18.Физические и физико-механические свойства почв.

Общие физические свойства почв.

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

Плотность сложения почвы (объемная масса) – масса абсолютно сухой почвы в единице объема, взятой в естественном сложении. Выражается в г/см³.

Для определения плотности в полевых условиях отбирают с помощью бура почвенный образец, высушивают, взвешивают и зная объем бура рассчитывают

d_v = г/см³

Плотность почв изменяется в широких пределах: у минеральных 0,9 – 1,8 г/см³, торфяных 0,2 – 0,4 г/см³. На величину плотности влияют минералогический и гранулометрический состав почв, содержание в них органического вещества, структурности и обработка.

Наиболее рыхлой почва бывает короткий период после обработки, а затем начинается её уплотнение и почва достигает определенной плотности, которая затем мало изменяется. Это равновесная плотность.

В верхних горизонтах черноземов плотность 1,0 – 1,2 г/см³, а в нижних – 1,3 – 1,7 г/см³. Под влиянием обработки верхние горизонты почв более рыхлые. Для большинства сельскохозяйственных культур величина плотности на суглинистых и глинистых почвах 1,1 – 1,2 г/см³. Дальнейшее её увеличение снижает урожайность. Так, на суглинистых черноземах при плотности 1,5 г/см³получен урожай овса в 3,7 раза меньше, чем при 1,1 г/см³.

Оценка плотности суглинистых и глинистых почв проводится по Качинскому: если плотность <1,0 г/см³, то почва излишне вспушена или богата органическим веществом; 1,0 – 1,1 г/см³ – типичная величина для культурной или свежевспаханной пашни; 1,2 г/см³ – пашня уплотнена; 1,3 – 1,4 – пашня сильно уплотнена; 1,4 – 1,6 –подпахотные горизонты (кроме черноземов); 1,6 – 1,8 – сильно уплотненные иллювиальные горизонты.

Плотность твердой фазы (удельная масса) Почва как физическое тело состоит из трех фаз: жидкой, твердой, газообразной. Твердая фаза представлена минеральными и органическими веществами, жидкая – водой с растворенными в ней соединениями (почвенный раствор), а газообразная – почвенным воздухом.

Плотностью твердой фазы называют отношение массы её твердой фазы к массе воды равного объема при 4⁰С. Её определяют в лабораторных условиях с помощью мерной колбы – пикнометра.

Величина плотности твердой фазы почвы зависит от природы минералов и количества органического вещества. Она изменяется от2,4 до 2,8 г/см³, а для органических почв (торфяников) – 1,4 – 1,8 г/см³. Некоторые скелетные почвы имеют плотность твердой фазы 3,0 г/см³.

Пористость почвы (скважность, порозность). Между механическими элементами и агрегатами в почве имеются промежутки- поры. В них размещаются вода, воздух, микроорганизмы, корни растений. Объем пор в почве, их размер зависят от механического состава и структуры. Количество пор, их соотношение по размеру определяют водно–воздушные свойства.

Пористость – суммарный объем пор и пустот в почве в единице объема. Выражается в процентах.

Р_общ. Р _общ. = ( 1 - ) * 100%

d_v – плотность сложения

d – плотность твердой фазы.

В разных горизонтах минеральных почв пористость изменяется от 25 до 80%, в гумусовых горизонтах обычно 50%, а для болотных почв – 80%.

Физико – механические свойства почв.

К физико – механическим свойствам почвы относятся плстичность, липкость, набухание, усадка, связность, твердость и сопротивление при обработке.

Пластичность - способность почвы изменять свою форму под влиянием какой-либо внешней силы без нарушения сплошности и сохранять приданную форму после устранения этой силы. Пластичность проявляется только во влажной почве. Сухая почва пластичностью не обладает; избыточно увлажненная почва растекается тоже теряет пластичность. В зависимости от влажности различают следующие показатели:

Верхний предел пластичности (предел текучести) – влажность при которой стандартный конус (76г) погружается на глубину 10 см.

Нижний предел пластичности (предел раскатывания)- влажность при которой образец почвы можно раскатать в шнур диаметром 3 мм без образования в нем разрывов.

Число пластичности – разность между показателями верхнего и нижнего пределов пластичности. Наивысшее число пластичности (> 17)имеют глинистые почвы, суглинистые (7-17), супеси (<7), пески пластичностью не обладают.

При увеличении содержания обменного натрия пластичность возрастает, а при насыщении почвы катионами кальция и магния и увеличения содержания гумуса – снижается.

Липкость – свойство влажной почвы прилипать к другим телам. Липкость отрицательно влияет на технологические свойства почв – прилипание почвы к орудиям и ходовым частям машины увеличивает тяговое сопротивление и ухудшает качество обработки. Липкость определяется силой, необходимой для отрыва металлической пластинки от почвы и выражается в г/см². Она проявляется при увлажнении почвы, приближающемуся к верхнему пределу пластичности.

Высоко гумусированные почвы (черноземы) даже при высоком увлажнении не проявляют липкости. Состав поглощенных оснований почвы в значительной определяет её липкость. Увеличение степени определяет её липкость. Увеличение степени насыщенности почвы кальцием существенно снижает величину прилипания, а с возрастание поглощенного натрия липкость уменьшается. На прилипание существенно влияет гранулометрический состав: у глинистых почв липкость значительная, у песка – наименьшая. Качинский разделил почвы по липкости: предельно вязкие > 15 г/см², сильно вязкие 5 – 15, средне вязкие 2 – 5, слабо вязкие <2. С липкостью связано такое важное свойство почвы, как спелость почвы.

Набухание – увеличение объема почвы при увлажнении. Характерно для почв, содержащих большое количество коллоидов.

Величина набухания зависит от количества и качества коллоидов. Наиболее набухают глинистые почвы.

Набухание тесно связано с составом глинистых минералов почвы. Наиболее набухают минералы монтмориллонитовой группы, наименее – каолинитовой. Влияет также состав обменных оснований. При значительном содержании обменного натрия почвы могут в 1,5 раза увеличивать объем. Набухание неблагоприятное свойство, так как вызывает разрушение структуры.

Усадка – сокращение объема почвы при высыхании. Обусловлено теми же факторами, что и набухание. Чем больше набухание, тем сильнее усадка. Измеряется в объемных процентах:

Связность – способность почвы сопротивляться внешнему усилию, стремящемуся разъединить частицы почвы. Выражают в кг/ см².

Вызывается силами сцепления между частицами почвы, зависит от гранулометрического и минералогического состава почвы, её структурного состояния, влажности, гумуссированноссти. Наибольшей связностью обладают глинистые почвы, богатые илом, наименьшей – песчаные. Связность возрастает при насыщении почв ионами натрия. Связность снижается при улучшении структуры. При увеличении связности увеличиваются энергетические затраты на обработку.

Удельное сопротивление - усилие, затраченное на подрезание пласта, его оборот и трение о рабочую поверхность. Удельное сопротивление обусловливает величину силы тяги при вспашке почвы. Выражается в кг/см². Изменяется в пределах 0,2 – 1,2 кг/ см². Наименьшим удельным сопротивлением характеризуются легкие (песчаные и супесчаные) почвы, самым большим – глинистые, с высоким содержанием натрия. Также влияет засоренность полей, особенно корневищными сорняками. Структурные почвы оказывают меньшее сопротивление, чем бесструктурные. Величину удельного сопротивления учитывают при планировании норм выработки, затрат ГСМ.

Факторы, изменяющие физические и физико – химические свойства.

Общие физические и физико – механические свойства почв могут изменяться при сельскохозяйственном использовании в результате механического, химического и биологического воздействия.

Агротехнические приемы (вспашка, культивация) значительно изменяют плотность, общую пористость пахотного и подпахотного горизонтов, их удельное сопротивление. При этом верхние горизонты приобретают благоприятное строение.

Химические приемы мелиорации изменяют состав поглощенных оснований и весь комплекс физических свойств. К ним относятся известкование кислых почв, гипсование солонцов, внесение искусственных структурообразоваетелей.

Биологические приемы улучшения физических свойств почв – это воздействие культурной растительности, посев сидератов, внесение органических удобрений.