Максимальная величина набухания может составлять 120-150%. Процесс противоположный набуханию – усадка

Усадка – сокращение объёма почв при высыхании и дегидратации. Свойство противоположное набуханию. Зависит от содержания и состава почвенных коллоидов и обменных катионов. Измеряется в объёмных % по отношению к исходному объёму. V_ус = V₁-V₂/V₂∙100, где,

V_ус –усадка исходного объёма, %; V₁ – объём влажной почвы;

V₂ – объём сухой почвы.

Сильная усадка почвы приводит к образованию трещин, разрыву корней растений, повышению потерь влаги за счёт испарения, вызывает изменение процессов разложения органических веществ, увеличение аэробиозиса почвы.

Связность – способность почвы оказывать сопротивление разрывающему усилию. Она обусловлена силами сцепления между частицами и зависит от гранулометрического, минералогического и химического состава почв, влажности, оструктуренности, гумусированности, состава почвенных коллоидов и катионов и обусловлена явлениями адсорбции, когезии, цементации. Связность характеризует прочность структуры, а также удельное сопротивление, сцепление.

Наиболее связными являются глины, малооструктуренные почвы и насыщенные одновалентными катионами, невысокую связность имеют песчаные почвы. В лёгких почвах органическое вещество и некоторая влажность увеличивают связность, в суглинистых – уменьшают. Улучшение структуры почвы уменьшает связность. Максимальная связность наблюдается при влажности, близкой к влажности завядания. Связные почвы лучше противостоят эрозии, однако при увеличении связности её удерживаемое сопротивление повышается, что приводит к увеличению затрат на её обработку.

Твёрдостью называются свойства почвы в естественном залегании сопротивляться сжатию и расклиниванию. Измеряется с помощью твёрдомеров и выражается в кг/см², или Па. Твёрдость почв тесно связана с прочностью сцепления частиц. Она обусловлена минералогическим составом, дисперсностью, наличием электролитов, составом обменных оснований, содержанием гумуса, влажностью. По мере увлажнения почвы её твёрдость уменьшается, при насыщении одновалентными катионами – увеличивается. Малогумусные и неоструктуренные почвы твёрже гумусных и оструктуренных.

В полевом описании выделяют градации: рыхлая, рыхловатая, уплотнённая, плотная, и очень плотная почва. Твёрдость в различных типах почв колеблется от 5 до 60 кг/см². Самой большой твёрдостью обладают слитые почвы и солонцы. Из горизонтов – солонцовые, слитые, иллювиальные, плужная подошва, почвенные коры.

Высокая твёрдость увеличивает тяговое сопротивление при обработках, снижает всхожесть семян, затрудняет проникновение корней растений.

Удельное сопротивление - это 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.

В зависимости от гранулометрического состава свойств почвы, её влажности, физико-химических свойств, характера угодья удельное сопротивление колеблется от 0,2 до 1,2 кг/см².

Это важнейшая физико-механическая характеристика почвы, и с ней связаны норма выработки машинно-тракторного парка и расход горюче-смазочных материалов, а также районирование почвообрабатывающих орудий и тракторов.

Сжимаемость почв под нагрузкой происходит при их механической обработке, особенно при использовании тяжёлой сельскохозяйственной техники, когда происходит активное уплотнение поверхностных горизонтов почвы.

Сжимаемость почв определяется их минералогическим и гранулометрическим составом, характером порозности и трещиноватости, оструктуренностью почв и прочностью структуры, сложением и ориентацией глинистых частиц, их размером и формой, влажностью почв и гидрофильностью коллоидной фракции. Присутствие в почве минералов монтмориллонитовой группы и высокое содержание органических веществ обуславливает их значительное уплотнение при тяжёлых нагрузках. Высокая исходная пористость почв служит также показателем возможности достаточно большого уплотнения почв при обработке.

Сжимаемость почв приводит к уменьшению общей порозности, изменениям размеров и форм, размеров и форм структурных отдельностей.

Частным случаем проявления сжимаемости почвы и грунтов является просадочность почвы.

Просадкой называется понижение поверхности почв в результате уменьшения их пористости и растворения содержащихся в ней солей при замачивании. С этим явлением связаны такие формы как степные блюдца, поды. Особенно проявляется просадочность почв при орошении на лёссовых почвогрунтах, что создаёт ирригационную пестроту микрорельефа и приводит к формированию комплексности почвенного покрова. Это усложняет обработку почв и их сельскохозяйственную эксплуатацию.

Тепловые свойства почвы – это совокупность свойств, обуславливающих способность почв поглощать и перемещать в своей толще тепловую энергию.

Тепловая энергия в почве имеет несколько источников: лучистая энергия солнца; атмосферная радиация; внутренняя теплота земного шара; энергия биохимических процессов разложения органических остатков; радиоактивный распад. Вклад последних двух источников ничтожно мал, поэтому во внимание не принимается.

Внутренняя теплота земного шара также незначительна. Атмосферная радиация приобретает существенное значение в тепловом балансе в районах с неустойчивой атмосферной деятельностью, где наблюдается вторжение тёплых и холодных масс.

Основным источником теплоты в почве является лучистая энергия солнца (солнечная постоянная – 8,296 Дж (см² мин). Часть солнечной энергии почвы отражают от 1/3 до ½ части.

Количество поглощаемой солнечной энергии зависит от географической широты, времени года, состояние атмосферы, эксплуатацией склона (угол падения лучей), характером растительного покрова, тепловыми свойствами почвы.

К ним относятся: теплопоглотительная способность, теплоёмкость и теплопроводность.

Теплопоглотительная способность почв (отражательная) - способность почв поглощать (отражать) определённую долю падающей на её поверхность солнечной радиации, характеризуется значением альбедо (А) – долей коротковолновой солнечной радиации, отражаемой их поверхностью (Q_отр), выраженной в % от общей солнечной радиации (Q_oбщ). Выражается Q в Дж/ см²/мин.

А= Q_отр/Q_oбщ·100 %

Альбедо зависит от цвета почв, количества и качества органического вещества, гранулометрического состава, оструктуренности, состояния поверхности, влажности, растительного и снежного покрова. Максимальное альбедо имеет снег (88-91), минимальное – чернозём сухой (14). Серозём сухоё имеет альбедо 25-30. песок жёлтый или белый – 34-40. Отражается от 8-10 до 30% солнечной энергии. Влажные почвы имеют меньшую отражательную способность, чем сухие (влажный чернозём - альбедо 8, серозём – 10-12).

Свойство поглощать тепловую энергию называется теплоёмкостью (С) и выражается через приращении теплоты (ΔQ) в почве при изменении её температуры (ΔТ). С = ΔQ/ΔТ, где С – теплоёмкость, Дж/г·град; Q – количество теплоты в почве, Дж/г; Т – температура почв, ⁰С.

Различают три вида теплоёмкости: удельную, объёмную, эффективную.

Удельная теплоёмкость (С) характеризуется количеством теплоты, необходимы для нагревания или выделяемым при охлаждении единицы массы (1г) абсолютно сухой почвы на 1⁰С в интервале температур от 14,5 до 15,5⁰С.

Объёмная теплоёмкость почвы (С_V) численно равна количеству теплоты, необходимому для нагревания или выделяемого при охлаждении единицы объёма (1см³) сухой почвы на 1⁰С в том же интервале температур.

В рыхлых, хорошо оструктуренных почвах удельная теплоёмкость выше объёмной; в плотных, слитых почвах объёмная теплоёмкость выше удельной. С_V больше С.

Удельная и объёмная теплоёмкость определяются минералогическим и гранулометрическим составом почв, содержание органического вещества, характером их сложения и оструктуренности, и влажности почв.

Теплоёмкость почвы, характеризующаяся суммарным количеством теплоты, идущим на изменение температуры единицы массы почвы и фазовые превращения (испарение и конденсация, кристаллизация и таяние льда и так далее) называется эффективной теплоёмкостью.

Теплоёмкость абсолютно сухих минеральных почв составляет 0,15-0,20 и сильно зависит от влажности почв. Влажные песчаные почвы имеют теплоёмкость 0,7. суглинки – 0,8. торфа – 0,9.

По характеру теплоёмкости почвы делятся на холодные и тёплые. Глинистые почвы более теплоёмки, нагреваются медленно и считаются холодными, песчаные тёплые. Почвы богатые органикой более теплоёмки и холоднее минеральных. Хорошо оструктуренные почвы с высоким содержанием воздуха холоднее слитых, влажные холоднее сухих

Теплота поступающая на поверхность почв перераспределяется в почвенном профиле.

Процесс переноса теплоты над теплообменом, а свойство почв передавать энергию путём теплового взаимодействия соприкасающихся между собой твёрдых, жидких и газообразных частиц называется теплопроводностью. Она измеряется количеством тепла в джоулях (Дж), проходящим через 1-сантиметровый слой сухой почвы площадью 1см² в 1с. Тепло передаётся конвекционно через газ, жидкость или твёрдые частицы. Медленнее всего тепло проводит сухая структурная, богатая органическим веществом почвы. Наименьшую теплопроводность имеет почвенный воздух, наибольшую – минеральные частицы. Крупные песчинки нагреваются в 2-2,5 раза быстрее, чем пыль.

Теплопроводность почв оценивается коэффициентом теплопроводности, который характерен для каждой почвенной разности и каждого генетического горизонта. Она зависит от плотности почв (при увеличении плотности от 1,1 до 1,6 теплопроводность возрастает в 2-2,5 раза), пористости (при увеличении пористости от 30 и выше теплопроводность падает) и влажности (влажные почвы более теплопроводны, чем сухие).

Вторая величина, характеризующая передачу тепла в почве называется температуропроводностью.

Под температуропроводностью понимают изменение температуры 1см³ почвы, вызванное поступлением некоторого количества тепла, протекающего за 1 секунду через 1 см поперечного сечения, при разности температур, равной 1⁰, на расстоянии 1 см.

Интенсивность изменения температуры почв характеризуется коэффициентом температуропроводности, частным от деления коэффициента теплопроводности на объёмную теплопроводность. К= λ/C_V.

Температуропроводность зависит от структуры и сложения почвы и определяет глубину суточных и годовых колебаний температуры в них.

Теплообмен происходящий между почвой и атмосферой осуществляется через различные явления.

Совокупность явлений поглощения, передвижения и отдачи тепла в почве называется тепловым режимом почв. Тепловой режим почвы определяется распределением температур на разной глубине и в разные периоды. Различают суточные и годовые колебания температур в почве. Наибольшее колебание их наблюдается в верхнем слое, а минимальные изменения на глубине 3-5 м. Каждому почвенному типу присущи свои пределы колебаний температур на глубине 20 см. Поэтому основным показателем теплового режима является средняя температура на этой глубине за определенный период времени. Так, средняя температура за теплый период для подзолистых почв колеблется в пределах 6-10⁰С, черноземов- 11-15, каштановых 14-16 °С.

Роль теплового режима для растений и биологических процессов определяется количеством тепла, влаги и воздуха в почве. Наилучший рост корневых систем растений наблюдается в интервале 10-25⁰С. С увеличением количества тепла происходит размножение бактерий, повышается их биологическая активность, а следовательно, переработка органического вещества, усиливается процесс газообмена и передвижения влаги в почве. При снижении температуры все процессы замедляются, а при падении температуры ниже 0⁰С начинается замерзание почвы. Следует отметить, что почвенная влага, как правило, при 0⁰С не замерзает. При температурах ниже – 10⁰С замерзает почти вся влага, за исключением прочносвязанной. В это время происходит передвижение влаги к поверхности из нижних горизонтов. При промерзании почвы влажность верхних горизонтов может превышать полную влагоемкость из-за раздвигания почвенных частиц кристаллами образующегося льда. В отдельных горизонтах может накапливаться до 100 мм осадков.

Промерзание почвы имеет как положительное, так и отрицательное значение. Положительное значение промерзания выражается в образовании почвенной структуры, миграции почвенных животных в нижние слои, способствующей разрыхлению почвы и улучшению ее водопроницаемости, задержке начала вегетации для растений, боящихся заморозков. Отрицательное значение промерзания состоит в понижении водопроницаемости и, следовательно, усилении стока, задержке микробиологических и химических процессов, выжимании растений и задержке их развития.

Промерзание почвы и его глубина зависят от толщины снежного покрова, лесной подстилки, густоты и мощности напочвенного покрова. В лесу почвы часто промерзают на значительно меньшую глубину, чем в поле.

Оттаивание почвы зависит от количества тепла в почве и в атмосфере, а также от толщины снежного покрова. Оттаивание может идти тремя путями: снизу за счет тепла почвы, снизу и сверху за счет быстрого схода снега и тепла почвы и только сверху, если почва промерзает до слоя вечной мерзлоты. После оттаивания почва оказывается более рыхлой и влажной, а если оттаивание произошло до активного снеготаяния, почва поглощает талую воду и насыщается ею до большой глубины. При дальнейшем прогревании создаются благоприятные условия для роста растений, развития микробиологических процессов - почва приходит в состояние спелости.

Тепловой режим почвы характеризуется радиационным, или тепловым, балансом, т.е. cовокупность всех видов поступления и расхода теплоты в почвах за определённый промежуток времени выражается уравнением теплового баланса, R=LЕ+Р+А, где R - радиационный баланс; Р - турбулентная передача тепла из почвы в атмосферу; А - расход тепла на нагревание почвы; L - суточная теплота испарения и Е - суммарное испарение за расчетный период времени.

Баланс считается положительным если приход теплоты больше, чем расход. Радиационный баланс имеет суточный и годовой ход. Кроме постоянно действующих статей теплового баланса существуют эпизодические (температура осадков и поливных вод и так далее). Все единицы выражаются в Дж/см²/ч или кДж/см²/мес.

Тепловой баланс для различных почвенно-климатическихзон неодинаков. В зависимости от среднегодовой температуры и промерзания почвы В.Н. Димо выделяет четыре типа температурного режима почвы.

Мерзлотный, где среднегодовая температура почвенного профиля ниже нуля; длительно сезонно-промерзающий - почвы с глубиной промерзания не менее 1 м и длительностью промерзания более 5 мес.; сезонно-промерзающий - среднегодовая температура почвенного профиля положительная, а длительность промерзания менее 5 мес. и непромерзающий тип - промерзания почв не наблюдается.

Регулирование теплового режима обеспечивается различными агротехническими и лесокультурными мероприятиями. Такие приемы, как снегонакопление, прикатывание снега кольчатыми катками, посыпание его золой, оставление гребнистой пашни, мульчирование темными веществами, покрытие пленкой, создание лесных полос способствуют прогреванию почвы. Наоборот, сгребание снега и лесных подстилок, выравнивание, прикатывание поверхности усиливают процессы охлаждения почв.

Особенно благоприятное воздействие на температурный режим почвы оказывают создание лесных полос, глубокая вспашка, внесение органического вещества, рыхление (культивация, боронование), меры по снегонакоплению, т. е. общие агротехнические меры, направленные в целомна улучшение физических свойств.

Приёмы регулирования физических свойств почвы:

- выбор оптимальных сроков обработки почвы разного гранулометрического состава в зависимости от их влажности;

- применение рыхления подпахотного слоя на тяжёлых почвах;

- внесение органических удобрений;

- посев сидератов;

- известкование, гипсование;

- снижение уплотняющего действия техники (минимизация обработок, глубокое рыхление);

Применение современных технологий возделывания культур (широкозахватные агрегаты с многоцелевыми рабочими органами).

Лесоводственное значение физических свойств почв определяется соотношением в ней воздуха, влаги и тепла.

Отрицательные физические свойства (высокая объёмная плотность – 1,65 и выше, низкая некапиллярная пористость – ниже 3% объёма почвы, низкое содержание кислорода – ниже 10% в течение длительного периода, длительное затопление, вечная мерзлота, малая глубина оттаивания – менее 25…30 см) ограничивают деятельность корней, а иногда приводят к гибели корневых систем древесных пород. Эти особенности почв учитывают при определении системы обработки, мелиоративных мероприятий и так далее.

При протекании биогеоценотических процессов, как возобновление, долговечность пород, особенности их питания, состояние травяного и кустарникового ярусов надо учитывать самые разнообразные свойства лесных почв, но в первую очередь, такие, как плотность почвы, объёмная масса и порозность. При оценке роли почв в биогеоценозах в том числе и в лесных, необходимо выделить конкретные свойства, определяющие влияние на другие компоненты.

Основные свойства, влияющие на произрастание основных пород – это механический состав (верхней 2-3 метровой толщи), водный режим, и в некоторой степени минералогический состав, обуславливающий трофность почв. Механический состав определяет многие другие свойства почв, такие как ёмкость поглощения, плотность, порозность, водопроницаемость, но связь эта в большинстве случаев не прямая и по механическому составу нельзя точно прогнозировать те или иные свойства.

Очень высокая порозность почв (малая плотность) может привести к усиленной ветроповальности деревьев, а уплотнение отдельных горизонтов препятствует развитию корневой системы растений.

Уплотнение верхних горизонтов сопровождается развитием корневой губки. Плотность, наряду с механическим составом, является важнейшим свойством почвы, так как от неё зависит газообмен в системе почва-атмосфера, поступление и передвижение воды, а также запасы воды в корнеобитаемом слое (влагоёмкость).

Оптимальная порозность, для пород лесообразователей 55-65%, для сельскохозяйственных культур 45-50%.

Высокая ёмкость поглощения и минимальное содержание алюминия и водорода характерны для высоко продуктивных деревьев.

Важными свойствами для произрастания пород лесообразователей, являются водный и пищевой режимы.

В лесных биогеоценозах водные и физические свойства изменяются по профилю: порозность достигает наибольшей величины в верхних горизонтах (слой 0-2 см - 94%) и уменьшается книзу (55-41%.

Сверху вниз уменьшаются и наименьшая влагоёмкость (161, 31, 20%) и водовместимость, тесно связанные с порозностью (27,3, 2,3, 8,0).

Максимальная гигроскопичность и влажность(9,3; 4,4; 7,1: 15,0) завядания уменьшаются от горизонта А₁ к А₂, а далее книзу возрастают, что связано с распределением илистой и коллоидной фракции. Наименьшее количество минеральных коллоидов содержится в горизонтах А₁ и А₂, а к низу возрастает, органических коллоидов больше в А₁.

Древесные насаждения, обладая мощной надземной и подземной частью, сложным многоярусным строением и лесной подстилкой, оказывают многостороннее положительное влияние на почвы, улучшая их физические свойства: объемную плотность, порозность, аэрацию, температуру, водный и газовый режимы.

Общие физические и физико-механические свойства почвы нужно учитывать при оценке условий плодородия почвы и технологии возделывания сельскохозяйственных культур.

Все они в той или иной степени поддаются регулированию агротехническими, биологическими и химическими приёмами воздействия на почву.

К числу наиболее важных факторов, влияющих на физические и физико-механические свойства почвы, относятся: механический и минералогический состав, структура, влажность, состав обменных катионов, гумусированность, используемые техника и технология возделывания культур.

Оказывая влияние на эти факторы можно регулировать физические свойства почвы.

Поскольку механический и минералогический состав поддаются изменению при земледельческом использовании почв, их можно регулировать путём применения эффективных агротехнических приёмов (выбор оптимальных сроков обработки почвы различного механического состава в зависимости от их влажности, применение рыхления подпахотного горизонта на тяжёлых почвах и так далее). При этом происходит изменение физических и физико-механических свойств почвы.

Положительное влияние на весь комплекс физических и физико-механических свойств оказывает регулирование таких факторов как влажности, структуры, степени гумусированности и состава обменных катионов.

Выбор сроков и приёмов обработки почвы в зависимости от состояния её влажности, осуществление мероприятий по улучшению структуры почв (посев многолетних трав, минерализация обработок, внесение органических удобрений, культура - сидератов), повышение гумусированности почв позволяют создавать лучшие параметры физических и физико-механических свойств почвы.

Люпин – зелёное удобрение в сочетании с известью увеличивают пористость почв на 1,5-2,5%, уменьшает плотность почвы, увеличивает водопроницаемость.

Органические удобрения более чем на 3% увеличивают пористость, снижают плотность и в 1,7-2,0.

Известкование кислых и гипсование щелочных почв, изменяя состав поглощённых оснований, способствуют улучшению всего комплекса физических и физико-механических свойств.

Особое значение в формировании физических свойств, прежде всего плотности, пористости, удельного сопротивления, имеет воздействие сельскохозяйственной техники. Сильное уплотнение почвы до глубины 50-80 см и более, особенно пахотных и подпахотных горизонтов вызывает тяжёлая техника. Поэтому, жёсткие требования к составу машинно-тракторного парка с точки зрения его воздействия на уплотнение почвы, широкое внедрение в технологию минимизации обработок, применение активных приёмов с уплотнением почвы машинами (глубокое рыхление и так далее) имеют важное значение в создании благоприятных физических и химических свойств почвы.

Дата добавления: 2013-12-13