Показатель свойства почвы это

Глава 5. ОБЩИЕ ФИЗИЧЕСКИЕ И ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИЕ

СВОЙСТВА ПОЧВ

Свойства почвы как единого физического тела во многом определяются составом, соотношением, взаимодействием и динамикой твердой, жидкой, газообразной и живой фаз. В этом аспекте особую роль играют физические свойства почвы. К ним относятся общие физические, физико-механические, водные, воздушные, тепловые свойства, структура. Физические свойства влияют на характер почвообразовательного процесса, плодородие почвы и развитие растений.

§1. Общие физические свойства

К общим физическим свойствам относятся плотность почвы, плотность твердой фазы и порозность.

Плотность почвы (объемная плотность, плотность сложения) – вес в граммах 1 см 3 почвы в естественном сложении (вместе с почвенным воздухом). Плотность почвы характеризует взаимное расположение почвенных частиц и агрегатов. Поскольку в объем почвы входят имеющиеся в ней поры, плотность почвы будет всегда меньше плотности твердой фазы. Обозначают d_V, выражают в т/м 3 или г/см 3 и рассчитывают:

где m – масса почвы в г, V – объем почвы в см 3 .

Плотность почвы зависит от гранулометрического и минерального состава, структуры, содержания гумуса и обработки почвы. От плотности почвы зависят поглощение влаги, воздухообмен, жизнедеятельность биоты и развитие корневых систем. Гумусовые горизонты характеризуются небольшой плотностью: для дерново-подзолистых почв – 1,1 – 1,2; подзолистых – 1,4 – 1,45; черноземов – 1,0 – 1,15; в болотных торфяных почвах и лесных подстилках – 0,15 – 0,40 г/см 3 . В подзолистых горизонтах она составляет 1,4 – 1,6, в иллювиальных – возрастает до 1,50 – 1,70, в материнской породе – 1,40 – 1,60 г/см 3 . Самый плотный – глеевый горизонт – 1,90 г/см 3 . Рыхлый после обработки пахотный слой постепенно уплотняется и через некоторое время приобретает определенную плотность, мало изменяющуюся во времени. Однако уплотнение почвы приводит к резкому снижению урожайности культур. Сильно уплотненная почва в сухом состоянии оказывает большое сопротивление почвообрабатывающим орудиям, угнетающе действует на развитие корневой системы растений, во влажном – характеризуется неблагоприятным соотношением воды и воздуха. Плотная почва обладает низкой водопроницаемостью, что вызывает процессы эрозии.

Предложена следующая шкала оптимальных показателей объемной плотности почвы (А.Г.Бондарев, 1985): глинистые и суглинистые – 1,00 – 1,30; легкосуглинистые – 1,10 – 1,40; супесчаные – 1,20 – 1,45; песчаные – 1,25 – 1,60; торфяные – 0,2 – 0,4 г/см 3 .

Для пропашных сельскохозяйственных культур оптимальная плотность почв равна 1,0 – 1,2, для культур сплошного сева может быть 1,3 – 1,4 г/см 3 .Оценка плотности суглинистых и глинистых почв с точки зрения ее окультуренности (по Н.А.Качинскому) приведена в таблице 4.

Плотность твердой фазы (удельная плотность) – это масса (m) 1 см 3 твердой фазы сухой почвы (V_S) (без почвенного воздуха). Обозначается D или d, выражается в т/м 3 или г/см 3 , рассчитывается по формуле:

Её величина зависит от природы и соотношения минералов, из которых состоит почва, содержания в ней органических веществ и характеризует среднюю плотность почвенных частиц. Может колебаться в пределах от 2,2 до 3,1 г/см 3 . Плотность гумуса 1,20 – 1,40 г/см 3 . В верхних горизонтах в зависимости от содержания органического вещества удельная плотность может быть 2,40 – 2,60, в черноземах – 2,2 г/см 3 . В минеральных горизонтах плотность твердой фазы почвы составляет: в подзолистых – 2,5 – 2,6, иллювиальных – возрастает до 2,7 – 3,0 (много оксидов железа), материнской породе – 2,6 – 2,8 г/см 3 . Самые лёгкие – торфяники, их плотность 1,4 – 1,8 г/см 3 в зависимости от степени разложения торфа. Таким образом, чем больше почва содержит органического вещества, тем меньше ее плотность.

Оценка почв по показателю плотности

Плотность почвы, г/см 3

Почва вспушена или богата органическим

Типичные величины для культурной и

Пашня сильно уплотнена

Типичные величины для подпахотных горизонтов различных почв (кроме черноземов)

Сильно уплотненные иллювиальные горизонты

Плотность твердой фазы в определенной степени служит признаком, по которому можно судить о минералогическом составе, содержании органического вещества, её используют для расчета порозности и скорости падения частиц по формуле Стокса при анализе механического состава почв.

Пористость (порозность, скважность) –это суммарный объем всех пор между частицами твердой фазы почвы. Обозначают P и определяют расчетным путем по соотношению показателей плотности почвы (d_V) и плотности твердой фазы (D), выраженному в процентах:

Пористость зависит от гранулометрического состава, структуры, плотности. В пахотных почвах пористость обусловлена обработкой и приемами окультуривания, при рыхлении – увеличивается, при уплотнении – уменьшается. Размеры пор, в совокупности образующих общую пористость почвы, варьируют от тончайших капилляров (для воды) до более крупных промежутков (для воздуха), которые не обладают капиллярными свойствами (должны составлять не менее 20 – 25 % от общей пористости).

Общая пористость почвы колеблется от 25 % (глина) до 90 % (торф). В культурной песчаной почве она равна 45 – 50 %, черноземах – достигает 60 – 63 %, вниз по профилю (кроме торфяников) она уменьшается. Оценка общей пористости (по Н.А.Качинскому) приведена в таблице 5.

Оценка почв по показателю пористости

Почва вспушена – избыточно пористая

Культурный пахотный слой

Неудовлетворительная для пахотного слоя

Характерна для уплотненных

Пористость – одно из важнейших свойств почвы. С ней связаны интенсивность и глубина фильтрации, водопроницаемость и водоподъемная способность, влагоемкость и воздухоемкость, процессы испарения на орошаемых землях. От порозности в значительной степени зависит плодородие почв.

§2. Физико-механические свойства почв

Физико-механические свойства почв по сравнению с физическими имеют более широкое использование не только в почвоведении, но и в грунтоведении, строительстве. К ним относятся: пластичность, липкость, набухание, усадка, связность, твердость и удельное сопротивление.

Пластичность – свойство почвы изменять свою форму под влиянием внешней силы без разрушения и сохранять ее после устранения воздействия. Это свойство имеет только влажная почва в определенном диапазоне влажности, т.е. есть верхний и нижний предел пластичности, разность между которыми называется числом пластичности – величина пластичности. Чем больше это число, тем более пластична почва. Песок имеет число пластичности 0, супесь – 1 – 7, суглинок – 7 – 17, глина – более 17. Пластичность обусловливается главным образом количеством глинистых частиц и составом поглощенных оснований (наибольшей пластичностью обладают глинистые солонцы, содержащие более 25 % обменного натрия, наименьшей – почвы, содержащие много кальция и магния), органическое вещество уменьшает пластичность.

Липкость – способность почвы прилипать к соприкасающимся с нею предметам, измеряется усилием, требующимся для отрыва от почвы прилипшей к ней пластины, и выражается в г/см 2 . Прилипание почвы к рабочим частям и колесам машин увеличивает тяговое сопротивление и ухудшает качество обработки почвы.

Липкость почвы зависит от ее гранулометрического и минералогического состава, от структуры и влажности. Сухие почвы не обладают липкостью. С повышением влажности до определенного предела (80 % от полной влагоемкости) липкость увеличивается, а далее уменьшается вследствие нарушения сцепления между частицами почвы. Чем больше глинистых частиц, тем липкость больше. Почвы глинистые и бесструктурные прилипают сильнее, чем легкие по гранулометрическому составу или структурные глинистые. Почвы по липкости делят на: предельно вязкие (> 15 г/см 2 ), сильновязкие (5 – 15), средневязкие (2 – 5) и слабовязкие ( 2 ).

На величину липкости влияет состав поглощенных оснований: с увеличением насыщенности почвы кальцием она уменьшается, а с возрастанием насыщенности натрием резко увеличивается. Поэтому почвы высокогумусированные, с достаточным количеством оснований (дерновые, черноземы) не обладают липкостью даже при высоком увлажнении.

Набухание – увеличение объема почвы при увлажнении. Способность почвы к набуханию связана с гранулометрическим, минералогическим и химическим составом, а также с их начальной плотностью. Набухание обусловлено образованием на поверхности почвенных частиц оболочек рыхло связанной воды, в результате этого ослабевают силы сцепления и увеличиваются расстояния между частицами, что приводит к возрастанию общего объема почвы.

Набухание характерно для минеральных илистых частиц и органических коллоидов, поэтому глинистые почвы больше подвержены этому свойству. Сильно набухает минерал монтмориллонит и практически не набухает каолинит. При насыщении почв одновалентными основаниями, особенно натрием, оно достигает 120 – 150 %, а при насыщении двух- и трехвалентными катионами значительного набухания не наблюдается, поэтому даже песчаные почвы могут набухать, если насытить их почвенный поглотительный комплекс натрием.

Усадка – уменьшение объема почвы или грунта при высыхании. Она зависит от тех же факторов, что и набухание. Чем сильнее набухание, тем сильнее усадка почвы. Усадку можно охарактеризовать степенью изменения объема, а также влажностью, при которой усадка прекращается (предел усадки). В результате сильной усадки в почве образуются трещины, происходит разрыв корней растений, усиливается испарение влаги из почвы.

Энергетические затраты на обработку почвы и износ сельскохозяйственных машин и другие показатели обусловливаются связностью и твердостью почвы.

Связность – способность почвы сопротивляться внешнему усилию, стремящемуся разъединить почвенные частицы, выражается в г/см 2 .Она вызвана силами сцепления между частицами почвы. Связность обусловлена гранулометрическим и минералогическим составом, структурностью и влажность, содержанием гумуса, составом обменных оснований.

Наибольшую связность в сухом состоянии имеют глинистые бесструктурные почвы, наименьшую – песчаные и супесчаные почвы. Связность возрастает при насыщении почвы ионами натрия, при оструктуривании – снижается. Влияние органического вещества двояко: на песчаных почвах гумус увеличивает связность, на глинистых – снижает за счет увеличения структурированности и снижения площади соприкосновения. Связные почвы лучше противостоят эрозии, но при увеличении ее повышается удельное сопротивление обработке.

Твердость – это сопротивление, которое оказывает почва проникновению в нее под давлением различных тел, выражается в кг/см 3 . На величину твердости влияют те же характеристики, что и на связность. Почвы с высоким содержанием гумуса, насыщенные кальцием и имеющие хорошую комковато-зернистую структуру, не обладают высокой твердостью и связностью.

Высокая твердость – признак плохих физико-химических и агрофизических свойств почв. При высокой твердости снижается прорастание семян, затрудняются проникновение корней в почву и развитие растений вследствие неблагоприятного водного, воздушного и теплового режимов. Твердость – важная технологическая характеристика почвы. Твердость прямо пропорциональна удельному сопротивлению почвы при обработке орудиями, а следовательно, больше и энергозатраты. Удельное сопротивление – это физическое усилие, которое затрачивается на подрезание пласта, его оборот и трение о рабочую поверхность плуга. Удельное сопротивление зависит от физико-механических свойств почвы и колеблется в пределах от 0,2 до 1,2 кг/см 2 .

§3. Спелость почвы

Спелость почвы – это такое состояние почвы, при котором она имеет высокую микробиологическую активность и лучше всего подвергается обработке при наименьшем тяговом усилии. Является важным технологическим свойством почвы. Различают физическую и биологическую спелость.

Под физической спелостью почвы понимают ее подготовленность к обработке. Она соответствует влажности, при которой почва не прилипает к почвообрабатывающим орудиям и крошится на комки с образованием прочных агрегатов (эта влажность достигается при содержании влаги от 60 – 90 % их полевой влагоемкости). Влажность, при которой почва находится в состоянии спелости, зависит от гранулометрического состава, поглощенных оснований и гумусированности почв. Легкие песчаные и супесчаные и более гумусированные почвы раньше других готовы для обработки весной.

Биологическая спелость – состояние почвы, показывающее ее готовность к посеву, характеризующееся оптимальным прогреванием и состоянием микробиологической активности. Наилучшим состоянием спелости считается такое, когда физическая и биологическая спелости совпадают.

Источник

Состав, основные свойства и характеристики почвы

Грунт представляет собой обособленную систему с отличительным ритмом развития. Экономический ресурс используется для выращивания продуктов питания, поэтому аграрии обращают внимание на основные свойства почвы. Любая земля отличается структурой, физическими характеристиками, механическим составом и химическими показателями. Свойства грунтов изменяются из-за загрязнения, вырубки лесов, неправильной обработки.

Понятие о почве

Структурным называется грунт, содержащий в составе воду и воздух одновременно. Влага располагается внутри капилляров и комков, воздух содержится в пустотах между элементами. Такая почва отличается повышенными тепловыми свойствами, что может указать на благоприятные условия для полезных микроорганизмов. В структурной почве разложение животных останков происходит тщательнее, внутри комков накапливается перегной. В составе грунта содержатся несколько компонентов:

материнская порода в виде минеральной части;
гумус или органическая часть;
почвенный воздух и вода;
живые микроорганизмы;
другие включения.

Количество гумуса влияет на плодородие грунта. В почве находится множество организмов (от микроскопических бактерий до клещей или земляных червяков). Млекопитающие также проживают в почве, например, кроты.

Не все почвы в природе отличаются достаточной структурностью для обеспечения большого урожая. Аграрии применяют насыщение кальцием (известь или гипс) и закладывают в пашню перегной. Имеет значение увлажнение и введение в севооборот многолетних бобовых и злаковых культур. Мощная система корней разделяет почву на отдельные элементы, и грунт обогащается азотом и гумусом.

Своевременная вспашка влияет на показатели урожайности поля. При перекопке сухой земли структура разрушается (распыляется), обработка водянистого грунта становится причиной раздавливания и смазывания комков. Поле распахивается при среднем показателе влажности, когда он составляет 55—70%, так достигается лучшая по качественным характеристикам структурная пашня.

Механический состав

В земле присутствуют элементы разной величины, в том числе камни, вкрапления пород и минералов. Почва содержит и мелкие частицы, которые различаются только приборами. Свойства субстрата зависят от габаритов включений. Грунты делятся на классы:

Глинистые почвы наполовину состоят из горных осадочных пород, например, каолинита, монтмориллонита, алюмосиликата. Состояние образца земли характеризуется вязкостью, тяжестью и липкостью. Вода медленно просачивается через грунт, остается на поверхности. Липкая глина пристает к садовым инструментам и затрудняет обработку огорода.

Супесчаные пробы растираются между пальцами, в их составе невооруженным взглядом просматриваются песчинки, пылеватые частицы. Такие грунты содержат песка до 80%, а намоченный образец не скатывается в шнурок. Почвы плохо впитывают влагу, обладают рассыпчатостью и не слишком пригодны для земледелия.

Бессвязные песчаные грунты содержат до 95% зерен, появившихся в результате разрушения твердых пород, например, кварца. Такие грунты именуются просто песком и применяются в строительстве и другой промышленности.

Суглинистые почвы бывают легкие и тяжелые в зависимости от состава и крупности зерен. Рыхлые остатки образуются на континентах, содержат 30—50% осадочных пород и 70—60% песка. Диаметр глиняных частиц составляет до 0,005 мм, вкрапления влияют на физические характеристики почвы. Различают следующие суглинки:

пылеватые грунты;
глинопесчаные почвы;
мелкодисперсные земли.

Более легкие суглинки содержат значительный объем кварца, а в тяжелых субстратах присутствует много глинистых минералов. Водорастворимые соли и органические примеси часто обнаруживаются в таких почвах, если они находятся в аридных областях.

Физические свойства

Плотность — это главное свойство почвы. Индекс показывает, сколько весит 1 кубический сантиметр образца почвы в естественном состоянии. Плотность зависит от взаимного положения элементов, имеет свободное пространство между частицами. На показатель влияют свойства минералов, размер вкраплений, структура земли. От плотности зависит способность грунта к поглощению влаги, степень газообмена. Структуры почв в зависимости от определения показателя:

Слитое или плотное уложение препятствует механической обработке, лезвие лопаты входит в глубину на 1 см. Такие земли называются столбчатыми солонцами.
Плотная структура позволяет лопате войти в грунт на 4—5 см, образец трудно разламывается. Почвы называются тяжелыми, глиняными, иногда встречаются на необработанных участках.
Рыхлые грунты применяются в сельском хозяйстве, структура позволяет обрабатывать поле инструментом. К категории относятся супесчаные почвы и верхние горизонты суглинков.
Рассыпчатое сложение отличается высокой подвижностью зерен, связь между обособленными частицами почти отсутствует. Грунты называются супесчаными или бесструктурными субстратами.

Пористость дает характеристику свободного пространства между частицами грунта. Выражается коэффициент процентным отношением воздуха к общему объему образца. Показатель находится в пределах 27—80% для минеральных сельскохозяйственных грунтов.

Земляные поры отличаются формой и размерами, поэтому субстраты делятся на некапиллярные и капиллярные типы. В первом случае берутся параметры только крупных промежутков, во втором дополнительно учитываются капилляры. Пористость также относится к группе важнейших свойств почвы и зависит от структуры, плотности и состава.

Аграрии находят соотношение показателей в нормативных таблицах сборников, что помогает выбрать оптимальный вариант обработки поля. Если бесструктурная почва высыхает, то на площади образуется твердая корка, которая плохо влияет на состояние корневой системы растений.

Показатели урожайности

Концентрации песка и глины можно назвать свойствами, которые сказываются на количестве и качестве полученного сбора. Рассыпчатые или вязкие грунты не способствуют повышению урожайности, если растение чудом там приживется. Самыми приемлемыми считаются черноземы с дополнительным внесением органики и минеральных компонентов. Если вести речь о том, какое основное свойство почвы, то можно выделить следующие показатели, влияющие на урожай:

плодородие и поглотительная способность;
кислотная реакция;
водопоглощение и способность удерживать влагу;
воздухоемкость;
тепловые характеристики.

Почва относится к самостоятельным природным формированиям, обладающим определенной структурой, составом. Земля обеспечивает взаимодействие химических элементов, дает корневой системе питание и благоприятные условия.

Плодородие земли

Характеристика грунта говорит о способности обеспечивать нормальный рост. Плодородие проявляется при сольватации компонентов, на него влияет состав, содержание азота, концентрация фосфора, калия и других химических веществ. Процессы в почве взаимосвязаны, поэтому изменение одной составляющей ведет к инверсии ценных качеств.

Если происходит деградация плодородного слоя, то реакцию трудно прекратить. Начинается эрозия грунта, происходит вымывание эффективных компонентов, что приводит к плохому развитию культур. Восстановительные мероприятия стоят дорого, длятся не один год, поэтому важно следить за состоянием поля, подкармливать и очищать.

Биологическая способность к поглощению зависит от деятельности почвенных организмов и растений. Бионты поглощают минералы, перерабатывают их в органику и предупреждают выщелачивание земли. Микроорганизмы и растения отмирают, разлагаются, происходит гумификация. Интенсивность протекания зависит от влажности, своевременного перепахивания, количества удобрений. Биологическое поглощение способствует закреплению минерального азота в грунте, чего нельзя достичь при других процессах.

Кислотность грунта

Этот показатель говорит о способности земли проявлять особенности кислот. Субстрат дает кислую реакцию, когда в почвенном растворе присутствуют ионы водорода или в комплексе есть частицы алюминия при неполноценной нейтрализации. Различается следующая кислотность растворов:

Актуальная — измеряется субацидностью водной вытяжки из образца. Если pH равняется 7, то грунт нейтральный, снижение говорит о кислой реакции, повышение переводит землю в щелочную группу.
Потенциальная — учитывает влияние катионов, изменяющих показатели твердого грунта.
Обменная — вызывается катионами алюминия и водорода при действии нейтральных солей. Показатель pHKC подзолистых почв находится в диапазоне 3,6—5,1, а у лесных бурых и серых грунтов значительно повышается.
Гидролитическая — вытяжка из образца делается с помощью щелочного вещества, определяется ионами, вытесняемыми при взаимодействии. Насыщенность земли химическими основаниями влияет на величину индекса.

Повышенная кислотность плохо действует на рост культур, в таких грунтах не растворяются микроэлементы. В земле увеличивается лизис токсичных соединений, что также ухудшает урожайность. Известкование грунта снижает этот показатель.

Характеристика водопроницаемости

Проходимость грунта для влаги зависит от текстуры и конструкции массы, гранулометрического состава, однородности, пористости. Коэффициент фильтрации снижается в условиях повышенного геостатического давления. Нарастание окружающей температуры ведет к улучшению водопроницаемости.

Влагоемкость характеризует способность субстрата поглощать и удерживать внутри воду без последующего стекания. Отношение массы впитанной влаги к весу образца, выраженное в процентах и миллиметрах водяного столба, является индексом свойства. Виды влагоемкости:

Максимальная — включает наибольший объем связанной влаги, удерживаемой своими силами.
Капиллярная — показывает влагу, находящуюся в менисковых протоках грунта. Индекс зависит от удаленности почвенных вод и толщины слоя. В малоструктурных грунтах быстрее поднимается и испаряется жидкость, иногда накапливается в верхнем слое и растворяет вредные вещества.
Наименьшая — показывает количество влаги, содержащееся в природе, когда нет дополнительного притока и испарения. Зависит от плотности, минерального и химического состава грунта.
Полная — характеризует общий объем воды, накопленной в промежутках и капиллярах.

Влагоемкость рассчитывается с учетом пористости. Значения используются для определения пользовательских характеристик земли и влияют на урожайность.

Насыщение воздухом

Сухая земля содержит большой объем воздуха в промежутках между частицами. Элементы впитывают атмосферу, такой объем называется поглощенным и малоподвижным. Если молекулы находятся в крупных порах, то воздух считается свободным и обладает определенной скоростью перемещения.

Произвольный объем вытесняется из грунта или растворяется в почвенных жидкостях, обогащая субстрат кислородом. Озон соединяется с веществами и употребляется бактериями, служит для разложения и окисления органики. Взамен выделяется углекислота при дыхании микроорганизмов и тлении останков.

Происходит регулярный обмен почвенного воздуха с внешней средой за счет изменения температуры грунта, насыщения осадками, выдувания ветром. Развитие культурных растений требует высокого грунтового воздухообмена и постоянного образования кислорода.

Тепловые особенности

Земля нагревается от солнца, внутренних теплых слоев или термальных источников. Небольшая часть энергии поступает при дыхании микроорганизмов и разложении органики. Темные земли с перегноем нагреваются быстрее, чем сырые и светлые почвы. Грунты на южных склонах быстрее повышают температуру, северные и восточные скосы получают мало живительной энергии.

Совокупность всех явлений по увеличению и расходованию температуры в грунте называется тепловым режимом. Значение имеют эндо- и экзотермические реакции в земле химического и физического характера. Поступление и преобразование энергии зависит от теплопроводности, теплоемкости субстрата и климатических условий.

На картах точки грунта с аналогичными температурными показателями соединяются общими кривыми линиями. В России области с положительной среднегодовой температурой идут с северо-запада и следуют на юго-восток. Участки с отрицательными показателями располагаются в регионах многолетней мерзлоты.

Источник