Набухание и усадка почвы. Циклы набухания и усадки в процессе почвообразования
Большое значение для характеристики липкости почв имеют такие внешние по отношению к ним факторы, как мощность и масса сельскохозяйственных орудий, быстрота их движения на поле, состояние их поверхности, материал, из которого изготовлены режущие части. Учет почвенных и внешних факторов, определяющих прилипание почв, является важным резервом экономии энергетических ресурсов при планировании и проведении полевых сельскохозяйственных работ.
Набухание — это увеличение объема почвы или ее отдельных структурных элементов при увлажнении. В основе набухания лежит свойство коллоидов сорбировать воду и образовывать гидратные оболочки вокруг минеральных и органических частиц, раздвигая их. Чем больше внутренняя поверхность почвенной массы, чем больше водоудерживающая способность почвенных частиц, тем более мощную пленку они могут создавать вокруг себя, тем больше набухаемость такой системы. Однако основная роль в набухании почв принадлежит не столько дисперсности минеральной основы, сколько ее минералогическому составу.
Трехслойные минералы с подвижной кристаллической решеткой обусловливают не только поверхностную сорбцию воды, но и поступление ее в межпакетные пространства. При этом расстояние между пакетами может увеличиваться от 0,96 до 2,14 мкм, т. е. объем может возрастать вдвое.
Процесс, обратный набуханию, называется усадкой. Он характеризуется уменьшением объема почв при их высыхании и дегидратации.
Способность почв к набуханию (усадке) характеризуется следующими параметрами:
1) степенью набухания (усадки), измеряемой по изменению объема образца почвы при увлажнении (высыхании) и выражаемой в процентах от исходного объема
2) влажностью набухания — влажность в процентах, при которой прекращается набухание. Влажность набухания зависит от исходной влажности почвы, чем она ниже, тем выше влажность набухания, тем больше степень набухания. Следовательно, переосушение почв увеличивает амплитуду объемных изменений, связанных с набуханием и усадкой, что вызывает увеличение давления набухания;
3) давлением набухания, которое появляется в почве при невозможности или ограниченности объемных деформаций внутри почвенного профиля. Оно может быть измерено с помощью внешней нагрузки и равно силе, при которой не будет происходить изменения объема при увлажнении. Между степенью и давлением набухания существует прямая зависимость;
4) деформационными напряжениями, возникающими в почве при иссушении и способствующими образованию трещин на поверхности почв и структурных отдельностей.
Набухание и усадка в той или иной степени наблюдаются во всех почвах, но в наибольшей степени они характерны для слитых почв и солонцов, что и определяет их крайне неблагоприятные физические свойства. Высокая набухаемость слитых смектитовых почв является диагностическим признаком и создает их специфический облик и структуру. Высокие давления, появляющиеся внутри почвы при их увлажнении и набухании, приводят к выпячиванию массы почв и образованию кочковатого микрорельефа — гильгаи. При высыхании напряжения разрыва вызывают растрескивание почв и образование массивных слитых тумб и глыб, очень плотных и твердых. Глубокая трещинова- тость способствует перемешиванию почвенной массы (частицы с поверхности падают в трещины) и приводит к формированию мощного, но недифференцированного профиля.
Дисперсность и высокое содержание в почвах гидрофильных смектитовых коллоидов, насыщенных натрием, отмечаемые в солонцах и солонцовых горизонтах, вызывают те же эффекты набухания и усадки и обусловливают образование плотной, глыбистой, трещиноватой структуры. Коллоидные частицы, насыщенные натрием, по данным К. К. Гедройца, могут поглощать воды до 1000%. Набухание почв увеличивается и с увеличением емкости катионного обмена в щелочной среде. Насыщение почвенного поглощающего комплекса двух- и трехвалентными катионами снижает набухаемость (усадку) и улучшает физические свойства почв.
Набухание (усадка) связано также с содержанием в почвах солей. Увеличение количества электролитов способствует коагуляции коллоидов и снижает набухаемость почв, вымывание солей диспергирует почву и повышает их набухаемость.
Органическое вещество играет двоякую роль в процессах набухания — усадки. Сами по себе гумусовые кислоты — очень гидрофильные коллоиды, следовательно, они должны обусловливать высокую набухаемость почв. Это и наблюдается в том случае, если они диспергированы и насыщены натрием. В других почвах, там, где хорошо развита агрегированность почв, гумусовые вещества, обволакивая структурные отдельности, препятствуют проникновению воды в агрегаты и тем самым препятствуют набуханию минеральной основы.
В процессе почвообразования очень важны циклы набухания и усадки, связанные с циклами увлажнения — иссушения. Однако в зависимости от амплитуды процесса они играют двоякую роль. При малых амплитудах они способствуют формированию мелкокомковатой структуры, вызывая растрескивание почв по мере их иссушения, способствуют самомульчированию поверхности почв, разрушают почвенные корки, способствуя улучшению водно-воздушных свойств почв. При больших амплитудах увлажнения циклы набухания и усадки, многократно повторяемые в естественных условиях и при орошении, способствуют разрушению структуры почв. Это связано с переориентацией и переупаковкой частичек минеральной основы, которая становится более упорядоченной, более плотной. Кроме того, большая амплитуда циклов набухания и усадки, разрушая структурные связи, увеличивает степень набухания почв и давление набухания. По данным Д. С. Горячевой, после многократного увлажнения — иссушения набухаемость глин увеличилась с 8 до 16%, а давление набухания возросло с 5 до 10 Н/см2.
Физико-механические свойства почвы важно учитывать при различных видах использования почв и почвенного покрова: при механической обработке почвы в земледелии, при использовании почв в качестве основания для сооружений, при дорожном и аэродромном строительстве, при использовании почвы в качестве строительного материала, в гидротехнике при строительстве каналов и водохранилищ, при гидротехнической мелиорации почв (ирригация и дренаж) и т. д. Благоприятные физико- механические свойства способствуют удешевлению всех видов использования почв, в то время как неблагоприятные могут существенно удорожить его и в ряде случаев сделать невозможным. Их необходимо учитывать при проектировании и производстве сельскохозяйственных машин, дорожно-строительных машин и другой техники Изучением физико-механических свойств занимается особый раздел почвоведения — механика почв; изучаются они и в грунтоведении и инженерной геологии
Источник
Экология СПРАВОЧНИК
Информация
Набухание почв
Набухание — увеличение объема почвы и грунта в процессе- смачивания. В результате гидратации почвенных частиц и образования на поверхности их оболочек рыхло связанной воды уменьшаются силы сцепления между ними, происходит отдаление их друг от друга, что приводит к увеличению общего объема почвы. Способность почвенных частиц к набуханию связана с гранулометрическим, минералогическим и химическим составом, а также с начальными плотностью и влажностью их.[ . ]
В почвах тяжелого гранулометрического состава водопроницаемость ниже, чем в легких; присутствие в ППК поглощенного натрия или магния, способствующих быстрому набуханию почв, делает почвы практически водонепроницаемыми.[ . ]
Под усадкой почвы или грунта понимают уменьшение объема их при высыхании. Предел усадки соответствует полному удалению воды из почвы и переходу из полутвердой в твердую консистенцию. Усадка зависит от тех же факторов, что и набухание и прямо коррелирует с ним.[ . ]
Способность почв и грунтов к набуханию можно охарактеризовать степенью, влажностью и давлением набухания.[ . ]
Развитие профиля почв in situ осложняется разнообразными процессами перемешивания почвенной массы (педотурбациями). Они заметно различаются по характеру прост-ранственно-временных проявлений. Перемещения, связанные с набуханием и усыханием глин, криотурбации, фитотурбации при вывалах деревьев и т.д. проявляются локально и “импактно”, в виде редких явлений, нарушающих нормальную стратификацию профиля почвы. После этого под действием почвенных процессов профиль восстанавливается. Перечисленные турбаци-онные процессы во многом напоминают процессы геологические, например оползневые, эоловые, флювиальные, хотя дальность переноса почвенной массы здесь не такая большая.[ . ]
Водопроницаемость почв, помимо их природных свойств, зависит также от степени их окультуренности. На водопроницаемость почв оказывает влияние наличие в них защемленного воздуха. Изолированные скопления последнего в порах почвы сокращают живое сечение пор, через которое может просачиваться вода. Водопроницаемость почв не остается постоянной: сухая почва обладает большей водопроницаемостью, при насыщении почвы водой происходит набухание почвенных коллоидов, что приводит к сужению почвенных пор, разрушению структурных отдельностей и как следствие к уменьшению водопроницаемости.[ . ]
Примечание. 1 группа почв — толстые слои песка с незначительной при-месью алеврита и глины, а также толстые слои водопроницаемого гравия; И группа — песчаные почвы, имеющие после увлажнения водопроницаемость выше средней; III группа — маломощные почвы и почвы с высоким содержанием глины и коллоидов, после насыщения имеют водопроницаемость ниже средней; IV группа — в основном глины с высоким коэффициентом набухания или маломощные почвы с почти непроницаемыми слоями вблизи поверхности.[ . ]
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.[ . ]
Из методов определения степени набухания наиболее распространен метод Васильева. При этом испытуемый образец почвы или грунта помещают в металлическое кольцо между перфорированными пластинками, степень набухания точно фиксируется, индикатором (мессурой). Автором метода сконструирован также прибор, принцип устройства которого положен в основу позже предложенных приборов. В настоящее время промышленностью выпускается серийно прибор ПНГ. Ниже приводим его описание и порядок работы (рис. 28).[ . ]
К физико-механическим свойствам почвы относятся пластичность, липкость, набухание, усадка, связность, твердость и сопротивление при обработке. Физико-механические свойства имеют важнейшее значение для оценки технологических ее свойств, т. е. различных условий обработки, работы посевных и уборочных агрегатов.[ . ]
Одновременно с замером объемного набухания можно взвесить кольцо с почвенным образцом, а после опыта высушить образец до постоянной массы и рассчитать изменение влажности почвы в процессе набухания.[ . ]
Некоторые физико-механические свойства почв преимущественно обусловлены содержанием глинистых частиц. Таковы пластичность, липкость, усадка, набухание. При этом важное значение имеет состав глинистых минералов.[ . ]
Зимуют неполовозрелые жуки в верхнем слое почвы. Выходят на поверхность в период набухания почек при среднесуточной температуре 10°С и сразу же приступают к дополнительному питанию почками, затем бутонами и листьями. В холодную погоду и ночью жуки прячутся в щелях коры и дуплах. Продолжительность жизни жуков — 2—2,5 меся ца.[ . ]
Определение усадки. Воздушно-сухой образец почвы измельчают в ступке пестиком с резиновым наконечником и просеивают через сито с отверстиями диаметром 0,5 или 1 мм. Подготовленный образец смешивают с водой до консистенции, соответствующей верхней границе пластичности, и выдерживают сутки в закрытом сосуде над водой (для полного набухания). Проверив конусом Васильева соответствие увлажнения верхней границе пластичности, сырую почву помещают в металлическую или из органического стекла прямоугольную формочку размером 5X3X2 см, предварительно смазав стенки тонким слоем вазелина. При отсутствии специальных формочек можно использовать крышки от алюминиевых бюксов. Поверхность почвы в формочке тщательно выравнивают и делают диагональные неглубокие бороздки. После этого высушивают на воздухе. Подсыхая, почва сжимается и отстает от стенок формочки, откуда ее вынимают, осторожно фильтровальной бумагой снимают с поверхности вазелин, помещают в сушильный шкаф и высушивают при температуре 105 °С до постоянной массы.[ . ]
Семена прорастают лишь при условии возможности их набухания, поглощения ими воды. Поэтому на открытой и сухой поверхности почвы семена или совсем не прорастают, или прорастают плохо. Уплотненная, быстро просыхающая с поверхности лесная подстилка, не пропускающая лесных семян вглубь, является неблагоприятным ложем для семян, что часто имеет место, например, в сосновых лесах (сухой торф).[ . ]
У растений-негапофитов, произрастающих на засоленных почвах, как правило, задерживается набухание семян и снижается энергия прорастания, наблюдается отставание в образовании вегетативных и генеративных органов, задерживается цветение, снижается урожай и ухудшается его качество. При высокой концентрации солей в почве наступает гибель растений.[ . ]
Меры борьбы с виноградной пестрянкой и скосарями. В период набухания почек почву и кусты опыливают 12%-ным дустом гексахлорана (25—30 кг/га), после распускания почек до цветения и после цветения — хлорофосом (1,5—2 кг/га).[ . ]
Горох — холодостойкое растение. Высевают его рано, когда в почве достаточно влаги для набухания семян. На приусадебных огородах сахарный и лущильный горох является многосборовой культурой, поэтому для выращивания его применяется одинаковая агротехника. Сеют семена 3—4-строчными лентами, с расстоянием между строчками в ленте 16 см, между лентами 40—45 см, в ряду 3—4 см. При мелкой заделке птицы выклевывают семена. Горох выращивают с тычинами, в качестве которых используют обычно хворостины, расставляя их через 40—50 см по 2 поперек ленты. Растения скороспелых сортов начинают плодоносить через 30—35, позднеспелых — через 40—45 дней. Лопатки сахарного и лущильного гороха собирают через 1—2 дня. Период плодоношения 35—40 дней. За это время общий урожай лопаток сахарного гороха и зеленого горошка достигает 4 кг с 1 м2.[ . ]
Определение корнеплодов по всходам и настоящим листьям. После набухания семян начинается их прорастание. Корешок и подсемядольное колено зародыша трогаются в рост, и вскоре на поверхности почвы появляются семядоли, которые быстро зеленеют и становятся первыми фотосинтезирующими органами растений. Фаза семядолей, или вилочки, продолжается 6—8 дней, после чего они быстро засыхают.[ . ]
Меры борьбы. Вырезка и сжигание сухих побегов и пеньков. Рыхление почвы перед цветением в момент окукливания гусениц. Обработка во время набухания почек нитрафеном (300 г).[ . ]
Гидрофильность функциональных группировок улучшает водный режим почвы, усиливая полезную влагоемкость и ослабляя эрозию. Гидрофобность препятствует поглощению воды. Благодаря этому сдерживаются процессы набухания, прекращается капиллярный подъем воды к поверхности почвы, не происходит заплы-вания почвенных агрегатов, на поверхности почвы не образуется корка, создаются условия для хорошей фильтрации осадков или поливных вод через крупные дренирующие поры.[ . ]
Вертисоли (Vertisols, от лат. vertere — оборачивать; подразумевается перемешивание почвы при периодическом набухании и высыхании) — почвы, образующиеся на темных разбухающих при увлажнении глинах, трещиноватые в сухом состоянии. Встречаются в тропиках и субтропиках.[ . ]
Срок посева моркови самый ранний. Семена должны быть заделаны во влажный слой почвы, что обеспечивает их набухание. Это необходимо еще и потому, что эфирные масла, содержащиеся в оболочке семени, затрудняют доступ воды к зародышу.[ . ]
Предвсходовую обработку проводят после посева семян, но до появления всходов из почвы. Эффективность гербицидов проявляется при правильном их распределении, сохранении на поверхности почвы и относительной устойчивости к вымыванию. Критическими факторами являются сроки обработки и влажность почвы. Для активизации действия гербицидов часто требуется вода, но избыточное количество ее может вызвать их вымывание. Поскольку действие гербицидов ограничено поверхностью почвы, их вносят после посева культур. Физиологическая избирательность часто используется с таким расчетом, чтобы уничтожить всходы сорняков, не препятствуя появлению всходов культурных растений. Кроме того, на избирательность может влиять срок обработки. Семена сорняков прорастают первыми, семена культурных растений прорастают несколько медленнее, поскольку им требуется время для набухания или из-за глубины посева.[ . ]
Химическую мелиорацию целесообразно применять и для улучшения свойств солонцовых почв. Солонцовые почвы отличаются крайне неблагоприятными для растений свойствами, обусловленными присутствием в почвенном поглощающем комплексе (ППК) этих почв значительных количеств ионов натрия. Именно повышенное содержание в почве ионов натрия вызывает процесс осо-лонцевания почв, в результате чего образуются солонцы, обладающие плохими водно-физическими свойствами. Эти почвы отличаются высокой вязкостью, липкостью, сильным набуханием во влажном состоянии и способностью к уплотнению при иссушении, а также слабой физиологической доступностью влаги.[ . ]
На интенсивность прорастания семян и формирование всходов влияют сроки посева. Для набухания семян пшеницы требуется 55 % воды от их массы. Семена начинают прорастать при температуре 2. 3°С и более интенсивно при 6. 8°С. Под влиянием ферментов белки, жиры и крахмал эндосперма семян подвергаются гидролизу и переходят в растворимые в воде соединения, питающие зародыш. Появившиеся всходы без особого ущерба переносят непродолжительные заморозки до —6°С, на непереувлажненной почве выдерживают кратковременное понижение температуры до —8°С.[ . ]
Меры борьбы. Применение лсвчих поясов осенью перед выходом бабочек. Обработка деревьев до набухания почек ннтрафеном (200—300 г) или препаратом № 30 (300—400 г) против яиц. Перекопка почвы в период окукливания гусениц, обработка теми же препаратами, что и против боярышницы.[ . ]
Обычно весенняя посадка длится не более 10—15 дней. Она определяется, с одной стороны, спелостью почвы, которая наступает с нарастанием температур, с другой — возможностью посадки саженцев до набухания почек.[ . ]
ПУСТЫРЬ — гарь или вырубка, находящиеся в безлесном состоянии в результате лесных пожаров, эрозии почвы, горных выработок. Здесь разрушены напочвенный слой, подстилка, а иногда и верхний слой почвы. ПУЧЕНИЕ почв и грунтов — поднятие (вспучивание) поверхности увлажненных почв и грунтов в результате их расширения при промерзании, набухании и выдавливании. П. характерно для обл. с суровым континентальным климатом и наличием многолетнемерзлых горных пород, а также для аридных территорий с засоленными почвами. П. затрудняет эксплуатацию антропогенных элементов техногеосистем (промышленных предприятий, автомобильных и железных дорог, газопроводов и др.).[ . ]
Этим методом рекомендуется определять водопрочность структуры плотных коркующихся почв, для которых метод Саввинова не дает удовлетворительных результатов. Особо это относится к крупным агрегатам, внутрь которых вода проникает медленно. Дополнительное затруднение в них создается за счет набухания поверхностного слоя.[ . ]
Следует отметить, что понятие «неразмывающая скорость» лишено физического смысла применительно к реальным почвам. Действительно, еще до того, как произойдет видимый отрыв первой частицы почвы, потоком отчуждаются растворимые компоненты почвы, ионы диффузного слоя и самые тонкие коллоидные частицы, потерявшие связь с поверхностным слоем почвы благодаря процессу набухания.[ . ]
Широкое распространение, относительно высокое плодородие, своеобразный облик давно привлекали внимание к черным почвам. Некоторые исследователи предполагают, что характерные свойства этих почв (высокая глинистость, набухание при водонасыщении, значительная емкость поглощения) обусловлены интенсивным преобразованием минеральной части этих почв, в результате чего образуется большое количество монтмориллонита. При синтезе монтмориллонита предполагают важную роль ионов магния, который содержится в значительном количестве среди поглощенных ионов в этих почвах. Эти предположения плохо согласуются с фактами большого количества свежих, совершенно невыветренных минералов в черных тропических почвах, а также с разнообразным (необязательно монтмориллонитовым) составом глинистых минералов. Изучение этих почв продолжается.[ . ]
В условиях степи и южной лесостепи Западной Сибири к моменту основного посева яровой пшеницы и других зерновых культур (15—20 мая) почва, как правило, просыхает на глубину 6—8 см, что, с одной стороны, затрудняет заделку семян во влажный слой, а с другой — при посеве дисковыми сеялками сильно разрыхляет и еще больше иссушает почву. При таком посеве верхние сухие и нижние более влажные слои почвы перемешиваются, что ухудшает условия набухания и прорастания семян, особенно если посевы не прикатывают. В случае проведения прикатывания, в свою очередь, выравнивается поверхность поля и создаются благоприятные аэродинамические условия для ветрового потока, который вызывает большие потери влаги и дефляцию.[ . ]
Результаты опытов представляют графически. По массе образца в сухом состоянии и его плотности можно также дать кривую изменения пористости почвы в процессе набухания.[ . ]
Кипячение почвенной суспензии. С повышением температуры при кипячении вследствие неодинакового расширения минералов в разных направлениях и набухания почвенных частиц увеличивается растрескивание и распадение агрегатов на механические элементы, усиливается движение частиц почв и воздуха, что вызывает перетирание почвенного цемента и распад микроагрегатов. При нагревании увеличивается растворимость почвенных солей, которые в зависимости от их химического состава вызывают диспергацию или коагуляцию почвенной суспензии (чаще всего наблюдается первое).[ . ]
Зимуют молодые гусеницы (размером до 2 мм) в едва заметных белых коконах под отставшей корой, у основания куста и на пеньках, оставшихся после вырезки ветвей. Во время набухания почек выходят из мест зимовки, вгрызаются в почки и выедают их содержимое. Одна гусеница может повредить 3—7 почек. Перед цветением смородины гусеницы уходят в почву у основания кустов и окукливаются. Во время образования завязи вылетают бабочки, которые откладывают яйца в мякоть зеленых ягод. Отродившиеся гусеницы несколько дней питаются семенами ягод, а затем уходят на зимовку. Поврежденные ягоды раньше окрашиваются.[ . ]
Сроки посева многолетних трав определяются как особенностями покровной культуры, так и отношением клевера к температуре и влажности в период прорастания семян и развития всходов. Семена клевера начинают прорастать при 2°С, всходы его выдерживают весенние заморозки, причем в первые 1,5. 2 нед клевер лучше развивается при низких температурах. Для набухания и прорастания семян клевера особенно необходим высокий запас влаги в почве. В связи с этим высевать его нужно в возможно ранние сроки, когда верхний слой почвы достаточно влажный, учитывая мелкую заделку семян и сравнительно быструю потерю влаги этим слоем почвы. Запоздалые посевы в недостаточно влажную почву и тем более в условиях засушливой весны недопустимы, ибо в сухой почве резко снижается полевая всхожесть семян, что ведет к недопустимому изреживанию всходов. Следует иметь в виду, что чем лучше клевер развивается в 1-м году жизни, тем более мощные растения он образует в последующие годы. Ранний посев особенно необходим на почвах легкого механического состава и на возвышенных местах. Результаты экспериментальных исследований показывают, что при ранних сроках посева клевер лучше зимует и на следующий год формирует более густой травостой и более высокий урожай.[ . ]
Пыль мелкая (0,005—0,001 мм) характеризуется относительно высокой дисперсностью, состоит из первичных и вторичных минералов. В связи с этим обладает рядом свойств, не присущих более крупным фракциям: способна к коагуляции и структурообразованию, обладает поглотительной способностью, содержит повышенное количество гумусовых веществ. Однако, обилие тонкой пыли в почвах в свободном, неагрегированном состоянии придает почвам такие неблагоприятные свойства, как низкая водопроницаемость, большое количество недоступной воды, высокая способность к набуханию и усадке, липкость, трещиноватость, плотное сложение.[ . ]
Источник