Улучшение физико механических свойств почвы

Физические и физико-механические свойства почв, понятие, виды. Мероприятия по улучшению физических и физико-механических свойств почв

Физические свойства почвы

К физическим свойствам почвы относятся структура, водные, воздушные, тепловые, общие физические и физико-механические свойства. К общим физическим свойствам относятся плотность почвы, плотность твердой фазы и пористость.

Плотность твердой фазы почвы – отношение массы её твердой фазы к массе воды в том же объеме при четырех градусах Цельсия.

Плотность почвы – масса единицы объема абсолютно сухой почвы, взятой в естественном сложении. Плотность зависит от минералогического и механического состава, структуры почвы и содержания органического вещества. Большое влияние на плотность оказывает обработка почвы и воздействие движущейся техники по поверхности почвы. Плотность почвы сильно влияет на поглощение влаги, газообмен в почве, развитие корневых систем растений, интенсивность микробиологических процессов.

Пористость (или скважность) почвы — суммарный объем всех пор между частицами твердой фазы почвы. Выражают в процентах от общего объема почвы.

Пористость зависит от механического состава, структурности, деятельности почвенной фауны (черви, насекомые и др.), содержания органического вещества, в пахотных почвах от обработки и приемов окультуривания почв.

Поры в почве образуются между отдельными механическими элементами, агрегатами и внутри агрегатов. Различают общую пористость, капиллярную и некапиллярную. Поры могут быть заполнены водой и воздухом.

Некапиллярные поры – обеспечивают водопроницаемость, воздухообмен.

Капиллярная пористость – создает водоудерживаемую способность почвы, т.е. от ее значения зависит запас доступной влаги для растений.

Для создания устойчивого запаса влаги в почве при одновременном хорошем воздухообмене (аэрации) необходимо, чтобы некапиллярная пористость составляла от пятидесяти до шестидесяти процентов общей пористости. Если она меньше пятидесяти, то приводит к ухудшению воздухообмена и может вызвать развитие анаэробных процессов.

В агрономическом отношении важно, чтобы почвы имели наибольшую капиллярность, пористость.

Общая пористость имеет наивысшие показатели в верхних горизонтах и заметно снижается в нижних. Она выше в суглинистых и глинистых почвах.

К физико-механическим свойствам относятся пластичность и сопротивление при обработке. Физико-механические свойства имеют важнейшее значение для оценки технологических её свойств, т.е. различных условий обработки, работы посевных и уборочных агрегатов.

Пластичность – способность почвы изменять свою форму под влиянием какой-либо внешней силы без нарушения сплошности и сохранять приданную форму после устранения силы.

Пластичность обусловлена илистой фракцией и зависит от влажности почвы. Сухая почва пластичной не бывает; избыточно увлажненная начинает течь и также теряет пластичность.

В зависимости от влажности почвы разделяют:

Верхний предел пластичности (или предел текучести) – весовая влажность, при которой стандартный конус под воздействием собственной массы (76г.) погружается в почву на глубину 10см.;

Нижний предел пластичности (или предел раскатывания) – весовая влажность, при которой можно раскатать в шнур без образования в нем разрывов.

Число пластичности – разность между показателями верхнего и нижнего пределов пластичности. Наивысшее число (больше 17) пластичности имеют глинистые почвы; суглинистые — 7-17; супеси – меньше 7; а пески – не обладают пластичностью.

При увеличении содержания обменного натрия пластичность возрастает, а при насыщении кальцием и магнием и увеличением содержания гумуса снижается.

Липкость (или прилипание) – свойство влажности почвы прилипать к другим телам. Липкость отрицательно влияет на технологические свойства почвы – прилипание почвы к орудиям и ходовым частям машины увеличивает тяговое сопротивление и ухудшает качество обработки. Липкость проявляется при некотором наименьшей влажности, увеличивается одновременно с ней, а потом начинает уменьшаться.

Прилипание зависит от механического состава: она наибольшая у глинистых и наименьшая – у песчаных.

С липкостью связано важное агрономическое свойство почвы – физическая спелость, т.е. состояние влажности, при котором почва хорошо крошится на комки, не прилипая при этом к орудиям обработки. Различают также биологическую спелость почвы – состояние температурного режима, при котором начинает активно развиваться биологические процессы.

Набухание – увеличение объема почвы при увлажнении. Объясняется связыванием молекул воды тонкими частицами почвы. Величина набухания зависит от гранулометрического, минералогического и химического состава почвы. Набухание присуще почвам, содержащим большое количество коллоидов.

Усадка — уменьшение объема почвы при высыханий. Она зависит от тех всех факторов, что и набухание. Чем больше набухание, тем больше усадка.

Связность почвы — способность сопротивляться внешнему усилию, стремящемуся разъединить частицы почвы. Она вызывается силами сцепления между частицами почвы. Степень сцепления зависит от гранулометрического, минералогического состава почвы, ее структуры, влажности и характера сельскохозяйственного использования.

Твердость почвы — механическая прочность, сопротивление, которое оказывает почва проникновению в нее под давлением какого-либо тела. Твердость почвы в значительной мере определяется ее связностью. Величина твердости устанавливается специальными приборами — твердомерами и выражается в кг/см 2 . Чем выше твердость, тем хуже агрофизические свойства почвы, больше требуется затрат на обработку, хуже условия для появления всходов и роста растений. Твердость почвы зависит от структуры, содержания органического вещества, влажности.

Распыленная почва при высыхании оказывает значительно большее механическое сопротивление, чем структурная, комковато-зернистая. С уменьшением влажности твердость почвы возрастает. Хорошо гумусированные почвы, насыщенные двухвалентными катионами, менее твердые, чем малогумусные почвы. Твердость почвы определяется гранулометрическим составом и Составом поглощенных основания. Черноземы, насыщенные кальцием, в 10 — 15 раз менее твердые, чем солонцы. Сопротивление раздавливанию тяжелых глин после высушивания в несколько раз меньше, чем суглинистых и песчаных почв. Величина твердости почвы определяет затраты на ее обработку.

Удельное сопротивление почвы — усилие, затрачиваемое на осуществление технологических процессов (подрезание пласта оборачивание его) и преодоление при обработке почвы трения о рабочую поверхность почвообрабатывающих орудий. Его выражают в кг/см 3 . Удельное сопротивление зависит от гранулометрического состава, физико-химических свойств, влажности и агрохимического состояния почвы и изменяется от 0,2 до 1,2 кг/см 2 . Наименьшим удельным сопротивлением обладают почвы, насыщен­ные кальцием, легкого гранулометрического состава, наибольшим — тяжелосуглинистые и глинистые солонцового типа, содержащие свыше 30 % поглощенного натрия от емкости поглощения. Величина удельного сопротивления почвы сильно зависит от агротехнического фона. На целинных и старозалежных почвах удельное сопротивление на 45 — 50 % выше, чем на старопахотных На полях, сильно засоренных сорняками, особенно корне­вищными, удельное сопротивление значительно возрастает. Почвы с хорошей структурой оказывают при обработке меньшее сопротивление, чем бесструктурные.Структура почвы — совокупность различных по величине, форме и качественному составу отдельностей (агрегатов), на которые способна распадаться почва. Почвенные агрегаты состоят из соединенных между собой механических элементов. Способность почвы распадаться на агрегаты называют структурностью. Каждый тип структуры в зависимости от характера ребер, граней и размера подразделяют на более мелкие единицы: роды и виды.

Различают несколько типов структуры. Основные из них:

Кубовидная — структурные отдельности равномерно развиты по трем взаимно перпендикулярным осям;

Призмовидная — отдельности развиты преимущественно по вертикальной оси;

Плитовидные — отдельности развиты преимущественно по двум горизонтальным осям к укороченным в вертикальном направлении.

Почва бывает структурной и бесструктурной. В структурном состоянии масса почвы разделена на отдельности различной формы и величины. Бесструктурное состояние почвы наблюдается, когда отдельные механические элементы, слагающие ее существуют раздельно или залегают сплошной сцементированной массой.

Бывает переходное состояние почвы, когда структура выражена слабо. В любой почве и любом почвенном горизонте структурные отдельности имеют различные размеры и форму. Чаще всего структура бывает смешанной.Структурные почвы имеют ряд существенных преимуществ перед бесструктурными:

— меньше испаряют влаги, обладают большей водопроницаемостью и водоудерживающей способностью;

— больше накапливают влаги и более продуктивно ее используют;

— в них создаются более благоприятные условия для микробиологических процессор и превращения питательных веществ из недоступной формы в усвояемую;

— отличается повышенной устойчивостью к водной эрозии и дефляции;

— требует меньших затрат труда и средств на механическую обработку;

— создаются лучшие условия для прорастания семян, роста и развития возделываемых растений.

Источник

Влияние физико-механических свойств почвы на качество ее обработки

Физико-механические свойства почвы — один из важнейших факторов, определяющих качество ее обработки и условия роста и развития культурных растений, уровень их урожайности. Наи­большее значение при этом имеют структура, плотность, твер­дость и липкость почвы. Эти свойства в сочетании с влажностью определяют готовность почвы к обработке, ее качество и условия жизни растений.

Агрономически ценная комковато-зернистая структура, при­давая почве рыхлое сложение, облегчает прорастание и распро­странение корней растений, а также уменьшает энергетические затраты на механическую обработку почвы. Бесструктурные по­чвы по сравнению со структурными, обладая большей связнос­тью, оказывают и более сильное удельное сопротивление при обработке.

Плотность и структурность пахотного слоя в значительной сте­пени зависят от гранулометрического состава почвы и ее генезиса. В процессе механической обработки почвы эти характеристики изменяются. Их трансформация направлена на оптимизацию ус­ловий аэрации корнеобитаемого слоя почвы.

Наиболее благоприятные условия воздухообмена для роста и развития сельскохозяйственных культур, возделываемых на под­золистых почвах, достигаются при механической обработке поч­вы, когда общая пористость составляет 45—55 %, некапилляр­ная 20—25, а капиллярная 25—30 % объема почвы. Оптимиза­ция воздухообмена в корнеобитаемом слое черноземов предпо­лагает повышение общей пористости до 60—65 %, а пористости аэрации до 25 %.

Понижение значений пористости аэрации до 12—15 % объе­ма почвы приводит к снижению урожайности возделываемых культур.

Стабилизация оптимальных значений воздухообмена обраба­тываемого слоя почвы во многом определяется структурностью почвы и и водоустойчивостью ее агрегатов.

Оптимальное содержание водопрочных агрегатов (0,25—10 мм) для оподзоленных почв составляет 30—45 %, черноземов 45—60 %. При этом в пахотном слое доля агрегатов диаметром 0,25—30 мм должна достигать 80 %, а глыбистость поверхностного слоя не превышать 20 %. Данный качественный состав почвенных агрега­тов позволяет пахотному горизонту длительное время поддержи­вать задаваемые параметры.

Утрата обрабатываемой почвой агрономически ценной струк­туры способствует ухудшению ее водно-воздушных свойств.

Пересыхание верхнего слоя приводит к повышению твердости почвы, которая оказывает значительное влияние на обработку по­чвы, рост корневой системы растений. Достижение критических значений твердости (при уплотнении почвы тяжелой сельскохо­зяйственной техникой) — 10 кг/см 2 обусловливает приостановку роста корневой системы растений. Это особенно важно для фор­мирования корнеплодов у сахарной свеклы, моркови, клубней у картофеля.

Повышение влажности почвы до определенного предела, когда сила сцепления между частицами почвы становится меньше, чем между почвой и рабочей поверхностью орудия, приводит к появ­лению липкости почвы. При этом происходит пластичное дефор­мирование почвы. Это приводит к нарушению пористости, зама­зыванию, образованию корки, глыб и плужной подошвы. Состоя­ние почвы при этом практически необратимо, т.е. не может быть устранено или изменено в короткий срок агротехническими при­емами.

Проблема улучшения физико-механических свойств почвы — одна из главных в земледелии, так как от этого зависят увеличе­ние урожайности сельскохозяйственных культур и повышение производства продукции растениеводства.

Множество приемов регулирования физико-механических свойств и восстановления почвенной структуры можно объеди­нить в три большие группы: механические, химические, биологи­ческие.

Приемы первой группы включают интенсивную механичес­кую обработку почвы, почвоуглубление, щелевание и т.д. Эти приемы позволяют существенно улучшить физико-механические свойства почвы. Однако действие их кратковременное, и поэто­му для достижения продолжительного эффекта необходимо сис­тематическое многократное применение их. Следует отметить, что систематические интенсивные механические обработки способ­ствуют увеличению доли микроструктуры (илистых фракций) в структуре почвы и снижают водопрочность. Следовательно, меха­нические приемы регулирования физико-механических свойств, улучшая почвенные условия роста и развития растений в момент их применения, обусловливают значительное ухудшение их в перспективе.

Приемы второй группы — химические, включают использование для улучшения структуры и физико-механических свойств почвы различных химических веществ, называемых структуроулучшателями. Применение их повышает коэффициент структурности почв. Использование этих веществ перспективно, но ограничено эконо­мической целесообразностью. К приемам этой группы можно от­нести известкование кислых почв и гипсование солонцов. В ре­зультате известкования почва становится структурной, увеличи­вается ее водопроницаемость и уменьшается плотность. Извест-106 кованные почвы имеют более благоприятные физико-механичес­кие свойства.

Гипсованием устраняют щелочную реакцию солонцовых почв, улучшают их физические свойства и структурное состояние. Твердость и сопротивление при обработке, липкость и другие физико-механические свойства в результате замещения погло­щенного натрия кальцием становятся более благоприятными в агрономическом отношении. Однако применением известко­вания и гипсования нельзя полностью решить проблему улуч­шения физико-механических свойств и структуры почвы, так как решение ее выходит далеко за пределы кислых и щелоч­ных почв.

Приемы третьей группы — биологические, они направлены на
повышение содержания органического вещества (гумуса) в поч­
ве. Эти приемы универсальны и долговечны. С увеличением со­
держания гумуса в почве улучшаются не только ее физико-ме­
ханические и химические свойства, но и все почвенные режи­мы: пищевой, водный, воздушный. Результаты наших исследова­ний свидетельствуют о том, что с повышением содержания гумуса в почве уменьшается ее плотность и повышается устойчивость к различным деформациям. При содержании гумуса в почве 3,7 % и более равновесная плотность почвы устанавливается на опти­мальной для культурных растений величине. Такие почвы да­же после принудительного уплотнения способны под действием естественных факторов (увлажнение, замораживание, высушива­ние) к разуплотнению и не требуют рыхления с целью регули­рования физических свойств. Почвы с содержанием гумуса ме­нее 3,7 % после принудительного уплотнения не восстанавлива­ют исходной плотности. На таких почвах необходима механи­ческая обработка как средство регулирования физико-механи­ческих свойств.

К биологическим приемам регулирования физико-механи­ческих свойств почвы относят: совершенствование севооборо­тов, включающее увеличение доли многолетних трав в струк­туре посевных площадей; применение сидеральных культур; увеличение объема вносимых органических удобрений; опти­мизацию обработки почвы, направленную на уменьшение ин­тенсивности и глубины рыхлений с целью снижения темпов минерализации органического вещества почвы и распыления структуры.

Контрольные вопросы и задания

1. Перечислите физико-механические свойства почвы. 2. Дайте характерис­тику агрономическиценной структуры. 3. Что такое спелость почвы? 4. Как обра­зуется плужная подошва? Каковы ее вред и пути преодоления? 5. Назовите при­емы регулирования физико-механических свойств почвы.

Тема: Географическое распространение и классификация почв

7.1. Закономерности территориального распределения почв

7.2. Систематика и номенклатура почв

7.3. Классификация почв

7.4. Классификация антропогенно-преобразованных почв

Источник