Свойства почвы как объекта механической обработки

Под воздействием почвообрабатывающих машин в почве происходят сложные физические процессы, сопровождающиеся изменением ее сложения и свойств. Конечный результат обработки зависит От гранулометрического состава, технологических свойств почвы, конструкции рабочего органа и скорости его движения.

Гранулометрический состав почвы. Почва — многофазная среда, состоящая из перемешанных между собой твердых частиц, воды, воздуха и живых организмов. От соотношения этих фаз зависят физико-механические свойства и плодородие почвы. Твердые частицы размером более 1 мм относятся к каменистым включениям, менее 1 мм — к мелкозему. Частицы мелкозема условно делят на две фракции: физический песок (частицы размером более 0,01 мм) и физическую глину (частицы размером менее 0,01 мм). По соотношению этих фракций различают глинистые (содержащие физической глины более 50 %, песка менее 50 %), суглинистые (50...20 и 50...80 %), супесчаные (20... 10 и 80...90 %) и песчаные (соответственно менее 10 % и более 90 %) почвы.

Глинистые почвы относятся к тяжелым. Обрабатывать их трудно. Они плохо крошатся, при повышенной влажности налипают на рабочие органы, а в сухом состоянии откалываются крупными глыбами. Песчаные почвы относятся к легким. Лучшими по гранулометрическому составу считаются суглинистые и супесчаные почвы с содержанием илистых частиц (размером менее 0,001 мм) от 10 до 40%.

Каменистость почвы оценивают по содержанию в ней каменистых включений (камней) размером более 3 мм. Различают некаменистую (содержание камней до 0,5 %), слабокаменистую (0,5...5 %), среднекаменистую (5...10 %) и сильнокаменистую (более 10 %) почвы. Наличие в почве крупных камней (размером более 100 мм) представляет опасность для мобильных машин, особенно почвообрабатывающих и уборочных. Поэтому такие камни из почвы удаляют специальными машинами.

Структура и строение почвы. Твердые частицы почвы могут соединяться в водопрочные агрегаты (комочки), а последние распадаться на мелкие частицы. Образование и распад агрегатов зависят от многих факторов, в том числе от системы обработки почвы.

Структурной считается почва, содержащая более 55 % водопрочных агрегатов размером 0,25...10 мм. Они залегают рыхлым слоем с образованием пустот, что обеспечивает благоприятные условия для роста растений. В зависимости от размеров структурных агрегатов различают глыбистую (размер агрегатов более 10 мм), комковатую (3...10 мм), зернистую (0,25...3 мм) и пылевидную (менее 0,25 мм) структуры. Агрегаты размером менее 1 мм относятся к эрозионно опасным. При содержании их в верхнем слое почвы (0...5 см) более 50 % создаются условия для возникновения водной и ветровой эрозии почвы.

В бесструктурной почве отсутствуют водопрочные агрегаты, а отдельные твердые частицы образуют монолитное строение почвы, затрудняющее перемещение воды, воздуха и развитие корневой системы растений.

Затраты энергии при обработке структурной почвы меньше, чем при обработке бесструктурной.

Плотность почвы характеризует ее сложение, т. е. взаимное расположение почвенных агрегатов. Ее определяют делением массы высушенного образца почвы на его первоначальный объем. Оптимальная плотность пахотного горизонта для большинства возделываемых растений составляет 1...1,2г/см3. Плотность 1,55... 1,6г/см3 считается критической, так как в такой почве растения гибнут. Плотность изменяют обработкой и внесением органических удобрений.

Скважность (пористость) почвы характеризуется суммарным объемом пустот в почве, заполненных водой и воздухом. Общую скважность определяют по отношению объема пустот в образце к его общему объему, выраженному в процентах. Общая скважность суглинистых и глинистых почв составляет 50...60 %, песчаных —
40...45, торфяных — 80...90 %.

Влажность почвы существенно влияет на ее обработку. Содержание влаги в почве в течение годового цикла изменяется от полного насыщения до минимального, а почва переходит от одной консистенции к другой. Время перехода от полутвердой к твердой консистенции считают оптимальным для механической обработки: почва хорошо крошится, не налипает на рабочие органы, затраты энергии на ее обработку минимальные. Такое состояние почвы называют физической спелостью. Это состояние у подзолистых почв соответствует абсолютной влажности 12...15 %, дерново-подзолистых — 12...22, черноземов — 17...30 %.

Граница влажности почвы, соответствующая физической спелости, с увеличением скорости движения агрегата сдвигается в сторону больших значений. Поэтому при увеличении скорости движения почвообрабатывающей машины почву можно обрабатывать при большей ее влажности.

Липкость почв характеризует способность ее частиц склеиваться и прилипать к рабочим органам и колесам сельскохозяйственных машин. Единица измерения липкости Н/см2. Для определения липкости почвы силу, которую необходимо приложить, чтобы оторвать прилипшую к почве стальную пластинку, делят на площадь залипания.

Степень липкости почв зависит от ее влажности и дисперсности. При постоянном нормальном давлении липкость с увеличением влажности почвы растет до максимального значения, а затем в результате увеличения толщины водных пленок на поверхности залипания снижается. С увеличением дисперсности (распыла) почвы возрастает залипаемость орудий.

У распыленной, т. е. бесструктурной, почвы липкость начинает проявляться при относительной влажности 40...50 %, у структурной—при 60...70 %. Поэтому необходимо сохранять и восстанавливать структуру почвы, которая создает оптимальные условия плодородия и снижает залипаемость орудий.