Физические свойства почвы реферат

Обновлено: 05.07.2024

Почва является полидисперсным и пористым телом. Её твердая часть состоит из частиц различного размера – механических элементов. Они могут находиться в бесструктурном или агрегатном состоянии. При любом уплотнении механических элементов и агрегатов между ними всегда имеются поры. С их наличием связаны показатели плодородия почвы – её способности обеспечивать растения водой, воздухом, элементами питания и теплом.

Особенности почвы как полидисперсного и пористого тела определяет её специфические физические свойства. К ним относят структуру, общие физические, физико-механические, воздушные, тепловые свойства почвы.

Физические свойства почвы иногда являются решающими в формировании урожая и эффективности возделывания сельскохозяйственных культур.

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

Плотность почвы - масса сухого вещества почвы в единице ее объема ненарушенного естественного сложения. Плотность пахотного слоя не постоянная во времени. Сразу после вспашки она ниже, затем постепенно повышается и приходит в равновесное состояние.

Плотность твердой фазы почвы – средняя плотность частиц, из которых состоит почва. Зависит от плотности частиц, из которых состоит почва.

Пористость почв – суммарный объем пор между твердыми частицами, занятый воздухом и водой. Различают общую пористость, капиллярную (внутри агрегатную) и некапиллярную (меж агрегатную).

Удельная поверхность – это суммарная поверхность всех частиц почвы. Удельная поверхность наряду с ГМС, позволяет судить о степени дисперсности почвы и её адсорбционной способности.

Плотность твердой фазы почвы (удельный вес почвы) – средняя плотность почвенных частиц. Определяется как отношение массы её твердой фазы (сухого вещества) (М) в том же объёме (Vs) твердой фазы. Выражается в г/см 3 или т/м 3 :

Для органических веществ (опад растений, гумус, торф) 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 2,4 до 2,8 г/см 3 , торфяные горизонты от 0,2–0,3 до 1,8 г/см 3 .

Плотность сложения (объёмный вес почвы, объёмная масса) – масса единицы объёма абсолютно сухой почвы, взятой в естественном сложении. Рассчитывается по формуле:

Выражается она в г/см 3 или т/м 3 . Почва – рыхлое тело, поэтому её объёмная масса значительно отличается от плотности её твердой фазы.

В верхних горизонтах почвы объёмная масса равна обычно 0,8–1,2 г/см 3 , а в нижних увеличивается до 1,3–1,6 г/см 3 . Оптимальная плотность для большинства культурных растений 1,0–1,2 г/см 3 . Плотность сложения почвы может существенно изменяться при обработках, уплотняться под воздействием машин и орудий. Верхние горизонты почвенного профиля, содержащие больше органического вещества, подвергающиеся рыхлению, имеют более низкую плотность. Тяжелые минералы, низкая структурность увеличивают величину плотности. Плотность сложения почвы сравнительно просто учесть, поэтому её используют как показатель оценки качества по отношению к физическим свойствам.

Зная плотность (d) и объёмную массу почвы (d v), можно определить пористость (скважность) почвы – суммарный объём всех пор между частицами твердой фазы почвы. Её выражают в % от объёма почвы по формуле:

Пористость зависит от гранулометрического состава, структурности, деятельности почвенной фауны, содержания органического вещества.

В пахотных горизонтах – от частоты и приёмов обработки.

Различают капиллярную и некапиллярную пористость. Поры могут быть заполнены водой и воздухом. Некапиллярные поры обеспечивают водопроницаемость и воздухообмен. Капиллярные – удерживают воду за счет капиллярных сил. Для создания хорошего и устойчивого запаса влаги при одновременной нормальной аэрации, необходимо, чтобы капиллярная пористость составляла 55–65 % общей пористости.

Выдающийся русский ученый В.В.Докучаев впервые дал следующее определение почвы: “Почвой следует называть ”дневные”, или наружные, горизонты горных пород (все равно каких ), естественно измененные совместным воздействием воды, воздуха и различного рода организмов, живых и мертвых.”

Почва – элемент географического ландшафта. Первопричиной образования почв явились живые организмы (главным образом растения и микробы ), поселяющиеся в разрушенной выветриванием горной породе.

Происхождение почвы и ее свойства неразрывно связаны с условиями окружающей среды. Она отражает в своих свойствах исторический ход влияющих на нее природных условий, производительных сил и производственных отношений.

Почва таит в себе огромные резервы плодородия. Задача заключается в умелом использовании их, что возможно на основе углубленного познания процессов почвообразования и мелиоративного воздействия на почву.

Плодородие любой почвы может быть повышено при правильном ее использовании. Почвы разных участков могут обладать одинаковым химическим составом, но различным эффективным плодородием на данном отрезке времени из-за различия в водно-физических свойствах, биологических и производственных особенностях.

Различия в естественном, или природном, плодородие обуславливаются всем ходом почвообразования, а также составом (химический состав, органическое вещество, коллоиды, газы ), свойствами (физико-химические, биологические ) и строением почвы.

Современное почвоведение достигло такого уровня, при котором можно приступить не только к коренному улучшению почв, но и созданию новых вариантов почв с максимально высоким плодородием.

До начала Х1Х века почву изучали крайне недостаточно и науки о ней не было. Только в конце Х1Х учение о почве стало четкой, ясно очертанной дисциплиной, имеющей свои методику, теорию, задачи и перспективы. Почвоведение было впервые основано в нашей стране. Приоритет русской науки о почве признается во всех странах мира. Он обусловлен следующими причинами:

a) огромными пространствами нашей страны с разнообразными природными условиями почвообразования от полярных областей до субтропиков и возможностями улучшения природных почв от тундровых до красноземов включительно;

б) элементами диалективно- материалистической методологии, на базе которой

стихийно развивалось русское почвоведение с первых моментов его формирования.

Освоение ныне не используемых земель пустынь, болот и улучшение качества почв мало продуктивных сенокосов значительно увеличит площадь сельскохозяйственных угодий и пахотных земель.

Факторы и условия почвообразования.

Почвообразующие породы.

“Почвообразующей (материнской ) породой называется всякая горная порода, на минеральной основе которой возникает и развивается почва. Между почвой и почвообразующей породой происходит постоянный обмен энергией (особенно тепловой ), газами парами воды и растворами.

Почвообразующими породами могут быть продукты выветривания массивнокристаллических и осадочных пород. Этими породами чаще всего являются продукты выветривания осадочных пород. Однако наиболее древние осадочные горные породы обычно прикрыты новейшими четвертичными отложениями. Залегая непосредственно на поверхности земли, они служат основными материнскими породами.

В древних озерных котловинах и впадинах распространены ледниково-озерные отложения, образовавшиеся на дне ледниковых озер из взмученного материала ледниковых вод. Эти отложения представляют супеси и ленточные глины с выраженной слоистостью, обусловленной чередованием тонких темных глинистых прослоек с более светлыми песчаными слоями.

Все названные древние четвертичные отложения не везде являются непосредственными материнскими породами, так как они чаще лежат под современными генетическими типами геологических отложений, как элювий, делювий и аллювий.

Элювий (от латинского eluo- вымываю ). Элювием называют континентальные геологические образования, возникшие в результате сильного изменения и разрушения горных пород на месте их первичного залегания. К элювию относят продукты выветривания горных пород, сохраняющие реликтовые структурные и петрографические признаки, генетическую связь и непрерывность последовательности перехода к исходным породам.

На поверхности Земли нет горных пород, так или иначе не измененных и не затронутых элювиальным процессом – совокупностью многообразных явлений денудации, выветривания и почвообразования. Однако малозаметные изменения горной породы не делают ее элювием. Элювиальный процесс протекает, и элювий в основном формируется непосредственно в поверхностных горизонтах Земли. Наибольшее значение в распространении имеет наземный элювий, в формировании которого участвует почвообразование.

При резкой смене физико-географических условий элювий часто перекрывается сверху позднейшими наносами, т.е. оказывается погребенным (ископаемым ), сохраняя свои генетические признаки. Погребенный элювий наземного происхождения легко распознается по ископаемым почвам или по сохранившимся прямым и косвенным признакам почвообразования (генетические горизонты почвы, включения, новообразования и т.д. ). Однако в элювии древнейших эпох признаки почвообразования сглаживаются и даже исчезают.

Характер элювия сильно зависит от той природы, на которой он возникает. Так элювий равнин, образовавшийся на плотных массивно-кристаллических породах, резко отличается от элювия, сформированного на рыхлых осадочных породах. Верхний слой элювия на плотных породах состоит из рыхлых продуктов разрушения плотной породы, часто измененной выветриванием и почвообразованием до неузнаваемости, представляет собой землистую массу без малейших признаков массивно-кристаллических пород. На глубине нескольких метров эта массивно-кристаллическая масса залегает в мало измененном, а еще ниже практически в неизменном виде.

Иной характер имеет элювий, возникший на рыхлой, осадочной породе. Вследствие большой воздухо- и водопроницаемости эта порода разрушается значительно быстрее и на большую глубину. Водные растворы проникают в нее вплоть до первого водоносного горизонта, залегающего иногда на глубине десятков метров. В связи с этим формируется наиболее мощный элювий, притом чем рыхлее осадочная горная порода, тем большей мощности он достигает. Наиболее интенсивное образование элювия приурочено к корнеобитаемой зоне.

Элювий так многообразен, как разнообразны горные породы, на которых он образован.

Элювий имеет ясно выраженные черты зональности. В засушливых условиях он щелочной, а в относительно влажных кислый. В кислой среде протекает глееобразование или же латеритообразование. В щелочной среде возникает карбонатный элювий типа мергелей, лесса, лессовидных пород, засоленных грунтов и т. д. Нередко в верхних горизонтах элювий кислый, так как вода здесь обогащена углекислым газом, а книзу происходит нейтрализация углекислоты и нарастает щелочная реакция. В холодном климате наблюдается выраженное оглеение и ожелезнение – формирование мощных сизо-серых, вязких, глиноподобных масс и болотных охристо-желтых образований. В умеренном климате накапливаются красно- и желто-бурые глины и суглинки, а в условиях континентально-умеренного пояса при некоторой засушливости образуется карбонатный палево-желтый лессовидный элювий, иногда гипсоносный и обогащенный легкорастворимыми солями. Соли местами имеют тенденцию к накоплению в поверхностных горизонтах элювиальных толщ. Во влажном климате, наоборот, растворимые соли выщелачиваются и накапливается кремнезем.

В субтропиках с теплым и влажным климатом наблюдается сильное выщелачивание элювиальных толщ. Возникший в подобных условиях , близких к современным, элювий содержит очень много полуторных окислов. Окиси железа в таком элювии в несколько раз больше, чем в исходной породе. Во влажных тропиках элювий лишается щелочных и щелочноземельных оснований, а также SiO2 . Здесь накапливается Al2 O3 c Fe2 O3 и формируются красноцветные латерито- и бокситоподобные породы.

Элювиальный процесс протекает на всех элементах рельефа и захватывает все геологические отложения, не исключая новейших делювиальных, аллювиальных, эоловых, ледниковых и морских. В последних случаях образование элювия сводится к минимуму, так как оно подавляется другими преобладающими геологическими процессами и маскируется, исчезая подобно постоянно и повсеместно оседающей эоловой пыли, тонущей, как правило, в массе других отложений.

Делювий (от латинского deluo – смываю ) – генетический тип континентальных отложений, образующихся на склонах в результате смыва и отложения разрушенных выветриванием горных пород.

Делювиальные отложения – это разнообразные по цвету и механическому составу, обычно пористые, образования, обязанные происхождением деятельности переменных по силе, мощности времени действия струйчатых водных потоков, которые не имеют определенных русл, а развиваются на склонах и производят смыв и отложение осадков на склонной поверхности.

Делювий надо рассматривать как производное от ряда факторов: а) климатических (зональных ) условий; б) горных пород; в) формы и величины склона; г) водосборной площадки склона; д) почвообразования и развития растительности.

Вниз по склону механический состав делювия последовательно меняется от более крупнозернистого к мелкозернистому; то же наблюдается и в вертикальном направлении – внизу делювиального чехла залегают более крупные осадки, вверху – более тонкие. Последнее связано с выравниванием ( выполаживанием ) склона и затуханием потоков.

Часто в разрезе делювиальной толщи наблюдаются ископаемые почвы, в большинстве случаев к перерывам в интенсивности отложения делювия. Ископаемые почвы делят всю толщу делювия на горизонты различного возраста. При этом делювий таких горизонтов часто различен по механическому и литологическому составу в зависимости от изменения факторов делювиообразования.

Делювий выпуклых склонов в отличии от вогнутых и прямых характеризуется несколько более легким механическим составом. Делювий длинных пологих склонов имеет более тяжелый механический состав, нежели делювий крутых коротких склонов. Различия в экспозиции склонов сказываются на химическом составе делювия: делювий южных склонов относительно менее промыт, более богат солями, особенно карбонатами. По разрезам делювиальной толщи восстанавливаются древний ископаемый рельеф и бывшее положение базисов эрозии и денудации.

В связи с выполаживанием склона и по мере приближения наклонной поверхности его горизонтальной постепенно затухает делювиальный процесс и преобладает элювиальный.

По механическому составу делювий в основной массе представлен в большинстве случаев средними суглинками. Мощный песчаный делювий на широких склонах при относительно малом стоке воды не возникает, так как выпадающие осадки успевают фильтроваться в песчаные породы, не стекая по поверхности склона. Там, где идет разрушение твердых пород, в делювий поступает крупнообмолочный материал в виде брекчии и щебня, часто слагающего целые горизонты в основании делювиальных толщ.

Исследование делювиальных отложений склонов показало, что главная масса делювия возникла со времени образования глубоких долин древней гидрографической сети. Верхние горизонты делювиальных толщ местами завершаются новейшим делювием, достигающим иногда мощности в несколько метров, сильно окрашенным перегноем. Возникновение окрашенных перегноем толщ новейшего делювия, как и образование аллювиально – делювиальных темно – серых осадков молодых речных террас, по времени необходимо связывать с началом земледельческой культуры.

Чернозем относится к преобладающему в составе пахотных угодий типу почв. Они сформировались в условиях умеренного влажного континентального климата под степной и лугово-степной растительностью на автоморфных местоположениях, преимущественно на карбонатных породах.

В пределах земледельческой части Красноярского края выделяется 4 подтипа черноземов: оподзоленный, выщелоченный, обыкновенный и южный. Вместе с этим выдвигались предложения о выделении подтипа типичных черноземов [Семина, 1970]. Характеристике черноземов, в том числе и Красноярской лесостепи посвящен целый ряд работ например одна из них - монография “Черноземы Красноярского края” написанная П.И. Крупкиным, Красноярск, 2002г. Однако количество публикаций по характеристике агрофизических свойств ограничено.

Целью настоящей работы является: характеристика агрофизических свойств почв и пополнение банка данных этими показателями.

  1. Выявить морфологические особенности черноземов
  2. Исследовать физические свойства:
  • Гранулометрический состав.
  • Микроагрегатный состав
  • Удельную массу (плотность твердой фазы почвы)
  • Обьемную массу (плотность почв)
  • Порозность почвы
  1. Полученные данные сравнить с литературными.

Дать заключение об оптимизации этих свойств.

Красноярский край занимает огромную территорию. По данным Комитета по земельным ресурсам и землеустройству Красноярского края [2000] его площадь (без Таймырского и Эвенкийского автономных округов) равна 72367,1 тыс. га. Протяженность края с севера на юг до трех тысяч километров, с запада на восток – от 650 до 1460 км. Удельный вес сельскохозяйственных земель очень низкий и составляет 7,13% от общей территории (5460,1 тыс. га), а пашни – 4,40% (3180,6 тыс. га).

История проводимых исследований свойств почв на территории Красноярского края насчитывает более 100 лет. Она детальна изложена в работах П.С. Бугакова [1976, 1998]. Целесообразно коротко остановиться лишь на основных этапах изучения почв края, преимущественно почв сельскохозяйственного назначения.

Первые научные исследования почв Сибири связаны с работой В.В. Докучаева “По вопросу о сибирских черноземах”, опубликованной в 1882 г. Нельзя не упомянуть работу Енисейского губернатора М.М. Дубенского “Исследования доходности земельных угодий” [1893], в которой приведена местная бонитировочная шкала почв.

Первые специальные исследования почв Сибири, в том числе Красноярского края, приведены экспедициями бывшего Переселенческого управления в 1909-1912гг. В них принимали участие видные ученые-почвоведы Л.И. Прасолов, Н.В. Благовещенский, И.И. Емельянов, К.К. Никифоров и другие. Эти работы носили в основном описательный характер. Позже они были использованы К.А. Глинкой в его известной монографии “Почвы России и прилегающих стран”.

Более обширные исследования почв края проведены в 30-40-х годах ХХв. В связи с организацией ряда кафедр почвоведения в вузах Сибири, в том числе и Сибирском лесотехническом институте (Красноярск, 1931), и созданием в крае производственной группы почвоведов при отделе землеустройства крайсельхозуправления. Руководство всеми работами осуществлялось профессором Омского сельскохозяйственного института К.П. Горшениным и его сотрудниками.

Основные результаты исследований этого периода (до 1953г.) обобщены в фундаментальной монографии К.П. Горшенина “Почвы южной части Сибири” [1955], удостоенной Ленинской премии. В этой монографии значительное внимание уделено описанию свойств черноземов, их географии и генезису, агропроизводственной характеристике почв, приведены данные по урожайности различных культур на этих почвах, указано влияние благоприятных и неблагоприятных свойств различных черн6оземов на рост и развитие растений. Однако количественные показатели по влиянию того или иного фактора или свойства почв на их плодородие не приводятся, что вполне закономерно для анализируемого периода исследований.

Сравнительно детально проблемой увязки свойств и режимов почв, преимущественно черноземов, с урожайностью занимался почти три с половиной десятилетия под руководством П.И. Крупкина (1960-1993) отдел агропочвоведения Красноярского НИИСХ. Исследования проводились в различных частях лесостепной зоны края, но преимущественно в Канской лесостепи, восточном, наиболее крупном природном округе Красноярского края.

БЖД – это комплексная система мероприятий по защите здоровья и обеспечению сохранения жизни работников в процессе производственной деятельности [Топоров, 1992].

I. Требования безопасности перед началом работы в полевых условиях.

  1. Перед выходом на данный участок руководитель обязан провести инструктаж по технике безопасности. После прослушивания студент расписывается в книге по технике безопасности.
  2. Руководитель выбирает маршруты, безопасные для жизни студентов.
  3. Необходимо надеть соответствующую одежду и обувь (она должна быть удобной и практичной). При работе с землей надеть резиновые перчатки.
  4. проверить исправность сельскохозяйственного инвентаря, он должен быть в надлежащем состоянии для использования.
  5. Проверить наличие укомплектованности медицинской аптечки.
  6. Запрещается использовать ядовитые вещества (серный эфир, хлороформ и др.).

II. Техника безопасности во время работы.

  1. Следует соблюдать осторожность при работе с использованием сельскохозяйственного инвентаря, переносить его нужно только в вертикальном положении заостренной частью вниз, не направлять заостренной частью на себя и на других.
  2. Во избежание порезов рук при работе с почвой – работать в перчатках.
  3. При передвижении не снимать обувь и запрещается ходить босиком.
  4. Не выкапывать растения из грунта незащищенными руками.
  5. Не разводить костры во избежание лесных пожаров.
  6. Не употреблять немытые и незнакомые ягоды; не пить воду из открытых водоемов, с собой необходимо брать питьевую воду.
  7. Не трогать руками неизвестные ядовитые растения, животных и насекомых.
  8. Очистку почвы от посторонних предметов (камней, осколков стекла и прочих) производить только с помощью лопат и другого инвентаря.

III. Техника безопасности в аварийных ситуациях.

IV. Общие требования безопасности.

V. Требования безопасности по окончании работы

  1. Очистить и сдать на хранение сельскохозяйственный инвентарь и собранные образцы.
  2. Хорошо вымыть руки с мылом.

Охрана труда является одним из важнейших мероприятий, потому необходимо строжайшее соблюдение норм охраны труда. Для обеспечения безопасности работающих сотрудников соблюдение норм и правил требуется как на предприятий, так и в лаборатории. Созданию безопасных условий труда способствуют правильное обращение с химическими реактивами электрооборудованием, своевременное проведение инструктажа.

Опасные и вредные производственные факторы

При проведении экспериментальных работ возможно воздействие опасных и вредных факторов, которые делятся на четыре группы: физические химические, психофизиологические (ГОСТ 12.0.003, 1975).

К группе физических факторов относятся:

-повышенная температура поверхностей оборудования. Источником воздействия могут являться сушилка, электроплитки, кипящие колбы сушильный шкаф. При работе с этими приборами возможны термические ожоги степени (покраснения кожи) и степени (образование пузырей);

- повышенное значение напряжения в электрической цепи (220 В) замыкание которой может произойти через тело человека. Источником опасности могут быть оголенные провода, неисправленные электроустановки нарушение техники безопасности. Исходом воздействия может быть в зависимости от силы тока, ожог, судорожное сокращение мышц, фибрилляция сердца;

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.

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).

График влияния влажности на сопротивление почвы

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).

График зависимости урожайности сельскохозяйственных культур от плотности почвы

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.

Читайте также: