Общие физические и физико-механические свойства почв

Изучение физических свойств почв связано с именами П. А. Косты- чева, В. Р. Вильямса, А. Г. Дояренко, Н. А. Качинского, И. Н. Антипова- Каратаева, С. В. Астапова, П. В. Вершинина, Ф. Е. Колясева, А. Ф. Тю- лина, А. А. Роде, С. И. Долгова, И. И. Ревута и других ученых.

Общие физические свойства почв

К общим физическим свойствам почвы относят плотность твердой фазы почвы, плотность почвы в целом, пористость почвы.

Плотность твердой фазы[1] — средняя плотность почвенных частиц — масса сухого вещества почвы (М) в единице его истинного объема (У5), т. е. в единице объема твердой фазы почвы, выраженная в г/см3 или т/м3:

Различные типы почв имеют неодинаковую плотность твердой фазы. Ее величина для минеральных почв колеблется от 2,4 до 2,8 г/см3 и зависит от минералогического состава почвы и содержания органических компонентов. Типична следующая закономерность: чем больше в почвах органических веществ, тем ниже их плотность, и чем больше в почвах минералов оксидов железа, тем выше плотность твердой фазы (табл. 1.29).

Таблица 1.29

Плотность твердой фазы минеральных и органических компонентов почвы, г/см3

Минералы и органические компоненты

Плотность

Минералы и органические компоненты

Плотность

Гипс

2,30—2,35

Роговая обманка

2,90—3,40

Кварц

2,60—2,65

Лимонит

3,50—4,00

Мусковит

2,76—3,00

Торф, лесные подстилки

0,40—0,90

Слюда

2,80—3,20

Гумус

1,30—1,40

Монтмориллонит

2,10

Оливин

3,30—3,40

Каолинит

2,60

Гранит

3,40—4,30

Магнетит

5,10—5,30

Ортоклаз

2,50—2,60

Плотность почвы[2] — масса сухого вещества почвы (М) в единице ее объема ненарушенного естественного сложения (V), выраженная в г/см3 или т/м3:

Водно-воздушный режим почв тесно связан с их плотностью. Плотность почвы определяет соотношение между твердой, жидкой и газообразной фазами. Величины ее связаны со структурным состоянием почвы. В то же время плотность является показателем, который можно учесть сравнительно просто, поэтому ее используют как основной количественный показатель оценки качества почвы в отношении ее физических свойств.

Величину плотности почв определяют многие причины. Большое значение имеет минералогический состав твердой фазы почвы, присутствие органического вещества. Тяжелые минералы в почве способствуют увеличению плотности, а легкие понижают ее. Большое количество органических веществ уменьшает плотность.

Но в большей степени величины плотности почв зависят от их сложения и структурного состояния. Рыхлые почвы с зернистой и комковатой структурой, с большой пористостью обусловливают малые величины плотности. Почвы же бесструктурные, слитые характеризуются повышенными значениями плотности. Почвы могут уплотняться под вли-

янием прохода тяжелых сельскохозяйственных машин, выпаса скота, поливов. Особо острой проблемой в последние годы стала машинная деградация почв, связанная с применением тяжелых почвообрабатывающих машин и комбайнов. Плотность увеличивается в глубоких горизонтах почвы, что приводит к необратимому снижению уровня плодородия. Это наблюдается как под пропашными и зерновыми культурами, так и под многолетними насаждениями (сады, виноградники).

Плотность почвы в среднем определяется величинами 1,2—1,4. К ним оказались экологически приспособленными большинство растений. Однако отклонения от средних величин могут быть значительными (табл. 1.30). При этом, как правило, складываются экстремальные условия для живых организмов в почвенной среде.

Таблица 1.30

Плотность некоторых почв и грунтов, г/см3

Почвы, грунты

Плотность

Почвы, грунты

Плотность

Торф

0,2—0,5

Солонцовый горизонт

1,5—1,7

Пухлый солончак

0,8—1,0

Глыбы после вспашки

1,7-1,9

Подзолистый горизонт

1,2—1,5

Корка после полива

1,6—1,9

Болотные почвы

1Д—1,3

Третичные глины

1,7-2,0

Лессы

1,3—1,5

Слитой горизонт в сухом

Целинный чернозем

1,2—1,3

СОСТОЯНИИ

1,9—2,0

Свежая вспашка

1,0—1,1

Иллювиальные горизонты

1,6—1,8

Пористость[3] — суммарный объем всех пор между частицами твердой фазы почвы. Пористость выражается в процентах от общего объема почвы. В разных горизонтах минеральных почв пористость изменяется в широких пределах (25—80%), в гумусовых горизонтах обычно составляет 50—60%, для болотных торфяных почв — 80—90%.

Предметом специальных исследований являются различные формы пористости, а их соотношения называются дифференциальной порозно- стью почв. Так, при структурном анализе почвы можно фиксировать порозность отдельных агрегатов и межагрегатную порозность, или структурную и межструктурную порозность. Отдельно учитывается объем пор, занятых прочносвязанной влагой, а также капиллярной водой (капиллярная пористость). Чаще всего исследователь и практик имеют дело с порозностью аэрации, которая учитывает порозность пространства в каждый данный момент разновлажной почвы. Таким образом, пористость почв дифференцируется следующим образом:

  • общая порозность — суммарный объем всех пор между частицами твердой фазы;
  • капиллярная порозность — объем пор, занятых капиллярами почвы, включая межагрегатные пространства;
  • агрегатная порозность — объем пор в агрегатах или структурных отдельностях;
  • межагрегатная порозность — пространства почвы между агрегатами;
  • порозность аэрации — пространства почвы, незанятые водой, но заполненные воздухом.

Наиболее значимы и востребованы исследователями и практиками общая порозность (Р) и порозность аэрации (Ра):

где — плотность почвы, d — плотность твердой фазы;

где Р — порозность, занятая водой, или, в упрощенной форме, учитывая плотность воды, это влажность почвы, выраженная в процентах.

Значения пористости почвы — величины динамичные, конкретно индивидуальные и генетически присущие тем или иным почвам. Однако общим для всех почв является закономерность: чем выше плотность почвы, тем меньше ее порозность, и наоборот. Так, плотность чернозема типичного и соответственно его пористость мало изменчивы в естественном состоянии. Плотность же чернозема слитого и его порозность изменяются в широких пределах, от плотности 1,40 и порозности 48% во влажном состоянии до плотности 1,95 и порозности 26% в сухом состоянии. Высокое содержание в почвах сильно набухающих минералов типа монтмориллонита делает их весьма динамичными в отношении порозности.

Безусловно, обработка почвы существенно меняет порозность, делая ее оптимальной для возделываемых растений. Установлено, что порозность аэрации должна быть не менее 15%. В агротехнической практике вспашка, рыхление корнеобитаемого слоя почвы, т. е. увеличение ее пористости и, соответственно, снижение плотности, — прием, имеющий практически такой же возраст, как и само земледелие. С техническим прогрессом в земледелие пришли глубокая плантажная вспашка и безотвальное рыхление до глубины 50—60 см, применяемые при посадке многолетних насаждений. В зоне корнеобитания плотность уменьшается на 10—15%, а пористость увеличивается на 15—20%, скорость впитывания воды возрастает в два раза. Оптимизация физического состояния почв как раз важна в этом случае для молодых укореняющихся растений. Со временем, примерно через 3—4 года, почва приобретает исходное состояние, а молодые растения к тому времени уже набирают силу.

  • [1] Синоним — удельный вес почвы (уст.).
  • [2] Синонимы — объемный вес почвы, объемная масса почвы (уст.).
  • [3] Синоним — порозность.
 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >