Физико-механические свойства почв
К физико-механическим свойствам относятся пластичность, липкость, набухание, усадка, связность, твердость и сопротивление при обработке. Физико-механические свойства активно воздействуют на рост и развитие растений, например, прорастание семян, распространение корней растений в глубину и ширину. Они оказывают большое влияние на почвообрабатывающие орудия.
Пластичность— способность почвы изменять свою форму под влиянием внешней силы без нарушения целостности и сохранять нужную форму после устранения действия этой силы. Пластичность проявляется только во влажном состоянии почвы. При сухом и избыточном увлажнении она практически не проявляется. Пластичность зависит от механического состава и определяется содержанием тяжелых глинистых частичек в почвенной толще. Определение механического состава полевыми методами (влажный способ) проводится по оценке пластичности. Химический состав также в значительной мере влияет на пластичность. Обогащение почв гидроксидами железа и алюминия — А1(ОН)3, Fе(ОН)3, насыщение ионами натрия ППК увеличивает пластичность почв. Пластичность характеризуется числом, которое представляет разность между влажностью почвы при верхнем и нижнем пределах пластичности. Чем больше число пластичности, тем пластичнее почва. По этому показателю выделяют четыре категории почв:
Набухание — увеличение объема почвы при увлажнении. Обусловлено поглощением воды почвенными коллоидами. Выражается в объемных % к исходному образцу.
Усадка — сокращение объема почвы при высыхании.
Связность почвы — способность противодействовать внешнему усилию, стремящемуся разъединить частицы почвы. Степень связности определяется силой взаимодействия между механическими элементами почвы и зависит от механического, минералогического и химического состава, а также влажности почвы. Связность в значительной мере определяет твердость почвы.
Твердость почвы — способность почвы сопротивляться сжатию и расклиниванию. Это свойство почвы количественно выражается в кг/см2. Высокая твердость почвы и даже ее отдельных горизонтов неблагоприятно влияет на рост корневых систем растений, особенно плодовых и ягодных культур, указывает на плохие в агрономическом плане водно-физические свойства, увеличивает затраты энергии на обработку почв. С уменьшением влажности твердость почвы возрастает. Присутствие Са2+ и Мg2+ в ППК способствует уменьшению твердости в 10-15 раз по сравнению с таковой в солонцовых горизонтах. Механический состав в значительной мере влияет на твердость почвы. Так, глинистые почвы имеют максимальную твердость на раздавливание — 150-180 кг/см2. Твердость почвы определяет такое важное в технологическом плане свойство, как удельное сопротивление при обработке.
Удельное сопротивление— это сопротивление почвы при обработке, приходящееся на единицу поперечного сечения пласта. Удельное сопротивление выражается в кг/см2. Оно затрачивается на надрезание пласта, его оборот и трение о рабочую поверхность плуга и сельскохозяйственных орудий. Удельное сопротивление может изменяться в пределах 0,2-1,2 кг/см2 и зависит от механического, химического состава и влажности почвы. Наименьшее сопротивление имеют почвы легкие, не насыщенные основаниями, например, песчаные и супесчаные. Самым большим удельным сопротивлением обладают глинистые почвы, насыщенные Na+.
Физические и физико-механические свойства определяют такое важное в агрономическом плане состояние почвы, как спелость.Выделяют физическую и биологическую спелость почвы, которая имеет очень важное практическое значение.
Физическая спелость — состояние почвы, при котором она легко поддается механической обработке, а качество пашни — ее рыхлость и комковатость — наилучшее. Почва перестает прилипать к сельскохозяйственным орудиям и приобретает способность крошиться на комки.
В Нечерноземной зоне весной быстрее всего достигают физической спелости почвы легкого механического состава (песчаные и супесчаные) по сравнению с тяжелыми (глинистыми и суглинистыми).
Биологическая спелость — состояние почвы, при котором активно идут биологические процессы (микробиологическая деятельность, растения высшие и т.д.). В Нечерноземной зоне физическая и биологическая спелость наступает практически одновременно. Физические и физико-механические свойства почв могут изменяться в результате агрономического, химического и биологического воздействия.
Агротехнические мероприятия, такие, как вспашка, культивация, прикатывание, могут изменять плотность почвы, а значит, и порозность как пахотного, так и подпахотного горизонтов, при этом происходит снижение удельного сопротивления почв.
Химические воздействия активно изменяют физические и физико-механические свойства почвы. Так, известкование изменяет реакцию среды, состав обменных катионов, что приводит к уменьшению плотности почвы, пластичности, липкости.
Гипсование также изменяет реакцию среды, состав обменных катионов и в значительной степени физические и физико-механические свойства. При гипсовании солонцов снижаются плотность и твердость солонцового горизонта, удельное сопротивление, ослабевает способность к заплыванию и т.д.
Биологические приемы помогают улучшить физическое состояние почвы. Так, непосредственное возделывание культурных растений изменяет физические и физико-механические свойства. Применение зеленых и органических удобрений, например, навоза, помогает создавать благоприятные физические и физико-механические свойства почв.
Источник
Физико-механические свойства почвы
К категории физико-механических свойств почвы относятся связность (когезия), пластичность и липкость, или прилипание (адгезия), набухание и усадка почвы.
Связность (когезия) почвы. Под связностью почвы разумеется способность почвы сопротивляться силам, стремящимся механически разъединить частички почвы, или, что то же самое, сопротивление почвы, которое она оказывает разрыву, сдавливанию и расклиниванию ее частичек.
Связность обусловливается силами когезии, или взаимного сцепления между почвенными частицами. Это свойство, имеющее непосредственное влияние на развитие корневой системы растений и на механическую обработку почвы сельскохозяйственными орудиями, у различных почв выражено неодинаково и зависит от многих причин.
Связность почвы прежде всего зависит от характера механического состава: чем больше в почве содержится глинистых частичек, тем выше связность, и, наоборот, связность уменьшается у почв крупноземистых. Связность почв в известной мере зависит и от степени их влажности: например, глинистые почвы обладают наибольшей связностью в сухом состоянии, песчаные, наоборот, приобретают некоторую связность в увлажненном состоянии благодаря склеивающей способности находящейся между песчаными частичками воды.
Существенное влияние на связность почвы оказывают органические вещества, при этом наличие перегноя в тяжелых суглинистых и глинистых почвах уменьшает их связность, в легких же песчаных — усиливает.
Большое влияние на повышение связности почвы оказывает поглощенный катион натрия, особенно на почвах, бедных перегноем. Поэтому солонцовые почвы, в поглощающем комплексе которых содержится поглощенный натрий, всегда отличаются сильно выраженной связностью. Структурное состояние придает почве рыхлость, уменьшает ее связность и тем самым значительно облегчает ее обработку.
Пластичность и прилипание (адгезия) почвы. Под пластичностью почвы понимается способность почвы лепиться во влажном состоянии и сохранять приданную ей форму. Пластичность почвы обусловливается различными причинами, главным образом присутствием в почве коллоидов. Чем больше содержится в той или иной почве коллоидов, тем лучше выражена в ней пластичность. Из этого становится понятным, что глинистые и суглинистые почвы обладают несравненно большей пластичностью, чем почвы песчаные и супесчаные. Пластичность проявляют только лишь частички мельче 0,002 мм в диаметре.
В непосредственной связи с пластичностью находится и липкость, или прилипание (адгезия), почвы.
В основе прилипания лежат адгезионные силы взаимного притяжения молекул на соприкасающихся поверхностях (силы Ван-дер-Ваальса).
Степень прилипания почвы зависит преимущественно от механического состава.
Чем более глиниста почва, тем сильнее выражена в ней липкость. Поэтому глинистые и суглинистые почвы отличаются во много раз большей липкостью, чем почвы песчаные и супесчаные. Липкость возрастает от насыщения почвы натрием.
На прилипание почв оказывает влияние и степень их влажности. Прилипание почв повышается по мере их увлажнения примерно до 90% от полного насыщения водой, а затем начинает уменьшаться.
Само собой понятно, что прилипание почвы самым прямым образом влияет на качество обработки и удельное сопротивление почвы. Так, чем сильнее прилипание почвы, тем больше затрачивается силы при работе сельскохозяйственных орудий.
Исходя из этого, обработку надо производить при таком состоянии влажности, когда почва хорошо рыхлится, не мажется, не прилипает к орудиям обработки, т. е. находится в состоянии физической спелости.
Величина липкости измеряется нагрузкой, необходимой для отрыва почвы или грунта от поверхности прилипания, и выражается в граммах на 1 см 2 .
Набухание почвы. Это — способность почвы изменяться в объеме под влиянием различных факторов, главным образом увлажнения и замерзания. Значительное влияние на набухание оказывают поглощенные катионы Na . Большое значение в этом отношении имеют почвенные коллоиды, особенно органические (перегной), способные резко увеличиваться в объеме при смачивании и уменьшаться при высыхании. Поэтому песчаные почвы с ничтожным содержанием коллоидной части не набухают; почвы же мелкоземистые — глинистые и суглинистые — способны к набуханию и выпучиванию в значительной степени.
При изменении объема почвы, связанного с набуханием и выпучиванием, возникает ряд явлений, не безразличных для растений. Поверхность почв при этом трескается, трещины же способствуют потере влаги и высыханию почвы. В процессе растрескивания возможны разрывы корней. В наибольшей степени сказывается такого рода явление на бесструктурных тяжелых глинистых, бедных перегноем почвах и затем на солонцах.
Выпучивание проявляется и при замерзании почвы вследствие образования из воды ледяных кристаллов. Нередко такое набухание сопровождается выпиранием узла кущения хлебов и обрыванием их корневой системы. Такого рода явление хорошо известно в практике полеводства.
В то же время имеются наблюдения, показывающие, что на почвах структурных явления гибели озимых хлебов от выпирания узлов кущения происходят реже.
Набухание измеряют по величине изменения объема почвенной массы, по изменению влажности набухших образцов или же по величине давления набухающего образца.
Обратный процесс уменьшения объема почвы при ее высыхании называется усадкой.
Величина усадки зависит главным образом от степени увлажненности почвы, от содержания в ней дисперсных частиц, от состава обменных катионов и чаще всего наблюдается на бесструктурных почвах, насыщенных катионами натрия.
Гаркуша, И.Ф. Почвоведение/ И.Ф. Гаркуша.- Л.: Издательство сельскохозяйственной литературы, журналов и плакатов, 1962.- 448 с.
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