ОБЩИЕ ФИЗИЧЕСКИЕ, ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИЕ И ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ПОЧВ
Почва обладает общими физическими свойствами (структура, структурность, водопрочность, плотность твёрдой фазы, плотность сложения, скважность), физико-механическими (связность, прилипание, пластичность, набухание, спелость) и химическими (поглотительная способность, реакция почвенного раствора, плодородие).
Общие физические свойства почв
Структура и структурность.Почва обладаетопределёнными физическими свойствамисреди которых различают структуру и структурность. Структура – это отдельности или агрегаты, на которые распадается почва в спелом состоянии. Структурность – способность почвы распадаться на агрегаты. Различают макро- (диаметр почвенных комочков от 0,25 до 10 мм) и микроструктуру (диаметр комочков 2 за 1 сек. при градиенте температуры в 1º К/м. Она зависит от механического состава, влажности почвы и содержания в ней воздуха.
Теплоёмкость – это способность почвы поглощать тепло и выражается в количестве тепла, которое необходимо для нагревания единицы массы (1 кг) или объёма почвы (1 м 3 ) на 1°С [Дж/(кг · К)]. Теплоёмкость зависит от минералогического и механического составов, влажности почвы и содержания в ней органического вещества.
Отражательная способность– это способность почвы отражать лучистую энергию солнца и выражается через альбедо, которое представляет собой отношение отражённого количества лучистой энергии к общему её количеству. Почвы отражают от 15 до 45% энергии.
Химические свойства почв
К данному явлению можно отнести функции коллоидных частиц, поглотительную способность и реакцию почвенного раствора.
Понятие о коллоидных растворах.Химические свойства почв обусловливаются наличием в ней коллоидных растворов, состоящих из коллоидных частиц чрезвычайно мелких размеров ( 2+ , Мg 2+ , К + , NH4 + и др.), вносимых человеком в виде минеральных удобрений или освобождающихся при разложении органических удобрений и растительных остатков. Поэтому, чем выше величина обменного поглощения, тем больше катионов удерживает почва, и тем больше, следовательно, в ней запас питательных веществ. Наиболее распространёнными катионами являются Са 2+ , М 2+ , которые присутствуют во всех почвах. Они оказывают положительное влияние на почву. Катионы Са ++ и Mg ++ являются хорошими коагуляторами, способствуют образованию структуры, обеспечивают благоприятные условия для деятельности микроорганизмов.
Органические и минеральные коллоиды вместе с обменно-поглощенными из почвенного раствора катионами называются почвенным поглощающим комплексом.
Биологическая поглотительная способность. Способность почвы накапливать в результате жизнедеятельности растений и микроорганизмов зольные элементы и азот называется биологической поглотительной способностью. Живые организмы избирательно усваивают исходя из физиологической потребности из растворов элементы, переводят их в нерастворимые соединения, тем самым способствуют их аккумуляции в верхних горизонтах почвы.
Реакция почвенного раствора.Одним из основных вопросов агрономического почвоведения является учение о реакции почвы. Большинство растений требует для своего развития нейтральной или слабокислой реакции. Почвенный раствор – это свободная почвенная вода. Большая часть соединений находиться в почвенном растворе в виде ионов. Различают актуальную (или активную), потенциальную, обменную и гидролитическую кислотность.
Актуальная кислотность – это кислотность почвенного раствора. Её величина зависит от количества органических и минеральных кислот в растворе. Выражают её величиной водного рН. Реакция почвенного раствора определяется концентрацией находящихся в нем ионов водорода Н + и гидроксила ОН — . При этом концентрация ионов водорода в чистой воде, имеющей нейтральную реакцию, равна 10 -7 г/л H + . Иметь дело с такими малыми величинами неудобно, то оперируют с отрицательным десятичным логарифмом концентрации H + -иона. Этот логарифм обозначают pH. Поэтому, в нейтральных растворах рН = 7, в щелочных — >7 и в кислых — + и Al +++ , находящихся в поглощённом состоянии в почвенном поглощающем комплексе. Так как прочность связи водорода и алюминия с почвенным поглощающим комплексом различна, то потенциальная кислотность подразделяется на обменную и гидролитическую.
Обменная кислотность – это кислотность раствора, образующаяся при вытеснении H + и Al +++ нейтральной солью (KCl, NaCl, BaCl2).
Гидролитическая кислотность – это кислотность раствора, образующаяся при взаимодействии почвы с гидролитически щелочной солью (т.е. солью сильного основания и слабой кислоты).
Повышенная кислотность угнетает деятельность микроорганизмов, питательный режим резко ухудшается. В кислых почвах происходит разрушение её структуры.
Сельскохозяйственные культуры, такие как картофель, овёс, рожь, лён лучше всего развиваются в условиях слабокислой или близкой к нейтральной реакции (pH 5,1-6), а горох, пшеница — при pH 6-7.
Основной мерой борьбы с повышенной кислотностью является известкование почв. Многие почвы обладают щелочной реакцией (pH>7) и для ликвидации щёлочности проводят гипсование почвы.
Буферность почвы – это способность почвы сохранять свою реакцию при сравнительно небольшом добавлении кислот или щелочей.
Плодородие.Почвы в отличие от горной породы обладает важнейшим свойством – плодородием. Плодородие – это способность почвы удовлетворять потребность растений в элементах питания, воде и воздухе. В зависимости от происхождения выделяют естественное (природное) и искусственное плодородие.
Естественное, или природное плодородие – плодородие, которое создаётся в почве под влиянием природных факторов почвообразования и которое присуще любой почве как природному телу. Создаётся оно медленно.
Искусственное плодородие– плодородие, которое создаётся при воздействии человека на почву. Мощность его зависит от уровня естественного плодородия и характера воздействия человека на почву.
Выделяют также потенциальное и действительное (эффективное) плодородие. Потенциальное плодородие – плодородие, которое определяется общим (валовым) запасом питательных веществ в почве и которое показывает степень богатства почвы элементами питания. Действительное (эффективное) плодородие – плодородие, которое зависит от количества в почве элементов питания в доступных растениям формах, от содержания воды, кислорода, воздуха и других условий, необходимых для роста и развития растений. Показателем степени его является величина урожая. Фактически эффективное плодородие представляет собой суммарное выражение естественного и искусственного плодородия.
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
Структурное состояние почвы и ее значение в земледелии
В результате почвообразовательного процесса механические элементы почвы могут склеиваться в различного рода комочки, образуя так называемые структурные агрегаты, или отдельности. Способность почвы распадаться на отдельности, или агрегаты, называется структурностью, а эти отдельности — структурой почвы. Различают макроструктуру и микроструктуру. Под макроструктурой подразумевают те почвенные комочки, диаметр которых колеблется от 0,25 до 10 мм; к микроструктуре относятся комочки мельче 0,25 мм. Агрегаты крупнее 10 мм называются глыбистой структурой.
Агрономически ценная структура, факторы ее образования и разрушения, производственное значение. Среди большого разнообразия форм почвенной структуры наиболее часто встречаются: зернистая, комковатая, листоватая, плитчатая, столбчатая и призматическая. В агрономическом отношении наиболее ценна мелкокомковатая и зернистая структура с агрегатами от 0,25 до 10 мм.
Главнейшее качество почвенной структуры — водопрочность, т. е. способность комочков противостоять размыванию водой.
В природе встречаются почвы как с хорошо выраженной прочной комковатой, так и со слабой, легко распадающейся структурой. Немало почв, вовсе не имеющих структуры. К таким бесструктурным или раздельночастичным почвам в большинстве случаев относятся пески и супеси, обедненные глинистыми частицами и гумусом. Поэтому понятия «структура» и «структурность» почвы применяются главным образом к суглинистым и глинистым, т. е. связным почвам.
Чем богаче почва минеральными и органическими коллоидами, тем шире возможности для се агрегации. Процесс образования структуры протекает под влиянием коагуляции коллоидов, склеивания механических элементов коллоидными пленками, а также под воздействием корней растений, гиф грибов, оплетающих почвенные комки и зерна и проникающих внутрь них.
Особенно большое значение для образования структуры почвы имеет гумус. Как коллоидное вещество, он под влиянием катионов кальция и магния способен переходить в необратимую форму и давать прочный и нерастворимый в воде гель. Этот гель, играющий роль клея, и придает структурным агрегатам водопрочность.
Многолетняя травянистая растительность как фактор структурообразования играет двоякую роль. Во-первых, в результате развития корневой системы почва распадается на комки. Во-вторых, образующийся при разложении травянистых растительных остатков гумус пропитывает почвенные комочки и прочно их скрепляет. Наряду с травами любая полевая культура оказывает определенное влияние на структурообразование, при этом тем большее, чем выше урожай.
Образованию агрономически ценной почвенной структуры, особенно в нечерноземной зоне, способствуют навоз, компосты и другие виды органических удобрений при условии правильного внесения их в почву.
В образовании структуры почвы принимают участие и дождевые черви, которые, пропуская через кишечный тракт частицы почвы, выбрасывают их в виде небольших водопрочных комочков — копролитов, которые содержат доступные для растений питательные вещества.
Периодическое увлажнение и высушивание почвы также способствует образованию структуры. При увлажнении почва набухает, увеличивается в объеме, а при высыхании объем ее уменьшается, появляются трещины, по которым она распадается на отдельности.
Промерзание и оттаивание почв также влияют на образование агрегатов. Они лучше формируются при промерзании почв с влажностью 60—90% полной влагоемкости. Однако эти агрегаты неводопрочны.
Большое значение в структурообразовании почвы имеют микроорганизмы, хотя механизм их действия в этом отношении еще недостаточно изучен.
В природе наблюдается и разрушение структурных комочков. Оно может вызываться деятельностью атмосферных осадков, преимущественно в самых поверхностных слоях почвы. Некоторое разрушение агрегатов происходит в результате механической обработки почв и особенно многократного дискования и боронования пересохших почв. Частично разрушаются почвенные агрегаты при передвижении по полю различных сельскохозяйственных орудий, животных и т. д. Заметно портится структура и при пахоте очень влажной почвы, когда она мажется, залипает, а также при вспашке пересохшей почвы.
Чтобы не разрушать структуру, почву необходимо обрабатывать в состоянии физической спелости, т. е., при наименьшей связности, когда она хорошо рыхлится, не залипает и не дает глыб.
Распыление почвы вызывается и биологическими факторами. Под влиянием микроорганизмов в почвах происходит разложение органического вещества, особенно интенсивное при развитии аэробных процессов. Минерализации подвергается и гумус — основное цементирующее вещество в образовании почвенной структуры. Как следствие, при разложении органического вещества почва обедняется гумусом и постепенно прочность структурных агрегатов утрачивается.
При обработке структурных почв меньше требуется тяговых усилий. При высоком уровне агротехники на любых почвах можно получать большие урожаи сельскохозяйственных растений. Сущность вопроса заключается в том, что агротехнические мероприятия, применяемые на структурных почвах, более эффективны.
Источник