Общие физические свойства почвы
В тесной и непосредственной связи с характером механического и структурного состава почв находятся их физические свойства, определяющие водный, воздушный и тепловой режимы, а вместе с тем в известной мере почвенные условия питания и развития растений.
Почва, как уже отмечалось выше, находится в постоянном развитии. В ней непрерывно происходят сложные и многообразные физико-химические и биологические процессы. Поэтому и физические свойства, присущие той или иной почве, не остаются постоянными, а всегда изменяются как под действием природных условий, так и под влиянием агротехники.
Физические свойства почв оказывают самое непосредственное влияние на жизнь и развитие растений. Поэтому правильное регулирование физических свойств почв в полеводстве составляет одну из важнейших задач в деле получения высоких урожаев сельскохозяйственных культур.
К категории общих физических свойств почвы относятся объемный вес, удельный вес и пористость, или скважность.
Объемный и удельный вес почвы. Всякая почва как природное тело характеризуется определенным объемным и удельным весом.
Под объемным весом почвы надо понимать вес абсолютно сухой почвы в единице объема ненарушенного сложения (т. е. с почвенными порами).
Объемный вес почвы зависит от характера слагающих почву минералов, от содержания перегноя, структуры и от порозности. Чем богаче почва перегноем и чем лучше выражена в ней структура, а следовательно, и порозность, тем меньше ее объемный вес и наоборот; бесструктурные почвы, с малым содержанием перегноя и слабо выраженной порозностью, обладают большим объемным весом. Помимо объемного веса, отличают еще удельный вес твердой фазы почвы. Удельным весом твердой фазы почвы называют вес абсолютно сухих почвенных частиц при сплошном заполнении ими (без пор) единицы объема. Удельный вес твердой фазы почвы зависит от ее состава: чем больше почва содержит органических веществ (удельный вес перегноя 1,40—1,80), тем меньше ее удельный вес и наоборот. В значительной мере удельный вес твердой фазы почвы зависит также от минералов, слагающих почву, поскольку минералы в природе отличаются большим разнообразием и удельные веса их далеко не одинаковы. Так, монтмориллонит имеет удельный вес 2—2,20, доломит 2,8—2,99, а лимонит 3,50—4,0 и т. д.
Об объемном и удельном весе различных почв наглядное представление дает табл. 12.
Таким образом, объемный и удельный вес почвы может служить в известной мере признаком, указывающим на содержание в ней органического вещества, на ее структурность и порозность. Зная объемный вес почвы, можно вычислить вес пахотного слоя почвы на любой площади.
Порозность, или скважность, почвы. Механические и структурные элементы, входящие в состав той или иной почвы, прилегают один к другому не всеми своими плоскостями, а лишь отдельными точками или гранями, вследствие чего сама почва приобретает характер пористого тела, пронизанного во всех направлениях целой системой полостей или скважин. Общий объем всех пор и промежутков между почвенными частичками в определенном объеме почвы называется скважностью, или порозностью, почвы.
Большое влияние на скважность оказывает прежде всего структурное строение почвы; чем структурнее почва, тем больше общая порозность, ибо, помимо заключенных в комках пор, эти почвы имеют промежутки, находящиеся между структурными отдельностями.
Данными многих исследований в этом направлении доказано, что скважность структурных почв превышает скважность почв бесструктурных примерно в 1,5 раза. Всякое разрушение структуры, могущее произойти в результате воздействия на почву природных факторов или вследствие плохой обработки почвы, неизбежно ведет за собой уменьшение общей порозности почвы.
Общая скважность у структурных почв колеблется от 55 до 65%, достигая иногда 70% от определенного объема почвы (табл. 13).
Порозность в значительной степени зависит от механического состава: чем мельче механический состав почвы, тем выше порозность. Хотя крупные частицы механического состава образуют крупные поры, но общий их объем всегда меньше, чем объем суммы многочисленных пор, образуемых мелкими частицами почвы.
При любом рыхлении почвы порозность увеличивается, при уплотнении — уменьшается. Скважность почвы заметно изменяется в зависимости от глубины почвенного слоя; в верхних слоях порозность больше, в нижних — меньше.
Объясняется это большим содержанием гумуса и лучшей структурой верхних горизонтов, большим воздействием на верхние слои почвы корней растений и роющих животных, а также отчасти меньшим давлением вышележащих слоев.
Размеры промежутков, или пор, в совокупности образующих общую скважность почвы, сильно варьируют, начиная от тончайших, так называемых капилляров, и кончая более крупными, которые свойствами капилляров не обладают.
В связи с этим, помимо общей скважности, различают еще капиллярную и некапиллярную скважность почвы.
Во всякой почве имеют место оба вида скважности, причем в зависимости от механического и структурного состава почвы в одном случае будет преобладать капиллярная, в другом случае — некапиллярная порозность.
Капиллярная скважность обусловливается главным образом наличием в почве глинистых частичек, некапиллярная же — песчанистым составом либо структурным строением почвы. Каждый вид скважности имеет различное значение в почвообразовательных процессах: капиллярные поры, будучи почти всегда заняты водой, затрудняют свободный доступ воздуха в почву, тормозят продвижение атмосферной влаги из верхних горизонтов почвы в нижние, создают известное сопротивление росту корней растений и т. д., наличие же некапиллярной скважности устраняет эти нежелательные явления, создавая тем самым благоприятные условия как для почвенных процессов, так и для развития растений.
Оптимальным соотношением этих двух видов порозности, как показывают данные опыта, будет такое, когда на долю некапиллярной приходится больше половины общей скважности, т. е. когда некапиллярная скважность преобладает в почве.
Такого рода соотношение некапиллярной и капиллярной скважности достигается в практике земледелия путем создания прочной почвенной структуры и рациональной механической обработки почвы.
Гаркуша, И.Ф. Почвоведение/ И.Ф. Гаркуша.- Л.: Издательство сельскохозяйственной литературы, журналов и плакатов, 1962.- 448 с.
Источник
Определение удельного веса почвы
Под удельным весом почвы понимают средний вес всех составных элементов в единице объема твердой фазы. Его величина дает некоторое представление о составе почвы, так как зависит от количества скелетных частиц, минералогического состава и содержания органических веществ. Необходимо знать удельный вес почвы для правильного выбора времени отстаивания частиц при механическом анализе, а также для вычисления порозности почвы.
Определение удельного веса производят при помощи пикнометра на 100 мл. С меньшей точностью можно определить удельный вес почвы в мерной колбочке.
Чисто вымытый пикнометр наполняют остуженной свежепрокипяченной дистиллированной водой и погружают его на 15-20 мин. в кристаллизатор (или другой сосуд), наполненный водой, для выравнивания температуры. Вынув пикнометр из воды, его обсушивают фильтровальной бумагой (беря пикнометр только за горлышко и стараясь не нагревать его рукой), взвешивают с точностью до 0,01 г и записывают температуру, при которой сделано определение, и вес пикнометра с водой.
Воздушно-сухую, просеянную через сито с отверстиями в 1 мм почву рассыпают тонким слоем на бумаге; из разных мест слоя берут среднюю пробу в два сушильных стаканчика: в один 10-15 г для определения удельного веса и в другой 4-5 г для определения влажности, так как удельный вес вычисляют обычно на абсолютно сухую почву.
Отливают около половины воды из пикнометра и через сухую воронку всыпают из стаканчика почву (около 10 г), предварительно взвешенную с точностью до 0,01 г. Приставшие к стенкам стаканчика и воронки частицы почвы смывают водой в пикнометр, который затем нагревают на плитке до кипения и осторожно (чтобы не выбросило воду с почвой) кипятят 30 мин. После кипячения пикнометр охлаждают и доливают свежепрокипяченной водой, а затем ставят в кристаллизатор на 15-20 мин. Температура воды в кристаллизаторе должна быть одинаковой с температурой ее при первом измерении. Пикнометр доливают до метки, вынимают из кристаллизатора и, обтерев досуха фильтровальной бумагой, взвешивают.
Вместо кипячения пикнометр можно поместить на 1-2 часа в вакуум — под колпак вакуум-насоса, где удаление воздуха из почвы происходит без нагревания. Лучшие результаты получены при разрежении 0,85 атм.
При определении записывают в журнал:
номер образца, характеристику его: поле, глубину взятия и т. д.;
номер пикнометра;
вес почвы, взятой в пикнометр;
влажность почвы;
вес абсолютно сухой почвы (В, г);
вес пикнометра с водой (А);
вес пикнометра с водой и почвой (С);
температуру, при которой проведено определение.
Удельный вес вычисляют по формуле:
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
Размер частиц, мм
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.
Плотность сложения почвы – массаабсолютно сухой почвы ненарушенного сложения (т.е. с почвенными порами) в единице объема. Выражаетсяв г/см 3 . Она зависит от структурности и сложения почвы, а также характера слагающих почву минералов, ее гранулометрического состава и содержания органического вещества.
Величина плотности сложения почвыизменяется в широких пределах: для минеральных почв от 0,9 до 1,8 г/см 3 , для торфяно-болотных — от 0,15 до 0,40 г/см 3 .
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.
К значимым физическим свойствам почв относится плотность твердой фазы почвы. Плотность твердой фазы почвы.– это масса абсолютно сухих почвенных частиц при сплошном заполнении ими единицы объема,. г/см 3 .Почвы различных типов и их отдельные горизонты характеризуются неодинаковой плотностью твердой фазы, которая, зависит от содержания в нейорганических веществ и состава слагающих ее минералов. Интервалы показателей плотности твердой фазы почвы составляют для минеральных почв – от 2,4 до 2,8 г/см 3 . Для подзолистых почв он составляет 2,5-2,65, черноземных – 2,37 и торфяных- от 1,4 до 1,8 г/см 3
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.
Нижний предел текучести – это такое увлажнение почвы, при котором пласт почвы, разрезанный пополам, при повторном встряхивании сливается воедино. Это состояние влажности принимается за верхний пределпластичности. Если вам необходимо быстро обустроить ваш мини-отель или гостиницу, предлагаем посетить сайт vdhot.ру компании «Всё для отеля». Здесь вы найдете все самые необходимые аксессуары для обустройства ванной комнаты, например дозаторы жидкого мыла или автоматические рукосушители ,а также множество другого гостиничного оборудования и аксессуаров.
Влажность почвы, при которой она перестает раскатываться в шнур, определяет предел раскатывания в шнур. Такое увлажнение принимается за нижний предел пластичности.
Число пластичности — это разность между верхним и нижним пределами пластичности. Пластичность тесно связана с гранулометрическим составом почв и обусловлена наличием в ней глинистых частиц, диаметр которых меньше 0,002 мм.
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.
Величина липкости определяется силой, необходимой, чтобы оторвать почву от поверхности прилипания. Выражается в г/см 2 .
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.
По липкости почвы делятся на предельно вязкие (> 15 г/см 2 ), сильно вязкие (5 — 15 г/см 2 ), средне вязкие (2 — 5 г/см 2 ), слабо вязкие (меньше 2 г/см 2 ).
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 Vнаб – 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 Vус – 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.
Твердость – это сопротивление, которое оказывает почва при проникновении в нее какого-либо тела. Величина твердости выражается в кг/см 2 . Твердость определяется прибором – твердомером. Твердость почвы зависит от ее увлажнения, структурности, составом поглощенных оснований, гумусированности и гранулометрического состава. По мере уменьшения влажности твердость почвы резко возрастает. Почва комковато-зернистой структуры при высыхании оказывает значительно меньшее механическое сопротивление, чем распыленная. Хорошо гумусированные почвы, насыщенные двухвалентными катионами, обладают меньшей твердостью, чем малогумусированные.
Высокая твердость является признаком плохих физико-химических и агрономических свойств почв и требует больших затрат на ее сельскохозяйственную обработку. С твердостью почвы связана такая важная технологическая характеристика, как сопротивление ее обработке. Она выражается удельным сопротивлением. Удельное сопротивление – это усилие, затрачиваемое на подрезание пласта, его оборот и трение о рабочую поверхность. Выражается в кг на 1 см 2 . Этот показатель изменяется от 0,2 до 1,2 кг/см 2 в зависимости от механического состава, физико-химических свойств, влажности и агрохозяйственного состояния почв.
Источник