Объясните классификацию почв по плотности

§ 1. Плотность и порозность почвы

Почва является гетерогенной многофазной дисперсной системой, состоящей из трёх фаз: твёрдой, жидкой и газообразной. Обозначим объём почвы как `V_t`, тогда `V_s`, `V_w` и `V_(air)` — это объёмы твёрдой, жидкой и газообразной фаз соответственно. Массы этих фаз обозначим как `m_s`, `m_w` и `m_(air)`. 1

Плотность твёрдой фазы почвы — это отношение массы твёрдой фазы почвы к объёму твёрдой фазы: 1

Плотность почвы — это отношение массы твёрдой фазы почвы к общему объёму почвы: 1

Плотность почвы это масса единицы объёма абсолютно сухой почвы в её естественном, ненарушенном состоянии. Плотность почвы является одним из основных, фундаментальных свойств почвы. Плотность почвы не является постоянной, а зависит от влажности почвы (в большей мере — для суглинистых и глинистых почв, в меньшей — для песчаных). 1

Плотность естественной почвы никогда не может превышать 2 г/см 3 . Минимальные значения минеральных почв редко бывают ниже 0.8 г/см 3 , хотя плотность торфяных почв, торфов может снижаться и до 0.1 г/см 3 . 1

Примечания:
1. В скобках приведён наиболее вероятный диапазон. В данной таблице приведены ориентировочные значения физических свойств. В реальных условиях при непосредственных определениях эти усредненные значения и пределы варьирования могут значительно отличаться в связи с содержанием органического вещества, оструктуренностью, сельскохозяйственной обработкой, растительностью и многими другими факторами, существенно изменяющими приведенные ориентировочные значения.
2. Природные пески почти всегда слоисты. Вследствие этого приведенные данные весьма ориентировочны.

Общая порозность (пористость) почвы — это объём почвенных пор в почвенном образце по отношению к объёму всего образца: 1

Объёмная влажность почвы — объём воды, содержащейся в объёме почвы: 1

Порозность аэрации (воздухосодержание) — это разница между общей порозностью и объёмной влажностью почвы; объём, занятый воздухом: 1

В ряде случаев рекомендуется использовать величину, обратную плотности почв — отношение объёма почвы к массе этого объёма. Используя её, мы можем найти удельный объём пор почвы — отношение объёма пор почвы к массе твёрдой фазы почвы: 1

Нередко используют и коэффициент пористости (приведённую пористость) — отношение общего объёма пор в почве или грунте к объёму твёрдой фазы почвы: 1

Коэффициент пористости и удельный объём пор почвы полезны при характеристике изменения пор почвы при уплотнении, почвенных деформациях, трещинообразовании и т.д. В почвоведении традиционно используется общая порозность почв `epsilon`. 1

Так как почвенный горизонт состоит из более мелких единиц — почвеных педов или агрегатов, можно выделить и объём пор агрегатов, их плотность и порозность. 1

Плотность агрегата — это отношение массы твёрдой фазы агрегата к его объёму: 1

Порозность агрегата — это отношение объёма пор агрегата во всем объёму агрегата: 1

Часто необходимо найти межагрегатную порозность — отношение объёма пор, находящихся в поровом пространстве почвы между агрегатами, ко всему объёму почвы. 1

Для нахождения межагрегатной порозности необходимо сначала найти величину суммарной агрегатной порозности — отношение объёма пор агрегатов ко всему объёму почвы: 1

Получив величину суммарной агрегатной порозности, можно рассчитать межагрегатную порозность: 1

Знание величин порозности важно для оценки состояния почвы. Так, в хорошо агрегированной почве основные запасы питательных веществ, микроорганизмов, влаги находятся внутри агрегатов и именно агрегаты обуславливают почвенное плодородие. Снижение агрегатной порозности является свидетельством ухудшения физического состояния почв. Основная функция межагрегатного пространства это проведение потоков веществ. В основном по межагрегатному поровому пространству происходит перенос воды и растворенных в ней веществ. Поэтому нередко указывают, что агрегатное пространство это хранилище основных почвенных запасов, а межагрегатное пространство это транспортные пути. Таким образом, функции этих частей порового пространства почвы во многом различны (накопление и постепенное расходование воды и веществ из агрегатной порозности, быстрый транспорт веществ в профиле почв по межагрегатной), поэтому при анализе полученных величин следует делать соответствующие выводы. 1

Примечания:
1. В скобках приведён наиболее вероятный диапазон. В данной таблице приведены ориентировочные значения физических свойств. В реальных условиях при непосредственных определениях эти усредненные значения и пределы варьирования могут значительно отличаться в связи с содержанием органического вещества, оструктуренностью, сельскохозяйственной обработкой, растительностью и многими другими факторами, существенно изменяющими приведенные ориентировочные значения.
2. Природные пески почти всегда слоисты. Вследствие этого приведенные данные весьма ориентировочны.

Обозначения:
1. Поры «устойчивой аэрации»
2. Поры, заполняемые легкоподвижной водой
3. Поры, заполняемые среднеподвижной водой
4. Поры, заполняемые практически неподвижной водой (недоступной растениям)
5. > 0.3 мм
6. 0.3-0.06 мм
7. 0.06-0.03 мм
8. 0.03-0.01 мм
9. 0.01-0.003 мм
10. 0.003 мм) пор — около 2/3. Вниз по профилю снижается как общая порозность, так и доля крупных пор, зато возрастает доля пор, заполненных связанной водой.
Наименее благоприятны показатели порозности в горизонте `B_2` (60-90 см), что объясняется его оглиненностью и низкой биологической активностью.

Значение плотности и порозности почвы

Излишне уплотнённая почва препятствует росту корней, содержит малое количество пор (то есть имеет низкую порозность). При низкой порозности в почве содержится мало воды, а при выпадении осадков поры быстро заполняются водой, что приводит к недостатку воздуха. 1

Излишне рыхлая почва имеет слишком большое поровое пространство и корни растений не имеют хорошего контакта с поверхностью твердой фазы, где содержатся в поглощенном состоянии многие элементы питания. 1

Проблема создания пахотного слоя, оптимального по физическому состоянию, по плотности – одна из важнейших проблем современной физики почв и агротехники. Она состоит в том, чтобы разрыхлить почву и не допустить уплотнения почвы тяжелой сельскохозяйственной техникой. Это требует своевременного проведения агротехнических работ, обязательно связанных с распашкой почвы. Почва особенно подвержена уплотнению при повышенной влажности. Стоит тяжелой технике лишь один раз заехать на поле, когда влажность несколько выше оптимальной для обработки, как поверхностный слой почвы становится излишне уплотненным. 1

Еще один аспект уплотнения – переуплотнение подпахотного слоя, так называемое накопительное, или подпочвенное, уплотнение. Действительно, под влиянием многократных проходов техники уплотнение наблюдается все глубже и глубже. Происходит образование подпахотного уплотненного, плохопроницаемого и для воды, и для воздуха слоя. Сложность в том, что контролировать внутрипочвенное уплотнение очень трудно: оно незаметно с поверхности почвы так, как видны, например, эрозия или поверхностное уплотнение. Анализ и прогноз этого явления тесно связан с оценкой физикомеханических свойств почв. 1

Таким образом, уплотнение как поверхностное, так и подпочвенное – весьма пагубное явление, неизменно сопровождающее интенсивное сельскохозяйственное производство. Вернуть же почву в прежнее состояние весьма затруднительно. С этим связан второй аспект проблемы – разуплотнение почвы. Как правило, разрыхлить поверхностный пахотный слой почвы несложно. Достаточно его вспахать, взрыхлить различными почвообрабатывающими орудиями. Но вот разрыхлить агрегаты – основное хранилище питательных веществ, воды, почвенной биоты – значительно сложнее. Агротехнические меры здесь не помогут. Восстановление внутриагрегатной порозности обязано деятельности почвенных микроорганизмов, накоплению специфических органических веществ. Необходимо применение органических и зеленых удобрений, влияющих на жизнедеятельность почвенных микроорганизмов, улучшающих состояние почвы. 1

Методики определения плотности и порозности почвы

Источник

Объясните классификацию почв по плотности

очвы состоят из фракций механических элементов, находящихся в различных количественных соотношениях. Различные фракции механических элементов имеют неодинаковые физические и химические свойства.

В основе классификации почв по гранулометрическому составу лежит соотношение фракций физической глины и физического песка. В классификации, предложенной Н. А. Качинским, учитываются генетические особенности почв (табл.).

Классификация почв по гранулометрическому составу (по Н. А. Качинскому)

Название почв по гранулометрическому составуСодержание частиц физической глины, %, в почвах подзолистого типа почвообразованиястепного типа почвообразованиясолонцах и сильносолонцеватых Песок: рыхлый0…50-50…5 связный5…105-105…10 Супесь10-2010…2010-15 Суглинок: легкий20…3020…3015-20 средний30-4030-4520-30 тяжелый40-5045-6030-40 Глина: легкая50…6560-7540-50 средняя65-8075-8550-65 тяжелая808565

В указанных в таблице трех типах почвообразования элементарные глинистые частицы обладают различной способностью склеиваться в микроагрегаты — комочки размером менее 0,25 мм. Способность к агрегированию зависит от содержания в почве ила, гумуса, СаСO3 и др. При одном и том же содержании физической глины в почвах с лучшей агрегированностью и структурностью создаются более благоприятные водные и воздушные свойства, чем в неагрегированных почвах. В суглинистых и глинистых степных почвах содержится больше физической глины, чем в подзолистых почвах и солонцах, поэтому в степных почвах способность к агрегированию выражена лучше.

Согласно приведенной выше классификации, сначала различают почвы по соотношению физической глины и песка, а затем учитывают преобладающие фракции. Полное название почвы по гранулометрическому составу дают с учетом трех фракций: глины, песка и преобладающей фракции. Причем фракцию, имеющую более высокий показатель, ставят в конце названия почвы. Например, если в подзолистой почве содержится 10 % песка, 52 % крупной пыли, 15 % средней и мелкой пыли, 23 % ила, то по гранулометрическому составу она относится к среднесуглинистой иловато-крупнопылеватой. В состав этой почвы входит 35 % физической глины и 65 % физического песка, а преобладающими фракциями являются крупная пыль — 52 % и ил — 23 %
И

Источник

Плотность, плотность твердой фазы и порозность почвы и их агрономическая оценка.

Плотность – масса сухой почвы в единице объема, при ненарушенном сложении.

Прямо влияет на жизнь растений, излишняя плотность негативно влияет на рост и развитие растений, снижает урожайность (излишнее давление на корни, плохая воздухо- и водопроницаемость, ухудшение жизнедеятельности микроорганизмов). Плотность почвы имеет значение в пахотном и подпахотном слое. Почва – пористое тело, 4-хфазное образование. Плотность зависит от минерального и механического состава, структуры, порозности, кол-ва органики. В торфах от 0,04-0,4 г/см 3 до 1,8 в глеевых минеральных горизонтах.

После вспашки значение плотности уменьшается, затем приходит в состояние равновесной плотности.

Пахотный слой считается рыхлым при 0,9-0,95; нормальной плотности (оптимальной) при 0,95-1,15, уплотненным – 1,15-1,25 и сильно уплотненным, требующим рыхления – более 1,25 г/см 3

Для культур с мощной корневой системой (кукуруза, подсолнечник) или культур формирующих урожай в почве (свекла, морковь, картофель) – плотность должна быть ниже, то есть значение ниже. – 0.9-1 г/см 3

Для злаков оптимальная плотность более плотная 1,1-1,3 г/см 3

Плотность твёрдой фазы – плотность только твердой фазы, без пор, воздуха, влаги и живых организмов. Усредненное значение плотности тех минералов из которых состоит тв. фаза. Следовательно просто плотность – плотность всех фаз. Плотность минеральных горизонтов в среднем 2,65-2,7 г/см 3

Порозность (пористость, скважность – синонимы) – это суммарный объем пор между твердыми частицами, занятый водой и воздухом. Выражается порозность (Р) в % от общ. объема почвы. Вычисляется с использованием показателя плотности (d_v) и плотности твердой фазы (d).

Р = (1- ) 100%

Порозность: общая порозность, внутриагрегатная (капиллярная), межагрегатная (некапиллярная).

Физико-механические свойства почвы, их характеристика.

К физико-механически свойствам относятся:

Реологические (пластичность, липкость, набухание, усадка)

Прочностные (связность, твердость сопротивление при обработке)

Сжимаемость – уменьшение объема под действием внешнего давления. Характеризуется коэффициентом уплотнения и измеряется в см 2 /кг

Пластичность – способность изменять форму под внешним воздействием с сохранением при этом сплошности. Обуславливается содержанием ила и коллоидов и влажностью.

Липкость – определяется силой, требующейся для отрыва металлической пластинки площадью 1см 3 и выражается в г/см 3

Усадка – уменьшение объема почвы при высыхании. Выражается в процентах к первоначальному объему.

Набухание – увеличение объема при увлажнении. Как и усадка зависит от механического состава, минерального состава, состава поглощенных катионов.

Связность – способность почвы противостоять внешнему усилию, направленному на разъединение частиц, выражается в г/см 3 . Зависит от влажности, мех. состава, содержания гумуса, структуры почвы, состава поглощенных катионов.

Твердость – сопротивление почвы, при проникновении в нее какого-либо тела пд давлением. Зависит от влажности, мех. состава, содержания гумуса, структуры почвы. Измеряется в широких пределах 5-45 кг/см 2

С физическими свойствами (особенно с липкостью) связано важное агрономическое свойство почвы – физическая спелость – состояние влажности, при котором почва хорошо крошится на комки, не прилипая при этом к орудиям обработки. Наступает при 35-45% влаги от массы почвы.

Источник