Структура, общие физические и физико-механические свойства почвы

1. Структура, общие физические и физико-механические свойства почвы

2. Содержание:

• Агрономическая характеристика структуры.
• Общие физические свойства.
• Физико-механические свойства.

3. Понятие почвенной структуры

Структурность - способность почвы распадаться на
агрегаты.
Почвенная структура - совокупность агрегатов
различной величины, формы и качественного
состава.
Научные труды о значение структуры в
формировании агрономических свойств почвы:
П. А. Костычев В. P. Вильямс.
Теория структурообразования в работах К. К.
Гедройца, А. Г. Дояренко, И. Н. Антипова-Каратаева,
Н. А. Качинского, Н. И. Саввинова, П. В. Вершинина,
А. Ф. Тюлина, Д. В. Хана, Э. Рассела.

4. АГРОНОМИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА СТРУКТУРЫ

• Качественная оценка структуры определяется ее
размером, пористостью, механической прочностью
и водопрочностью.
• Наиболее агрономически ценны макроагрегаты
размером 0,25 - 10 мм, с высокой пористостью
(>45 %), механической прочностью и
водопрочностью.
• Структурной считается почва, содержащая более 55
% водопрочных агрегатов размером 0,25 - 10 мм.
• Устойчивость структуры к механическому
воздействию (связность) и способность не
разрушаться при увлажнении (водопрочность)
определяют сохранение почвой благоприятного
сложения при многократных обработках и
увлажнении.

5. Агрономическое значение структуры

оказывает положительное влияние на следующие
свойства и режимы почв:
физические свойства - пористость,
плотность сложения;
водный, воздушный, тепловой, окислительновосстановительный, микробиологический и
питательный режимы;
физико-механические свойства - связность,
удельное сопротивление при обработке,
коркообразование; противозроэионную
устойчивость почв.

6. ОБРАЗОВАНИЕ СТРУКТУРЫ

Основные процессы в формировании макроструктуры:
1) механическое разделение почвы на агрегаты (комки)
2) образование прочных, не размываемых в воде
отдельностей.
Факторы структурообразования.
1. Физико-механические (и физические) факторы
обусловливают процесс крошения почвенной массы под
влиянием изменяющегося давления или механического
воздействия - разделение почвы на комки в результате
изменения объема (и давления) при переменном
высушивании и увлажнении, замерзании и оттаивании
воды в ней, давления корней растений, деятельности
роющих и копающих животных и рыхлящего воздействия
почвообрабатывающих орудий.

7. 2. Физико-химические факторы

- коагуляция и нементирующее воздействие
почвенных коллоидов.
Водопрочность приобретается в результате
скрепления механических элементов и
микроагрегатов коллоидными веществами
(органическими и минеральными). Чтобы
отдельности, скрепленные коллоидами, не
расплывались от действия воды, коллоиды должны
быть необратимо скоагулированы. Коагуляторы - 2и 3-валентные катионы Са2+, Mg2+, Fe 2+
При наличии 1-валентных катионов, Na+,
необратимой коагуляции не происходит и прочной
структуры не образуется.

8. Наиболее прочно скрепляющие вещества - органические коллоиды – (гуматы кальция) и минеральные коллоиды. Высокодисперсные минералы - глини

Наиболее прочно скрепляющие вещества - органические
коллоиды – (гуматы кальция) и минеральные коллоиды.
Высокодисперсные минералы - глинистые и
минералы гидроокисей Fe , Al.
Наиболее водопрочная структура образуется при
взаимодействии гуминовых кислот с минералами
монтмориллонитовой группы и гидрослюдами.
Менее водопрочная при взаимодействии с кварцем,
аморфной кремнекислотой и каолинитом.
Минералы гидроокисей Fe , Al в оструктуривании
красноцветных глин и красноземов.

9. 3. Химические факторы

образование труднорастворимых химических соединений
(углекислого Ca, гидроокиси Fe, силикатов Mg и др.), которые
при пропитывании агрегатов почвы цементируют их.
При временном избыточном увлажнении может проявиться
оструктуривающая роль соединений Fe. В почве протекают
восстановительные процессы, сопровождаемые образованием
водорастворимых форм закисного Fe, которые пропитывают
почвенные агрегаты. При подсыхании почвы развиваются
окислительные процессы, при этом подвижные формы
закисного Fe переходят в не растворимые соединения окисного
Fe, цементируя почвенные агрегаты. Однако, эти агрегаты при
высокой водопрочности имеют малую пористость (40 %), т.к.
часть объема пор постепенно заполняется гидратом окиси Fe.

10. 4. Биологический фактор – основной в структурообразовании

• Растительность механически уплотняет почву и разделяет ее
на комки, участвует в образовании гумуса. Наибольшее
оструктуривающее влияние - многолетняя травянистая
растительность.
• Деятельность червей - частички почвы, проходя через
кишечный тракт дождевых червей, уплотняются и
выбрасываются в виде небольших комочков – капролитов,
обладающих высокой водопрочностью.
• Коллоидные продукты жизнедеятельности и автолиза
микроорганизмов являются цементирующими веществами в
почве и способствуют структурообразованию.

11. УТРАТА И ВОССТАНОВЛЕНИЕ СТРУКТУРЫ ПОЧВЫ

1) Механическое разрушение структуры происходит под
влиянием обработки почвы, передвижения по ее поверхности
машин и орудий, людей, животных, под ударами капель дождя.
Пути уменьшения механического разрушения почвенной
структуры - обработка почвы в состоянии ее спелости и
минимализация обработок.
2) Физико-химические причины утраты структуры связаны с
реакциями обмена 2-валентных катионов (Са и Мg) ППК на 1валентные (Na и NH4). При этом коллоиды (гумусовые
вещества), прочно цементирующие механические элементы в
агрегаты, пептизируются при увлажнении, и структурные
отдельности разрушаются. Приемы химической мелиорации почв
(известкование, гипсование), приводящие к обогащению ППК
обменным кальцием, способствуют и улучшению структуры.

12. 3) Биологические причины разрушения структуры связаны с процессами минерализации почвенного гумуса - главного клеящего вещества при образ

3) Биологические причины разрушения структуры связаны с
процессами минерализации почвенного гумуса - главного клеящего
вещества при образовании структуры.
Восстановление и сохранение структуры в условиях
сельскохозяйственного использования почв осуществляется
агротехническими методами. Улучшение структурного состояния
почв возможно с помощью искусственных структур образователей.
Агротехнические методы оструктуривания почв - посев
многолетних трав, обработка почвы в спелом состоянии,
известкование кислых почв, гипсование солонцов и солонцовых
почв, внесение органических и минеральных удобрений

13. Общие физические свойства - плотность почвы, плотность твердой фазы и пористость.

• П. А. Костычев, В. P. Вильямс, А. Г. Дояренко, Н. А. Качинский,
И. Н. Антипов-Каратаев, С. В. Астапов, А. Ф. Лебедев, П. В.
Вершинин, Ф. Е. Колясьев, А. Ф. Тюлин, А. А. Роде, С. И. Долгов,
И. И. Ревут.
• Плотность твердой фазы почвы - отношение массы ее твердой
фазы к массе воды в том же объеме при 4 0С.
Величина определяется соотношением в почве компонентов
органических и минеральных частей почвы. Для органических
веществ (сухой опад растений, торф, гумус) от 0,2 - 0,5 до 1,0 1,4 г/см3, для минеральных соединений от 2,1 - 2,5 до 4,0-5,18
г/см3. Для минеральных горизонтов - 2,4 - 2,65 г/см3,
торфяных 1,4 - 1,8 г/см3.

14. Плотность почвы

масса единицы объема абсолютно сухой почвы, взятой в
естественном сложении. г/см3
Зависит от минералогического и механического состава, структуры
и содержания органического вещества, от обработки почвы и
воздействие движущейся по поверхности почвы техники.
Наиболее рыхлая почва - сразу после обработки, постепенно уплотняется.
Более низкая плотность - верхние горизонты почв, содержащие
больше органического вещества, лучше оструктуренные,
подвергающиеся рыхлению при обработке.
Плотность почвы влияет на поглощение влаги, газообмен в почве,
развитие
корневых
систем
растений,
интенсивность
микробиологических процессов.
Оптимальная плотность пахотного горизонта для культурных
растений - 1,0 - 1,2 г/см3.

15. Оценка плотности суглинистых и глинистых почв (Н.А.Качинский)

16. Пористость (скважность) почвы

суммарный объем всех пор между частицами твердой
фазы почвы.
Выражают в процентах от общего объема почвы,
вычисляют по показателям плотности почвы (dv) и плотности
твердой фазы (d)
Зависит от механического состава, структурности, деятельности
почвенной фауны, содержания органического вещества, в
пахотных почвах от обработки и приемов окультуривания почвы.

17. Виды пористости

• Некапиллярные поры обеспечивают водопроницаемость,
воздухообмен; капиллярная пористость создает
водоудерживающую 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 55 - 65 % oбщей
пористости. Если меньше 50 %, ухудшается воздухообмен и
развиваются анаэробные процессы в почве.
• В агрономическом отношении важно, чтобы почвы имели
наибольшую капиллярную пористость, заполненную водой и
одновременно пористость аэрации не менее 15 % объема в
минеральных и 30 - 40 % в торфяных почвах.
• Общая пористость имеет наивысшие показатели в верхних
горизонтах (в среднем 50 -55 %) и заметно снижается в
нижележащих. Выше в суглинистых и глинистых почвах.

18. Оценка пористости почв

19. ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА

• Пластичность - способность почвы изменять свою форму под
влиянием какой-либо внешней силы без нарушения сплошности и
сохранять приданную форму после устранения этой силы.
Пластичность обусловлена илистой фракцией и зависит от
влажности почвы.
В зависимости от влажности почвы различают (по Аттербергу)
следующие константы пластичности:
• верхний предел пластичности, или предел текучести, - весовая влажность, при
которой стандартный конус под действием собственной массы (76 г) погружается
в почву на глубину 10 см;
• нижний предел пластичности, или предел раскатывания - весовая влажность,
при которой образец почвы можно раскатать в шнур диаметром 3 мм без
образования в нем разрывов;
Число пластичности - разность между показателями верхнего и нижнего
пределов пластичности.
Наивысшее число пластичности (больше 17) - глинистые почвы; суглинистые - 7 17; супеси - меньше 7; пески не обладают пластичностью - близко к 0.

20. Липкость (или прилипание)

- свойство влажной почвы прилипать к другим телам.
Отрицательно влияет на технологические свойства почвы прилипание почвы к орудиям и ходовым частям машины
увеличивает тяговое сопротивление и ухудшает качество
обработки. Определяется силой, требующейся для отрыва
металлической пластинки от почвы, выражается в г/см2.
Проявляется при некоторой наименьшей влажности,
увеличиваясь одновременно с ней, затем уменьшатся. Зависит
от механического состава: наибольшая у глинистых и
наименьшая - у песчаных; от состава обменных катионов и
гумусности почвы.
По липкости почвы подразделяют (по H. А. Качинскому):
на предельно вязкие (>15 г/см'), сильновязкие (5 -15),
средние по вязкости (2 - 5), слабовязкие (меньше 2 г/см2).

21. Физическая спелость

состояние влажности, при котором почва хорошо
крошится на комки, не прилипая при этом к орудиям
обработки.
Зависит от механического состава, состава обменных
катионов и гумусированности почв.
• Биологическая спелость почвы, под которой
понимают такое состояние ее температурного
режима, при котором начинают активно развиваться
биологические процессы (деятельность
микроорганизмов, прорастание семян и др.).

22. Набухание

увеличение объема почвы при увлажнении.
Отрицательное свойство почв, т. к. при значительной ее
выраженности может происходить разрушение почвенных
агрегатов. Выражается в объемных процентах от исходного объема
почвы.
Обусловлено сорбцией влаги почвенными частицами и гидратацией
обменных катионов и зависит от содержания и состава почвенных
коллоидов и обменных катионов.
Наибольшей набухаемостью обладают минералы с расширяющейся
решеткой - монтиориллонит и вермикулит, наименьшей минералы группы каолинита.
Повышению набухаемости способствует насыщение почвы ионом
Na. Значительной набухаемостью характеризуются органические
коллоиды. Высокая набухаемость у солонцовых почв.

23. Усадка - сокращение объема почвы при высыхании. Явление обратное набуханию, и зависит от тех же факторов. Чем больше набухаемость почвы, тем

сильнее
ее усадка. Выражают в процентах от объема исходной
почвы. Сильная усадка почвы приводит к образованию
трещин, разрыву корней растений, повышению потерь
влаги за счет испарения.

24. Связность почвы - способность сопротивляться внешнему усилию, стремящемуся разъединить частицы почвы. Выражают в кг/см2. Вызывается силами

сцепления между частицами почвы;
зависит от механического и минералогического состава почвы,
структурного состояния, влажности, гумусированности и
особенностей ее сельскохозяйственного использования. Наибольшая
связность - глинистые почвы, богатые минеральным илом,
наименьшая - песчаные. Максимальная связность наблюдается при
влажности почв, близкой к влажности завядания. Связность
возрастает при насыщении почвы ионами Na, при этом почва
диспергируется, ее удельная поверхность увеличивается,
возрастают и силы сцепления между частицами. Снижается при
улучшении структуры. Связные почвы лучше противостоят эрозии,
при увеличении связности удельное сопротивление повышается,
увеличиваются затраты на обработку.

25. Удельное сопротивление

- усилие, затраченное на подрезание пласта, его оборот и трение о
рабочую поверхность.
Характеризуется сопротивлением почвы в кг, приходящимся на 1
см2 поперечного сечения пласта почвы, поднимаемого плугом.
0,2 -1,2 кг/см2.
Учитывают при конструировании плугов, составлении норм
выработок тракторов, при районировании почвообрабатывающих
орудий и тракторов.
Удельное сопротивление зависит от типа почвы, механического
состава, характера угодья, влажности почвы.