Плотность различных типов почвы

§ 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

Экология СПРАВОЧНИК

Информация

Плотность почвы

Плотность почвы в естественном состоянии (ранее абсолютный вес почвы) есть масса почвы включая все ее фазы (твердую, жидкую, газообразную) в единице объема. Выражается в г/см3, кг/м3, т/м3 и определяется чаще всего буровым методом, хотя можно применять и песчаный. Образец почвы, взятый при естественной влажности, взвешивается, и ■ масса делится на объем. Плотность изменяется во времени, что связано с динамикой влажности, а также с уплотнением почвы вследствие усадки.[ . ]

Плотность (или плотность сложения) почвы — масса единицы объема абсолютно сухой почвы, взятой в естественном сложении. Выражается она в г/см3. Плотность почвы зависит от минералогического и гранулометрического составов, структуры и содержания органического вещества. Она может существенно изменяться при обработках, под уплотняющим воздействием передвигающихся машин и орудий. Наиболее рыхлой почва бывает сразу после обработки, затем постепенно уплотняется, и через некоторое время ее плотность приходит в состояние равновесия, т. е. мало изменяется (до следующей обработки).[ . ]

Плотность почв колеблется от 1,0 до 1,8 г/см3. Она зависит от механического состава, содержания органического вещества и структурного состояния почвы.[ . ]

Плотность почвы и плотность твердой фазы почвы непосредственно связаны с весом афегатов, поэтому можно ожидать наличие связи этих показателей с противоэрозионной стойкостью. Однако в опытах Ц.Е.Мирцхулавы с фунтами такой связи не было выявлено. Это объясняется тем, что наряду с изменением плотности изменились и другие свойства фунтов, оказывающие влияние на их противоэрозионную стойкость. В тех случаях, когда сохраняются прочие равные условия, четко проявляется прямая зависимость противоэрозионной стойкости почв и фунтов от их плотности (Кузнецов, 1967).[ . ]

Плотность почвы также увеличивается в иллювиальных горизонтах выщелоченных и оподзоленных черноземов, в карбонатных и солонцеватых иллювиальных горизонтах обыкновенных, южных черноземов.[ . ]

ПЛОТНОСТЬ ПОЧВЫ — отношение массы сухой почвы, взятой без нарушения ее природного сложения, к ее объему.[ . ]

Почва представляет собой сложное тело, состоящее в основном из трех фаз: твердой, жидкой и газообразной. В зависимости от того, в каком сочетании производят определение, различают три понятия: плотность твердой фазы почвы (твердая фаза) й плотность скелета, или объемная масса (твердая и газообразная фазы) йу, плотность почвы в естественном ее состоянии (твердая, жидкая и газообразная фазы) йп.[ . ]

Плотность почвы определяют тем усилием, которое нужно затратить, чтобы вскопать почву, вдавить в нее нож. Структуру горизонтов оценивают по форме и величине отдельностей.[ . ]

Плотность почвы (¿о, г/см3) характеризуется массой 1 см3 абсолютно сухой почвы в ее естественном сложении.[ . ]

От плотности почвы зависят ее водно-воздушные, тепловые и биологические свойства. С уплотнением почв уменьшается их общая пористость, ухудшается доступ влаги к растениям, снижается аэрация и скорость фильтрации воды, затрудняется распространение корней.[ . ]

Величина плотности почвы в естественном состоянии используется для расчета объема земляных работ, расчета энергетических затрат при обработке почвы.[ . ]

Увеличение плотности почвы с 1,05 до 1,35 г/см3 при отсутствии комков размером 10—30 мм приводит к снижению урожайности на 35,6 %, тогда как аналогичное уплотнение при 50%-ном содержании агрегатов размером 10—30 мм снижает урожайность на 23,4 %. В пределах оптимальных значений плотности почвы количество агрегатов указанного размера не оказывает существенного влияния на урожайность ячменя.[ . ]

Повышенная плотность почв при попеременном увлажнении и иссушении затрудняет их обработку. Установлено, что для большинства сельскохозяйственных культур оптимальное соотношение различных фаз почвы должно быть следующим: твердая — 40—46 %, жидкая — 28—32, газообразная — 26—28 %, т.е. 1,5:1:1. Отношение растений к такому строению почвы сформировалось в процессе их эволюции, и одна из главных задач земледелия состоит в создании и поддержании указанного соотношения ее физических фаз.[ . ]

Уплотнение почв ходовыми системами машинно-тракторных агрегатов. Массу единицы объема почвы в естественном состоянии называют плотностью почвы. Она характеризует взаимное расположение почвенных частиц, их «упаковку», и выражается в г/см3.[ . ]

При измерении плотности почвы с поверхности блок датчика вводят в скважину на глубину 15—20 см. При этом измеряют усредненную плотность с поверхности почвы до 30 см — Л/’ь По этому отсчету, пользуясь графиком (рис. 143, кривая 2), определяют плотность сухой почвы ненарушенного сложения .[ . ]

При созревании почвы, т.е. при достижении ею физической спелости, проводится основная обработка почвы. Пропашные хорошо отзываются на глубокую обработку, поэтому, в зависимости от условий (характера сорной растительности, глубины гумусированного слоя почвы и др.) проводится или глубокая вспашка почвы или обычная (по глубине) вспашка с почвоуглублением, или глубокое рыхление почвы (до 30-35 см) соответствующими орудиями. После вспашки перед посевом пропашных чаще ограничиваются культивацией почвы орудиями со стрельчатыми лапами на глубину заделки семян. Срок проведения обработки выбирается в зависимости от влажности и плотности почвы, наличия и степени развития сорной растительности; в связи с этими факторами может возникнуть необходимость в применении других орудий, например РВК или лущильника.[ . ]

Ранней весной, когда почва просохнет настолько, что колеса тракторов уже не оставляют колеи, проводится боронование озимых для освобождение посевов от “снежной плесени», которая состоит из остатков отмерших растений, пленки водорослей и развивающихся на них микроорганизмов, в том числе патогенных для озимых культур. Собственно болезнь «снежная плесень», внешне проявляющуюся в образовании на растениях беловатого или розоватого налета, вызывает гриб Fusarium nivale, но в практике снежной плесенью обычно называют всю образущуюся после схода снега органическую пленку. Боронованием уничтожается также часто образующаяся в это время почвенная корка. Минеральные удобрения, если они вносились, частично заделываются в почву. Боронование проводится поверхностно поперек или под углом к направлению рядков растений, чтобы меньше их повредить. При этом чаще применяют сетчатые бороны, но, в зависимости от состояния растений и плотности почвы, можно пустить и легкие зубовые бороны.[ . ]

Разрушение структуры почвы и развитие процессов уплотнения характеризуется степенью увеличения плотности почвы — важного показателя ее деградации.[ . ]

Пористость (или скважность) почвы — суммарный объем всех пор между частицами твердой фазы почвы. Ее выражают в % от общего объема почвы и вычисляют по показателям плотности почвы (¿у) и плотности твердой фазы (г/).[ . ]

Приборы и оборудование. Для определения плотности почвы используют те же приборы и оборудование, что и для определения ее строения.[ . ]

При этом надо иметь в виду, что оптимальная плотность почвы — это интегральный показатель ее физического состояния и она не является строго определенной величиной, а представляет широкий диапазон значений давлений, который для одной и той же почвы может изменяться в зависимости от вида сельскохозяйственных культур, фаз их развития, особенностей вегетационного периода.[ . ]

В случае наличия естественной радиоактивности почв вводят поправку. Для этого по каждой измеренной глубине учитывают скорость счета почвы с одним ППИ (зонд без блока источника) и полученную скорость (Л/0) вычитают из отсчета N. Истинный отсчет в почве — Л/П=Л/ —Л 0. Пользуясь заводским градуировочным графиком, определяют плотность почвы ¿у г/см3 на разных глубинах.[ . ]

Далее выясняется связь между водой и теплом: летом почва «более рыхлая и легкая, ибо солнце печет сильнее и притягивает к себе влажность из нее». Зимой же от «выпадающей из воздуха воды» почва становится влажной и, «так как влага очень тяжела, то земля уплотняется» и живет «без всяких испарений». Плотность почвы оказывает большое влияние на ее нагревание и охлаждение.[ . ]

В местах скопления буровых растворов происходит увеличение плотности твердой фазы (от 2,6 до 2,8 г/см3) и плотности почв (от 1,12 до 1,50 г/см3), что является неблагоприятным фактором для развития растений.[ . ]

Учитывая тесную связь теплофизических характеристик с влажностью (ИР) И ПЛОТНОСТЬЮ ПОЧВЫ (йу) и друг с другом (А. И. Гупалло, 1956) предложил формулы для вычисления температуропроводности (/< ), теплоемкости (Су) и теплопроводности X.[ . ]

Есть еще одна причина необычайной прозрачности воздуха пустыни. Это большая плотность почвы и высокое сцепление ее частиц. Пока почву в пустыне не начинают взрыхлять при строительстве дорог или зданий, она остается твердой и плотной. Несмотря на то что растительность пустыни (кактусы, мескито, кустарники) скудна и разбросана отдельными пятнами, частицы почвы здесь крепко связаны между собой. Почвоведы называют такую почву «мостовой пустыни».[ . ]

Живой травянистый, моховой и лишайниковый покров чувствительно реагирует на влажность почвы, характер гумуса, азотный режим, но не всего почвенного профиля, а преимущественно самых верхних почвенных горизонтов. Там, где специфические особенности верхних горизонтов почвы являются хорошими показателями особенностей всей почвенной толщи, используемой деревьями,— покров оказывает большие услуги при классификации древостоев. Там же, где характер верхних горизонтов почвы резко отличается от глубже лежащих, или там, где на нестойких растениях живого покрова сказалось: влияние огня при пожарах или огневой очистке, влияние заготовки и трелевки леса, а также пастьбы скота, изменение степени сомкнутости леса, уничтожение подлеска, резкое изменение плотности почвы в районах массового посещения леса человеком,— значение живого покрова как одного из показателей типа леса значительно ослабляется или совершенно утрачивается.[ . ]

Такой коэффициент уплотнения представляет собой отношение твердости нарушенной при лесозаготовке почвы к твердости целинной, ненарушенной почвы на одной и той же глубине. Рассматриваемая шкала имеет преимущество перед другими, т.к. в ней имеются количественные придержки, Однако, на наш взгляд, количественные придержки для каждой степени изменения, за исключением неизмененной, т.е. ненарушенной, приняты условно. Известно, что от плотности почвы (г/см3) в значительной мере зависят воздушный и тепловой режимы. Поэтому более полно можно было оценить изменения физических почв под влиянием лесозаготовительной техники, используя коэффициент уплотнения, вычисленный не по показателям твердости, а по плотности почв (г/см3).[ . ]

Самые простые из них — весовые методы, которые исходя из требований РД 39-0147098-015-90 используют при определении плотности почвы и фитомассы растений (как показателя биопродуктивности). Они предполагают высушивание почвенного или растительного материала в сушильном шкафу и, следовательно, не могут быть реализованы вне лаборатории. Эти методы вполне доступны отраслевым лабораториям на объектах добычи нефти.[ . ]

Кроме того, жидкие буровые отходы при попадании их в почву плохо смешиваются в ней, образуя крупные глинистые комки, обладающие высокой вязкостью и липкостью. При высыхании они не разрушаются, в результате чего резко ухудшается агрономическая ценность почвенной структуры. В местах скопления буровых растворов происходит увеличение плотности твердой фазы (от 2,6 до 2,8 г/см3) и плотности почв (от 1,12 до 1,50 г/см3), что является неблагоприятным фактором для развития растений [21 ].[ . ]

В полевых условиях им можно воспользоваться для определения объемной восприимчивости непосредственно в разрезе. В лаборатории воздушно-сухую почву измельчают в ступке и просеивают через сито с отверстиями диаметром 1 мм. Образец почвы помещают в коробку объемом 100—150 см3 из немагнитного материала. Почву взвешивают (рд), затем вычисляют плотность почвы в коробке dv, равную (V — объем, занятый почвой).[ . ]

Суммарное водопотребление и коэффициент водопотреб-ления для сельскохозяйственных культур можно рассчитать по результатам динамических определений влажности и плотности почвы. Для этого на изучаемых вариантах выделяют не менее двух площадок размером 2X2 м, яа одной возделывают изучаемые в опыте растения, на другой растения отсутствуют. Чистые площадки необходимы для разделения суммарного водопотребления на испарение физическое и транспирацию. В полевых опытах в условиях производства для характеристики водо-обеспеченности растений можно отказаться от чистых .площадок. На выделенных площадках через определенный промежуток времени определяют влажность и пла -ность почвы до глубины 100 см в каждом 10-сантиметр -¡вом слое, причем наблюдения эти сопровождаются учетом количества выпавших осадков. Для сокращения рас-•четов в дальнейшем определяют средние значения влажности и плотности почвы в слоях 0—30; 30—50 и 50— .100 см. Кроме того, для расчета запаса продуктивной ■ доступной растениям) влаги необходимо установить максимальную гигроскопичность почвы.[ . ]

Система зяблевой (позднелетне-осенней) обработки включает в себя послеуборочную обработку (иногда только ею и ограничивается), а также приемы, преследующие цели борьбы с сорняками, создание благоприятных условий для накопления влаги в почве (кроме районов избыточного увлажнения), и, если весной не предусматривается проведения основной обработки, создание оптимальной плотности почвы для развития последующей культуры. Эти цели осуществляются проведением поверхностных и мелких обработок (боронование, культивация, лущение), а также основных обработок почвы (вспашка, глубокое рыхление, чизелевание).[ . ]

Низкий уровень характеризуется при применении зональной агротехники постоянно более низкими средними урожаями. Под критическим уровнем содержания гумуса понимают такое его количество, при котором существенно ухудшаются агрономические свойства почвы и ее способность противостоять агрогенным нагрузкам. При этом плотность почвы, ее структурное состояние, физико-механические свойства пахотного слоя приближаются к свойствам почвообразующих пород.[ . ]

Контрольно-транспортное устройство — КТУ состоит из контейнера — цилиндра со свинцовым экраном внутри, который защищает оператора от ионизирующего излучения. Контейнер имеет две ручки, используемые для намотки кабеля, переноски прибора и в качестве подставки при горизонтальном расположении ППИ-1 для измерения плотности почвы с поверхности. Контейнер снабжен шкалой-индикатором глубины погружения, внутри его имеется зажим для фиксации (закрепления) ППИ-1. КТУ ППГР-1 аналогично КТУ ВПГР-1.[ . ]

Существует много методов измерения уровня почвенной поверхности. Наиболее широко применяемый (в силу своей простоты и доступности) — метод микронивелирования. Он заключается в устройстве на исследуемой площадке жестко фиксированных опор, на которые, по мере наступления сроков измерений, устанавливают на постоянной высоте от поверхности почвы металлическую рейку, по которой свободно перемещается тележка с прикрепленной к ней мерной иглой. Мерная игла снабжена нониусом и позволяет измерять вертикальную координату точки на поверхности почвы с точностью до 0,1 мм. Горизонтальную координату определяют с точностью до 1 мм (по линейке, укрепленной на направляющей рейке). Строго говоря, метод микронивелирования в указанной прописи позволяет построить только лишь профиль поверхности, а не саму поверхность. Имея два профиля поверхности почвы, полученные в одном створе в разное время, можно определить слой почвы, который утрачен вследствие эрозии за это время. Метод пригоден для работы с почвой в состоянии, близком к равновесному, при котором плотность почвы приблизилась к некоторой постоянной для данного угодья и сезона величине. В случае рыхлой почвы возможны ошибки в определении величины смыва, обусловленные усадкой почвы. Метод микронивелирования применяют при изучении всех видов эрозии.[ . ]

В засушливых районах Заволжья, Западной Сибири эффективны кулисные пары, способствующие увеличению запасов продуктивной влаги в метровом слое до 50 мм и более (Шульгин). Непроизводительные потери влаги на физическое испарение существенно уменьшаются при проведении весеннего боронования полей, а также при рыхлении поверхностных горизонтов почвы после дождей, предупреждающих образование корки. Послепосевное прикатывание почвы изменяет плотность поверхностного слоя пахотного горизонта по сравнению с остальной его массой. Разность плотностей почвы обусловливает капиллярный подток влаги из нижележащего слоя и помогает возникновению конденсации водяных паров воздуха. Применение минеральных и органических удобрений способствует более экономичному использованию влаги; водопотребление в расчете на 100 кг зерна снижается в среднем на 26 % (Листопадов, Шапошникова).[ . ]

Источник