Физико-механические свойства почв

Сжимаемость – уменьшение объема почв (уплотнение) под действием внешнего давления.

Характеризуется коэффициентом уплотнения и измеряется в см²/кг. Сжимаемость почв определяется их гранулометрическим и минералогическим составом, характером пористости и трещиноватости, структурой и ее прочностью, влажностью и гидрофильностью коллоидной фракции. Сжимаемость характеризует возможность переуплотнения почв при обработках тяжелой техникой. Однако сжимаемость почвы – не полностью обратимая деформация. Частным случаем проявления сжимаемости является просадочность – понижение поверхности почв в результате уменьшения их пористости и растворения содержащихся в них солей при замачивании.

Пластичность – способность почвы изменять свою форму (деформироваться) под влиянием какой-либо внешней силы без образования трещин и сохранять приданную форму после устранения этой силы.

Пластичность обусловлена илистой фракцией и зависит от влажности почвы. Сухие почвы не обладают пластичностью. Избыточно увлажненные начинают течь и теряют пластичность. В связи с этим различают верхний и нижний пределы пластичности.

Верхний определяется величиной весовой влажности, при которой почва начинает течь, нижний – при которой почву еще можно раскатать в шнур диаметром 3 мм без образования трещин.

Пластичность определяет консистенцию почвы – степень подвижности слагающих почву частиц под влиянием механического воздействия при различной влажности. Выделяют несколько форм консистенции:

а) твердая – почва имеет свойства твердого тела, не пластична;

б) полутвердая – переходное состояние между твердым и пластичным телом;

в) вязкопластичная – почва обладает пластичностью, но не прилипает к другим телам;

г) липкопластичная – почва обладает пластичностью и прилипает к другим телам;

д) вязкотекучая – почва в состоянии растекаться толстым слоем;

е) жидкотекучая – почва может растекаться тонким слоем.

В обычных условиях для почв характерны четыре первые формы консистенции. Однако в некоторых почвах с сильным переувлажнением в отдельные периоды наблюдаются и текучие состояния. Они определяют подвижность (ползучесть) почв – способность ее в переувлажненном состоянии течь под влиянием собственной массы.

Пластичность теснейшим образом связана с механическим составом почв. Глинистые почвы имеют число пластичности более 17; суглинистые – в пределах 7-17; супеси – меньше 7; пески непластичны.

Пластичные почвы обладают меньшим сопротивлением к механическому воздействию. Чем выше пластичность, тем почва больше подвержена образованию колеи на ее поверхности при проходе агрегатов.

Липкость – свойство 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. В результате прилипания почвы к рабочим частям машин и орудий увеличивается тяговое сопротивление и ухудшается качество обработки почвы.

Величина липкости определяется силой, требующейся для отрыва металлической пластинки от влажной почвы. Липкость выражается в г/см². Она проявляется при увлажнении почвы, приближающемся к верхнему пределу пластичности.

Н.А. Качинский делит почвы по липкости на:

- предельно вязкие (>15 г/см²),

- сильновязкие (5-1,5 г/см²),

- средневязкие (2-5 г/см²),

- слабовязкие (<2 г/см²).

Решающая роль в проявлении липкости принадлежит тонкому адгезионному слою слабосвязанной воды.

Чем тяжелее по гранулометрическому составу почва, тем сильнее она прилипает к твердым телам. Липкость возрастает также с увеличением содержания в почве органического вещества.

Набухание – увеличение объема почвы или ее отдельных структурных элементов при увлажнении. Набухание выражают в объемных процентах.

В основе набухания лежит свойство коллоидов сорбировать воду и образовывать гидратные оболочки вокруг минеральных и органических частиц, раздвигая их. Чем больше внутренняя поверхность почвенной массы, чем больше водоудерживающая способность почвенных частиц, тем более мощную пленку они могут создавать вокруг себя, тем больше набухаемость такой системы.

Величина набухания зависит от количества и качества коллоидов. Наиболее набухаемы глинистые почвы вследствие большого содержания минералов монтмориллонитовой группы и органических коллоидов.

Набухание почвы может вызвать неблагоприятные в агрономическом отношении изменения в поверхностном слое почвы. Вследствие набухания частички почвы могут быть настолько разделены пленками воды, что это приведет к разрушению агрегатов и выпиранию почвенной массы.

Практически целесообразно использовать следующие разделения почв по набухаемости:

- слабо набухающие почвы – при увлажнении объем увеличивается менее чем на 10%;

- средне набухающие почвы – при увлажнении объем увеличивается от 10% до 20%;

- сильно набухающие почвы – при увлажнении объем увеличивается от 20% до 30%;

- очень сильно набухающие почвы – при увлажнении объем увеличивается более чем на 30%.

Усадка – сокращение объема почвы при высыхании.Величина усадки обусловлена теми же факторами, что и набухание. Чем больше набухание, тем сильнее усадка почвы. Усадку измеряют в объемных процентах по отношению к исходному объему. При сильной усадке в почве образуются многочисленные трещины, происходит разрыв корней растений, усиливается физическое испарение влаги.

Связность – способность почвы сопротивляться внешнему усилию, стремящемуся разъединить почвенные частицы. Выражается в кг/см².

Связность вызывается силами сцепления между частицами почвы. Степень сцепления обусловлена механическим и минералогическим составом, структурным состоянием почвы, влажностью и характером ее сельскохозяйственного использования.

Наибольшей связностью характеризуются глинистые почвы и почвы, содержащие большое количество обменного натрия, наименьшей – песчаные. Оструктуривание почв, увеличивая прочность отдельных агрегатов, в целом уменьшает связность почв, облегчает их обработку, оптимизирует развитие корневых систем. Влияние органического вещества на связность почв двояко. Гумус увеличивает связность песчаных почв и снижает у глинистых за счет увеличения их агрегированности и снижения площади соприкосновения.

Твердость – сопротивление, которое оказывает почва в естественном залегании проникновению в нее под давлением какого-либо тела (шара, конуса, цилиндра и т.д.). Твердость определяется специальными приборами – твердомерами. Выражается в кг/см². Ее показатели колеблются от 5 до 60 кг/см² и выше. Высокая твердость почвы – признак ее плохих физико-химических и агрофизических свойств. В этих условиях требуются большие затраты энергии на обработку, затрудняется прорастание семян, корни плохо проникают в почву. Она хуже пропускает влагу и воздух. На почвах со значительной твердостью растения развиваются плохо.

Твердость почвы зависит от ее увлажнения. По мере уменьшения влажности она резко возрастает. Заметное влияние на твердость оказывает структурность почвы. Распыленная почва при высыхании оказывает значительно большее механическое сопротивление, чем комковато-зернистая.

С твердостью связана такая важная технологическая характеристика почвы, как сопротивление ее обработке. В обычном интервале влажности сопротивление почвы при обработке находится в прямой зависимости от твердости почвы.

Удельное сопротивление – усилие, затрачиваемое на подрезание пласта, его оборот и трение о рабочую поверхность. Удельным сопротивлением обусловливается величина силы тяги при вспашке почвы.

Выражается удельное сопротивление в кг/см². В зависимости от механического состава, физико-химических свойств, влажности и агрохозяйственного состояния удельное сопротивление почвы изменяется в пределах от 0,2 до 1,2 кг/см².

Наименьшим удельным сопротивлением характеризуются ненасыщенные основаниями почвы легкого механического состава (супесчаные и песчаные), самым большим – тяжелосуглинистые и глинистые почвы солонцового типа, содержащие свыше 20-30% натрия от емкости поглощения. Существенное влияние на удельное сопротивление оказывает увлажнение почвы. Максимальное удельное сопротивление наблюдается при влажности, близкой к влажности устойчивого завядания, минимальное – при средней увлажненности почвы.

На различных угодьях величина удельного сопротивления существенно изменяется. При обработке целинных и старозалежных земель она возрастает на 45-50% по сравнению со старопахотными почвами.

На почвах под пропашными культурами удельное сопротивление значительно меньше, чем под зерновыми культурами и многолетними травами. Удельное сопротивление зависит также от засоренности почв (особенно корневищными сорняками).

Почвы с хорошей структурой при прочих равных условиях оказывают меньшее сопротивление при обработке, чем бесструктурные.

Спелость почвы. С физико-механическими свойствами почвы тесно связана ее спелость. Различают физическую и биологическую спелость почвы.

Физической спелостью называется состояние почвы, при котором она оказывает наименьшее сопротивление обрабатывающим орудиям, хорошо крошится и образует максимальное количество мезоагрегатов. Влажность физически спелой почвы колеблется от 60 до 90% от наименьшей влагоемкости. У песчаных и супесчаных почв физическая спелость наступает при более высокой влажности, чем у суглинистых и глинистых.

Состояние физической спелости наступает раньше и у высокогумусированных почв, отличающихся от почв с низким содержанием гумуса большей степенью оструктуренности.

Биологическая спелость характеризуется таким температурным состоянием почвы, при котором активно развиваются биологические процессы (деятельность почвенной биоты, прорастание семян и др.), сопровождающиеся выделением значительного количества углекислого газа и интенсивным выходом питательных элементов. Для большинства почв она близка к 10°С. Состояние биологической спелости тесно связано с физической спелостью.