Свойства почвы как объекта механической обработки

Добавил пользователь Дмитрий К.
Обновлено: 18.09.2024

1. ПОЧВА КАК ОБЪЕКТ ОБРАБОТКИ. СИСТЕМА ОБРАБОТКИ ПОЧВЫ. ПРОБЛЕМЫ, ВОЗНИКАЮЩИЕ ПРИ ОБРАБОТКЕ ПОЧВЫ. АКТУАЛЬНОСТЬ РАЗРАБОТКИ СОВРЕМЕННЫХ ИННОВ

ПОЧВА КАК ОБЪЕКТ ОБРАБОТКИ.
СИСТЕМА ОБРАБОТКИ ПОЧВЫ.
ПРОБЛЕМЫ, ВОЗНИКАЮЩИЕ ПРИ ОБРАБОТКЕ
ПОЧВЫ.
АКТУАЛЬНОСТЬ РАЗРАБОТКИ СОВРЕМЕННЫХ
ИННОВАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ И
ТЕХНИЧЕСКИХ СРЕДСТВ ОБРАБОТКИ ПОЧВЫ
Лектор
Крук Игорь Степанович,
кандидат технических наук, доцент, декан
факультета механизации,
Белорусский государственный аграрный
технический университет

Почва – многофазная среда, состоящая
из перемешанных между собой твердых
частиц, воды воздуха и живых
организмов.
От соотношения фаз зависят физикомеханические и плодородные свойства
почвы

Вещества, составляющие почву,
находятся в трех физических
состояниях (фазах), частицы которых
взаимно перемешаны :
твердое,
жидкое,
газообразное.
Соотношение фаз непрерывно
изменяется под действием природных
факторов и применяемых машин.

Твердая фаза
В состав входят минеральные частицы
(до 90 %) различных размеров и
органические вещества (гумус,
микроорганизмы).
Каменистые включения (частицы
размерами больше 1 мм )
Мелкозем (частицы размерами меньше
1 мм)

По массовой доле камней в почвы
подразделяют на:
• не каменистые (камней меньше 0,5%),
• слабокаменистые (0,5. 5%),
• среднекаменистые (5. 10%)
• сильнокаменистые (больше 10 %).
Мелкозем по размерам разделяют на
фракции:
• физическую глину
диаметр частиц
dч 0,01 мм.

7. Классификация почв по гранулометрическому составу

Треугольник
Ферре
60
50
Ил
,%
40
Иловидный
сугленок
Опесчаненный
иловатый
сугленнок
80
Сугленок
Пыль
90
80
70
60
50
40
Песок, %
30
20
10
0
10
0
Супесь
90
Пылевидный
сугленок
Песок
100
70
Пылевидная
глина
Глинесто
иловатый
сугленнок
А
Легкая
глина
Опесчаненный
сугленок
10
,%
ль 60
Пы
50
30
Глина
40
20
30
70
20
80
90
10
песок dч = 2…0,02 мм;
пыль dч = 0,019…0,002 мм;
ил dч 1,0
δ =0,25. 1,0
δ =0,1. 0,25
δ α; φ

Почва – многофазная дисперсная среда, состоящая из твердых, жидких и газообразных частиц, перемешанных между собой в различных соотношениях. Как объект обработки почва является материалом, обладающим разнообразными свойствами в зависимости от ее вида, структуры и состояния. Свойства почвы имеют решающее значение для оценки качественных и энергетических показателей технологических процессов, происходящих в почве под воздействием рабочих органов почвообрабатывающих машин.

Механический состав. В зависимости от размеров твердые частицы почвы подразделяются на каменистые включения (размер частиц более 1 мм) и мелкозем (частицы размером менее 1 мм). При определении типа почвы по механическом составу анализируют только мелкозем и ориентируются на процентное содержание в почве физического песка и физической глины. Частицы размером менее 0,01 мм относят к почвенной глине, а более 0,01 мм – к физическому песку. По содержанию физической глины почвы получили различные наименования: глинистые (более 50% ‑ глина), суглинистые (50%-20% глины), супесчаные (20%-10% глины) и песчаные (менее 10% глины).

Чем больше в почве содержится физической глины, тем труднее она обрабатывается. Суглинистые и супесчаные почвы по своим свойствам занимают промежуточное положение и сравнительно легко крошатся, хорошо поглощают и удерживают влагу, обладают высоким плодородием.

Структура почвы. В процессе почвообразования происходит коагуляция и слипание первичных частиц, в результате чего образуются новые, более крупные агрегаты различного размера. Структурные образования размером 0,25 мм условно принято называть микроагрегатами, а более крупные – макроагрегатами почвы. Считается, что при механической обработке почвы нельзя допускать ее разрушения до частиц менее 0,25 мм, так как это приводит к разрушению структурных агрегатов и ветровой эрозии почв.

2. Физико-механические свойства почвы.

Применительно к целям обработки различают физические свойства почвы. Основные физические свойства почвы – влажность, скважность, плотность, структура, каменистость и т.д.

Коэффициент структурности почвы служит ее оценкой после обработки. Он определяется так:

где и – соответственно массы агрегатов размером 0,25…7 мм и остальной части почвы.

Абсолютная плотность почвы представляет собой отношение массы т_у абсолютно сухой искусственно уплотненной почвы к ее объему V, то есть:

Объемная масса представляет собой отношение массы т_н абсолютно сухой почвы с ненарушенным сложением (включая поры) к ее объему V, то есть:

Действительная объемная масса представляет собой отношение массы почвы т_в с имеющейся в ней влагой к ее объему V, то есть:

Очевидно, что объемная масса и действительная объемная масса находятся в зависимости:

где W – весовая влажность в долях.

У культурной пашни среднее значение плотности ρ=1,0…1,1 г/см 3 и зависит от количества перегноя в ней. При ρ=1,2 г/см 3 – почва уплотнена, а при 1,3…1,4 г/см 3 сильно уплотнена.

Абсолютная влажность почвы W_aхарактеризуется содержанием воды в единице веса сухого вещества и определяется по формуле:

где и ‑ масса, соответственно влажной и сухой почвы, г.

Относительная влажность W_o определяется при сравнении влажности почв разного механического состава по формуле:

где W_n ‑ полевая влагоемкость почвы – это количество воды, удерживаемая в себе обильно смоченная почва после стекания гравитационной влаги.

Оптимальной влажностью при обработке почвы можно считать: для подзолистой песчаной 12%, дерновоподзолистых суглинистых – 12…22%; черноземов – 17…30%.

Скважность (пористость) – это объем пустот в почве, заполненных водой и воздухом и определяемый из отношения объема пустот к общему объему исследуемой почвы:

Чем меньше диаметр твердых частиц, образующих почву, тем больше ее скважность. У глины и суглинистых почв она составляет 50…60%, у песчаных почв 40…45%, у торфяников – 80…90%.

3. Технологические свойства почвы.

Свойства почвы, которые проявляются только в процессе ее обработки и оказывают влияние на закономерности и характер протекания технологического процесса, называются технологическими. К ним относятся: способность к крошению, твердость, коэффициенты внешнего и внутреннего трения, сопротивления различного рода деформациями и т.д.

Способность почвы к крошению выражается отношением массы комков размером меньше 50 мм к массе почвы в пробе, выраженным в процентах. Пределом нецелесообразности обработки почвы считают количество пылевых частиц, близкое к 30% по объему.

Идеальной считается такая обработка почвы, когда на глубине заделки семян ее составные части достигают размеров 0,25-7 мм, что возможно только в состоянии физической спелости, то есть при оптимальной влажности.

Твердость почвы – способность сопротивляться внедрению в нее под давлением какого-либо твердого тела в виде конуса цилиндра или шара. Твердость – сравнительный показатель механических свойств почвы.

Для измерения твердости почв служат приборы – твердомеры (рис. 1).

Рисунок 1 – Твердомер:

а) схема твердомера: 1 – штанга; 2 – пружина; 3 – рукоятка; 4 – деформатор (наконечник); 5 – опора; б) диаграмма твердомера: 1 – с цилиндрическим наконечником; 2 – с коническим наконечником.

Для твердомеров стандартом предусматривается применение наконечников конической формы двух размеров: с площадью основания 1 см 2 и углом при вершине 2α=22°30’ – для твердых почв и с площадью основания 2 см 2 и углом 2α=30° ‑ для рыхлых почв. Твердомеры снабжаются пишущим устройством, которое вычерчивает диаграмму Р=f(h) при внедрении наконечника в почву. На данной диаграмме (рис. 2) можно выделить характерные участки. На участке ОА сопротивление почвы растет пропорционально ее деформации (точка А – предел пропорциональности). На участке АВ возрастание деформации не вызывает увеличения силы, то есть почва продолжает деформироваться без увеличения давления на нее (точка В – предел текучести). На участке ВС смятие и уплотнение почвы происходит под воздействием на нее конусообразного ядра из сильно уплотненной почвы, который расклинивает нижерасположенные слои, встречая постоянное сопротивление (точка С – предел пластичности).

Рисунок 2 – Диаграмма твердомера.

По данным этой диаграммы определяется стандартная твердость почвы по формуле:

где h – средняя ордината диаграммы твердомера, определяемая методом планиметрирования, см;

q_п – жесткость пружины, определяемая тарировкой, Н/см;

S – площадь основания конуса, см 2 .

По диаграмме твердомера, кроме твердости почвы можно определить предельное значение удельного давления или несущую способность почвы:

и коэффициент объемного смятия:

где Р_а и Р_в – силы, отвечающие соответственно пределу пропорциональности и пределу текучести.

l_a – погружение плунжера в пределах пропорциональности, см.

Для жнивья, паров, лугов q = 5…10 Н/см 3 , для грунтовой дороги q = 50…90 Н/см 3 .

Трение почвы ‑ это сопротивление скольжению одного тела относительно другого, с ним соприкасающегося (внешнее трение), или одних частиц одного и того же тела относительно других (внутреннее трение). Трение характеризуется силой трения или силой реакции, вызванной внешней силой, стремящейся создать скольжение одной поверхности относительно другой при нормальном давлении.

Сила трения определяется по формуле:

где – нормальная сила, Н;

и - соответственно коэффициент и угол трения.

Коэффициент трения для разных почв колеблется от 0,25 до 0,90, угол трения от 14° до 42°. Для ориентировочных расчетов принимают f=0,5, что соответствует углу трения =26°30'.

Удельное сопротивление почв k принято в качестве показателя трудности обработки почв и определятся по формуле:

где Р ‑ общее сопротивление плуга, измеренное динамометром, Н;

а ‑ глубина пахоты, см;

b ‑ ширина захвата корпуса см;

п ‑ число корпусов плуга.

Удельное сопротивление почвы зависит от ее механического состава, структуры, степени уплотненности, задернелости, влажности и т. п.

Почвы с удельным сопротивлением до 3 Н/см 2 считаются легкими, от 3 до 5 - средними, от 5 до 7 - среднетяжелыми и от 7 до 12 Н/см 2 - тяжелыми.

Липкость почвы ‑ это способность почвы склеиваться и прилипать к различным поверхностям. Липкость характеризуется усилием, отнесенным к 1см 2 соприкасающейся с почвой стальной поверхности, необходимым для ее отрыва. Липкость зависит от влажности почвы, дисперсности, свойств материала рабочего органа, чистоты его поверхности и удельного давления. С увеличением дисперсности липкость почвы увеличивается. Поэтому глинистые почвы наиболее липкие.

Почва представляет собой образованный природой поверхностный слой земной коры, обладающий плодородием.
Плодородие - наиболее ценное и важное качество почвы, которое снижается при неправильном обращении с ней. Чтобы сохранить и повысить плодородие, необходимо применять рациональные приемы и технические средства для обработки почвы с учетом ее физических и технологических свойств, а также учитывать конкретные почвенно-климатические условия.

Почва состоит из твердой, жидкой, газообразной и живой частей, частицы которых раздроблены и перемешаны. От соотношения в почве жидкой и газообразной составляющих зависят ее технологические свойства.

Основными физическими свойствами почвы считают гранулометрический состав, скважность (порозность), плотность (объемную массу) и влажность.

Более подробно о физических свойствах почвы изложено в разделе "Основы агрономии" этого сайта.

Виды обработки почвы

Обработка почвы предусматривает механическое воздействие рабочих органов машин и орудий, обуславливающее изменение ее свойств и состояния. Цель обработки почвы - создание наиболее благоприятных условий для роста и развития культурных растений при одновременном непрерывном повышении уровня почвенного плодородия. Технологический процесс обработки почвы состоит из следующих технологических операций: резание, оборачивание, рыхление, перемешивание, выравнивание, уплотнение и т. д.

Резание применяют для отрезания пласта от стенки и дна борозды при вспашке, отрезания порций почвы при фрезеровании, отрубания почвы при выполнении земляных работ бульдозерами, скреперами и т. д.

Оборачивание - разделение обрабатываемого слоя почвы на структурные агрегаты, которое сопровождается увеличением расстояния между ними и, как следствие, уменьшением плотности почвы.

Рыхление зачастую сопровождается крошением почвы, т. е. разрушением ее агрегатов. При этом образование агрегатов размером менее 1 мм не желательно, так как они относятся к эрозионно опасным. Рыхление выполняют для уменьшения плотности почвы, а также для разрушения корки и капиллярных пор, образующихся после дождей и поливов.

Выравнивание - уменьшение размеров неровностей поверхности почвы.

Уплотнение - изменение взаимного расположения почвенных агрегатов с уменьшением расстояния между ними (уменьшением объема почвы). Уплотнение позволяет увеличить капиллярную пористость почвы, что способствует подводу влаги к семенам и ускоряет их прорастание.

Система обработки почвы определяется природными условиями, состоянием поля, последующей культурой, применением удобрений в севообороте. Обработка почвы может быть основной, поверхностной и специальной.

Основная обработка почвы - первая по очередности обработка почвы, выполняемая на глубину 20 - 27 см с оборотом пласта (плугом) или без оборота (глубокорыхлителем) после уборки сельскохозяйственной культуры.

Поверхностная обработка почвы предусматривается при подготовке поля к посеву и уходе за растениями (рыхление верхнего слоя, подрезание сорняков и уплотнение почвы).

Специальная обработка почвы – это плантажная, ярусная вспашка, глубокое рыхление, фрезерование, щелевание, образование противоэрозионных поверхностей.

Агротехнические требования к обработке почвы

Агротехнические требования, предъявляемые к качеству обработки почвы, зависят от технологии возделывания сельскохозяйственной культуры.

Качество вспашки оценивают по равномерности глубины обработки, устойчивости хода плуга по ширине захвата, гребнистости пашни, степени заделки растительных остатков и отсутствию огрехов.
Глубина вспашки зависит от мощности плодородного слоя, особенностей возделываемой культуры, засоренности поля, необходимости заделки органических и минеральных удобрений.
Агротехника возделывания яровых зерновых и зернобобовых культур предусматривает вспашку на глубину 20 - 22 см, озимых зерновых - на глубину 23 - 25, пропашных - 25 - 27 см. При этом возможное отклонение от установленной глубины вспашки не должно превышать ±2 см.
Отклонение фактической ширины захвата плуга от конструктивной не должно превышать 10 %, так как при большем отклонении ухудшается заделка сорняков и растительных остатков, увеличивается удельное сопротивление плуга.

Поверхность вспаханного поля должна быть слитной или слабогребнистой (зяблевая вспашка), при этом высота гребней должна быть до 5 см. Развальные борозды и свальные гребни необходимо тщательно разделывать, чтобы они не выделялись на общем фоне пашни.
При вспашке необходима полная заделка сорняков и растительных остатков. Не допускаются огрехи и незапаханные клинья, а поворотные полосы необходимо тщательно запахать.

Обработка без оборота пласта предусматривает равномерность по глубине (отклонение ±2 см), однородность структуры взрыхленного слоя, отсутствие глыб и пустот. На поверхности поля после прохода рыхлителя должно оставаться не менее 75 % стерни.

Средняя глубина лущения почвы не должна отличаться от заданной более чем на ±2 см. Поверхность почвы должна быть ровной и слитной, а для исключения огрехов перекрытие смежных проходов лущильников должно быть не менее 10-15 см.

При бороновании обработанная почва должна быть мелкокомковатой, с полностью выровненными гребнями и глубиной борозд не более 3 см. Боронование озимых, пропашных культур и многолетних трав предусматривает полное уничтожение сорняков при допустимом повреждении культурных растений до 3 %.

Прикатывают почву с уплотнением на глубину до 7 см с одновременным разрыхлением поверхностного слоя на глубину 2-3 см.

При культивации добиваются мелкокомковатости верхнего слоя, отклонения средней глубины рыхления не более, чем ±1 см от заданной, высоты гребней - до 4 см, неровностей дна - до 2 см, перекрытия между смежными проходами агрегатов при сплошной культивации - 15 см.
Количество не подрезанных сорняков допускается не более 3 %.
Нижний влажный слой почвы не должен перемещаться на поверхность.
Обычно сплошную культивацию проводят с одновременным боронованием, что позволяет лучше выровнять поверхность поля.

Все операции поверхностной обработки почвы проводят поперек или под углом к направлению выполнения предыдущих операций.

Почвообрабатывающую технику в соответствии с видами механической обработки почвы подразделяют на машины и орудия общего назначения для основной и поверхностной обработки почвы, а также специального назначения.

Основным является сессионный cookie, обычно называемый MoodleSession. Вы должны разрешить использование этого файла cookie в своем браузере, чтобы обеспечить непрерывность и оставаться в системе при просмотре сайта. Когда вы выходите из системы или закрываете браузер, этот файл cookie уничтожается (в вашем браузере и на сервере).

Другой файл cookie предназначен исключительно для удобства, его обычно называют MOODLEID или аналогичным. Он просто запоминает ваше имя пользователя в браузере. Это означает, что когда вы возвращаетесь на этот сайт, поле имени пользователя на странице входа в систему уже заполнено для вас. Отказ от этого файла cookie безопасен - вам нужно будет просто вводить свое имя пользователя при каждом входе в систему.

Почва является полидисперсным и пористым телом. Ее твердая часть состоит из частиц различного размера — механических элементов. Они могут находиться в раздельно-частичном (бесструктурном) состоянии или в виде структурных отдельностей (агрегатов).

При любом уплотнении механических элементов и агрегатов между ними всегда имеются поры. С наличием пор и их размером тесно связаны проникновение корней, воды и воздуха, воздухообмен, запас, расход и передвижение влаги, нагревание и охлаждение почвы, интенсивность и направленность микробиологических процессов, т. е. важнейшие показатели плодородия почвы — ее способности обеспечивать растения водой, воздухом, элементами питания и в определенной степени теплом.

Особенности почвы как полидисперсного и пористого тела определяют ее специфические физические свойства. К ним относят структуру, общие физические, физико-механические, водные, воздушные, тепловые свойства почвы. В настоящей главе рассматриваются структура, общие физические и физико-механические свойства.

Физические свойства почвы — важный, а иногда решающий фактор формирования урожая сельскохозяйственных культур и эффективности различных приемов их возделывания.

Агрономическая характеристика структуры

Физические свойства почвы и их влияние на плодородие в большой степени зависят от ее агрегатного состояния. В главе 4 рассмотрена структура почвы как ее морфологический признак.

При изучении физических свойств необходимо знать характеристику структуры с точки зрения агрономии. Агрономически ценной структурой является комковатая и зернистая структура верхних горизонтов почвы размером от 0,25 до 10 мм, обладающая водопрочностью и связностью.

Благоприятное влияние на агрономические свойства почв оказывает и микроструктура при условии ее пористости и водопрочности. Наилучшими являются микроагрегаты размером 0,25-0,05 и 0,05-0,01 мм. Более мелкие забивают поры, ухудшают пористость, воздухо- и водопроницаемость.

Водопрочность – способность агрегатов противостоять разрушающему действию воды. Связность — устойчивость агрегатов к механическому воздействию. Структурной считается почва, содержащая более 55 % водопрочных агрегатов (табл. 32). Важно, чтобы структурные отдельности пахотных горизонтов не разрушались при увлажнении почвы и при механическом воздействии сельскохозяйственных машин и орудий.

32. Шкала оценки структурного состояния почвы (по Долгову и Бахтину, 1966)

Содержание агрегатов 0,25-10 мм, % к веществу

Для бесструктурных почв характерен антагонизм между водой и воздухом. Кроме того, при высыхании бесструктурных почв, особенно тяжелых, они приобретают глыбистое монолитное сложение. Таким почвам значительно труднее придать благоприятное строение пахотного слоя при обработках.

Образование агрономически ценной структуры протекает под воздействием физико-механических, физико-химических, химических и биологических факторов. Физико-механические (и физические) факторы обусловливают крошение почвенной массы главным образом под влиянием изменяющегося давления или механического воздействия.

К ним относятся:

Уплотняющее и рыхлящее действие корней
Роющих и копающих животных
Попеременное высушивание и увлажнение
Замерзание и оттаивание почвы
Воздействие почвообрабатывающих орудий

К физико-химическим и химическим факторам относятся коагуляция почвенных коллоидов и цементирующее воздействие ряда почвенных соединений. Клеящими и цементирующими веществами могут служить гумус, глинистое вещество, гидроксиды железа и алюминия, карбонат кальция. Одни минеральные соединения без гумусовых веществ не образуют водопрочных агрегатов.

Основная роль в образовании агрономически ценной структуры принадлежит биологическим факторам — растительности и почвенным организмам. Помимо механического уплотняюще-рыхлящего воздействия корней растительность является главным источником образования гумуса, а гуматы кальция выступают как важнейшие клеецементирующие вещества при возникновении высокопрочных агрегатов. При высоком содержании гуматов натрия образуются неводопрочные очень плотные агрегаты.

Наиболее сильное оструктуривающее воздействие на почву оказывает многолетняя травянистая растительность. Важную положительную роль играют почвенные насекомые и животные, особенно черви.

Утрата и восстановление структуры

Структура почвы динамична. Она разрушается под воздействием механической обработки, передвижения машин и орудий, людей, животных, под ударами дождевых капель. Важнейшие пути уменьшения механического разрушения структуры — обработка почвы в состоянии ее физической спелости, а также минимализация обработок.

Утрата агрегатами водопрочности может быть связана с физико-химическими явлениями — заменой обменных ионов кальция и магния на ион натрия. В этом случае при увлажнении происходит пептизация клеящих гумусовых веществ и, как следствие, разрушение агрегатов. Поэтому приемы химической мелиорации (известкование, гипсование и др.), обогащая почву обменным кальцием, способствуют улучшению структуры.

Биологические причины разрушения структуры связаны с процессами минерализации гумуса.

Восстановление и сохранение структуры почв — важное условие их рационального земледельческого использования, поддержания и повышения плодородия.

Его осуществляют агротехническими приемами:

Посев многолетних трав,
Обработка почвы в спелом состоянии,
Минимализация обработок,
Известкование кислых почв,
Гипсование солонцов и солонцеватых почв,
Внесение органических и минеральных удобрений.

Водопрочная структура восстанавливается под воздействием как многолетних трав, так и однолетних сельскохозяйственных растений. Однако оструктуривающее воздействие многолетних трав выше.

Они развивают более мощную корневую систему, более длительное время воздействуют на почву, оставляют в почве больше органического вещества (корней и послеукосной надземной массы), благоприятного по составу для деятельности микроорганизмов, образования гумуса.

Из однолетних культур пшеница, подсолнечник, кукуруза образуют мощные корневые системы и оказывают наибольшее положительное воздействие на структурообразование. Лен, картофель, капуста, имеющие слаборазвитые корневые системы, обычно оказывают незначительное оструктуривающее действие на почву.

Большое значение в оструктуривании почв имеет систематическое применение органических удобрений — навоза, торфокомпостов, сидератов. Они являются источником образования гумуса, значительно стимулируют деятельность червей и других представителей почвенной биоты, положительно влияющей на структурообразование.

Улучшение структурного состояния почв возможно также с помощью искусственных структурообразователей, преимущественно различных органических веществ, в частности полимеров и сополимеров, состоящих из производных акриловой, метакриловой и малеиновой кислот.

Общие и физические свойства

К общим физическим свойствам почвы относятся плотность твердой фазы, плотность сложения и пористость.

Плотность твердой фазы

Плотность твердой фазы почвы — отношение массы ее твердой фазы к массе воды при 4°С в том же объеме. Выражается она в г/см 3 . Ее величина определяется соотношением в почве компонентов органической и минеральной частей.

Для органических веществ (опад растений, торф, гумус) плотность твердой фазы колеблется от 0,2-0,5 до 1,0-1,4 г/см 3 , а для минеральных соединений — от 2,1-2,5 до 4,0-5,18 г/см 3 . Минеральные горизонты большинства почв имеют плотность твердой фазы от 2,4 до 2,65 г/см 3 , а торфяные горизонты — от 0,2-0,3 до 1,8 г/см 3 .

Плотность сложения почвы

Плотность (или плотность сложения) почвы — масса единицы объема абсолютно сухой почвы, взятой в естественном сложении. Выражается она в г/см 3 . Плотность почвы зависит от минералогического и гранулометрического составов, структуры и содержания органического вещества.

Она может существенно изменяться при обработках, под уплотняющим воздействием передвигающихся машин и орудий. Наиболее рыхлой почва бывает сразу после обработки, затем постепенно уплотняется, и через некоторое время ее плотность приходит в состояние равновесия, т. е. мало изменяется (до следующей обработки).

Верхние горизонты почвенного профиля, содержащие больше органического вещества, лучше оструктуренные, подвергающиеся рыхлению, имеют более низкую плотность, которая вниз по профилю возрастает. Плотность почвы сильно влияет на поглощение влаги и ее передвижение в профиле, газообмен, развитие корней, интенсивность микробиологических процессов, условия существования почвенных насекомых и животных.

Оптимальная плотность корнеобитаемого слоя для большинства культурных растений 1,0-1,2 г/см 3 .

Плотность суглинистых и глинистых почв, г/см 3

Липкость

Способность влажной почвы прилипать к другим телам. Это свойство проявляется в определенных пределах влажности, когда сцепление между почвенными частицами меньше, чем между ними и соприкасающимися предметами. Она определяется силой, требующейся для отрыва металлической пластинки от почвы, и выражается в г/см 2 .

По липкости почвы подразделяют (по Н. А. Качинскому): на предельно вязкие (>15 г/см 2 ), сильновязкие (5—15), средневязкие (2—5) и слабовязкие ( 2 ).Липкость оказывает отрицательное влияние на условия обработки, если состояние влажности и повышенная пластичность почвы вызывают ее прилипание к рабочим частям сельскохозяйственных машин. При этом увеличивается тяговое сопротивление и ухудшается качество обработки почвы

Липкость зависит от гранулометрического, минералогического и химического составов почвы, ее структурности и состава обменных катионов. Наибольшей липкостью обладают тяжелые бесструктурные и слабоострук-туренные почвы; насыщенность ППК ионом кальция снижает липкость, а внедрение в ППК иона натрия увеличивает ее.

Набухание

Увеличение объема почвы при увлажнении. Выражается в объемных процентах от исходного объема почвы. Это свойство связано со способностью коллоидов почвы сорбировать воду и образовывать гидратные оболочки вокруг минеральных и органических частиц.

Набухание наиболее выражено у глинистых минералов с расширяющейся решеткой, что обусловливает не только поверхностную сорбцию воды, но и проникновение ее в межпакетные промежутки минералов.

При этом объем таких коллоидов может увеличиваться в 2 раза. Повышению набухаемости способствует внедрение иона натрия в ППК. Набухание — отрицательное свойство; его проявление может сопровождаться выпиранием почвенной массы, разрушением структурных отдельностей.

Усадка

Сокращение объема почвы при высыхании. Это явление обратно набуханию и зависит от тех же факторов. Чем выше набухание почвы, тем сильнее ее усадка. Выражается она в процентах от объема исходной почвы. Усадка может вызывать разрыв корней, приводит к образованию трещин, что способствует непроизводительной потере влаги за счет испарения.

Связность

Способность почвы сопротивляться внешнему усилию, стремящемуся разъединить почвенные частицы. Выражают ее в кг/см 2 . Связность обусловлена силами сцепления между частицами почвы, зависит от гранулометрического, минералогического и химического составов, влажности, а также оструктуренности почвы и факторов, ее обусловливающих (гумусированности, состава обменных катионов и др.).

Наибольшей связностью обладают глинистые почвы и почвы, содержащие большое количество обменного натрия. Оструктуренные почвы характеризуются меньшей связностью. Невысокую связность имеют песчаные почвы. Минимальная связность наблюдается при влажности, близкой к влажности завядания.

Физическая спелость

Состояние почвы, при котором она хорошо крошится на комки, не прилипая к орудиям обработки. Она определяется влажностью почвы и зависит от тех же факторов, что связность и липкость. Для среднесуглинистых почв физическая спелость наступает при следующей их абсолютной влажности (в%): дерново-подзолистые — 12-21, серые лесные—15—23, черноземы — 15—24, каштановые — 13—25, каштановые солонцеватые — 13—20.

С утяжелением гранулометрического состава интервал физической спелости почв во времени и по показателям влажности становится уже. Помимо физической спелости выделяют биологическую спелость, которая характеризуется таким температурным состоянием почвы, при котором активно развиваются биологические процессы (деятельность почвенной биоты, прорастание семян и др.). Для большинства почв она близка к 10 °С.

Твердость

Свойство почвы в естественном залегании сопротивляться сжатию и расклиниванию. Выражается она в кг/см 2 . Измеряется при помощи твердомеров. Ее показатели колеблются от 5 до 60 кг/см 2 и выше. Высокая твердость почвы — показатель плохих ее агрофизических качеств.

Твердость зависит от влажности, гранулометрического состава, оструктуренности, состава поглощенных катионов, содержания гумуса. С понижением влажности почвы твердость возрастает. Почвы хорошо гумусированные и структурные имеют меньшие показатели твердости, чем малогумусные и бесструктурные.

Насыщение ППК кальцием снижает твердость, а внедрение натрия в ППК значительно повышает ее. Так, у черноземов твердость в 10—15 раз ниже, чем у солонцов. Высокая твердость увеличивает тяговое сопротивление при обработке, снижает всхожесть семян, затрудняет проникновение корней растений.

Удельное сопротивление

Усилие, затраченное на подрезание пласта, его оборот и трение о рабочую поверхность. Измеряют сопротивление почвы в килограмме, приходящемся на 1 см 2 поперечного сечения пласта, поднимаемого плугом.

В зависимости от гранулометрического состава, физико-химических свойств, влажности, характера угодья удельное сопротивление почвы может изменяться от 0,2 до 1,2 кг/см 2 .

От удельного сопротивления почвы зависят затраты на ее обработку; с этой величиной связана норма выработки машинно-тракторного парка, расход топливно-смазочных материалов.

Приемы регулирования общих физических и физико-механических свойств почв

Для регулирования физических и физико-механических свойств почв в соответствии с требованиями растений и выбора наиболее эффективной технологии их возделывания агроному необходимо дать оценку параметрам этих свойств, а также оценить роль отдельных факторов в их формировании.

Поскольку гранулометрический и минералогический составы трудно поддаются изменениям при земледельческом использовании почв, следует учитывать главным образом их значение при выборе приемов регулирования физических и физико-механических свойств почв:

Выбор оптимальных сроков обработки почв разного гранулометрического состава в зависимости от их влажности.
Применение рыхления подпахотного слоя на тяжелых почвах.
Дифференцированное осуществление прямых приемов их изменения (внесение органических удобрений, культура сидератов, регулирование состава обменных катионов и др.).

Сильное отрицательное влияние на физические и физико-механические свойства почвы оказывает тяжелая техника. Уплотняющее воздействие на почву может проявляться до глубины 50-80 см, а наиболее резко оно сказывается на плотности и порозности пахотного слоя.

По подсчетам разных авторов, при возделывании зерновых культур уплотняющему воздействию подвергается от 30 до 80 % площади поля, при этом значительная часть двукратному и более.

В результате уплотняющего воздействия техники снижается порозность, особенно некапиллярная, ухудшаются условия для проникновения корней, уменьшаются водообеспеченность растений и аэрация, содержание нитратов в почвенном растворе.

Следствием такого ухудшения физических свойств является значительное снижение урожая. Даже при однократном проходе техники урожай зерновых на следах прохода колес машин уменьшается до 50—60 %. Особенно сильно ухудшаются физические свойства на тяжелых слабооструктуренных почвах с повышенной влажностью (почвы таежно-лесной зоны, орошаемые земли).

Ослабления вредного уплотняющего воздействия тяжелой техники на почву достигают:

Применением современных технологий возделывания культур, сокращающих количество проходов агрегатов по полю.
Строгим соблюдением оптимальных сроков проведения полевых работ с учетом состояния влажности почвы, ее физических и физико-механических свойств, осуществлением мероприятий по их улучшению.
Использованием активных приемов по борьбе с уплотнением (глубокое рыхление).

Важное значение также имеют применение существующих и разработка новых машин и агрегатов с минимальным уплотняющим воздействием на почву (широкозахватные и комбинированные агрегаты с многоцелевыми рабочими органами, машины и агрегаты на гусеницах и шинах низкого давления и др.).

Читайте также: