Физические свойства почвы

Лекция 8 ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА П О Ч В Ы. К физическим свойствам почвы относятся: -общие физические свойства почвы; -физико – механические свойства почвы; -водные свойства почвы; -воздушные свойства почвы; -тепловые свойства почвы. Физические свойства почвы играют значительную роль на развитие почвообразовательного процесса и плодородие почвы. Величины физических свойств почвы, их динамика определяются составом, соотношением и взаимодействием между фазами почвы (твердой, жидкой газообразной). По вопросам физических свойств почв большой вклад внесли в почвоведение такие ученые как: П.А.Костычев, В.Р.Вильямс Н.А Качинский, А.А Роде и др. Общие физические свойства почвы. -Плотность почвы (ранее называли объемный вес) - это масса (вес) единицы объема абсолютно сухой почвы, взятой в естественном состоянии (с ненарушенной структурой) и выражается в г/см 3. dv = M/V Плотность почвы зависит от - минералогического и механического состава - содержания органики (гумуса) в почве. И составляет: В гумусовых горизонтах 1,0 – 1,2 г/см3, в торфяных 0,2 – 0,6 г/см3, в минеральных 1,3 – 1,6 г/см3. В верхних горизонтах торфяных почв (почвы верховых болот) 0,04 – 0,06 г/см3. По данным Б.Н. Мичурина плотность почвы 2 г/см3 является предельной, хотя имеются в литературе данные, что предел плотности почвы достигает 2,5 г/см3. Плотность твердой фазы почвы (ранее называли удельный вес) – это отношение массы (веса) ее твердой фазы к массе воды в том же объеме при 40с. Плотность твердой фазы почвы обусловлена минералогическим составом почвы, а также зависит от соотношения минеральной и органической частей почвы. Основная часть минеральной массы почвы представлена следующими минералами: Минералы г/см3 Кварц 2.56 Ортоклаз 2,55 Плагиоклазы 2,60 – 2,76 Мусковит 2,76 – 3,00 Биотит 2,79 – 3,16 Лимонит 3,70 В среднем составляет 2,65 – 2,75 г\см3, при этом максимальная плотность может достигать 5,18 г\см3. - -Пористость почвы (или скважность) – это суммарный объем всех пор между твердыми частицами почвы. Выражается пористость в процентах ( % ) от общего объема почвы рассчитывается по следующей формуле: Р общ. = (1 - dv) 100 d где dv – плотность почвы (объемный вес) d – плотность твердой фазы почвы (удельный вес) Пористость зависит от -механического состава, -структуры почвы, -деятельности почвенной фауны (черви, насекомые), -содержания органики, и от приемов обработки почвы. Поры в почве образуются между частицами, между агрегатами и внутри агрегатов. Различают общую пористость, капиллярную и некапиллярную (межагрегатную) и др. К общим физическим свойствам почвы относится и такой показатель почвы, как удельная поверхность. Это суммарная площадь всех частиц. Измеряется удельная поверхность почвы в м2 на 1 г. почвы. В зависимости от механического и минералогического состава почвы удельная поверхность изменяется от 1 – 2 м2/г (крупнозернистые пески) до 300 м2/г (глины). Физико – механические свойства почвы. Три группы свойств: А) Реологические свойства Б) Прочностные свойства почвы В) Деформационные свойства Пластичность – свойство почвы изменять свою форму под влиянием внешних сил без нарушения сплошности и сохранять вновь принятую форму после устранения этой внешней силы. Пластичность зависит от количественного состава илистой фракции в почве и от влажности почвы. Сухая почва пластичностью не обладает, избыточно влажная почва теряет пластичность и начинает течь. Выделены следующие константы пластичности почв: 1) –верхний предел пластичности или текучести – массовая влажность почвы при которой стандартный конус под действием собственного веса (76 г.) погружается в почву (почвенный образец) на 10 см. 2) –нижний предел пластичности – это граница между полутвердым и пластичным состоянием почвы – это массовая влажность при которой образец можно раскатать в шнур диаметром в 3 мм. Без образования разрывов и трещин. 3) –число пластичности – это разность между числовым выражением верхнего и нижнего пределов пластичности – то есть это разность между величиной влажности от течи, до влажности шнура. Например, влажность течи 50 %, а влажность скатывания шнура 35 %, то число пластичности составит 15. Пластичность определяется гранулометрическим составом и формой слагающих почву частиц. Пластичность глин вдвое больше чем суглинков и втрое больше супесей, Пески практически не пластичны. Числа пластичности определяются следующими числовыми пределами: глины – 35 – 40, суглинки – 10 – 20, супеси – 5 – 10, пески – 0 - Липкость почвы (прилипание) – свойство влажной почвы прилипать к другим телам. Количественно липкость почвы характеризуется усилием в граммах (г.), требующего для отрыва металлической пластинки от почвы площадью 1 см2 (г\см2), по новым единицам измерения Н\см2 Липкость проявляется лишь во влажном состоянии почвы. Прилипание зависит от минералогического, гранулометрического составов почвы и наличия гумуса в ней. По липкости почвы разделяют: - предельно вязкие – более 15 г/см2 - сильно вязкие – 15 – 5 г/см2 - средние по вязкости – 2 – 5 г/см2 - слабые по вязкости менее 2 г/см2 -Набухание почвы – это увеличение объема почвы или ее отдельных структурных элементов при увеличении влажности. В основе набухания почвы лежит свойство коллоидов сорбировать воду и образовывать гидратные оболочки вокруг минеральных и органических частиц. Наибольшей набухаемостью обладают минералы с расширяющейся кристаллической решеткой групп монтмориллонита – вермикулита. Повышение набухаемости способствуют катионы натрия (Na+). Выражается набухаемость в объемных процентах от исходного объема почвы: Vнаб. = (V1 – V2 ) *100, V2 Vнаб. – объем набухания, в % V1 – объем влажной почвы V2 – объем сухой почвы где -Усадка почвы – сокращение (уменьшение) объема почвы при потери влажности – явление обратное набуханию. Определяется по следующей формуле. (V1 – V2) * 100 Vус = -------------------V1 обозначения букв те же, что и в формуле набухания. Набухание и усадка почв - это в основном отрицательные свойства почвы. При набухании почвы происходит разрушение почвенных агрегатов, что приводит к выжиманию посаженных сеянцев. Усадка почв ведет к появлению многочисленных трещин, а это в свою очередь может привести к разрыву тонких корешков (сосущая часть корней), к понижению активного питания растений. При высыхании и усадки почвы формируется грубая структура в виде тумб и глыб. Прочностные свойства почвы Связность почвы – способность почвы оказывать сопротивление разрывающему усилию, то есть определяет свойство взаимного сцепления частиц почвы. Выражается связность в килограммах на метр квадратный (кг/м2). Связность зависит от гранулометрического состава почвы, количества и состава клеющих компонентов, обменных оснований, содержания органического вещества и влажности. Связность обусловлена такими явлениями как: - когезия – слипание однородных по своей химической природе частиц за счет непосредственного взаимодействия их поверхности; - когезия адсорбции – концентрация молекул вещества на поверхности двух фаз (жидкой и твердой); цементация – скрепление (соединение) цементирующими веществами (известь, кремнезем, окись железа). Наибольшую связность имеют почвы в основе которых присутствуют монтмориллонитовые глины. С облегчением гранулометрического состава связность уменьшается. -Твердость – это свойство почвы в естественном состоянии сопротивляться сжатию и расклиниванию. Твердость выражается количественно также в кг/см2. Твердость обусловлена теми же характеристиками почвы (гранулометрическим, минералогическим и т. д.), что и связность. Твердость вначале определяется в полевых условиях при морфологическом описании почвы: рыхлая, плотноватая, твердая, очень твердая. Твердость почвы определяет тяговые усилия сельхозорудий. Наиболее твердые глинистые почвы в сухом состоянии. Деформационные свойства почвы. - Сжимаемость почвы – происходит под нагрузкой при механической обработки почвы. Это важно знать и особенно в настоящее время, так как обрабатывающая техника становится все тяжелее. Сжимаемость почвы приводит к снижению порозности, изменения размеров и форм пор, ухудшению водно – воздушных свойств почв. В настоящее время отмечаются случаи застоя воды на поверхности почвы даже на таких почвах, как черноземы (как правило в весенний период). - Просадка почвы – это частный случай проявления сжимаемости почвы и грунтов. Просадкой называется понижение поверхности почвы в результате уменьшения их пористости за счет растворения содержащих в ней (почве) солей. С этим связаны такие формы рельефа как степные понижения блюдообразной формы. Физико – механические свойства почв необходимо учитывать: --при механической обработки почвы в земледелии (например в питомниках) --при проектировании и производстве сельхозмашин. --при проектировании и производстве дорожно – строительных машин. --при использовании почвы в качестве строительного материала. --при проектировании и строительстве осушительных и оросительных каналов.