Физические свойства почв

 

 

     Введение

Возделывая сельскохозяйственные культуры, люди обратили внимание на то, что урожай, выращенный из семян одного и того же растения, оказывается неодинаковым на различных земельных участках. Еще в глубине веков узнали о том, что существуют различные почвы и научились по внешним признакам определять, на каких участках можно при меньшей затрате труда получить больший урожай.

Такими признаками были прежде всего состав и мощность развития естественной растительности, окраска почвы, мощность окрашенного в темные тона почвенного профиля, характер более глубоких, подстилающих верхние слои почвы, горизонтов. Накопленный опыт в дальнейшем был проанализирован и обобщен учеными ранних эпох.

Так, уже в трудах древнекитайских ученых приводятся сведения о почвах. Почва обеспечивает растения комплексом факторов, необходимых для их жизни – минеральными и органическими питательными веществами, водой, кислородом. Это свойство называется плодородием почвы. Именно почвенное плодородие в далеком прошлом, еще неосознанно, ценой многочисленных удач и еще более многочисленных неудач было замечено и использовано людьми на самых ранних этапах развития земледелия”.

Почва и ее плодородие составляют материальную базу и основное богатство страны. Поэтому улучшение почв и повышение плодородия – одна из важнейших народохозяйственных задач. В решении ее весьма большое значение приобретают почвенные мелиорации, характер которых определяется основными почвенно-климатическими показателями природных зон.

Мелиоративные мероприятия, направленные на коренное улучшения почв, позволяют реализовать внутренние ресурсы и новые производственные возможности, скрытые в потенциальном плодородии.

1. Основные  характеристики  почв.

1.1 Физические свойства  почв и химический состав

   К физическим свойствам почвы относятся:

пористость (зависит от величины и формы зерен) крупнозернистые почвы содержат мало пор, примерно до 25% на песке или гравии, а на черноземе пористость достигает 85%, на глинистой почве пористость составляет 40-45%.

Капиллярность почвы. Способность почвы поднимать влагу. Капиллярность выше у мелкозернистых почв, а , значит высота поднятия грунтовых вод, скажем, у чернозема выше, чем на песчаной почве. Поэтому строительство благоприятнее на крупнозернистых почвах, меньше сырость . ниже грунтовые воды.

Влагоемкость почвы - то есть способность почвы удерживать влагу: высокую влажность будет иметь чернозем, меньше подзолистая и еще меньше песчаная почва. Это имеет значение для создания оптимального по влажности микроклимата внутри зданий. Считается, что почвы с большой влагоемкостью являются нездоровыми.

Гигроскопичность почвы - это способность притягивать водяные пары из воздуха. Минимальной гигроскопичностью обладают крупнозернистые почвы, свободные от загрязнений.

Почвенный воздух. Он заполняет поры меду частицами почвы, находясь в непосредственном контакте с атмосферным воздухом, отличается по составу от атмосферного. Если в атмосферном воздухе содержание кислорода достигает 21%, то в почвенном воздухе содержание кислорода занчительно меньше - 18-19%. В чистой почве содержится в основном кислорода и углекислый газ, в загрязненных почвах добавляется водород и метан. Чем больше кислорода в почвенном воздухе, тем лучше идут в почве процессы самоочищения. Например, в куче мусора, где нет доступа кислорода преобладают процессы гниения, а если отходы обезвреживются в незагрязненной почве (то есть мало отходов, много чистой почвы) то процессы самоочищения идут до конца, заканчиваясь минерализацией и гумификацией то есть образованием гумуса.

Почвенная влага - существует в химически связанном, в жидком и газообразном состоянии. Влага почвы оказывает влияние на микроклимат и на выживание микроорганизмов в почве.

Химический состав почвы. В почве могут содержатся все химические элементы. Тело человека по качественному составу содержит те же макро и микроэлементы, что и почва, поскольку почва участвует в круговороте веществ в природе, а, значит почва влияет на состояние здоровья человека.

Почвы состоят из частиц различного размера, начиная от крупных валунов и заканчивая мелким грунтом (частицы мельче 2 мм в диаметре) и коллоидными частицами (< 1 мкм). Обычно частицы, составляющие почву, делят на глину (мельче 0,002 мм в диаметре), ил (0,002–0,02 мм), песок (0,02–2,0 мм) и гравий (больше 2 мм). Механическая структура почвы имеет очень важное значение для сельского хозяйства, определяет усилия, требуемые для обработки почвы, необходимое количество поливов и т. п. Хорошие почвы содержат примерно одинаковое количество песка и глины; они называются суглинками. Преобладание песка делает почву более рассыпчатой и лёгкой для обработки; с другой стороны, в ней хуже удерживается вода и питательные вещества. Глинистые почвы плохо дренируются, являются сырыми и клейкими, но зато содержат много питательных веществ и не выщелачиваются. Каменистость почвы (наличие крупных частиц) влияет на износ сельскохозяйственных орудий.

По степени содержания гумуса (перегноя) почвы подразделяются на бедно или незначительно гумусные (1% гумуса и меньше), умеренно гумусные (до 2% гумуса), среднегумусные (2-3%) и, наконец, гумусные, содержащие более 3% перегноя. Благоприятными для разведения любых сельскохозяйственных культур считаются почвы, содержащие не менее 3-5% гумуса.

Чернозем — это тип почвы, встречающийся в луговой и степной зонах, характеризуется повышенным содержанием гумуса (до 15) и высоким уровнем природного плодородия. Из названия данного типа почвы следует характеристика его окраски, которой чернозем обязан гумусу.

Важной характеристикой почвы является ее способность поглощать солнечное тепло.

От этого зависит тепловой режим почвы в целом, что влияет на развитие растений, которое происходит в определенных условиях температурного режима. Изменения температурного режима почвы в сторону повышения или понижения могут отрицательно сказаться на прорастании семян и последующем развитии растений.

На способность почвы поглощать тепло влияет целый ряд факторов:

структурный состав почвы: чем больше в почве крупных частиц (песка), тем быстрее она нагревается и меньше тепла требует для достижения определенного температурного показателя;

цвет почвы: темные почвы лучше аккумулируют тепло, так как темная поверхность быстрее нагревается, весной темные почвы быстрее оттаивают;

уровень содержания влаги в почве: сухие почвы нагреваются значительно быстрее, чем влажные, степень прогревания почвы вглубь также выше;

степень насыщенности почвы гумусом и другими органическими субстанциями: гумусные почвы прогреваются лучше и быстрее за счет темного цвета, рыхлой пористой структуры, обеспечивающей теплопроводность, и оптимального содержания влаги в составе почвы.

1.2 Физико - механические  свойства почвы,  их структура

К наиболее важным из них относятся пластичность, липкость, твердость, связность, набухание, усадка и сопротивление при обработке.

Пластичность - способность влажной почвы изменять свою форму под действием внешних сил и сохранять новую форму после прекращения действия этой силы неопределенно долго. Пластичность имеют только глинистые, суглинистые и частично супесчаные почвы во влажном состоянии. В переувлажненном состоянии почвы обладают текучестью.

Пластичность характеризуется числом Аттерберга и разностью между значением влажности (% от массы абсолютно сухой почвы), при которой почва начинает течь (нижняя граница текучести), и наименьшим значением влажности, при которой почву можно раскатать в шнур (нижний предел пластичности). Эта разность называется числом пластичности. Чем оно больше, тем пластичнее почва.

При определенных навыках по пластичности влажной почвы можно определить ее механический состав в полевых условиях.

Пластичность зависит от механического состава, состава коллоидных фракций, состава поглощенных катионов и содержания гумуса. Песчаные почвы имеют число пластичности О (т. е. непластичны), супесчаные 0 - 7, суглинистые 7 - 17, глинистые более 17. При высоком содержании гумуса пластичность снижается. Липкость - свойство влажной почвы прилипать к другим телам. Липкость почвы обусловливает прилипание ее к рабочим органам почвообрабатывающих орудий, что ухудшает качество обработки и увеличивает тяговое сопротивление. По липкости определяется физическая спелость почвы (почва перестает прилипать к почвообрабатывающим орудиям и начинает крошиться на комки). Нижний предел влажности для физической спелости у разных почв неодинаков. Он зависит от механического состава почвы, гумусированности и количества поглощенных оснований. Быстрее других поспевают песчаные и супесчаные почвы. Более гумусированные почвы поспевают для обработки раньше, чем почвы с меньшим содержанием гумуса. Твердость - сопротивление, которое оказывает почва проникновению в нее под давлением какого - либо тела. Высокая твердость - признак плохих физико - химических свойств почвы. Для обработки такой почвы требуются большие энергетические затраты. В твердую почву плохо проникает вода и воздух, что затрудняет прорастание семян и распространение корней и приводит к слабому развитию растений.

Наибольшей твердостью обладают почвы тяжелого механического состава, бесструктурные и малогумусные, а также почвы, содержащие в поглощенном состоянии сухой натрий.

Связность - способность почвы в сухом состоянии сопротивляться внешнему усилию (раздавливанию, сжатию, разрыву), стремящемуся разъединить почвенные частицы. Она зависит от механического состава, структуры, степени увлажнения и других факторов.

Наибольшей связностью обладают глинистые и особенно бесструктурные почвы, наименьшей - песчаные.

Набухание почвы может вызвать неблагоприятные изменения в поверхностном слое почвы, так как частицы почвы могут быть настолько разделены пленками воды, что это приведет к разрушению агрегатов.

Усадка - способность почвы уменьшать свой объем при высыхании и промерзании.

При сильной усадке в почве образуются многочисленные трещины, происходит разрыв корней растений, усиливается физическое испарение влаги.

Удельное сопротивление - это усилие, затрачиваемое на подрезание пласта, его оборот и трение о рабочую поверхность. Удельным сопротивлением определяется сила тяги (Р) при вспашке почвы: Р = КаЬ, где К - удельное сопротивление; а - глубина пахоты, см; Ь - ширина захвата плуга, см. В зависимости от механического состава, физико - химических свойств и влажности удельное сопротивление почвы изменяется от 19,6 до 117,7 кПа (2,0 - 12,0 кгсм2).

Состояние почвы, при котором она хорошо обрабатывается с наименьшими затратами тяговых усилий, называется физической спелостью. Это состояние определяется содержанием влаги, в зависимости от типа почв, от 60 до 90 % их полной влагоемкости.

При обработке суглинистых и глинистых почв в спелом состоянии они легко крошатся на комки оптимального размера. При вспашке почвы в переувлажненном состоянии образуется сплошной пласт, разделывание которого при подсыхании сильно разрушает структуру почвы. Вспашка переувлажненной и пересохшей почвы ухудшает ее плодородие на несколько лет.

Физические и физико - механические свойства пахотных почв улучшаются при посеве многолетних трав, внесении удобрений (особенно органических), известковании кислых почв и гипсовании солонцеватых почв и солонцов, а также при улучшении структуры почв, правильной и своевременной обработке, создании мощного однородного пахотного горизонта и других агротехнических приемах.

Такая основополагающая характеристика почвы, как структура, зависит, прежде всего, от ее состава и содержания в ней перегноя, что в свою очередь определяет степень активности почвенной фауны, способность почвы поглощать, удерживать влагу и образовывать сильную капиллярную систему, доставляющую воду из нижних слоев почвы к верхним, ее теплообмен и воздухопроницаемость. Под структурой почвы понимается пространственное упорядочивание твердых почвенных частиц и пространств между ними - пор. В идеале почва должна состоять на 50 % из твердых частиц почвенного материала и на 50 % из закрытых или сетеобразных пустот, заполненных воздухом и водой.

Большая часть почвенной массы состоит из минеральных частиц, до 10 % почвенного состава приходится на органические субстанции, такие, как гумус и обитающие в его среде многочисленные почвенные организмы, оставшаяся часть приходится на каверны между твердыми частицами почвы, заполненные почвенной влагой и воздухом. Принятая классификация типов почв основана на процентном содержании в них минеральных и органических частей. Так, песок, являющийся основой песчаных почв и в значительной мере входящий в состав суглинистых почв, образован из зерен величиной от 0,05 до 2 мм. Такая достаточно крупная структура почвенных твердых частиц обусловливает образование обширных пространств между ними и определяет такие качества почв, как высокая воздухo- и водопроницаемость и быстрая прогреваемость.

Глинистые частицы, напротив, не превышают по величине 0,003 мм и заполняют собой все физическое пространство почвы, образуя очень плотную структуру с небольшим количеством пустых пространств. Поэтому глинистые почвы характеризуются низкой воздухо- и водопроницаемостью, медленной прогреваемостью, а также тенденцией к возникновению застойных процессов.

Плотная, или монолитная, структура почвы, которой отличаются тяжелые почвы с повышенным содержанием глинистых частиц, не очень благоприятна для растений. Она плохо пропускает воду и воздух, препятствует росту и свободному размещению корней. Из-за недостаточного воздухо- и водоснабжения такой почвы в ней ограничена биологическая активность микроорганизмов, а значит, снижен уровень содержания продуктов их жизнедеятельности и питательных веществ. Особенно сильно слитная структура почвы проявляется после попадания на нее влаги, когда растворившиеся глинистые частицы заполняют собой все пространство, образуя так называемый бетонный грунт.

Песчаная, или, что еще хуже, пылевидная, структура почвы также неблагоприятна для растений. Из-за своей чрезмерной сыпучести твердые почвенные частицы не образуют комков, вода быстро поглощается и не удерживается почвой, уходя в нижние слои и не задерживаясь в почвенном слое. Вода уносит с собой растворенные питательные вещества, которые растения просто не успевают усваивать и потому страдают от недостатка воды и питательных веществ. Растения плохо укореняются в таких почвах, ибо корневая система не удерживается в рыхлой структуре. Песчаные и пылевидные почвы быстро прогреваются и быстро остывают, так как отсутствует влага, способная регулировать температурный режим и поддерживать температурный баланс почвы.

2 Экономическое обоснование  почв и их сельскохозяйственное назначение

2.1 Резервы роста урожайности сельскохозяйственных культур.