Физические свойства почвы

ФГБОУ ВПО Оренбургский Государственный Аграрный Университет

АГРОНОМИЧЕСКИЙ ФАКУЛЬТЕТ

КАФЕДРА ЗЕМЛЕДЕЛИЯ

 

 

 

 

 

 

 

Реферат на тему:

«Физические свойства почвы»

 

 

 

                             Выполнила: студентка

экономического факультета

отделения менеджмент

Вечкилева Е.Ю.

Проверил: Кащеев А.В.

 

 

 

 

 

 

 

 

ОРЕНБУРГ

2013

СОДЕРЖАНИЕ:

1. Введение
2. Основные физические свойства почвы
3. Характеристики строения почвы (пористость и плотность)

4.Твердая фаза почвы и ее влияние на удельное сопротивление при пахоте

5.Жидкая и газообразная фазы

   6.Влияние на почву уплотнения и пути его снижения

    7.Заключение

    8.Список литературы

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ВВЕДЕНИЕ

   Выдающийся русский ученый В.В.Докучаев впервые дал следующее определение почвы: “Почвой следует называть ”дневные”, или наружные, горизонты горных пород (все равно каких ), естественно измененные совместным воздействием  воды, воздуха и различного рода организмов, живых и мертвых”.

   Почва – элемент географического ландшафта. Первопричиной образования почв явились живые организмы (главным образом растения и микробы ), поселяющиеся в разрушенной выветриванием горной породе.

   Происхождение почвы и ее свойства неразрывно связаны с условиями окружающей  среды. Она отражает в своих свойствах исторический ход влияющих на нее природных условий, производительных сил и производственных отношений.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ОСНОВНЫЕ ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА

 

   Объемный и удельный вес. О б ъ е м н ы й    в е с – вес единицы объема абсолютно сухой почвы в естественном сложении (с порами), или вес в граммах 1 см3 сухой почвы. Он определяется взвешиванием образца с ненарушенным строем, взятого в строго определенном объеме.

   У д е л ь н ы й   в е с – вес в граммах 1 см3 твердой массы почвы без пор. Удельным весом почвы называют отношение веса твердой ее фазы определенного объема к весу воды при 40оС в том же объеме.

 

   Пористость (скважность). Суммарный объем пор между частицами твердой фазы (объем всех промежутков), выраженный отношением объема пор к объему почвы называется п о р и с т о с т ь ю, или с к в а ж н о с т ь ю. В отличии от пористого сложения почвы или от пористости горных пород или других тел, скважность почвы нередко называют порозностью.

   Размер пор, форма и сочетание их весьма разнообразны, так как они являются производными от случайного расположения полидисперсных частиц механического состава – элементарных почвенных частиц, микроагрегатов и структурных отдельностей, крайне различных по размерам, форме и характеру их поверхностей. В зависимости от величины пор различают капиллярную и некапиллярную пористость. 
 
Капиллярная пористость равна объему капиллярных промежутков в почвах и обусловлена наличием в почве глинистых минералов.  
 
Некапиллярная пористость равна объему крупных пор и связана со структурным строением почвы.  
 
Сумма обеих видов пористости составляет общую пористость почвы. Она вычисляется по формуле:

                                                      
 
где отношение плотности сложения почвы (объемного веса) (ОВ) к плотности твердой фазы почвы (удельному весу) (УВ) составляет доля твердой фазы почвы, а за единицу принимается общий объем почвы со всеми порами. Величина пористости зависит от структурности, плотности, гранулометрического и минералогического состава почвы.

   Эти промежутки по форме и размерам сильно изменяются во времени в зависимости от происходящих в почве физико-механических и биологических процессов. вследствие частичной или полной закупорки некоторые поры исчезают, другие возникают вновь.

 

В почвах возможна уплотненная  укладка, если промежутки первого порядка  будут заняты частицами или агрегатами, диаметр которых отвечает размерам пор.

 

 

 

 

а.

 

б.

 

 

 

 

Схема изменения плотности упаковки:

а – увеличение плотности; б – уменьшение плотности.

  

 

 

 

   Пористость почвообразующих пород и почв различного механического состава колеблется значительно. Пористость тем выше, чем мельче механический состав почвы. Более крупные частицы образуют хотя и более крупные поры, но общий объем их несравненно меньше, чем сумма объема многочисленных пор, создаваемых мелкими (тонкими) частицами. Соотношение общей, внутриагрегатной и межагрегатной можно видеть из таблицы:

Пористость почв (%) по Н. А. Качинскому

Почва	Гори - зонт	Глубина (см)	Объем - ный вес (г/см3)	Удельный вес твер - дой фазы	Пористость
					общая	агркгат- ная	межагре -гатная
Среднеподзолистая суглини - стая Московской области
	А	0 - 12	1,33	2,61	49	39	10
	А1	12 ~ 20	1,35	2,6	48,1	~	~
	А2	20 - 32	1,39	2,65	47,6	38,1	9,5
	В1	32 - 55	1,56	2,68	41,8	~	~
	В2	85 - 110	1,78	2,7	34,1	26,5	7,6
Выщелоченный легкоглинистый чернозем Курской области	А	0 - 4	0,9	2,49	63,9	52,9	11
	А1	10 ~14	0,99	2,55	61,2	50,3	10,9
	А2	40 - 44	1,06	2,57	58,8	~	~
	В1	55 - 59	1,08	2,63	59	47,1	11,9
	В2	80 - 84	1,1	2,61	57,9	46,1	11,8
Ореховато - глыбистый легко - суглинистый солонец Сверд - ловской области	А	0 - 4	1,07	2,46	56,5	38,3	18,2
	А1	10 ~ 14	1,32	2,64	50,1	37,2	12,9
	В1	15 - 19	1,36	2,73	50,2	28,9	21,3
	С	60 - 64	1,54	2,77	44,4	~	~

 

   Пластичностью почвы называется способность ее в определенном интервале влажности под воздействием внешних сил изменять свою форму с сохранением новой приданной формы (способность к формованию и лепке). Это свойство обуславливается образованием гидротированных плотных оболочек вокруг мельчайших частичек почвы. Наибольшую пластичность имеют так называемые жирные, или тяжелые, глины, состоящие из тонких чешуйчатых частичек, сложенных в форме плотных штабелей. В зависимости от степени увлажнения характер пластичности меняется. Следует различать несколько характерных состояний почвы: нижний предел текучести и предел раскатывания в шнур.  
   Нижний предел текучести – это такое увлажнение почвы, при котором пласт почвы, разрезанный пополам, при повторном встряхивании сливается воедино. Это состояние влажности принимается за верхний предел пластичности.  
    Влажность почвы, при которой она перестает раскатываться в шнур, определяет предел раскатывания в шнур. Такое увлажнение принимается за нижний предел пластичности.

   Число пластичности - это разность между верхним и нижним пределами пластичности. Пластичность тесно связана с гранулометрическим составом почв и обусловлена наличием в ней глинистых частиц, диаметр которых меньше 0,002 мм.

  Глинистые почвы имеют число пластичности – 17, суглинистые – 7-17, супесь – менее 7, пески совершенно не пластичны. Кроме механического состава, существенное влияние на пластичность почвы оказывает состав коллоидной фракции, состав поглощенных катионов, а также содержание гумуса.

 

   Липкость (клейкость) – способность почвы во влажном состоянии прилипать к вводимым в нее предметам или соприкасающимся с нею.   Липкость определяется количеством влаги, соответствующим моменту, когда почвенная масса при некоторой наименьшей влажности начинает прилипать. Величина липкости определяется силой, необходимой, чтобы оторвать почву от поверхности прилипания. Выражается в г/см².  
   Как и пластичность, она обусловлена наличием в почве глинистых частиц и воды, а также составом поглощенных оснований. У глинистых почв липкость значительная, у песка минимальная. 
  Липкость проявляется при увлажнении почвы, приближающейся к верхнему пределу пластичности. Сухая почва липкостью не обладает. Прилипание повышается по мере увлажнения примерно до 80% от полного насыщения почвы водой, затем начинает уменьшаться.  
  По липкости почвы делятся на предельно вязкие (> 15 г/см²), сильно вязкие (5 - 15 г/см²), средне вязкие (2 - 5 г/см²), слабо вязкие (меньше 2 г/см²).  
  С липкостью почвы связано важное агрономическое свойство почвы – физическая спелость. Когда при обработке почва перестает прилипать к сельскохозяйственным машинам и начинает крошиться на комки, то такое состояние почвы отвечает ее физической спелости.  
  Нижним пределом влажности, при котором возможна обработка почвы, является влажность, отвечающая полуторной величине максимальной гигроскопичности почвы, а верхним пределом – 60-70% полной влагоемкости данной почвы.

   Связность – это свойство взаимного сцепления или притягивающего действия между почвенными частицами, которое измеряется силой, удерживающей частицы одну около другой. Оно обуславливается проявлением адсорбции, когезии, цементирующим действием различных веществ (глина, перегной, известь), степенью увлажнения почвы и другими факторами.

Набухание – это способность почвы изменять в объеме под влиянием различных факторов, главным образом увлажнения и замерзания. Большое значение в этом процессе играют почвенные коллоиды, особенно органические, способные резко увеличиваться в объеме при смачивании и уменьшаться при высыхании. Вследствие этого песчаные почвы с низким содержанием коллоидов практически не набухают, глинистые и суглинистые обладают значительной набухаемостью. 
 
Набухание измеряется в объемных процентах по формуле: 
 
 

 
 
где V_наб – процент набухания, V₁ – объем влажной почвы, V₂ – объем сухой почвы.  
 
 
На величину изменения объема влияет минералогический состав почв, наличие и состав обменных катионов, количество органических веществ.  
 
Усадка – это сокращение объема почвы при высыхании. Величина усадки зависит от тех же факторов, что и набухание. Усадка измеряется в объемных процентах по отношению к исходному объему: 
 
 
 
 
 
где V_ус – процент усадки от исходного объема, V₁ – объем влажной почвы, V₂ – объем сухой почвы.

   Твердость (плотность). Твердостью почвы называется способность ее оказывать сопротивление проникновению в нее твердых режущих тел род давлением.

   Твердость в поле обычно устанавливают визуально, различая следующие степени плотности почвы:

а) рыхлая – осыпается со стенок разреза от прикосновения ножа, легко проникающего в почву;

б) рыхловатая – осыпается меньше предыдущей, почвенный разрез без затруднения копается лопатой, нож хорошо проникает в почву;

в) уплотненная (плотноватая) - удовлетворительно режется лопатой и ножом, нож с трудом входит в почву;

г) твердая – с трудом режется лопатой; стенки разреза  очень плотные, нож с трудом входит а почву;

д) очень твердая – слабо поддается действию лопаты. Нож лишь оставляет черту, не проникая в почву. Эта степень твердости характерна для иллювиальных горизонтов сильносолонцеватых почв, солонцов и в ряде случаев подзолов (ортштейны, ортзанды) и пр.

 

ХАРАКТЕРИСТИКИ  СТРОЕНИЯ ПОЧВЫ (ПОРИСТОСТЬ И ПЛОТНОСТЬ)

 

Основными характеристиками строения почвы являются ее пористость и плотность (объемная масса).

Все виды почвы пронизаны  порами, заполненными воздухом, водой  или органическими включениями.

Пористостью называют объем пустот в почве, заполненных водой и воздухом.

Общую пористость почвы Р, % определяют из формулы:

,

Где Vпуст. – объем пустот, которые могут заполняться воздухом и водой;

Vпроб. – объем исследуемой почвы.

Пористость зависит от структуры, степени уплотнения, влажности, а так же от механического состава  почвы. У глин и суглинков она составляет 50…60%, у песчаных почв – 40…50%.

Пористость одной и  той же почвы является переменной величиной, зависящей от влажности. Во влажной почве частицы оказываются  как бы раздвинутыми прослойками  воды, при высыхании почвы они  сближаются.

 

Различают действительную, в природном состоянии и плотность твердой фазы.

Действительная  плотность – представляет собой отношение массы МС абсолютно сухой почвы к объему VПроб. исследуемой пробы, взятой без нарушения ее естественного сложения:

.

Плотность в природном  состоянии – представляет собой отношение массы почвы в природном состоянии к объему исследуемой пробы, взятой без нарушения ее естественного сложения:

.

Обычно действительную плотность  почвы и плотность в природном  состоянии определяют методом режущих  цилиндров, который заключается  во взятии проб почвы в природном  состоянии (без нарушения ее структуры) (рис. ).

Рис. Схема определения плотности почвы методом “режущих цилиндров”: 1 – почва; 2 – режущий цилиндр; 3 – нож.

Плотность твердой  фазы равна отношению массы абсолютно сухой почвы к ее объему в спрессованном состоянии.

.

Практически плотность твердой  фазы находят пикнометрическим методом, при котором массу М определяют взвешиванием, а объем находят  как объем воды, вытесненной образцом почвы.

Плотность твердой фазы изменяется от 2,4 (черноземы) до 2,7 г\см3 (красноземы).

Величина плотности зависит  от механического состава, содержания гумуса и пористости почвы. Плотность  пахотного слоя изменяется в широких  пределах – от 0,9 до 1,6 г/см3. Подпахотные  горизонты почвы имеют более  высокую плотность – 1,6…1,8 г/см3.

Опыты показали, что для  каждого вида растений существуют оптимальные  плотности. При уплотнении почвы  выше оптимальной величины урожай (У) снижается, а при слишком большем уплотнении вообще отсутствует (рис. ).

Рис. График зависимости урожайности сельскохозяйственных культур от плотности почвы

Плотность почвы считается  очень важным фактором плодородия. Регулируют ее с помощью механической обработки почвы в соответствии с требованиями для отдельных  видов растений.

 

 

 

ТВЕРДАЯ ФАЗА ПОЧВЫ  И ЕЕ ВЛИЯНИЕ НА УДЕЛЬНОЕ СОПРОТИВЛЕНИЕ  ПРИ ПАХОТЕ

 

   Твердая фаза представлена Каменистыми включениями - это частицы больше 1 мм и Мелкоземом - частицы меньше 1 мм.

   Каменистость почвы – это отношение массы каменистых включений к массе мелкозема в процентах.

    Почва считается не каменистой, если содержание камней в ней не превышает 0,5%;

 

· слабокаменистой – 0,5…5,0% камней;

· среднекаменистой – 5,0…10% камней;

· сильнокаменистой – более 10% камней.

Два последних типа почв требуют специальной системы  обработки.

   Механический состав почвы определяется по результатам анализа мелкозема, который делится на “физический песок” (размер частиц более 0,01 мм) и “физическую глину” – (размер частиц менее 0,01 мм). В зависимости от содержания “физической глины” почвы делят на:

· песчаные (песок) – содержание “физической глины” до 10%;

· супесчаные (супесь) – 10…20% “физической глины”;

· суглинистые (суглинок) – 20…50% “физической глины”;

· глинистые (глины) более 50% “физической глины”.

   В глинистых частицах содержатся цементирующие включения, благодаря которым обеспечивается скрепление почвы.

Встречаются тяжелые и  легкие почвы.

   Тяжелые – это почвы, которые содержат много глины.

Их свойства: во влажном  состоянии налипают на рабочие органы машин, а в сухом образуют глыбы. Эти почвы плохо поглощают  влагу, но хорошо ее удерживают.

   Легкие – это почвы, которые содержат много песчаных частиц. Свойства: они не липкие и не пластичные, т. к. не содержат скрепляющих включений. Песчанные почвы хорошо поглощают влагу, но плохо ее удерживают.

   Супесчаные и суглинистые почвы по своим свойствам занимают промежуточное положение в сравнении с глинистыми и песчаными почвами. Получается “золотая середина”, поэтому эти почвы характеризуются высокой урожайностью.

   Механический состав почв оказывает непосредственное влияние на обрабатываемость почв, которая характеризуется удельным сопротивлением почвы Куд. Коэффициент удельного сопротивления почвы определяется только при пахоте. Это отношение силы сопротивления плуга к площади сечения пласта.

,

Где Рсопр. – сила сопротивления плуга, Н;

А – глубина вспашки, см;

В – ширина захвата корпуса, см;

N – количество корпусов.

   Зависимость удельного сопротивления почвы от ее механического состава можно выразить графически:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

По удельному сопротивлению  почвы делятся на пять групп см. табл.

Тип почвы	Удельное сопротивление  почвы Куд.,Н\см2
Легкие (50% песчаных, 50% супесчаных)	До 3 Н\см2
Средние (50% супесчаных, 50% суглинистых)	3…5 Н\см2
Средне-тяжелые (суглинистые)	5…7 Н\см2
Тяжелые (глинистые)	7…12 Н\см2
Очень тяжелые (глинистые)	12 Н\см2 и выше

 

ЖИДКАЯ И ГАЗООБРАЗНАЯ ФАЗЫ

Жидкая фаза Представлена в почве водой и растворами различных веществ.

Вода разделяется на гравитационную и капиллярную.

Гравитационная  влага содержится в больших пустотах. Особенность: она свободно перемещается из верхних слоев почвы в нижние под действием силы тяжести. При малой влажности почвы гравитационная вода может впитываться капиллярами верхних слоев почвы.

Капиллярная влага, Содержится в мелких капиллярных пустотах. Особенность: в капиллярных пустотах эта влага перемещается в любых направлениях и распространяется от более влажных слоев к менее влажным. Эта вода доступна всем растениям и составляет основной запас почвенной влаги.

О количестве воды, что помещается в почве, судят по абсолютной влажности (Wa, %):

,

Где МВ и Мс – масса влажной и сухой почвы соответственно.

Абсолютно сухой называется почва, высушенная при температуре 105оС до постоянной массы.

При сопоставлении степени  увлажнения почв различного механического  состава определяют значением Относительной влажности (Wo, %):

,

где Wп – полевая влагоемкость почвы; %.

Полевая влагоемкость почвы – это максимальное количество влаги в процентах, которое способна удержать в себе почва (влажность почвы в момент ее полного насыщения).

Полевая влагоемкость различных  почв изменяется в широких приделах: 100г сухой глинистой почвы может  удержать в себе 50 г воды, в то время, как 100 г песчаной почвы – только 5…20 г. Если эти почвы при абсолютной влажности 15% попробовать на ощупь, то песчаная почва будет производить впечатление мокрой т. к. Wo = 75%, а глинистая почти сухой т. к. Wo = 30%.

;

;

;

.

.

Влажность почвы оказывает  большее влияние на качество и  энергоемкость ее обработки (рис.)

Рис. График влияния влажности на сопротивление почвы

При пахоте (рис.5) пересохших почв (отрезок АБ) образуется глыбы диаметром до 0,5м и более. При пахоте переувлажненных почв (отрезок ВГ), происходит сильное залипание и сгруживания почвы впереди корпуса плуга. Это приводит к росту удельного сопротивления почвы и плохой заделки растительных остатков. При дальнейшем увеличении влажности (отрезок ГД) вода выполняет роль смазки и Ко уменьшается.

Из графика (рис.5) наилучшие  показатели обработки имеют место  при абсолютной влажности 15…30%. Установлено, что при этом почвы не только сохраняются, а и образуются новые структурные  агрегаты.

Газообразная  фаза в почве представлена воздухом и газами – аммиак, метан и т. д.. Воздух находится в почве в свободном и защемленном состоянии. Свободный воздух расположен в крупных пустотах, а “защемленный” в капиллярах.

“Защемленный” воздух увеличивает  упругость почвы и уменьшает  ее водопроницаемость.

Движение свободного воздуха  приводит к потере влаги из рыхлой почвы. При обработке, почва сжимается и значительная часть свободного воздуха переходит в “защемленное” состояние. При этом накапливается потенциальная энергия, которая после прекращения сжатия нарушает связи между почвенными комочками, способствуя структуризации почвы.

 

 

ВЛИЯНИЕ НА ПОЧВУ  УПЛОТНЕНИЯ И ПУТИ ЕГО СНИЖЕНИЯ

Последствия переуплотнения почвы:

1. Ухудшает ее структуру,  аэрацию, нитрификационную способность  и т. д.; ухудшает микрорельеф  агрофона и условия проведения  последующих технологических операций;

2. Снижает эффективность  действия минеральных удобрений;

3. Способствует развитию  эрозионных процессов;

4. Увеличивает тяговое  сопротивление почвообрабатывающих  машин, в результате чего на 10…17% возрастают удельные затраты  энергии и топлива;

5. Вызывает снижение производительности  агрегатов на 8…12% и более;

6. Приводит к снижению  урожайности сельскохозяйственных  культур на 15% и более;

Снижение уплотняющего воздействия  движителей МТА на почву осуществляется: за счет проведения технологических  операций и конструктивных мероприятий.

Технологические операции:

1. Проведение полевых  работ в наиболее оптимальные  агротехнические сроки (период  “спелости” почвы);

2. Совмещение операций (плоскорежущей  лапой), выполняемых за один проход  агрегата;

3. Внедрение чизельной  обработки почвы, которая является  менее энергоемкой в сравнении  с отвальной пахотой, разрушает  плужный след и позволяет почти  в два раза больше накопить  и сохранить влаги в почве;

4. Внедрение нулевой обработки  почвы (сев стерневой сеялкой,  пшеницу скрестить с пыреем  и т. д.);

5. Возделывание сельскохозяйственных  культур с применением постоянной  технологической колеи (колейной  системы земледелия).

Конструктивные мероприятия:

1.Широкое внедрение тягово-приводных  агрегатов (мостовая технология  возделывания сельскохозяйственных  культур);

2.Использование широкопрофильных (арочных) шин с низким внутренним  давлением воздуха.

3.Оборудование энергетических  средств сдвоенными или строенными  колесами;

4.Использование гусеничных  и полугусеничных энергетических  средств на основных полевых  работах;

5.Внедрение резиноармированных  гусениц для уменьшения их  массы, а значит и общего  давления трактора на почву.

 

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

 

   Почва - колоссальное природное богатство, обеспечивающее человека продуктами питания, животных - кормами, а промышленность сырьем. Веками и тысячелетиями создавалась она. Чтобы правильно использовать почву, надо знать, как она образовывалась, ее строение состав и свойства.       Почва обладает особым свойством - плодородием, она служит основой сельского хозяйства всех стран. Почва при правильной эксплуатации не только не теряет своих свойств, но и улучшает их, становится более плодороднее. Однако ценность почвы определяется не только ее хозяйственной значимостью для сельского, лесного и других отраслей народного хозяйства; она определяется также незаменимой экологической ролью почвы как важнейшего компонента всех наземных биоценозов и биосферы земли в целом. Через почвенный покров земли идут многочисленные экологические связи всех живущих на земле организмов (в том числе и человека) с литосферой, гидросферой и атмосферой. Из всего выше сказанного ясно, как велики и разнообразны роль и значение почвы в народном хозяйстве и вообще в жизни человеческого общества. Так, что охрана почв и их рациональное использование, является одной из важнейших задач всего человечества.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Список литературы

1.“Почвенный покров. Его улучшение, использование и охрана”, В.А.Ковда. Издательство «Наука», Москва,1981г.

2. “Истоки плодородия”, М.И.Калинин. Издательское объединение «Вища школа», 1986г.

3. Хайлис Г. А. и др. Механико – технологические свойства сельскохозяйственных материалов – Луцк. ЛГТУ, 1998. – 268 с.

4. Ковалев Н. Г., Хайлис Г. А., Ковалев М. М. Сельскохозяйственные материалы (виды, состав, свойства). — М.: ИК «Родник», журнал «Аграрная наука», 1998.—208 с., ил. 113.—(Учебники и учеб, пособия для высш. учеб, заведений).

5. Физико – механические свойства растений, почв и удобрений. - М.: Колос, 1970.