что влияет на физические свойства почвы

Основы агрономии

Что такое почва и каковы ее свойства

Как образовалась почва?

Свойства почвы

Основные физические свойства почвы:
— гранулометрический состав;
— скважность (порозность, пористость);
— плотность (объемная масса, или отношение массы образца к его объему);
— влажность.

Кроме основных свойств, почвы имеют дополнительные свойства:
— твердость;
— фрикционные свойства;
— липкость;
— удельное сопротивление почвы.

В зависимости от содержания физической глины все виды почвы подразделяют на:
— глинистые (содержание физической глины более 50 %);
— суглинистые (содержание физической глины от 20 до 50 %);
— супесчаные (содержание физической глины от 10 до 20 %);
— песчаные (содержание физической глины менее 10%).

Глинистые почвы хороши для питания растений, но очень тяжелы в обработке, особенно во влажном состоянии. Органика в них разлагается медленно. Глинистые почвы называют тяжелыми почвами.

Песчаные почвы бедны элементами питания растений, плохо удерживают влагу, но очень легки в с.-х. обработке, поэтому их и называют легкими почвами. Органика в легких почвах разлагается быстро.
Наиболее удобными для выращивания с.-х. культур считаются суглинистые и супесчаные почвы, поскольку они легки в обработке, содержат достаточно большое количество питательных веществ, неплохо удерживают влагу, т. е. обладают хорошим плодородием.

Небольшой видеоролик рассказывает о том, что такое почва, как она образуется и какие типы почвы встречаются в нашей стране. Фильм предназначен для школьников, однако будет интересен и тем, кто изучает основы агрономии.
Важно: для просмотра фильма необходимо, чтобы на вашем компьютере была установлена программа просмотра видеоматериалов из Интернета Adobe Flash Player (если у вас ее нет, можно бесплатно скачать здесь), ну и, конечно же, достаточная скорость.

Источник

Физические свойства почв

Физические свойства почв

Многие процессы, происходящие в почвах, во многом определяются физическими и физико–механическими свойствами. Физические свойства почв делятся на общие физические и физико-механические. К общим физическим относятся удельная поверхность, удельный вес, объемный вес (плотность) и пористость (скважность). К физико-механическим относятся пластичность, липкость, набухание, усадка, связность, твердость и сопротивление при обработке.

Процессы, протекающие в почвах, во многом зависят от удельной поверхности почв, которая является важной физической характеристикой почвы. Удельная поверхность почвы – это суммарная поверхность всех частиц почвы, отнесенная к единице веса или объема. Выражается чаще всего в м 2 /г или м 2 /см 3 почвы.

Процесс диспергирования (дробления) минеральной части почвы обычно не меняет ее веса, но резко увеличивает суммарную поверхность всех частиц. При этом почва переходит в более активное состояние, так как с увеличением поверхности твердой фазы в единице веса или объема, возрастает и поверхностная энергия частиц.

С величиной удельной поверхности связаны величины объемов поглощения минеральных веществ, зольных элементов, паров, газов, особенности передвижения в почве воды и воздуха, а также другие физические и технологические свойства почвы.

Удельная поверхность почвызависит от минералогического и гранулометрического состава. Почвылегкого гранулометрического состава характеризуются меньшей дисперсностью и, соответственно, меньшей удельной поверхностью по сравнению с почвами тяжелого гранулометрического состава.

Выделяют общую, внешнюю и внутреннюю удельные поверхности частиц.

Внешняя (кинетическая) поверхность определяется дисперсностью твердых частиц почвы.

Внутренняя поверхность обусловлена особенностями строения самих частиц, наличием микропор и трещин внутри частицы. Поверхность почвенных частиц имеет свой сложный микрорельеф, отдельные участки которого энергетически неравноценны. Особой энергетической активностью характеризуются выпуклые элементы частиц. Значительную внутреннюю поверхность имеют почвы, богатые монтмориллонитом и другими минералами, имеющими подвижную структуру.

Общая поверхность представляет собой сумму внешней и внутренней удельных поверхностей. Ее величина колеблется в значительных пределах: от нескольких единиц м 2 на 1 г или 1 см 3 почвы (в грубых песках) до нескольких сотен (тяжелые глины, почвы со значительным количеством органогенных веществ).

Удельная поверхность частиц разного размера может различаться на 6 порядков (табл.).

Таблица. Удельная поверхность частиц, м 2 /г

Обычно удельную поверхность почвы определяют насыщением почвы водяным паром (этиленгликолем). Выявлено, что насыщение почвы водяным паром идет до тех пор, пока вокруг каждой почвенной частицы образуется мономолекулярный слой воды. Исходя из этой закономерности, выведена эмпирическая формула расчета удельной поверхности

S =3610 ( V ₂— V ₁)/( V ₁— V ₀), где V ₂, V ₁, V ₀ – вес после насыщения, до насыщения и тары соответственно.

Чем больше в почве перегноя и чем лучше выражена в ней структура, тем меньшеплотность сложения почвы.

На плотность сложения почвы существенное значение оказывает ее обработка. После механической обработки почва становится наиболее рыхлой с меньшей плотностью сложения почвы. Этот период времени бывает достаточно коротким, потом начинается ее уплотнение, что приводит к увеличению плотности сложения почвы. После определенного периода времени, разного для разных типов почв, почва достигает определенной степени плотности, которая затем изменяется крайне мало. Такая плотность называется равновесной и ее величина является важной характеристикой почв. Величина плотности сложения почвы существенно влияет на водный, воздушный и тепловой режим почвы, что сказывается на развитии растений.

Пористость–это суммарный объем всех пор и промежутков между частицами твердой фазы почвы определенного объема. Выражается в % от общего объема почвы. Интервал показателей пористости составляет для минеральных почв – 25-80%, для торфяных – 80-90%. При рыхлении почвы пористость увеличивается, при уплотнении уменьшается.

Почвенные поры могут быть различной формы и диаметра. В зависимости от величины пор различают капиллярную и некапиллярную пористость.

Капиллярная пористость равнаобъему капиллярных промежутков в почвах и обусловлена наличием в почве глинистых минералов.

Некапиллярная пористость равна объему крупных пор и связана со структурным строением почвы.

Сумма обеих видов пористости составляет общую пористость почвы. Она вычисляется по формуле:

где отношение плотности сложения почвы (объемного веса) (ОВ) к плотности твердой фазы почвы (удельному весу) (УВ) составляет доля твердой фазы почвы, а за единицу принимается общий объем почвы со всеми порами. Величина пористости зависит от структурности, плотности, гранулометрического и минералогического состава почвы.

С пористостью почвы связаны важнейшие свойства почвы: водо- и воздухопроницаемость, влагоемкость и воздухоемкость, газообмен между почвой и атмосферой.

Выделяют внешнюю поверхность, или как ее еще называют кинетическую поверхностьдисперсного вещества и внутреннюю поверхность внутри элементарных почвенных частиц, микропор, трещин и т.п.

Под пластичностью понимают способность почвы во влажном состоянии изменять и сохранять приданную ей внешним воздействием форму. В зависимости от степени увлажнения характер пластичности меняется. Следует различать несколько характерных состояний почвы: нижний предел текучести и предел раскатывания в шнур.

Влажность почвы, при которой она перестает раскатываться в шнур, определяет предел раскатывания в шнур. Такое увлажнение принимается за нижний предел пластичности.

Глинистые почвы имеют число пластичности – 17, суглинистые – 7-17, супесь – менее 7, пески совершенно не пластичны. Кроме механического состава, существенное влияние на пластичность почвы оказывает состав коллоидной фракции, состав поглощенных катионов, а также содержание гумуса.

Липкость – это способность почвы прилипать к различным поверхностям.

Как и пластичность, она обусловлена наличием в почве глинистыхчастиц и воды, а также составом поглощенных оснований. У глинистых почв липкость значительная, у песка минимальная.

Липкость проявляется при увлажнении почвы, приближающейся к верхнему пределу пластичности. Сухая почва липкостью не обладает. Прилипание повышается по мере увлажнения примерно до 80% от полного насыщения почвы водой, затем начинает уменьшаться.

С липкостью почвы связано важное агрономическое свойство почвы – физическаяспелость. Когда при обработке почва перестает прилипать к сельскохозяйственным машинам и начинает крошиться на комки, то такое состояние почвы отвечает ее физической спелости.

? Нижним пределом влажности, при котором возможна обработка почвы, является влажность, отвечающая полуторной величине максимальной гигроскопичности почвы, а верхним пределом – 60-70% полной влагоемкости данной почвы.

Набухание – это способность почвы изменять в объеме под влиянием различных факторов, главным образом увлажнения и замерзания. Большое значение в этом процессе играют почвенные коллоиды, особенно органические, способные резко увеличиваться в объеме при смачивании и уменьшаться при высыхании. Вследствие этого песчаные почвы с низким содержанием коллоидов практически не набухают, глинистые и суглинистые обладают значительной набухаемостью.

Набухание измеряется в объемных процентах по формуле:

где V_наб – процент набухания, V₁–объем влажной почвы, V₂ – объем сухой почвы.

На величину изменения объема влияет минералогический состав почв, наличие и состав обменных катионов, количество органических веществ.

Усадка – это сокращение объема почвы при высыхании. Величина усадки зависит от тех же факторов, что и набухание. Усадка измеряется в объемных процентах по отношению к исходному объему:

где V_ус – процент усадки от исходного объема, V₁–объем влажной почвы, V₂ – объем сухой почвы.

Связность – это способность почвы сопротивляться внешнему усилию, стремящемуся разъединить частицы почвы. Связность вызывается силами сцепления между частицами почвы. Степень сцепления обусловлена гранулометрическим и минералогическим составом, структурным состоянием и влажностью почвы, а также характером ее сельскохозяйственного использования.

Источник

Что влияет на физические свойства почвы

физические свойства почвы

Вопросы

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

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, %):

, (1)

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, %):

, (2)

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.

“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:

, (3)

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:

. (4)

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

. (5)

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).

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

. (6)

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

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.

5. Ковалев Н. Г., Хайлис Г. А., Ковалев М. М. Сельскохозяйственные материалы (виды, состав, свойства). — М.: ИК «Родник», журнал «Аграрная наука», 1998.—208 с., ил. 113.—(Учебники и учеб, пособия для высш. учеб, заведений).

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

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

Источник