Общие физические и физико-механические показатели почв

Физические свойства почвы подразделяются на общие и физи­ко-механические.

К общим физическим свойствам почвы относятся плотность твердой фазы, плотность и пористость (скважность), к физико-механическим — пластичность, липкость, набухание, усадка, связ­ность, твердость и сопротивление при обработке.

Плотность твердой фазы почвы — это отношение массы ее твер­дой фазы к массе воды в том же объеме при 4 °С. Различные типы почв и даже отдельные почвенные горизонты имеют разную плот­ность твердой фазы. Величина плотности твердой фазы почв зави­сит от их минералогического состава и содержания органических компонентов. Например, плотность твердой фазы гипса 2,3 — 2,35, лимонита — 3,5 — 4, органических компонентов (торф, рас­тительные остатки) 1,25 — 1,8. В зависимости от вида минералов, их количества и органических компонентов, входящих в твердую фазу почвы, определяют ее плотность. Плотность твердой фазы минеральных почв составляет 2,4 — 2,8. Бедные органическим ве­ществом дерново-подзолистые почвы имеют плотность твердой фазы 2,65 — 2,7, а богатые органическими компонентами торфя­ники — 1,4—1,8.

Плотностью почвы называется масса абсолютно сухой почвы, находящаяся в естественном состоянии, в единице объема. Она измеряется в г/см³. В отличие от плотности твердой фазы при оп­ределении плотности почвы узнают массу почвы в единице объе­ма со всеми порами. Поэтому величина плотности почвы всегда меньше величины плотности ее твердой фазы; она также зависит от количества и соотношения минералов и органических компонентов. Плотность минеральных почв изменяется от 0,9 до 1,8 г/см³, а у торфяно-болотных — от 0,15 до 0,40 г/см³. На плотность почвы большое влияние оказывает механическая обработка: наименьшая плотность почвы сразу после обработки. С течением времени (по мере удаления от момента обработки) почва приобретает все боль­шую плотность. После определенного срока (разного для различ­ных почв) почва приобретает постоянную плотность, которая практически не изменяется в естественном состоянии. Такую плотность называют равновесной. Каждому типу почв соответству­ет своя равновесная плотность. Величина равновесной плотности почвы — важнейшая характеристика условий роста и развития окультуренных растений. Она же указывает на необходимость ан­тропогенного воздействия на почвы для регулирования агрофизи­ческих свойств. Для большинства культурных растений оптималь­на плотность 1 — 1,25 г/см³. Отклонение от оптимальной величи­ны плотности в любую сторону приводит к снижению урожайнос­ти сельскохозяйственных культур. Сравнение оптимальной плотности с равновесной помогает определить вид механического воздействия на почву (рыхление, уплотнение) или полного ис­ключения таковых.

Пористость, или скважность, почвы — это суммарный объем всех пор между частицами твердой фазы почвы. Она выражается в процентах общего объема почвы. Пористость минеральных почв 25 — 80 %, а торфяных — 80 — 90 %. Поры в почвенных горизонтах бывают различных формы и диаметра. В зависимости от величин пор выделяют капиллярную и некапиллярную пористость (скваж­ность). Капиллярная пористость равна объему капиллярных проме­жутков почвы, некапиллярная — объему крупных пор (объему про­межутков между почвенными агрегатами). Сумма капиллярной и некапиллярной пористости составляет общую пористость почвы.

Некапиллярные поры обычно заняты почвенным воздухом. Вода в них находится под действием гравитационных сил и не удерживается. В капиллярных порах размещается вода, удержива­емая менисковыми силами. Поры, в которых находятся капилляр­ная вода, почвенный воздух, микроорганизмы и корни растений, называют активными. К неактивным относятся поры, занимаемые связанной водой. В агрономическом отношении важно, чтобы по­чвы располагали большим объемом капиллярных пор и при этом имели некапиллярную пористость не менее 20 — 25 % общей по­ристости.

Оценивают общую пористость по шкале Качинского. Согласно этой шкале, оценка «отлично» общей пористости соответствует 55 — 65 % общей пористости.

Величина пористости зависит от структурности, плотности, гранулометрического и минералогического состава почвы. Меж­ду плотностью и пористостью почвы существует обратная за­висимость. Чем больше пористость, тем меньше плотность по­чвы. Общей пористостью определяют такие важные свойства почвы, как водопроницаемость и воздухопроницаемость, влагоемкость и воздухоемкость, газообмен между почвой и атмо­сферой.

Пластичностью называют свойство почвы изменять свою фор­му под влиянием какой-либо внешней силы без нарушения сло­жения и сохранять приданную форму после устранения этой силы. Она зависит от гранулометрического, минералогического, химического состава почвы, состава обменных катионов и прояв­ляется при определенном диапазоне влажности, характеризующем верхний и нижний пределы пластичности, или границы пластич­ности. В сухом и переувлажненном состоянии почвы не обладают пластичностью. Пластичность измеряется числом, которое выра­жает разницу между влажностью почвы при верхнем и нижнем пределах пластичности. Чем больше число пластичности, тем пла­стичнее почва. Каждая почва характеризуется определенным ин­тервалом влажности, при котором проявляется пластичность, т. е. своими границами и определенным числом пластичности.

По числу пластичности почвы разделяют на четыре категории: высокопластичные имеют число пластичности >17, пластичные — 17 —7, слабопластичные < 7 и непластичные — 0.

Нижняя граница пластичности — это верхняя граница влаж­ности почвы, при которой возможна ее механическая обработ­ка, или верхний предел оптимальной влажности для обработки почвы. Верхняя граница пластичности одновременно является и показателем устойчивости почв к водной эрозии. При влаж­ности, превышающей верхний предел пластичности, почва при­обретает текучесть, сползает по уклону, очень сильно подверга­ется эрозии.

Липкость — это способность почвы прилипать к различным поверхностям. Она увеличивает тяговое сопротивление почвооб­рабатывающих машин и орудий, ухудшает качество обработки по­чвы. Величина липкости определяется силой, необходимой для того, чтобы оторвать почву от поверхности прилипания. Лип­кость измеряют в г/см². Она проявляется при увлажнении почвы, приближающейся к верхнему пределу пластичности. Величина липкости зависит от гранулометрического состава, степени дис­персности, состава поглощенных катионов, структуры, влажности почвы. Высокогумусированные почвы даже при повышенном ув­лажнении не липкие. С повышением дисперсности почвы, ухудшением структуры, утяжелением гранулометрического состава липкость почв увеличивается.

По величине липкости Н. А. Качинский разделил почвы на 5 категорий: предельная при липкости > 15 г/см², сильновязкая — 5—15, средневязкая — 2—5, слабовязкая — 0,5—2, рассыпчатая — 0,1-0,5 г/см².

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. Его определяют в объемных процентах.

 

V=V1-V2/100%

 

где V_x — объем влажной почвы; V₂ — объем сухой почвы.

Наиболее набухаемы глинистые почвы, содержащие поглощен­ный натрий. Набухание этих почв может достигать 150%. Этот процесс может вызвать в поверхностном слое почвы неблагопри­ятные в агрономическом отношении изменения — разрушение агрегатов.

Усадка — уменьшение объема почвы при высыхании. Она зави­сит от тех же факторов, что и набухание. Чем больше набухание, тем больше усадка. Усадку измеряют в объемных процентах по от­ношению к исходному объему 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/см². 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 оснований. 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/см².аста, обо­рачивание его) и преодоление при обработке почвы трения о ра­бочую поверхность почвообрабатывающих орудий. Его выражают в кг/см². Удельное сопротивление зависит от гранулометрическо­го состава, физико-химических свойств, влажности и агрохими­ческого состояния почвы и изменяется от 0,2 до 1,2 кг/см². 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.