Удельный вес почвы это

Научная электронная библиотека

6. Физические показатели почв

Плотность почвы – масса абсолютно сухого вещества почвы в единице ее объема ненарушенного естественного сложения.

Плотность определяет соотношение между фазами почвы, связана с ее структурным состоянием. Больше всего плотность зависит от сложения и структуры. Рыхлые почвы с зернистой и комковатой структурой большой пористостью мало плотные. Бесструктурные и слитые – плотные (табл. 3).

Плотность почв и грунтов

Глыбы после вспашка

Корка после полива

Чем больше органических соединений в почве, тем плотность ниже, чем больше минералов оксида железа – тем выше. Учет плотности почв позволяет сравнивать значения конкретного показателя (запасы воды, гумуса) в почвах объективно, не зависимо от их гранулометрического состава. Для этого применяют формулу:

где W (%) – значение определяемой величины в процентах; d – плотность почвы, г/смз; h – мощность слоя почвы, горизонта, в см.

Плотность твердой фазы (удельный вес) – средняя плотность почвенных частиц – масса сухого вещества почвы в единице его истинного объема твердой фазы, выраженная в г/смз или т/мз.

Плотность твердой фазы почвы зависит от ее минералогического состава, количества органических веществ. Плотность твердой фазы почвы малогумусных почв составляет 2,65–2,70 г/смз, у торфяных почв, обогащенных органическими соединениями – 1,4–1,8. Определение плотности твердой фазы почвы проводят по формуле:

где d – плотность твердой фазы почвы, г/смз; М – масса сухой почвы, г; В – масса мерной колбы с водой, г; С – масса мерной колбы с водой и почвой, г.

Пористость (общая порозность) – суммарный объем всех пор между частицами твердой фазы, % от общего объема почвы. Она выражает собой величину полной влагоемкости и полной воздухоемкости в объемных процентах. Общая порозность зависит от гранулометрического и минералогического состава почвы, ее структуры и плотности. В почвах песчаного гранулометрического состава ее значения составляют 35–40, глинистых – 44–50, гумусовых – 50–60, оглеенных – 26–28 %.

Порозность аэрации (некапиллярная порозность) учитывает поровые пространства в каждый момент почвы, на ее долю приходится не менее 15 %. Некапиллярная пористость обеспечивает воздухообмен (аэрацию) и водопроницаемость.

В агрономическом отношении важно, чтобы почвы имели максимальную капиллярную порозность (заполненные водой капилляры) и одновременно порозность аэрации (заполненные воздухом некапиллярные поры) не менее 15–22 % от объема, в хорошо оструктуренных почвах капиллярная порозность достигает 25–30 %.

Наиболее значимые параметры: общая порозность (Р) и порозность аэрации (Ра). Общую порозность определяют по формуле:

Робщ = (1– dv/ d)100,

где Робщ – порозность, %; dv – плотность почвы, г/смз; d – плотность твердой фазы почвы, г/смз; dv/d – объем твердой фазы почвы; 100 – коэффициент пересчета в проценты.

Порозность аэрации (Ра) рассчитывают по формуле:

где Робщ – порозность, %; Рw – порозность, занятая водой или в упрощенной форме, учитывая плотность воды.

где а – влажность почвы, %.

У чернозема слитого плотность составляет 1,4 г/смз, порозность – 48 % во влажном состоянии и соответственно до 1,95 г/смз и 26 % – в сухом. Вспашка, рыхление увеличивают пористость, снижают плотность. В корнеобитаемом слое плотность снижается на 10–15 %, пористость растет на 15–20 %, скорость впитывания воды возрастает в двое. Оптимальные условия в пахотном слое создаются при плотности 1,0–1,2 смз и порозности, равной 55–60 %. Оценку общей порозности предложил Н. А. Качинский (табл. 4).

Источник

Определение удельного веса почвы

Под удельным весом почвы понимают средний вес всех составных элементов в единице объема твердой фазы. Его величина дает некоторое представление о составе почвы, так как зависит от количества скелетных частиц, минералогического состава и содержания органических веществ. Необходимо знать удельный вес почвы для правильного выбора времени отстаивания частиц при механическом анализе, а также для вычисления порозности почвы.
Определение удельного веса производят при помощи пикнометра на 100 мл. С меньшей точностью можно определить удельный вес почвы в мерной колбочке.
Чисто вымытый пикнометр наполняют остуженной свежепрокипяченной дистиллированной водой и погружают его на 15-20 мин. в кристаллизатор (или другой сосуд), наполненный водой, для выравнивания температуры. Вынув пикнометр из воды, его обсушивают фильтровальной бумагой (беря пикнометр только за горлышко и стараясь не нагревать его рукой), взвешивают с точностью до 0,01 г и записывают температуру, при которой сделано определение, и вес пикнометра с водой.
Воздушно-сухую, просеянную через сито с отверстиями в 1 мм почву рассыпают тонким слоем на бумаге; из разных мест слоя берут среднюю пробу в два сушильных стаканчика: в один 10-15 г для определения удельного веса и в другой 4-5 г для определения влажности, так как удельный вес вычисляют обычно на абсолютно сухую почву.
Отливают около половины воды из пикнометра и через сухую воронку всыпают из стаканчика почву (около 10 г), предварительно взвешенную с точностью до 0,01 г. Приставшие к стенкам стаканчика и воронки частицы почвы смывают водой в пикнометр, который затем нагревают на плитке до кипения и осторожно (чтобы не выбросило воду с почвой) кипятят 30 мин. После кипячения пикнометр охлаждают и доливают свежепрокипяченной водой, а затем ставят в кристаллизатор на 15-20 мин. Температура воды в кристаллизаторе должна быть одинаковой с температурой ее при первом измерении. Пикнометр доливают до метки, вынимают из кристаллизатора и, обтерев досуха фильтровальной бумагой, взвешивают.
Вместо кипячения пикнометр можно поместить на 1-2 часа в вакуум — под колпак вакуум-насоса, где удаление воздуха из почвы происходит без нагревания. Лучшие результаты получены при разрежении 0,85 атм.
При определении записывают в журнал:
номер образца, характеристику его: поле, глубину взятия и т. д.;
номер пикнометра;
вес почвы, взятой в пикнометр;
влажность почвы;
вес абсолютно сухой почвы (В, г);
вес пикнометра с водой (А);
вес пикнометра с водой и почвой (С);
температуру, при которой проведено определение.
Удельный вес вычисляют по формуле:

Источник

Общие физические свойства почвы

В тесной и непосредственной связи с характером механического и структурного состава почв находятся их физические свойства, определяющие водный, воздушный и тепловой режимы, а вместе с тем в известной мере почвенные условия питания и развития растений.

Почва, как уже отмечалось выше, находится в постоянном развитии. В ней непрерывно происходят сложные и многообразные физико-химические и биологические процессы. Поэтому и физические свойства, присущие той или иной почве, не остаются постоянными, а всегда изменяются как под действием природных условий, так и под влиянием агротехники.

Физические свойства почв оказывают самое непосредственное влияние на жизнь и развитие растений. Поэтому правильное регулирование физических свойств почв в полеводстве составляет одну из важнейших задач в деле получения высоких урожаев сельскохозяйственных культур.

К категории общих физических свойств почвы относятся объемный вес, удельный вес и пористость, или скважность.

Объемный и удельный вес почвы. Всякая почва как природное тело характеризуется определенным объемным и удельным весом.

Под объемным весом почвы надо понимать вес абсолютно сухой почвы в единице объема ненарушенного сложения (т. е. с почвенными порами).

Объемный вес почвы зависит от характера слагающих почву минералов, от содержания перегноя, структуры и от порозности. Чем богаче почва перегноем и чем лучше выражена в ней структура, а следовательно, и порозность, тем меньше ее объемный вес и наоборот; бесструктурные почвы, с малым содержанием перегноя и слабо выраженной порозностью, обладают большим объемным весом. Помимо объемного веса, отличают еще удельный вес твердой фазы почвы. Удельным весом твердой фазы почвы называют вес абсолютно сухих почвенных частиц при сплошном заполнении ими (без пор) единицы объема. Удельный вес твердой фазы почвы зависит от ее состава: чем больше почва содержит органических веществ (удельный вес перегноя 1,40—1,80), тем меньше ее удельный вес и наоборот. В значительной мере удельный вес твердой фазы почвы зависит также от минералов, слагающих почву, поскольку минералы в природе отличаются большим разнообразием и удельные веса их далеко не одинаковы. Так, монтмориллонит имеет удельный вес 2—2,20, доломит 2,8—2,99, а лимонит 3,50—4,0 и т. д.

Об объемном и удельном весе различных почв наглядное представление дает табл. 12.

Таким образом, объемный и удельный вес почвы может служить в известной мере признаком, указывающим на содержание в ней органического вещества, на ее структурность и порозность. Зная объемный вес почвы, можно вычислить вес пахотного слоя почвы на любой площади.

Порозность, или скважность, почвы. Механические и структурные элементы, входящие в состав той или иной почвы, прилегают один к другому не всеми своими плоскостями, а лишь отдельными точками или гранями, вследствие чего сама почва приобретает характер пористого тела, пронизанного во всех направлениях целой системой полостей или скважин. Общий объем всех пор и промежутков между почвенными частичками в определенном объеме почвы называется скважностью, или порозностью, почвы.

Большое влияние на скважность оказывает прежде всего структурное строение почвы; чем структурнее почва, тем больше общая порозность, ибо, помимо заключенных в комках пор, эти почвы имеют промежутки, находящиеся между структурными отдельностями.

Данными многих исследований в этом направлении доказано, что скважность структурных почв превышает скважность почв бесструктурных примерно в 1,5 раза. Всякое разрушение структуры, могущее произойти в результате воздействия на почву природных факторов или вследствие плохой обработки почвы, неизбежно ведет за собой уменьшение общей порозности почвы.

Общая скважность у структурных почв колеблется от 55 до 65%, достигая иногда 70% от определенного объема почвы (табл. 13).

Порозность в значительной степени зависит от механического состава: чем мельче механический состав почвы, тем выше порозность. Хотя крупные частицы механического состава образуют крупные поры, но общий их объем всегда меньше, чем объем суммы многочисленных пор, образуемых мелкими частицами почвы.

При любом рыхлении почвы порозность увеличивается, при уплотнении — уменьшается. Скважность почвы заметно изменяется в зависимости от глубины почвенного слоя; в верхних слоях порозность больше, в нижних — меньше.

Объясняется это большим содержанием гумуса и лучшей структурой верхних горизонтов, большим воздействием на верхние слои почвы корней растений и роющих животных, а также отчасти меньшим давлением вышележащих слоев.

Размеры промежутков, или пор, в совокупности образующих общую скважность почвы, сильно варьируют, начиная от тончайших, так называемых капилляров, и кончая более крупными, которые свойствами капилляров не обладают.

В связи с этим, помимо общей скважности, различают еще капиллярную и некапиллярную скважность почвы.

Во всякой почве имеют место оба вида скважности, причем в зависимости от механического и структурного состава почвы в одном случае будет преобладать капиллярная, в другом случае — некапиллярная порозность.

Капиллярная скважность обусловливается главным образом наличием в почве глинистых частичек, некапиллярная же — песчанистым составом либо структурным строением почвы. Каждый вид скважности имеет различное значение в почвообразовательных процессах: капиллярные поры, будучи почти всегда заняты водой, затрудняют свободный доступ воздуха в почву, тормозят продвижение атмосферной влаги из верхних горизонтов почвы в нижние, создают известное сопротивление росту корней растений и т. д., наличие же некапиллярной скважности устраняет эти нежелательные явления, создавая тем самым благоприятные условия как для почвенных процессов, так и для развития растений.

Оптимальным соотношением этих двух видов порозности, как показывают данные опыта, будет такое, когда на долю некапиллярной приходится больше половины общей скважности, т. е. когда некапиллярная скважность преобладает в почве.

Такого рода соотношение некапиллярной и капиллярной скважности достигается в практике земледелия путем создания прочной почвенной структуры и рациональной механической обработки почвы.

Гаркуша, И.Ф. Почвоведение/ И.Ф. Гаркуша.- Л.: Издательство сельскохозяйственной литературы, журналов и плакатов, 1962.- 448 с.

Источник

§ 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