистая почти сухой т. к. Wo = 30%.

Влажность почвы оказывает большее влияние на качество и энергоемкость ее обработки (рис. 5).

Рис. 5. График влияния влажности на сопротивление почвы

При пахоте (рис.5) пересохших почв (отрезок АБ) образуется глыбы диаметром до 0,5м и более. При пахоте переувлажненных почв (отрезок ВГ), происходит сильное залипание и сгруживания почвы впереди корпуса плуга. Это приводит к росту удельного сопротивления почвы и плохой заделки растительных остатков. При дальнейшем увеличении влажности (отрезок ГД) вода выполняет роль смазки и Ко уменьшается.

Из графика (рис.5) наилучшие показатели обработки имеют место при абсолютной влажности 15…30%. Установлено, что при этом почвы не только сохраняются, а и образуются новые структурные агрегаты.

Газообразная фаза в почве представлена воздухом и газами – аммиак, метан и т. д.. Воздух находится в почве в Свободном и Защемленном Состоянии. Свободный воздух расположен в крупных пустотах, а “защемленный” в капиллярах.

“Защемленный” воздух увеличивает упругость почвы и уменьшает ее водопроницаемость.

Движение свободного воздуха приводит к потере влаги из рыхлой почвы. При обработке, почва сжимается и значительная часть свободного воздуха переходит в “защемленное” состояние. При этом накапливается потенциальная энергия, которая после прекращения сжатия нарушает связи между почвенными комочками, способствуя структуризации почвы.

Характеристики строения почвы

Основными характеристиками строения почвы являются ее Пористость и Плотность (объемная масса).

Все виды почвы пронизаны порами, заполненными воздухом, водой или органическими включениями.

Пористостью называют объем пустот в почве, заполненных водой и воздухом.

Общую пористость почвы Р, % определяют из формулы:

Где Vпуст. – объем пустот, которые могут заполняться воздухом и водой;

Vпроб. – объем исследуемой почвы.

Пористость зависит от структуры, степени уплотнения, влажности, а так же от механического состава почвы. У глин и суглинков она составляет 50…60%, у песчаных почв – 40…50%.

Пористость одной и той же почвы является переменной величиной, зависящей от влажности. Во влажной почве частицы оказываются как бы раздвинутыми прослойками воды, при высыхании почвы они сближаются.

Плотность почвы

Различают Действительную, В природном состоянии и плотность Твердой фазы.

Действительная плотность – представляет собой отношение массы МС абсолютно сухой почвы к объему VПроб. исследуемой пробы, взятой без нарушения ее естественного сложения:

Плотность в природном состоянии – представляет собой отношение массы почвы в природном состоянии к объему исследуемой пробы, взятой без нарушения ее естественного сложения:

Обычно действительную плотность почвы и плотность в природном состоянии определяют методом режущих цилиндров, который заключается во взятии проб почвы в природном состоянии (без нарушения ее структуры) (рис. 6).

Рис. 6. Схема определения плотности почвы методом “режущих цилиндров”: 1 – почва; 2 – режущий цилиндр; 3 – нож.

Плотность твердой фазы равна отношению массы абсолютно сухой почвы к ее объему в спрессованном состоянии.

Практически плотность твердой фазы находят пикнометрическим методом, при котором массу М определяют взвешиванием, а объем находят как объем воды, вытесненной образцом почвы.

Плотность твердой фазы изменяется от 2,4 (черноземы) до 2,7 г\см3 (красноземы).

Величина плотности зависит от механического состава, содержания гумуса и пористости почвы. Плотность пахотного слоя изменяется в широких пределах – от 0,9 до 1,6 г/см3. Подпахотные горизонты почвы имеют более высокую плотность – 1,6…1,8 г/см3.

Опыты показали, что для каждого вида растений существуют оптимальные плотности. При уплотнении почвы выше оптимальной величины урожай (У) снижается, а при слишком большем уплотнении вообще отсутствует (рис. 7).

Рис. 7. График зависимости урожайности сельскохозяйственных культур от плотности почвы

Плотность почвы считается очень важным фактором плодородия. Регулируют ее с помощью механической обработки почвы в соответствии с требованиями для отдельных видов растений.

Влияние на почву уплотнения и пути его снижения

Последствия переуплотнения почвы:

1. Ухудшает ее структуру, аэрацию, нитрификационную способность и т. д.; ухудшает микрорельеф агрофона и условия проведения последующих технологических операций;

2. Снижает эффективность действия минеральных удобрений;

3. Способствует развитию эрозионных процессов;

4. Увеличивает тяговое сопротивление почвообрабатывающих машин, в результате чего на 10…17% возрастают удельные затраты энергии и топлива;

5. Вызывает снижение производительности агрегатов на 8…12% и более;

6. Приводит к снижению урожайности сельскохозяйственных культур на 15% и более;

Снижение уплотняющего воздействия движителей МТА на почву осуществляется: за счет проведения технологических операций и конструктивных мероприятий.

Технологические операции:

1. Проведение полевых работ в наиболее оптимальные агротехнические сроки (период “спелости” почвы);

2. Совмещение операций (плоскорежущей лапой), выполняемых за один проход агрегата;

3. Внедрение чизельной обработки почвы, которая является менее энергоемкой в сравнении с отвальной пахотой, разрушает плужный след и позволяет почти в два раза больше накопить и сохранить влаги в почве;

4. Внедрение нулевой обработки почвы (сев стерневой сеялкой, пшеницу скрестить с пыреем и т. д.);

5. Возделывание сельскохозяйственных культур с применением постоянной технологической колеи (колейной системы земледелия).

Конструктивные мероприятия:

1.Широкое внедрение тягово-приводных агрегатов (мостовая технология возделывания сельскохозяйственных культур);

2.Использование широкопрофильных (арочных) шин с низким внутренним давлением воздуха.

3.Оборудование энергетических средств сдвоенными или строенными колесами;

4.Использование гусеничных и полугусеничных энергетических средств на основных полевых работах;

5.Внедрение резиноармированных гусениц для уменьшения их массы, а значит и общего давления трактора на почву.

Литература

1. М55 Механіко-технологічні властивості сільськогосподарських матеріалів: Навч. посібник/О. М. Царенко, С. С.Яцун, М. Я.Довжик, Г. М.Олійник;За ред. С. С.Яцуна. - К.: Аграрна освіта, 2000.-243с.:іл. ISBN 966-95661-0-7

2. Механіко-технологічні властивості сільськогосподарськи матеріалів:

Підручник / О. М.Царенко, Д. Г.Войтюк, В. М.Швайко та ін.;За ред. С. С.

Яцуна.-К.: Мета, 2003.-448с.: іл. ISBN 966-7947-06-8

3. Механіко-технологічні властивості сільськогосподарських матеріалів. Практикум:Навч. посібник/Д. Г.Войтюк, О.М. Царенко, С.С. Яцун та ін.;За ред. С.С. Яцуна:-К.:Аграрна освіта,2000.-93 с.: іл.

4. Хайлис Г. А. и др. Механико – технологические свойства сельскохозяйственных материалов – Луцк. ЛГТУ, 1998. – 268 с.

6. Физико – механические свойства растений, почв и удобрений. - М.: Колос, 1970.

7. Скотников В. А. и др. Практикум по сельскохозяйственным машинам. – Минск: Урожай, 1984. – 375 с.

8. Методика изучения физико-механических свойств сельскохозяйственных растений. М.: ВИСХОМ, 1960. -–269 с.

9. Карпенко А. Н., Халаский В. М. Сельскохозяйственные машины. – М.: “Агропромиздат”, 1983. – 522 с.

Физико-механические свойства — это свойства, которые проявляются при воздействии на почву внешних нагрузок.

Они подразделяются на деформационные (сжимаемость, просадочность) и прочностностные (связность, твердость). Важные показатели физико-механических свойств почвы — ее набухаемость и консистенция (пластичность и липкость).

Сжимаемость. Это уменьшение объема (уплотнение) почвы под действием внешнего давления, например, при обработке почв тяжелой техникой. Сжимаемость почв характеризуется коэффициентом уплотнения и измеряется в см 2 /кг. Ее величина зависит от гранулометрического состава почвы, содержания органического вещества и оструктуренности. Уплотнение сопровождается уменьшением порозности, ухудшением водопроницаемости и условий для проникновения корней в почву.

Просадочностью, или просадкой, почв называется локальное понижение поверхности почвы в результате уменьшения ее пористости. Просадочность является частным случаем сжимаемости почвы. Просадка может возникать в результате растворения содержащихся в почве солей, с чем связаны такие формы рельефа, как степные блюдца.

Связность. Этот показатель характеризует прочность структуры и способность почвы противостоять внешнему усилию к разъединению частиц и выражается в кг/см 2 . Связность можно определить как прочность взаимного сцепления почвенных частиц. Она обусловлена силами адсорбции, слипания и цементации. Наибольшая связность характерна для сухих и слитых бесструктурных почв монтмориллонитового состава (до 250 кг/см 2 ).

Твердость почвы. Свойство почвы в естественном состоянии сопротивляться сжатию и расклиниванию называется ее твердостью. Другими словами, это сопротивление, оказываемое почвой проникновению в нее какого-либо тела под давлением. Выделяются следующие градации почв по твердости: рыхлая, уплотненная и твердая. Твердость почвы изменяется от 5 до 60 кг/см 2 . Она зависит от гранулометрического и минералогического составов почвы, содержания гумуса, влажности. Самой большой твердостью характеризуются солонцы в сухом состоянии. Твердость почвы определяет тяговое усилие почвообрабатывающих орудий. Тяговое усилие орудия (плуга, например), отнесенное к единице площади данного орудия, называется удельным сопротивлением почвы. Оно изменяется от 0,2 до 1,2 кг/см 2 и в значительной мере зависит от влажности почвы. В диапазоне 30—70 % общей влажности почвы удельное сопротивление находится в прямой зависимости от твердости почвы.

Набухаемость почвы. Это ее свойство увеличивать объем (набухать) при повышении увлажнения. Усадка — процесс, обратный набуханию, — уменьшение объема и растрескивание почвы при снижении ее увлажненности. Набухание и усадка наиболее значительно проявляются в слитых почвах и солонцах.

Консистенция почвы. Этот показатель определяется липкостью и пластичностью почвы.

Липкость — это свойство влажной почвы прилипать к поверхности другого тела. Она зависит от гранулометрического состава и возрастает в последовательности: песок, супесь, суглинок, глина. Почвы с Na в ППК обладают высокой липкостью. Липкость — важное производственное свойство почв, с ней связана их физическая спелость.

Физическая спелость — это состояние почвы, определяемое уровнем увлажнения, при котором исчезает ее способность пригнать к сельскохозяйственным орудиям.

Пластичность почвы — это способность влажной почвы под воздействием внешних сил приобретать или менять форму (деформироваться) без разрывов и трещин и сохранять ее после прекращения механического воздействия. Пластичность определяется гранулометрическим составом почвы. Различают непластичные, пластичные и сильнопластичные почвы. Пластичность глин вдвое больше суглинков. Пески практически непластичны.

Физико-механические свойства почв следует учитывать при лесоустроительных работах, механической обработке почв, строительстве дорог и фундаментов, гидротехнической мелиорации, а также при проектировании сельскохозяйственной, дорожной и лесозаготовительной техники.

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:

Выбор оптимальных сроков обработки почв разного гранулометрического состава в зависимости от их влажности.
Применение рыхления подпахотного слоя на тяжелых почвах.
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.).

Типичные величины для подпахотных горизонтов различных почв (кроме черноземов)

Сильно уплотненные иллювиальные горизонты

Плотность твердой фазы в определенной степени служит признаком, по которому можно судить о минералогическом составе, содержании органического вещества, её используют для расчета порозности и скорости падения частиц по формуле Стокса при анализе механического состава почв.

Пористость (порозность, скважность) –это суммарный объем всех пор между частицами твердой фазы почвы. Обозначают P и определяют расчетным путем по соотношению показателей плотности почвы (d_V) и плотности твердой фазы (D), выраженному в процентах:

Пористость зависит от гранулометрического состава, структуры, плотности. В пахотных почвах пористость обусловлена обработкой и приемами окультуривания, при рыхлении – увеличивается, при уплотнении – уменьшается. Размеры пор, в совокупности образующих общую пористость почвы, варьируют от тончайших капилляров (для воды) до более крупных промежутков (для воздуха), которые не обладают капиллярными свойствами (должны составлять не менее 20 – 25 % от общей пористости).

Общая пористость почвы колеблется от 25 % (глина) до 90 % (торф). В культурной песчаной почве она равна 45 – 50 %, черноземах – достигает 60 – 63 %, вниз по профилю (кроме торфяников) она уменьшается. Оценка общей пористости (по Н.А.Качинскому) приведена в таблице 5.

Оценка почв по показателю пористости

Почва вспушена – избыточно пористая

Культурный пахотный слой

Неудовлетворительная для пахотного слоя

Характерна для уплотненных

Пористость – одно из важнейших свойств почвы. С ней связаны интенсивность и глубина фильтрации, водопроницаемость и водоподъемная способность, влагоемкость и воздухоемкость, процессы испарения на орошаемых землях. От порозности в значительной степени зависит плодородие почв.

§2. Физико-механические свойства почв

Физико-механические свойства почв по сравнению с физическими имеют более широкое использование не только в почвоведении, но и в грунтоведении, строительстве. К ним относятся: пластичность, липкость, набухание, усадка, связность, твердость и удельное сопротивление.

Пластичность – свойство почвы изменять свою форму под влиянием внешней силы без разрушения и сохранять ее после устранения воздействия. Это свойство имеет только влажная почва в определенном диапазоне влажности, т.е. есть верхний и нижний предел пластичности, разность между которыми называется числом пластичности – величина пластичности. Чем больше это число, тем более пластична почва. Песок имеет число пластичности 0, супесь – 1 – 7, суглинок – 7 – 17, глина – более 17. Пластичность обусловливается главным образом количеством глинистых частиц и составом поглощенных оснований (наибольшей пластичностью обладают глинистые солонцы, содержащие более 25 % обменного натрия, наименьшей – почвы, содержащие много кальция и магния), органическое вещество уменьшает пластичность.

Липкость – способность почвы прилипать к соприкасающимся с нею предметам, измеряется усилием, требующимся для отрыва от почвы прилипшей к ней пластины, и выражается в г/см 2 . Прилипание почвы к рабочим частям и колесам машин увеличивает тяговое сопротивление и ухудшает качество обработки почвы.

Липкость почвы зависит от ее гранулометрического и минералогического состава, от структуры и влажности. Сухие почвы не обладают липкостью. С повышением влажности до определенного предела (80 % от полной влагоемкости) липкость увеличивается, а далее уменьшается вследствие нарушения сцепления между частицами почвы. Чем больше глинистых частиц, тем липкость больше. Почвы глинистые и бесструктурные прилипают сильнее, чем легкие по гранулометрическому составу или структурные глинистые. Почвы по липкости делят на: предельно вязкие (> 15 г/см 2 ), сильновязкие (5 – 15), средневязкие (2 – 5) и слабовязкие ( 2 ).

На величину липкости влияет состав поглощенных оснований: с увеличением насыщенности почвы кальцием она уменьшается, а с возрастанием насыщенности натрием резко увеличивается. Поэтому почвы высокогумусированные, с достаточным количеством оснований (дерновые, черноземы) не обладают липкостью даже при высоком увлажнении.

Набухание – увеличение объема почвы при увлажнении. Способность почвы к набуханию связана с гранулометрическим, минералогическим и химическим составом, а также с их начальной плотностью. Набухание обусловлено образованием на поверхности почвенных частиц оболочек рыхло связанной воды, в результате этого ослабевают силы сцепления и увеличиваются расстояния между частицами, что приводит к возрастанию общего объема почвы.

Набухание характерно для минеральных илистых частиц и органических коллоидов, поэтому глинистые почвы больше подвержены этому свойству. Сильно набухает минерал монтмориллонит и практически не набухает каолинит. При насыщении почв одновалентными основаниями, особенно натрием, оно достигает 120 – 150 %, а при насыщении двух- и трехвалентными катионами значительного набухания не наблюдается, поэтому даже песчаные почвы могут набухать, если насытить их почвенный поглотительный комплекс натрием.

Усадка – уменьшение объема почвы или грунта при высыхании. Она зависит от тех же факторов, что и набухание. Чем сильнее набухание, тем сильнее усадка почвы. Усадку можно охарактеризовать степенью изменения объема, а также влажностью, при которой усадка прекращается (предел усадки). В результате сильной усадки в почве образуются трещины, происходит разрыв корней растений, усиливается испарение влаги из почвы.

Энергетические затраты на обработку почвы и износ сельскохозяйственных машин и другие показатели обусловливаются связностью и твердостью почвы.

Связность – способность почвы сопротивляться внешнему усилию, стремящемуся разъединить почвенные частицы, выражается в г/см 2 .Она вызвана силами сцепления между частицами почвы. Связность обусловлена гранулометрическим и минералогическим составом, структурностью и влажность, содержанием гумуса, составом обменных оснований.

Наибольшую связность в сухом состоянии имеют глинистые бесструктурные почвы, наименьшую – песчаные и супесчаные почвы. Связность возрастает при насыщении почвы ионами натрия, при оструктуривании – снижается. Влияние органического вещества двояко: на песчаных почвах гумус увеличивает связность, на глинистых – снижает за счет увеличения структурированности и снижения площади соприкосновения. Связные почвы лучше противостоят эрозии, но при увеличении ее повышается удельное сопротивление обработке.

Твердость – это сопротивление, которое оказывает почва проникновению в нее под давлением различных тел, выражается в кг/см 3 . На величину твердости влияют те же характеристики, что и на связность. Почвы с высоким содержанием гумуса, насыщенные кальцием и имеющие хорошую комковато-зернистую структуру, не обладают высокой твердостью и связностью.

Высокая твердость – признак плохих физико-химических и агрофизических свойств почв. При высокой твердости снижается прорастание семян, затрудняются проникновение корней в почву и развитие растений вследствие неблагоприятного водного, воздушного и теплового режимов. Твердость – важная технологическая характеристика почвы. Твердость прямо пропорциональна удельному сопротивлению почвы при обработке орудиями, а следовательно, больше и энергозатраты. Удельное сопротивление – это физическое усилие, которое затрачивается на подрезание пласта, его оборот и трение о рабочую поверхность плуга. Удельное сопротивление зависит от физико-механических свойств почвы и колеблется в пределах от 0,2 до 1,2 кг/см 2 .

§3. Спелость почвы

Спелость почвы – это такое состояние почвы, при котором она имеет высокую микробиологическую активность и лучше всего подвергается обработке при наименьшем тяговом усилии. Является важным технологическим свойством почвы. Различают физическую и биологическую спелость.

Под физической спелостью почвы понимают ее подготовленность к обработке. Она соответствует влажности, при которой почва не прилипает к почвообрабатывающим орудиям и крошится на комки с образованием прочных агрегатов (эта влажность достигается при содержании влаги от 60 – 90 % их полевой влагоемкости). Влажность, при которой почва находится в состоянии спелости, зависит от гранулометрического состава, поглощенных оснований и гумусированности почв. Легкие песчаные и супесчаные и более гумусированные почвы раньше других готовы для обработки весной.

Биологическая спелость – состояние почвы, показывающее ее готовность к посеву, характеризующееся оптимальным прогреванием и состоянием микробиологической активности. Наилучшим состоянием спелости считается такое, когда физическая и биологическая спелости совпадают.

Свидетельство и скидка на обучение каждому участнику

Зарегистрироваться 15–17 марта 2022 г.

Физические и физико-механические свойства почвы.

Физические свойства влияют на

характер почвообразовательного процесса, плодородие

почвы и развитие растений.

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

Плотностью почвы называю массу единицы объема абсолютно сухой почвы, взятой в естественном сложении,выраженную в граммах на кубический сантиметр.

Плотность почвы зависит от гранулометрического и минералогического составов, структуры, содержания гумуса

и обработки. После обработки почва вначале бывает рыхлой,а затем постепенно уплотняется,и через некоторое время ее плотность мало изменяется до следующей

обработки. Самую низкую плотность имеют верхние гумусированные и оструктуренные горизонты.

Плотность твердой фазы почвы — это масса сухой почвы в единице объема твердой фазы почвы без пор.Плотность твердой фазы используют для расчета пористости почвы.От плотности почвы зависят поглощение влаги,воздухообмен в почве, жизнедеятельность микроорганизмов и развитие корневых систем растений. Пористость (скважность) почвы — это суммарный объем всех пор между частицами твердой фазы почвы. Пористость зависит от гранулометрического состава,структурности, содержания органического вещества. В пахотных почвах пористость обусловлена обработкой иприемами окультуривания. При любом рыхлении почвы пористость увеличивается, а при уплотнении уменьшается.Чем структурнее почва, тем больше общая пористость.Наряду с общей пористостью различают еще капиллярную и некапиллярную пористость почвы. Капиллярная пористость характерна для ненарушенных суглинистых почв, а некапиллярная — для структурных и рыхлых почв. Пористость почвы обеспечивает передвижение воды в почве, водопроницаемость и водоподъемную способность,влагоемкость и воздухоемкость. По общей пористости можно судить о степени уплотнения пахотного слоя почвы.От пористости в значительной степени зависит плодородие почв. Физико-механические свойства почвы . Это пластичность, липкость, набухание, усадка, связность,твердость и удельное сопротивление (сопротивление при обработке). От этих свойств зависят условия обработки почвы, работа посевных и уборочных агрегатов. Пластичность и липкость почвы обусловлены наличием вней глинистых частиц и воды. Пластичность — это способность почвы изменять свою форму под влиянием силы без нарушения сложения исохранять ее после устранения этой силы. Чем больше впочве илистых частиц, тем сильнее выражена ее пластичность. Наибольшая пластичность характерна для глинистых почв. У песчаных почв пластичность отсутствует.Пластичность зависит также от состава поглощенных катионов и содержания гумуса. Так, при значительном содержании в почве поглощенных катионов натрия ее пластичность увеличивается, а при насыщении кальцием —уменьшается. С увеличением содержания гумуса пластичность почвы уменьшается. Липкость находится в непосредственной связи спластичностью и также обусловлена наличием в почве глинистых частиц и воды. Сухие почвы не обладают липкостью. Наибольшую липкость имеют глинистые почвы,наименьшую — песчаные. С липкостью связана физическая спелость почвы, то есть состояние влажности, при котором почва хорошо крошится на комки, не прилипая к орудиям обработки. Набухание — это увеличение объема почвы при увлажнении. Наиболее набухаемы глинистые почвы с высоким содержанием коллоидов, на поверхности которых происходит сорбция влаги. Песчаные почвы с очень низким содержанием коллоидов совсем не набухают. Обменные катионы натрия сильно повышают набухаемость почв,поэтому солонцы отличаются высокой набухаемостью. Усадка — процесс, обратный набуханию. При высыханиипочвы образуются трещины, разрываются корни растений,повышаются потери влаги за счет испарения. Чем большенабухаемость почвы, тем сильнее ее усадка. Связность — это способность почвы оказывать сопротивление внешнему усилию, стремящемуся разъединить частицы почвы. Наибольшую связность в сухом состоянии имеют глинистые бесструктурные почвы,наименьшую — песчаные. Для улучшения физических и физико-механических свойств почвы применяют комплекс мероприятий: внесение органических удобрений,возделывание многолетних трав, посев сидератов, выбор сроков и приемов обработки почвы в зависимости от состояния ее влажности.При известковании кислых почв и гипсовании щелочных изменяется состав поглощенных катионов и улучшаются физико-механические свойства. Этому способствуют также мероприятия, снижающие уплотнение почвы машинами (минимизация обработок, глубокое рыхление и др.)

Читайте также: