Почвенный покров является важнейшим природным образованием. Его роль в жизни общества определяется тем, что почва представляет собой основной источник продовольствия, обеспечивающий 95-97 % продовольственных ресурсов для населения планеты. Площадь земельных ресурсов мира составляет 129 млн. км 2 или 86,5 % площади суши. Общая пахотнопригодность земель оценивается различными исследователями по-разному: от 25 до 32 млн. км 2 .
Представления о почве, как о самостоятельном природном теле с особыми свойствами появились в конце XIX в, благодаря В.В.Докучаеву ,- основоположнику современного почвоведения. Он создал учение о зонах природы, почвенных зонах, факторах почвообразования.
Почва состоит из твердой (минеральной и органической), жидкой и газообразных фаз. Для всех почв характерно уменьшение содержания органических веществ и живых организмов от верхних горизонтов почв к нижним.
Твердая часть почвы состоит из минеральных и органических веществ. По дисперсности минеральные вещества делятся на две группы: с диаметров более 0,001 мм (обломки пород и минералов, минеральные новообразования) и менее 0,001 мм (частицы выветривания глинистых минералов, органических соединений). Полидисперсность частиц твердой части почвы обусловливает ее рыхлость. Часть объема почвы, заполненного воздухом или водой, называют пористостью почвы, которая составляет 40 – 60 %, иногда до 90 % (торф), бывает до 27,5 (суглинки).
В состав минеральной части почвы входят Si, Al, Fe, K, Na, Mg, Ca, P, S и другие химические элементы, которые, в основном, находятся в окисленном состоянии, а также в виде солей: угольной, серной, фосфорной, хлористо-водородной.
В состав органической части входят и органические вещества (преимущественно в гумусе), где содержится углерод, водород, кислород, азот, фосфор, сера и другие элементы. Многие элементы растворены в почвенной влаге, заполняющей часть пор, а в остальной части пор находится воздух.
Образование почв происходит на Земле с момента возникновения жизни и зависит от многих факторов.
Субстрат, на котором образуются почвы. От характера материнских пород зависят физические свойства почвы (пористость, водоудерживающая способность, рыхлость и т.д.). Они определяют водный и тепловой режим, интенсивность, перемешивания веществ, минералогический и химический составы, первоначальное содержание элементов питания, тип почвы.
Растительность – зеленые растения (основные создатели первичных органических веществ). Поглощая из атмосферы углекислоту, из почвы воду и минеральные вещества, используя энергию света, они создают органические соединения, пригодные для питания животных.
С помощью животных, бактерий, физических и химических воздействий органическое вещество разлагается, превращаясь в почвенный гумус. Зольные вещества наполняют минеральную часть почвы. Неразложившийся растительный материал создает благоприятные условия для действия почвенной фауны и микроорганизмов (устойчивый газообмен, тепловой режим, влажность).
Животные организмы, выполняющие функцию преобразования органического вещества в почву. Сапрофаги (земляные черви и др.), питающиеся мертвыми органическими веществами, влияют на содержание гумуса, мощность этого горизонта и структуру почвы. Из наземного животного мира на почвообразование наиболее интенсивно влияют все виды грызунов и травоядные животные.
Микроорганизмы (бактерии, одноклеточные водоросли, вирусы) разлагающие сложные органические и минеральные вещества на более простые, которые в дальнейшем могут использоваться самими микроорганизмами и высшими растениями.
Одни группы микроорганизмов участвуют в превращениях углеводов и жиров, другие – азотистых соединений. Бактерии, поглощающие молекулярный азот воздуха, называют азотфиксирующими. Благодаря их деятельности, атмосферный азот могут использовать (в виде нитратов) другие живые организмы. Почвенные микроорганизмы принимают участие в разрушении токсических продуктов обмена высших растений, животных и самых микроорганизмов в синтезе витаминов, необходимых для растений и почвенных животных.
Климат, влияющий на тепловой и водный режимы почвы, а значит на биологический и физико-химические почвенные процессы.
Рельеф, перераспределяющий на земной поверхности тепло и влагу.
Продолжительность процесса почвообразования для различных материков и широт составляет от нескольких сотен до нескольких тысяч лет.
Хозяйственная деятельность человека в настоящее время становится доминирующим фактором в разрушении почв, снижении и повышении их плодородия. Под влиянием человека меняются параметры и факторы почвообразования – рельефы, микроклимат, создаются водохранилища, проводится мелиорация.
Основное свойство почвы – плодородие. Оно связано с качеством почв. В разрушении почв и снижении их плодородия выделяются следующие процессы:
Аридизация суши – комплекс процессов уменьшения влажности обширных территорий и вызванное этим сокращение биологической продуктивности экологических систем. Под действием примитивного земледелия, нерационального использования пастбищ, беспорядочного применения техники на угодьях почвы превращаются в пустыни.
Эрозия почв, разрушение почв под действием ветра, воды, техники и ирригации. Наиболее опасна водная эрозия – смыв почвы талыми, дождевыми и ливневыми водами. Водные эрозии отмечаются при крутизне уже 1 - 2˚. Водной эрозии способствует уничтожение лесов, вспашка по склону.
Ветровая эрозия характеризуется выносом ветром наиболее мелких частей. Ветровой эрозии способствует уничтожение растительности на территориях с недостаточной влажностью, сильными ветрами, непрерывным выпасом скота.
Техническая эрозия связана с разрушением почвы под воздействием транспорта, землеройных машин и техники.
Ирригационная эрозия развивается в результате нарушения правил полива при орошаемом земледелии. Засоление почв в основном связано с этими нарушениями. В настоящее время не менее 50 % площади орошаемых земель засолено, потеряны миллионы ранее плодородных земель. Особое место среди почв занимают пахотные угодья, т.е. земли, обеспечивающие питание человека. По заключению ученых и специалистов, для питания одного человека следует обрабатывать не менее 0,1 га почвы. Рост численности жителей Земли напрямую связан с площадью пахотных земель, которая неуклонно сокращается. Так в РФ за последние 27 лет площадь сельскохозяйственных угодий сократилась на 12,9 млн. га. Причинами этого являются нарушение и деградация почвенного покрова, отвод земель под застройку городов, поселков и промышленных предприятий.
На больших площадях происходит снижение продуктивности почв из – за уменьшения содержания гумуса, запасы которого за последние 20 лет сократились в РФ на 25 – 30 %, а ежегодные потери составляют 81,4 млн.т. Земля сегодня может прокормить 15 млрд человек. Бережное и грамотное обращение с землей сегодня стало самой актуальной проблемой.
К числу общих физических свойств почвы относят относительную плотность, объемную плотность и пористость .
Относительная плотность почвы - это отношение массы ее твердой фазы к массе воды в том же объеме при температуре +4° С.
Величина относительной плотности почв зависит от плотности входящих в нее частиц минералов и их соотношения, а также от количества органического вещества.
Обычно плотность минеральных горизонтов почв колеблется в пределах 2,4-2,8, а органогенных от 1,4 до 1,8 (торф). Плотность верхних гумусированных горизонтов почв в среднем равна 2,5-2,6, нижних - 2,6-2,7.
Объемная плотность почвы - масса единицы объема абсолютно сухой почвы, взятой в естественном сложении, выраженная в г/см3.
Объемная плотность - одно из важнейших свойств, определяющих способность почвы пропускать и удерживать влагу, воздух, сопротивляться орудиям обработки почвы и т. д. Объемная плотность зависит от типа растительности, механического и минералогического составов почвы (дисперсности), сложения, оструктуренности и степени обработки почв.
Наименьшая объемная плотность обычно наблюдается в верхних горизонтах почв, наибольшая - в иллювиальных и глеевых горизонтах. У хорошо оструктуренных, рыхлых дерново-подзолистых почв наименьшая объемная плотность наблюдается в лесных подстилках - 0,15-0,40 г/см3, в гумусовых горизонтах она повышается до 0,8-1,0, в подзолистых - до 1,4-1,45, иллювиальных- до 1,5-1,6 и в материнской породе - до 1,4-1,6 г/см3.
Величина объемной плотности почв зависит от типа растительности. Так, в гумусовых горизонтах под сомкнутыми ельниками она равна 0,9-1,1, под березняками- 1,0-1,3, под злаками - 1,2-1,4 г/см3.
Почву считают рыхлой , если объемная плотность гумусовых горизонтов равна 0,9-0,95,
нормальной - 0,95-1,15,
уплотненной - 1,15-1,25 и
сильноуплотненной - более 1,25 г/см3.
Пористость (порозность или скважность) - суммарный объем всех пор и промежутков между частицами твердой фазы почвы.
Ее вычисляют по плотности и объемной плотности почвы и выражают в % объема почвы по формуле.
Различают несколько форм пористости, главнейшими из них являются капиллярная и некапиллярная .
Капиллярная пористость обычно измеряется в лабораторных условиях и равна количеству воды, удерживаемому тонкими капиллярными промежутками между частицами твердой фазы почвы. Обычно чем больше глинистых частиц, тем больше капиллярная пористость. В оструктуренных почвах вода между комочками вытекает из-за большого размера пор, а в самих комочках удерживается в капиллярах.
Разница между общей и капиллярной пористостью составляет некапиллярную пористость.
Наибольшая пористость (80-90%) наблюдается в лесных подстилках, травяном войлоке, торфах, т. е. органогенных горизонтах.
В минеральных гумусированных горизонтах она равна 55-65%, в верхних безгумусных 45-55%, в нижних горизонтах почвы может быть ниже 45%.
Минимальная пористость наблюдается в глеевых горизонтах почв и равна около 30%.
Для развития корневых систем древесных пород наилучшие условия создаются при пористости почв, равной 55-65%; при пористости 35-40% корни проникают в почву с трудом, а при пористости глеевых горизонтов она практически становится корненепроницаемой.
Большое значение имеет некапиллярная пористость. Для наиболее освоенных корнями горизонтов она, как правило, более 10%; при снижении ее до 3% нижние горизонты почв становятся малодоступными для корней. Некапиллярная пористость обеспечивает проникновение воздуха в почву-аэрацию. Для нормального развития растений важно, чтобы почвы имели высокую капиллярную пористость и пористость аэрации не менее 20% объема почвы.
ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ПОЧВ
Ряд процессов, протекающих в почвах, определяется их физико-механическими свойствами, которые проявляются при воздействии внешних нагрузок и подразделяются на деформационные, прочностные и реологические.
Деформационные свойства характеризуют поведение почв при нагрузках, не приводящих к их механическому разрушению. К ним относятся сжимаемость, просадочность, консолидация (уплотнение) .
Прочностные свойства характеризуют поведение почв при нагрузках, вызывающих их разрушение - сдвиг, разрыв .
Реологические свойства характеризуют поведение почвы под давлением во времени. К ним относятся вязкость, пластичность, тиксотропность .
Понятие «физико-механические свойства» в почвоведении имеет более широкий диапазон применения, чем в механике, геологии, грунтоведении.
Соответственно к физико-механическим свойствам в почвоведении относят также набухание, усадку, липкость , т. е. свойства высокодисперсных систем, проявляющиеся без механических воздействий со стороны
Изучение физико-механических свойств почв важно не только с позиций понимания механизмов физических процессов, протекающих в них, но имеет большое прикладное значение для сельского хозяйства. Физико-механические свойства определяют условия обработки почв, дают возможность получить количественные оценки энергетических затрат на их обработку и выбрать оптимальные сроки полевых работ, при которых в наименьшей степени деформируются почвы и обработка производится с наименьшими затратами горючего
ДЕФОРМАЦИОННЫЕ СВОЙСТВА ПОЧВ
Сжимаемость почв под нагрузкой происходит при их механической обработке Особенно остро необходимость изучения этого вопроса стоит в настоящее время, когда на полях используется тяжелая сельскохозяйственная техника и происходит активное уплотнение поверхностных горизонтов почв
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
Высокая исходная пористость почв служит показателем возможности достаточно большого уплотнения почв при обработке ее тяжелой техникой
Сжимаемость почв приводит к уменьшению общей порозности, изменениям размеров и форм пор, размеров и форм структурных отдельностей
Сжимаемость характеризуется коэффициентом уплотнения
Сжимаемость почвы - не полностью обратимая деформация. При многократных нагрузках компрессионная кривая имеет вид петли, что обусловлено разрушением структурных связей и накоплением остаточной деформации.
Максимальная остаточная деформация будет соответствовать особенностям физических и химических свойств конкретных почв и дает возможность прогнозировать минимальную порозность при различных обработках в реальных условиях, т. е. максимально возможное уплотнение их.
Частным случаем проявления сжимаемости почв и грунтов является просадочность .
Просадкой называется понижение поверхности почв в результате уменьшения их пористости и растворения содержащихся в них солей при замачивании.
С этим явлением связывают такие формы рельефа, как степные блюдца, поды. Особенно существенны просадки на лёссовых почвогрунтах при введении их в орошаемое земледелие, что объясняется высокой пористостью пород, малой гидрофильностью, выносом легкорастворимых солей, являющихся «клеющими» веществами для их структуры.
Просадочность почв и грунтов может в некоторых случаях создавать значительную ирригационную пестроту микрорельефа на орошаемых массивах, что вызывает перераспределение поливных вод на поверхности поля, создает мозаику увлажнения и может привести к формированию комплексности почвенного покрова.
Все это усложняет обработку почв и сельскохозяйственную эксплуатацию орошаемых площадей, создает пестроту посевов, снижает эффективность орошения.
ПРОЧНОСТНЫЕ СВОЙСТВА
Сдвиг = Связность характеризует способность почвы оказывать сопротивление разрывающему усилию, стремящемуся разъединить механические элементы, т. е. определяет свойство взаимного сцепления частиц почв.
Выражается она в кг/см2.
Связность необходимо учитывать при оценке таких важных производственных характеристик почвы, как удельное сопротивление, сцепление . Этот показатель характеризует прочность структуры, что также важно знать при оценке мелиоративных характеристик почв.
Связность зависит от гранулометрического и минералогического состава почв, количества и состава клеющих компонентов, обменных оснований, содержания органического вещества, влажности.
Оструктуривание почв, увеличивая прочность отдельных агрегатов, в целом уменьшает связность почв, облегчает их обработку, оптимизирует развитие корневых систем.
В наибольшей степени на связность почв оказывает влияние содержание в них воды.
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.
Наиболее связными являются глины, малооструктуренные почвы, насыщенные одновалентными катионами. В легких почвах органическое вещество и некоторая влажность увеличивают связность, в суглинистых, наоборот, уменьшают.
Связность почвы влияет на качество обработки и сопротивление воздействию машин и орудий.
С прочностью сцепления почвенных частиц тесно связана твердость почв.
Твердостью называется свойство почвы в естественном залегании сопротивляться сжатию и расклиниванию. Измеряется твердость при помощи твердомеров и выражается в кг/см2. При одной и той же плотности твердость ненабухающих почв в зависимости от влажности может существенно меняться. Твердость почв обусловлена теми же характеристиками, что и связность (минералогией, дисперсностью, наличием электролитов, составом обменных оснований, содержанием гумуса, влажностью).
Она оценивается уже при полевом описании. При этом выделяются следующие градации: рыхлая, рыхловатая, уплотненная, твердая, очень твердая почва.
Твердость почв изменяется в очень широких пределах: от 5 до 60 кг/см2 и выше. Самой большой твердостью в сухом состоянии характеризуются слитые почвы и солонцы.
Оценивая твердость генетических горизонтов как наиболее твердые, можно выделить солонцовые, слитые, иллювиальные горизонты, плужную подошву, почвенные коры.
Твердость почв определяет тяговое усилие сельскохозяйственных орудий. Сила тяги, отнесенная к единице рабочей площади обрабатывающего орудия, называется удельным сопротивлением.
При снижении влажности резко увеличивается твердость почв, растет их удельное сопротивление, увеличиваются энергетические затраты на обработку. При увеличении влажности увеличивается липкость почв, растет сила сцепления почвенных частиц с поверхностью обрабатывающих орудий, что также приводит к увеличению удельного сопротивления.
При повышенной влажности не происходит крошения почвы и образования агрономических ценных агрегатов, происходит заглыбление почв. Обработка сухих почв распыляет почву, что снижает их противоэрозионную стойкость и существенно ухудшает поверхностные свойства.
Удельное сопротивление почв в естественных условиях имеет диапазон от 0,2 до 1,2 кг/см2.
РЕОЛОГИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА
Одним из главных реологических свойств почв является их пластичность
Пластичностью называется способность почв менять свою форму (деформироваться) под действием внешних сил (без разрывов и трещин) и сохранять полученную форму после прекращения механического воздействия
Пластичность характеризуется числом Аттеберга. Верхним пределом пластичности считают влажность, при которой почва начинает течь, а нижним - влажность, при которой почва перестает скатываться в шнур без трещин диаметром более 3 мм.
I) верхний предел пластичности, или предел текучести, - массовая влажность почв, при которой стандартный конус под действием собственной массы (76 г) погружается в почвенный образец на 10 мм;
2) нижний предел пластичности - граница между полутвердым и пластичным состоянием почвы - массовая влажность, при которой образец можно раскатать в жгут диаметром в 3 мм без образования разрывов и трещин;
3) число пластичности - разность между числовым выражением верхнего и нижнего пределов пластичности. Число пластичности показывает диапазон влажности, в котором проявляются пластичные свойства почв.
Пески имеют число пластичности - 0,
супеси - 0-7,
суглинки - 7-17,
глины - более 17.
Пластичность определяется гранулометрическим составом и формой слагающих почву частиц.
Пластичность глин вдвое больше пластичности суглинков и втрое больше пластичности супесей.
Пески практически непластичны. Числа пластичности для них соответственно равны 35-40, 10-20, 5-10 и 0.
Наибольшей пластичностью обладают набухающие частицы пластинчатой и чешуйчатой формы.
При прочих равных условиях почвы, имеющие в илистой фракции монтмориллонитовые минералы, всегда будут более пластичны, чем почвы с преобладанием каолинита.
Пластичность почвы широко используется при определении механического состава почв, при скатывании шнуров и шаров, при расчетах тяговых усилий по обработке почв.
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 Текучесть почв активно проявляется в тундре, а также на склонах в зонах выклинивания грунтовых вод При этом создаются специфические солифлюкционные формы рельефа
Частный случай текучести - тиксотропность , когда переувлажненные почвы приобретают текучесть при механическом воздействии и снова переходят в твердое состояние в покое Подобное явление обусловливает высокую уязвимость тундровых ландшафтов, когда даже при небольших механических воздействиях происходит сползание тиксотропных масс по водоупорам и на поверхность выходят мерзлые неплодородные грунты
Определенное влияние оказывает текучесть (ползучесть) и на развитие эрозионных процессов на склонах
С пластичностью почв связана их вязкость - внутреннее трение, возникающее при «течении» почвы.
Вязкость почв следует изучать при исследовании эрозионных процессов, а также при расчетах производственных характеристик, связанных с обработкой почв.
Липкость - свойство дисперсионных систем прилипать к поверхности различных тел. Липкость почв количественно характеризуется усилием в ньютонах, необходимым для отрыва металлической пластинки от поверхности почвы, и выражается в Н/см2 (в 9,8 Па).
Проявляется липкость лишь во влажном состоянии, что обусловлено силами молекулярного сцепления, возникающими на границах раздела между минеральными частицами, тонким слоем воды и поверхностью соприкасающегося предмета. Таким образом, решающая роль в проявлении липкости принадлежит слабосвязанной воде, и это свойство называется адгезией , а слой воды называется адгезионным слоем.
Липкость почв тесно связана с гранулометрическим составом, оструктуренностью почв, их сложением. Все это определяет характер и свойства поверхности раздела почва - плоскость предмета.
Диспергирование на любом уровне увеличивает площадь внутренней поверхности, усиливает гидрофильность почв, вызывает рост ее липкости. Так, липкость (в Н/см2) песков и супесей (при прочих равных условиях) равна 0,2-0,3, покровных суглинков - 0,6, глин 5-6, минеральных частиц менее 1 ммк - 10-11.
Обесструктуривание почв, нарушение их сложения также увеличивают липкость.
Липкость почв в наибольшей степени определяется их влажностью, поэтому основными показателями липкости являются:
а) влажность начального прилипания (W0);
б) влажность максимального прилипания (Wmax);
в) влажность максимальной липкости (L).
Кривые зависимости липкости от влажности имеют определенный вид (рис.), однако значения V0, Wmax и L для разных почв различны.
Липкость, обусловливая связь между отдельными почвенными частицами, играет важнейшую роль в образовании макроструктуры.
Липкость определяет такое важное производственное свойство почв, как их физическая спелость.
По липкости почвы делятся на предельно липкие (>147 Па), сильно вязкие (49,0-147 Па), средние (19,6-49,0 Па), слабо вязкие (19,6 Па).
Спелость почвы - такое состояние, при котором она не прилипает, хорошо крошится, имеет наименьшее удельное сопротивление и не пылит.
Различают физическую и биологическую спелости.
Физическая спелость наблюдается при оптимальной влажности, которая колеблется в пределах 40-60% полной влагоемкости, при которой исчезает способность почвенных частиц прилипать к сельскохозяйственным орудиям, но возникает способность самоагрегироваться.
Нижний предел физической спелости для разных почв различен, следовательно, липкость почв определяет оптимальные сроки и условия проведения полевых работ на конкретных почвенных разностях. Раньше всех достигают состояния физической спелости почвы легкого гранулометрического состава и гумусированные черноземы.
Биологическая спелость , по Д. И. Менделееву, такое состояние почвы, при котором она «подходит, как тесто» от наличия в ней углекислого газа или максимальной биологической активности микроорганизмов (разложения и переработки органических веществ, освобождения элементов питания).
Большое значение для характеристики липкости почв имеют такие внешние по отношению к ним факторы, как мощность и масса сельскохозяйственных орудий, быстрота их движения на поле, состояние их поверхности, материал, из которого изготовлены режущие части. Учет почвенных и внешних факторов, определяющих прилипание почв, является важным резервом экономии энергетических ресурсов при планировании и проведении полевых сельскохозяйственных работ.
Набухание - это свойство почв и глин увеличивать свой объем при увлажнении.
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. Однако основная роль в набухании почв принадлежит не столько дисперсности минеральной основы, сколько ее минералогическому составу.
Больше набухают глины, особенно состоящие из монтмориллонита и насыщенные Na или Li. Набухание выражают в объемных % по отношению к исходному объему по формуле.
Усадка - сокращение объема почвы при ее высыхании. Это явление обратное набуханию, зависящее от тех же условий, что и набухание. Измеряется в объемных % по отношению к исходному объему по формуле
При усадке почва может покрываться трещинами, возможны формирование структурных агрегатов, разрыв корней, усиление испарения. Усадка вызывает изменение процессов разложения органических веществ, увеличение аэробиозиса почвы.
Усадка характеризуется уменьшением объема почв при их высыхании и дегидратации.
Способность почв к набуханию (усадке) характеризуется следующими параметрами:
1) степенью набухания (усадки) , измеряемой по изменению объема образца почвы при увлажнении (высыхании) и выражаемой в процентах от исходного объема
2) влажностью набухания - влажность в процентах, при которой прекращается набухание. Влажность набухания зависит от исходной влажности почвы, чем она ниже, тем выше влажность набухания, тем больше степень набухания. Следовательно, переосушение почв увеличивает амплитуду объемных изменений, связанных с набуханием и усадкой, что вызывает увеличение давления набухания;
3) давлением набухания , которое появляется в почве при невозможности или ограниченности объемных деформаций внутри почвенного профиля. Оно может быть измерено с помощью внешней нагрузки и равно силе, при которой не будет происходить изменения объема при увлажнении. Между степенью и давлением набухания существует прямая зависимость;
4) деформационными напряжениями , возникающими в почве при иссушении и способствующими образованию трещин на поверхности почв и структурных отдельностей.
Набухание и усадка в той или иной степени наблюдаются во всех почвах, но в наибольшей степени они характерны для слитых почв и солонцов, что и определяет их крайне неблагоприятные физические свойства. Высокая набухаемость слитых смектитовых почв является диагностическим признаком и создает их специфический облик и структуру. Высокие давления, появляющиеся внутри почвы при их увлажнении и набухании, приводят к выпячиванию массы почв и образованию кочковатого микрорельефа - гильгаи .
При высыхании напряжения разрыва вызывают растрескивание почв и образование массивных слитых тумб и глыб, очень плотных и твердых. Глубокая трещиноватость способствует перемешиванию почвенной массы (частицы с поверхности падают в трещины) и приводит к формированию мощного, но недифференцированного профиля.
Физико-механические свойства почвы важно учитывать при различных видах использования почв и почвенного покрова: при механической обработке почвы в земледелии, при использовании почв в качестве основания для сооружений, при дорожном и аэродромном строительстве, при использовании почвы в качестве строительного материала, в гидротехнике при строительстве каналов и водохранилищ, при гидротехнической мелиорации почв (ирригация и дренаж) и т. д. Благоприятные физико-механические свойства способствуют удешевлению всех видов использования почв, в то время как неблагоприятные могут существенно удорожить его и в ряде случаев сделать невозможным.
ТЕПЛОВЫЕ СВОЙСТВА ПОЧВ
Колебания температуры - важный компонент почвенного микроклимата. Следуя годичным циклам изменения температуры воздуха, температура почвы оказывает существенное влияние на многие протекающие в ней процессы.
ПОСТУПЛЕНИЕ ТЕПЛОТЫ В ПОЧВУ
Тепловая энергия в почве имеет несколько источников:
1) лучистая энергия солнца;
2) атмосферная радиация;
3) внутренняя теплота земного шара;
4) энергия биохимических процессов разложения органических остатков;
5) радиоактивный распад.
Вклад двух последних источников ничтожно мал и обычно не принимается во внимание в балансовых расчетах.
Внутренняя теплота земного шара также незначительна. Вклад этого источника в тепловой поток велик лишь в районах активной вулканической деятельности.
Атмосферная радиация приобретает существенное значение в балансе теплоты в районах с неустойчивой атмосферной деятельностью, в периоды вторжения теплых или холодных воздушных масс.
Таким образом, главным источником теплоты в почве является лучистая энергия солнца.
Реальное количество поступающей в почву солнечной тепловой энергии существенным образом коррелируется географической широтой, временем года, состоянием атмосферы, экспозицией склонов, т. е. углом падения солнечных лучей на поверхность, характером растительного покрова, а также тепловыми свойствами самой почвы
ТЕПЛОВАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ПОЧВЫ
Совокупность свойств, обусловливающих способность почв поглощать и перемещать в своей толще тепловую энергию, называется тепловыми свойствами.
К ним относятся: теплоотражательная способность почв, теплоемкость, теплопроводность, теплоусвояемость.
1. Теплоотражательная способность почв , или способность почв отражать определенную долю падающей на ее поверхность солнечной радиации, характеризуется значением альбедо (А) - долей коротковолновой солнечной радиации, отражаемой их поверхностью (Q ОТР), выраженной в процентах от общей солнечной радиации (Qобщ):
А=Q ОТР /Qобщ 100,
где Qобщ и Q ОТР выражаются в Дж/(см2 мин).
Альбедо зависит от очень многих свойств почв - их цвета, количества и качественного состава органического вещества, гранулометрического состава, оструктуренности, состояния поверхности, влажности.
Диапазон отражения лучистой энергии поверхностью почв колеблется от 8-10 до 30% .
Естественное варьирование величины альбедо в ландшафтах усиливается характером растительного и снежного покрова.
2. Теплопоглотительная способность почв одного и того же региона обусловливает разделение почв на холодные и теплые: темноцветные почвы более теплые, чем светлые; оструктуренные почвы с шероховатой поверхностью более теплые, чем бесструктурные.
Введение………………………………………………………..…………………3
1. Почва……………………………………………………………………………4
2. Виды почв………………………………………………………………………5
3. Состав и свойства почвы………………………………………………………6
4. Общие физические свойства почвы………………………………………….11
4.1 Водные свойства почв………………………………………………………13
4.2 Тепловые свойства почв…………………………………………………….16
4.3 Физико-механические свойства…………………………………………….18
4.4 Воздушные свойства почв…………………………………………………..20
5. Гумусность………………………………………………………………….....22
6. Плодородие почвы………………………………………………………...…..23
7. Виды плодородия почв…………………………………………………..…...25
8. Факторы, лимитирующие плодородие почвы………………………………26
9. Воспроизводство плодородия почв…………………………………………28
Заключение………………………………………………………..……………..32
Список используемой литературы……………………………………………..34
Перечень принятых терминов………………………..…………………………..35
Введение
Первое научное определение почвы дал В.В. Докучаев: «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». Он установил, что все почвы на земной поверхности образуются путем «чрезвычайно сложного взаимодействия местного климата, растительности и животных организмов, состава и строения материнских горных пород, рельефа местности и, наконец, возраста страны». Эти идеи В.В. Докучаева получили дальнейшее развитие в представлениях о почве как о биоминеральной («биокосной») динамической системе, находящейся в постоянном материальном и энергетическом взаимодействии с внешней средой и частично замкнутой через биологический круговорот.
Развитие учения о плодородии почв связано с именем В.Р. Вильямса. Он детально исследовал формирование и развитие плодородия почвы в ходе природного почвообразования, рассмотрел условия проявления плодородия в зависимости от ряда свойств почвы, а также сформулировал основные положения об общих принципах повышения плодородия почв при их использовании в сельскохозяйственном производстве.
Цель: Изучить общие физические свойства почвы и их роль в плодородии почв
1.Показать значение почвы для растений и живых организмов
2.Выделить основное свойство почвы – плодородие
3.Воспитать бережное отношение к природе в целом
4.Познакомится с процессом образования почвы
5.Изучение видов плодородие почв
6.Изучить роль гумуса для плодородие почв
Почва
Почва– самый поверхностный слой суши земного шара, возникший в результате изменения горных пород под воздействием живых и мертвых организмов (растительности, животных, микроорганизмов), солнечного тепла и атмосферных осадков. Почва представляет собой совершенно особое природное образование, обладающее только ей присущим строением, составом и свойствами. Важнейшим свойством почвы является ее плодородие, т.е. способность обеспечивать рост и развитие растений. Чтобы быть плодородной, почва должна обладать достаточным количеством питательных веществ и запасом воды, необходимым для питания растений, именно своим плодородием почва, как природное тело, отличается от всех других природных тел (например, бесплодного камня), которые не способны обеспечить потребность растений в одновременном и совместном наличии двух факторов их существования – воды и минеральных веществ.
Почва – важнейший компонент всех наземных биоценозов и биосферы Земли в целом, через почвенный покров Земли идут многочисленные экологические связи всех живущих на земле и в земле организмов (в том числе и человека) с литосферой, гидросферой и атмосферой.
Роль почвы в хозяйстве человека огромна. Изучение почв необходимо не только для сельскохозяйственных целей, но и для развития лесного хозяйства, инженерно-строительного дела. Знание свойств почв необходимо для решения ряда проблем здравоохранения, разведки и добычи полезных ископаемых, организации зеленых зон в городском хозяйстве, экологического мониторинга и пр.
Виды почв
Подзолистая почва образовывается под пологом леса хвойного, на котором незначительная травянистая растительность. В почве находиться небольшой запас гумуса (0,7 – 1,5 %). У верхнего слоя (гумусовый) толщина составляет от 2 до 15 см. Глубже бесструктурный, подзолистый белесый, малоплодородный слой, толщина у которого от 2 до 30 см.
Дерново – подзолистая почва . Является более плодородным видом.
У этой почвы гумусовый слой в 15 – 18 см, под которой малоплодородный другой слой. Гумус содержится 1,5 – 1,8 %. Имеет пылящую и легко разрушаемую комковатую структуру. У почвы раствора кислая реакция.
Торфяная (болотная) почва . Образовывается на переувлажненной почве. У торфяных почв два вида: верховые и низинные, у которых друг от друга большие отличия. Верховые торфяники образовываются на повышенных участках, которые переувлажнены мягкими грунтовыми водами и атмосферными осадками. Растут на нем багульник, клюква, голубика, мох.
Пойменные почвы. Располагаются у рек, для овощеводства считаются лучшими. В их составе содержится небольшое количество гумуса, но обладает мощной перегнойной возможностью и прочной зернистой структурой. Ее недостатком является то, что на пониженных участках происходит застаивание холодного воздуха, в весеннем периоде это особенно вредно. У пойменной почвы кислотность различная. По своему составу почва делятся на глинистую, суглинистую, песчаную и супесчаную.
Глинистая почва состоит из глинистых, мелких частиц, проходимость воздуха и воды очень плохая. После дождей происходит быстрое уплотнение, путем образования корки на поверхности.
Суглинистая почва состоит из крупных песчаных и мелких глинистых частиц. Такая почва является более плодородной, чем глинистая, в ней хорошо удерживается влага накопленная зимой и весной. В годы с недостаточным количеством осадков, меньше страдает от засухи.
Песчаная почва состоит из более крупных частиц. В ней происходит быстрое вымывание питательных веществ. Такая почва легко пропускает воду. Песчаная почва имеет низкую плодородность, но подсыхает и прогревается весной быстро. Посадка и посев осуществляется на большой глубине.
Супесчаная почва состоит преимущественно из крупных частиц, содержание глинистых веществ около 20%. По сравнению с песчаной, в такой почве немного лучше удерживается вода. Отличительной чертой является низкое плодородие. В супесчаной почве мало накапливается гумус и быстро идет процесс разложения органических веществ.
Состав и свойства почвы
Почва - это поверхностный слой земной коры, который образуется и развивается в результате взаимодействий, живых микроорганизмов, горных пород и является самостоятельной экосистемой.
Важнейшим свойством почвы является плодородие почвы, т.е. способность обеспечить рост и развитие растений. Это свойство представляет исключительную ценность для жизни человека и других организмов. Почва является составной частью биосферы и энергии в природе и поддерживает газовый состав атмосферы.
Почва состоит из твердой, жидкой, газообразной и живой частей. Соотношение их неодинаково не только в разных почв, но в различных горизонтах одной и той же почвы. Закономерно уменьшение содержания органических веществ и живых организмов то верхних горизонтов почвы к нижним и увеличение интенсивности преобразования компонентов материнской породы от нижних и горизонтов к верхним. В твердой части преобладают минеральные вещества. Первичные минералы (кварц, полевые шпаты, роговые обманки, слюды и др.) вместо с обломками горных пород образуют крупные фракции; вторичные минералы (гидрослюды, монтмориллонит, каолинит и др.), формирующиеся в процессе выветривания, - более тонкие. Рыхлость сложения почвы обусловливают состава ее твердой части, включающей частицы разного размера (от коллоидов почвы, измеряемых сотыми долями мк, до обломков диаметром в несколько десятков см). Основную массу почв составляет обычно мелкозем - частицы менее 1 мм
Твердые частицы в естественном залегании заполняются не весь объем почвенной массы, а лишь некоторую его часть; др. часть составляют поры - промежутки различного размера и формы между частицами и их агрегатами. Суммарный объем пор называется пористостью почвы. Для большинства минеральных почв эта величина варьирует в пределах от 40 до 60%. В органогенных (торфяных) почвах она возрастает до 90%, в заболоченных, оглеенных, минеральных - уменьшается до 27%. От пористости зависят водные составы почвы (водопроницаемость, водоподъемная способность, влагоемкость) и плотность почвы. В порах находятся почвенный раствор и почвенный воздух. Соотношение их непрерывность меняется вследствие поступления в почву атмосферу осадков, иногда оросительных и грунтовых вод, а также расхода влаги - почвенного стока, испарения (отсасывание корнями растений) и др.
Освобождающееся от воды поровое пространство заполняется воздухом. Этими явлениями определяется воздушный и почвенный режим почвы. Чем больше поры заполнены влагой, тем затруднительнее газовый обмен (особенно О2 и СО2) между почвой и атмосферой, тем медленнее протекают в почвенной массе процессы окисления и быстрее - процессы восстановления. В порах также обитают почвенные микроорганизмы. Плотность почвы (или объемная масса) в ненарушенном сложении определяется пористостью и средней плотностью твердой фазы. Плотность минеральных почв от 1 до 1,6 г/см 3 , реже 1,8г/см 3 , заболоченных оглеенных - до 2 г/см 3 , торфяных - 0,1-0,2 г/см 2 .
С дисперсностью сопряжена большая суммарная поверхность твердых частиц: 3-5 м 2 /г у песчаных почв, 30-150 м 2 /г у супесчаных, до 300-400 м 2 /г у глинистых. Благодаря этому почвенные частицы, особенно коллоидная и илистая фракции, обладают поверхностной энергией, которая проявляется в поглотительной способности почвы и буферности почвы.
Минеральный состав твердой части почвы во многом определяет ее плодородие. Органических частиц (растительные остатки) содержится немного, и только торфяные почвы почти полностью состоят из них. В состав минеральных веществ входят: Si, Al, Fe, K, N, Mg, Ca, P, S; значительно меньше содержится микроэлементов: Сu, Mo, I, B, F, Pb и др. Подавляющее большинство элементов находится в окисленной форме. Во многих почвах, преимущественно в почвах недостаточно увлажняемых территорий, содержится значительное количество СаСО3 (особенно если почвы образовались на карбонатной породе), в почвах засушливых областей - СаSO4 и др. более легко растворимые соли; почвы влажных тропических областей обогащены Fe и Al. Одна реакция этих общих закономерностей зависит от состава почвообразующих пород, возраста почвы, особенностей рельефа, климата и т.д. Например, на основных изверженных породах формируются почвы более богатые Al, Fe, щелочноземельными и щелочными металлами, а на породах кислого состава - Si. Во влажны тропиках на молодой коре выветривания почв значительно беднее окисями железа и алюминия, чем на более древних, и по содержанию сходны с почвой умеренных широт. На крутых склонах, где эрозионные процессы весьма активны, состав твердой части почвы незначительно отличается от состава почвообразующих пород. В засоленных почвах содержится много хлоридов и сульфатов (реже нитратов и бикарбонатов) кальция, магния, что связано с исходной засоленностью материнской породы, с поступлением этих солей из грунтовых вод или в результате почвообразования.
В состав твердой части почвы входит органическое вещество, основная (80 - 90%) часть которого представлена сложным комплектом из гумусовых веществ, или гумуса. Органическое вещество состоит также из соединений растительного, животного и микробного происхождения, содержащих клетчатку, лигнин, белки, сахара, смолы, жиры, дубильные вещества и т.д. и промежуточные продукты их разложения. При разложении органических веществ в почве содержащийся в них азот переходит в формы, доступные растениям. В естественных условиях они являются основным источником азотного питания растительных организмов. Многие органические вещества участвуют в создании органо-минеральных структурных отдельностей (комочков). Возникающая теоретическая структура почвы во многом определяет ее физические свойства, а также водный, воздушный и тепловой режимы. Органо - минеральные соединения представлены солями, глинисто - гумусовыми комплексами, комплексными и внутрикомплексными (хелаты) соединениями гумусовых кислот с рядом элементов (в их числе Al и Fe). Именно в этих формах последние перемещаются в почву.
Жидкая часть, т.е. почвенный раствор, - активный компонент почвы, осуществляющий перенос веществ внутри нее, вынос из почвы и снабжение растений водой и растворенными элементами питания. Обычно содержит ионы, молекулы, коллоиды и более крупные частицы, превращаясь иногда в суспензию.
Газовая часть или почвенный воздух, заполняет поры, не занятые водой. Количество и состав почвенного воздуха, в который входят N2, O2, CO2, летучие органические соединения и пр., постоянны и определяются характером множества протекающих в почве химических, биохимических процессов. Например количество СО2 в почвенном воздухе существенно меняется в годовом и суточном циклах вследствие различной интенсивности выделения газа микроорганизмами и корнями растений. Газообмен между почвенным воздухом и атмосферой происходит преимущественно в результате диффузии СО2 из почвы в атмосферу и О2 в противоположном направлении.
Живая часть почвы состоит из почвенных микроорганизмов (бактерии, грибы, актиномицеты, водоросли и др.) и представлений многих групп беспозвоночных животных - простейших, червей, моллюсков, насекомых и их роющих позвоночных и др. Активная роль живых организмов в формировании почвы определяет принадлежность ее к биокосным природным телам - важнейшим компонентам биосферы.
Химический состав почвы оказывает влияние на состояние здоровья человека через воду, растения и животных. Недостаток или избыток определенных химических элементов в почве бывает столь велик, что приводит к нарушению обмена веществ, вызывает или способствует развитию серьезных заболеваний. Так, широко распространенное заболевание эндемический (местный) зоб связано с недостатком йода в почве. Малое количество кальция при избытке стронция служит причиной уровской болезни. Недостаток фтора приводит к кариесу зубов. При высоком содержании фтора (свыше 1,2 мг/л) нередко возникают заболевания костной системы (флюароз).
Почва представляет собой сложную природную систему, где под влиянием живых организмов и других факторов происходят образование и разрушение сложных органических соединений. Минеральные вещества извлекаются растениями из почвы, входят в состав их собственных органических соединений, затем включаются в органические вещества тела сначала растительноядных, затем насекомоядных, хищных животных. После гибели растений и животных их органические соединения поступают в почву. Под воздействием микроорганизмов в результате сложных многоступенчатых процессов разложения эти соединения переходят в формы, доступные для усвоения растениями. Они частично входят в состав органических веществ, задерживаются в почве или удаляются с фильтрующимися и сточными водами. В результате происходит закономерных круговорот химических элементов в системе "почва - растения - (животные - микроорганизмы) - почва". Этот круговорот В.Р. Вильямс назвал малым, или биологическим. Благодаря малому круговороту веществ в почве постоянно поддерживается плодородие. В искусственных агроценозах такой круговорот нарушен, так как человек изымает значительную часть сельскохозяйственной продукции, используя ее для своих нужд. Из - за неучастия этой части продукции в круговороте почва становится малоплодородной. Чтобы избежать этого и повысить плодородие почвы в искусственных агроценозах, человек вносит органические и минеральные удобрения. Применяя необходимые севообороты, тщательно обрабатывая и удобряя почву, человек повышает ее плодородие столь значительно, что большинство современных обрабатываемых почв следует считать искусственными, созданными при участии человека. Таким образом, в одних случаях воздействие человека на почвы приводит к повышению их плодородия, в других - к ухудшению, деградации и гибели.
Общие физические свойства почвы.
Среди физических свойств почвы различают ее общие физические, физико-механические, водные, воздушные и тепловые свойства. Физические свойства влияют на характер почвообразовательного процесса, плодородие почвы и развитие растений.
К общим физическим свойствам относятся плотность почвы, плотность твердой фазы и пористость.
Плотностью почвы называют массу единицы объема абсолютно сухой почвы, взятой в естественном сложении, выраженную в граммах на кубический сантиметр. Плотность почвы, г/см 3 , вычисляют по формуле
d v = m/V.
где m - масса абсолютно сухой почвы, г; V - объем, занимаемый образцом почвы, см 3 .
Плотность почвы зависит от гранулометрического и минералогического составов, структуры, содержания гумуса и обработки. После обработки почва вначале бывает рыхлой, а затем постепенно уплотняется, и через некоторое время ее плотность мало изменяется до следующей обработки. Самую низкую плотность имеют верхние гумусированные и оструктуренные горизонты. Для большинства сельскохозяйственных культур оптимальная плотность почвы составляет 1,0... 1,2 г/см 3 .
Плотность твердой фазы почвы - это масса сухой почвы в единице объема твердой фазы почвы без пор. Ее вычисляют, г/см 3 , по формуле
d = m/V s .
где m - масса сухой почвы, г; V s - объем, см 3 .
В малогумусных почвах и в нижних минеральных горизонтах плотность твердой фазы составляет 2,6...2,8 г/см 3 . С увеличением содержания гумуса плотность твердой фазы уменьшается до 2,4...2,5 г/см 3 , а в торфяных почвах - до 1,4...1,8 г/см 3 . Плотность твердой фазы используют для расчета пористости почвы.
От плотности почвы зависят поглощение влаги, воздухообмен в почве, жизнедеятельность микроорганизмов и развитие корневых систем растений.
Пористость (скважность) почвы - это суммарный объем всех пор между частицами твердой фазы почвы. Пористость (общую) вычисляют по показателям плотности почвы и плотности твердой фазы и выражают в процентах к общему объему почвы:
P общ. =(1-d v /d)100
где d v - плотность почвы, г/см 3 ; d - плотность твердой фазы почвы, г/см 3 .
Пористость зависит от гранулометрического состава, структурности, содержания органического вещества. В пахотных почвах пористость обусловлена обработкой и приемами окультуривания. При любом рыхлении почвы пористость увеличивается, а при уплотнении уменьшается. Чем структурнее почва, тем больше общая пористость.
Размеры пор, в совокупности образующих общую пористость почвы, варьируют от тончайших капилляров до более крупных промежутков, которые не обладают капиллярными свойствами. Поэтому наряду с общей пористостью различают еще капиллярную и некапиллярную пористость почвы. Капиллярная пористость характерна для ненарушенных суглинистых почв, а некапиллярная - для структурных и рыхлых почв.
Поры могут быть заполнены водой или воздухом. Капиллярные поры обеспечивают водоудерживающую способность почвы, от них зависит запас доступной для растений влаги. Некапиллярные поры увеличивают водопроницаемость и воздухообмен. Устойчивый запас влаги в почве при одновременном хорошем воздухообмене создается в том случае, когда некапиллярная пористость составляет 55...65 % общей пористости. В зависимости от общей пористости в вегетационный период для суглинистых и глинистых почв дают качественную оценку пористости почв. Далее приведена качественная оценка пористости почв по Н. А. Качинскому.
Пористость почвы обеспечивает передвижение воды в почве, водопроницаемость и водоподъемную способность, влагоемкость и воздухоемкость. По общей пористости можно судить о степени уплотнения пахотного слоя почвы. От пористости в значительной степени зависит плодородие почв.
4.1 Водные свойства почв. К важнейшим водным свойствам почв относятся водопроницаемость, водоподъемная способность, влагоемкость почв.
Водопроницаемость - это способность почвы впитывать и пропускать через себя воду. Процесс водопроницаемости включает впитывание влаги и ее фильтрацию. Впитывание происходит при поступлении воды в почву, ненасыщенную водой, а фильтрация начинается тогда, когда большая часть пор почвы заполняется водой. В первый период поступления воды в почву водопроницаемость высокая, затем постепенно уменьшается и к моменту полного насыщения (к началу фильтрации) становится почти постоянной. Впитывание воды обусловлено сорбционными и капиллярными силами, фильтрация - силами тяжести.
От водопроницаемости зависит степень использования водных ресурсов. При слабой водопроницаемости часть атмосферных осадков или оросительной воды стекает по поверхности, что приводит не только к непродуктивному расходованию влаги, но может вызывать эрозию почвы. Хорошо водопроницаемыми считаются почвы, в которых вода в течение первого часа проникает на глубину до 15 см. В средневодопроницаемых почвах вода за первый час проходит от 5 до 15 см, а в слабоводопроницаемых - до 5 см. Наибольшая водопроницаемость характерна для песчаных, также хорошо оструктуренных почв, низкая - для глинистых и бесструктурных плотных почв. Водопроницаемость зависит и от состава поглощенных катионов: натрий уменьшает водопроницаемость, а кальций, наоборот, увеличивает.
Водоподъемная способность - свойство почвы поднимать воду по капиллярам. Вода в почвенных капиллярах образует вогнутый мениск, на поверхности которого создается поверхностное натяжение. Чем тоньше капилляр, тем более вогнут мениск и соответственно выше водоподъемная способность. Самым высоким капиллярным подъемом обладают суглинистые почвы (3...6 м). В песчаных почвах поры крупные, поэтому высота капиллярного подъема в 3...5 раз меньше, чем в суглинистых, и обычно не превышает 0,5...0,7 м. В плотных глинистых почвах этот показатель уменьшается из-за того, что очень тонкие поры заполнены связанной водой.
Скорость капиллярного подъема зависит от размера капилляров и вязкости воды, обусловливаемой ее температурой. В крупных порах вода поднимается быстрее, но достигает небольшой высоты. С уменьшением радиуса капилляров скорость уменьшается, а высота подъема возрастает. С повышением температуры уменьшается вязкость воды, поэтому скорость ее капиллярного поднятия повышается. Растворенные в воде соли оказывают значительное влияние на скорость капиллярного подъема. Минерализованные грунтовые воды в отличие от пресных поднимаются к поверхности по капиллярам с большей скоростью. Засоленные грунтовые воды при их капиллярном подъеме часто приводят к засолению почв.
Влагоемкость - способность почвы удерживать воду. В зависимости от водоудерживающих сил различают максимальную адсорбционную, капиллярную, предельно-полевую и полную влагоемкости.
Максимальная адсорбционная влагоемкость (МАВ) - это наибольшее недоступное растениям количество влаги, которое прочно удерживается молекулярными силами почвы (адсорбцией). Она зависит от суммарной поверхности частиц, а также от содержания гумуса: чем больше в почве илистых частиц и гумуса, тем выше максимальная адсорбционная влагоемкость.
Капиллярная влагоемкость (KB) - количество воды, которое удерживается в почве при заполнении капиллярных пор над уровнем грунтовых вод. Капиллярная влагоемкость зависит от высоты над зеркалом грунтовых вод. Вблизи грунтовых вод она наибольшая, а с поднятием к поверхности уменьшается.
Предельно-полевая влагоемкость (ППВ) - количество воды, которое удерживается в полевых условиях после полного увлажнения почвы с поверхности и свободного стекания избыточной воды. Грунтовые воды в этом случае не оказывают влияния на влажность почвы . Предельно-полевая влагоемкость зависит от гранулометрического состава, плотности и пористости почвы. Она соответствует количеству капиллярно-подвешенной воды. Синоним предельно-полевой влагоемкости - наименьшая влагоемкость (НВ).
Полной влагоемкостью (ПВ) называют такое состояние влажности почвы, когда все поры заполнены водой. Полная влагоемкость наблюдается над водоупорными горизонтами, на которых находятся грунтовые воды. В условиях полного насыщения почвы водой отсутствует аэрация, что затрудняет дыхание корней растений.
Влажность почвы подразделяют на абсолютную и относительную.
Абсолютная влажность - это общее количество воды в почве, выраженное в процентах по отношению к массе почвы.
Относительная влажность - отношение абсолютной влажности данной почвы к ее предельно-полевой влагоемкости.
По относительной и абсолютной влажности почвы определяют доступность почвенной влаги культурным растениям.
Влажность завядания растений - влажность почвы, при которой у растений появляются признаки завядания, не исчезающие при помещении растений в атмосферу, насыщенную водяными парами, то есть это нижний предел доступности растениям влаги. Зная абсолютную влажность и влажность завядания растений, можно рассчитать запас продуктивной влаги.
Продуктивная (активная) влага - количество воды сверх влажности завядания, используемое растениями для создания урожая. Так, если абсолютная влажность данной почвы в пахотном слое составляет 43 %, а влажность завядания - 13 %, то запас продуктивной влаги равняется 30 %.
Для удобства определения количество продуктивной влаги выражают в миллиметрах водяного столба. В таком виде продуктивную влагу легче сопоставлять с количеством осадков. Каждый миллиметр воды на площади 1 га соответствует 10 т воды.
4.2 Тепловые свойства почв. К основным тепловым свойствам почвы относят теплопоглотительную способность, теплоемкость и теплопроводность.
Теплопоглотительная способность - свойство почвы поглощать лучистую энергию Солнца. Показатель теплопоглотительной способности связан с величиной альбедо.
Альбедо - это отношение отраженной радиации к суммарной, поступающей на Землю, выраженное в процентах. Чем меньше альбедо, тем больше почва поглощает солнечной радиации. Этот показатель зависит от цвета почвы, влажности, структуры, содержания гумуса и гранулометрического состава. Высокогумусированные почвы имеют темную окраску, поэтому они поглощают лучистой энергии на 10... 15 % больше, чем малогумусированные. По сравнению с песчаными почвами глинистые характеризуются высокой теплопоглотительной способностью . Сухие почвы отражают лучистую энергию на 5... 11 % больше, чем влажные.
Теплоемкость - способность почвы удерживать тепло. Различают удельную и объемную теплоемкость почвы.
Удельная теплоемкость - количество тепла, необходимое для нагревания 1 г сухой почвы на 1 °С (Дж/г на 1 °С).
Объемная теплоемкость - количество тепла, затрачиваемое для нагревания 1 см 3 сухой почвы на 1 °С (Дж/см 3 на 1 °С).
Теплоемкость почвы зависит от минералогического и гранулометрического составов, а также от содержания в ней воды и органического вещества.
Для сухих почв небольшой интервал колебания теплоемкости - 0,170...0,200. При увлажнении теплоемкость песчаных почв возрастает до 0,700, глинистых - 0,824, торфянистых - до 0,900. Песчаные и супесчаные почвы менее влагоемки, поэтому быстрее прогреваются и их называют «теплыми». Глинистые почвы содержат больше воды, на нагревание которой требуется много тепла, вследствие чего их называют «холодными».
Теплопроводность - способность почвы проводить тепло. Она измеряется количеством тепла в джоулях, которое проходит в 1 с через 1 см 3 почвы. Теплопроводность основных частей почвы сильно варьирует. Так, теплопроводность кварца составляет 0,00984; гранита - 0,03362; воды - 0,00557; воздуха - 0,00025 Дж см 3 /с.
Поскольку тепло в почве передается в основном через твердые частицы, воду и воздух, а также при контакте частиц между собой, то теплопроводность в значительной степени зависит от минералогического и гранулометрического составов, влажности, содержания воздуха и плотности почвы. Чем крупнее механические элементы, тем больше теплопроводность. Так, теплопроводность крупнозернистого песка при одинаковой пористости и влажности в два раза больше, чем крупнопылеватой фракции. По теплопроводности твердая фаза почвы примерно в 100 раз превышает воздух, поэтому рыхлая почва имеет более низкий коэффициент теплопроводности, чем плотная.
4.3 Физико-механические свойства. К наиболее важным физико-механическим свойствам почвы относят пластичность, липкость, набухание, усадку, связность, твердость и удельное сопротивление (сопротивление при обработке). От этих свойств зависят условия обработки почвы, работа посевных и уборочных агрегатов.
Пластичность и липкость почвы обусловлены наличием в ней глинистых частиц и воды.
Пластичность - это способность почвы изменять свою форму под влиянием силы без нарушения сложения и сохранять ее после устранения этой силы. Чем больше в почве илистых частиц, тем сильнее выражена ее пластичность. Наибольшая пластичность характерна для глинистых почв. У песчаных почв пластичность отсутствует. Пластичность зависит также от состава поглощенных катионов и содержания гумуса. Так, при значительном содержании в почве поглощенных катионов натрия ее пластичность увеличивается, а при насыщении кальцием - уменьшается. С увеличением содержания гумуса пластичность почвы уменьшается.
Липкость находится в непосредственной связи с пластичностью и также обусловлена наличием в почве глинистых частиц и воды. Сухие почвы не обладают липкостью. По мере увлажнения примерно до 80 % наименьшей влагоемкости липкость повышается, а затем начинает уменьшаться.
Липкость определяется силой, которая требуется для отрыва металлической пластинки от почвы, и выражается в граммах на квадратный сантиметр. По липкости почвы подразделяют на предельно вязкие (>15 г/см 2), сильновязкие (5... 15), средневязкие (2...5) и слабовязкие (<2г/см 2). Наибольшую липкость имеют глинистые почвы, наименьшую - песчаные. Почвы высокогуму-сированные и структурные не имеют липкости даже при увлажнении до 30...35 %. С липкостью связана физическая спелость почвы, то есть состояние влажности, при котором почва хорошо крошится на комки, не прилипая к орудиям обработки. Весной в первую очередь поспевают к обработке песчаные и супесчаные почвы, а при одинаковом гранулометрическом составе - более гумусированные.
Набухание - это увеличение объема почвы при увлажнении. Наиболее набухаемы глинистые почвы с высоким содержанием коллоидов, на поверхности которых происходит сорбция влаги. Песчаные почвы с очень низким содержанием коллоидов совсем не набухают. Обменные катионы натрия сильно повышают набухаемость почв, поэтому солонцы отличаются высокой набухаемостью. При значительной набухаемости разрушается почвенная структура.
Усадка - процесс, обратный набуханию. При высыхании почвы образуются трещины, разрываются корни растений, повышаются потери влаги за счет испарения. Чем больше набухаемость почвы, тем сильнее ее усадка.
Связность - это способность почвы оказывать сопротивление внешнему усилию, стремящемуся разъединить частицы почвы. Связность выражают в граммах на квадратный сантиметр. Наибольшую связность в сухом состоянии имеют глинистые бесструктурные почвы, наименьшую - песчаные. При оструктуривании глинистых и суглинистых почв резко снижается их связность.
Твердость - способность почвы сопротивляться сжатию и расклиниванию. Твердость и связность зависят от гранулометрического состава, содержания гумуса, состава обменных катионов, структурности и степени увлажнения. Почвы с высоким содержанием гумуса, насыщенные кальцием и имеющие хорошую комковато-зернистую структуру, не обладают высокой твердостью и связностью. На их обработку требуется меньше энергозатрат.
Удельное сопротивление - это усилие, которое затрачивается на подрезание пласта, его оборот и трение о рабочую поверхность плуга. Оно характеризуется сопротивлением почвы в килограммах, приходящимся на 1 см 2 поперечного сечения пласта почвы, поднимаемого плугом. Удельное сопротивление зависит от физико-механических свойств почвы и колеблется в пределах 0,2...1,2 кг/см 2 .
Для улучшения физических и физико-механических свойств почвы применяют комплекс мероприятий: внесение органических удобрений, возделывание многолетних трав, посев сидератов, выбор сроков и приемов обработки почвы в зависимости от состояния ее влажности. При известковании кислых почв и гипсовании щелочных изменяется состав поглощенных катионов и улучшаются физико-механические свойства. Этому способствуют также мероприятия, снижающие уплотнение почвы машинами (минимизация обработок, глубокое рыхление и др.).
4.4 Воздушные свойства почв. Почва – пористое тело, в котором практически постоянно в тех или иных количествах присутствует воздух. Он обычно состоит из смеси газов и заполняет свободные от воды поры почв. Источниками почвенного воздуха является атмосферный воздух и газы, образующиеся в самой почве.
Большинство растений не может существовать без постоянного притока кислорода к корням и выведения углекислого газа из почвы – должен быть постоянный обмен с атмосферным воздухом. Процесс обмена почвенного воздуха с атмосферным называют газообменом, или аэрацией .
При недостатке кислорода и избытке углекислого газа в почвенном воздухе развитие растений угнетается, снижается усвоение веществ питания, воды, замедляется рост корней. Отсутствие кислорода ведет к гибели растений. Все это обусловливает необходимость постоянной аэрации почв. Почвенный воздух может находиться в различных состояниях – свободном, адсорбированным поверхностью почвенных частичек и растворенном в жидкой фазе почвы . Большое значение почвы в аэрации имеет свободный почвенный воздух. Он обычно находится в некапиллярных и капиллярных порах, обладает подвижностью и может обмениваться с атмосферным воздухом.
По составу почвенный воздух отличается от атмосферного меньшим содержанием кислорода и большим углекислого газа.
Кроме трех основных газов (N2, О2, СО2) в почвенном воздухе находятся в незначительных количествах СН4, Н2 и др.
На протяжении вегетационного периода состав почвенного воздуха постоянно меняется в результате деятельности микроорганизмов, дыхания растений и газообмена с атмосферой. В пахотных, хорошо аэрируемых почвах с благоприятными физическими свойствами содержание СО2 в почвенном воздухе на протяжении вегетации не превышает 1–2 % , а содержание О2 не бывает ниже 18 %.
Главные факторы, влияющие на газообмен – диффузия, изменение температуры почвы, барометрического давления, влажность почвы, ветер. Все эти факторы действуют в природных условиях совокупно, но основным необходимо считать диффузию. В результате ее происходит перемещение газов в соответствии с их парциальным давлением.
Состояние газообмена определяется воздушными свойствами почв. К ним относят воздухопроницаемость и воздухоемкость .
Почва - это особое природное образование, которое служит основным ресурсом для развития сельского хозяйства любой страны. Каковы основные факторы образования почв, и какие их виды существуют?
Что такое почва?
В. И. Даль в своем словаре указывает генезис данного термина от древнерусского слова почивать (лежать). Что такое почва в научном контексте?
Почва (или грунт) - это специфическое природное образование, верхний слой твердой оболочки планеты (литосферы), который отличается системной структурой. Изучением этого уникального природного тела занимается отдельная наука - почвоведение. Отцом данной дисциплины можно считать великого русского исследователя Василия Докучаева. Во второй половине XIX века именно он приложил много усилий для того, чтобы максимально точно ответить на вопрос: "Что такое почва?"
Сложно представить себе, чтобы на несколько десятков километров простиралась одна почва, с одинаковыми свойствами. Ученые выделяют несколько видов грунтов, каждый из которых имеет свой набор особенностей. Однако любой из них формируется под влиянием двух основных процессов:
- Выветривание горных пород.
- Деятельность живых организмов.
Структура почвы
Внутренняя структура любого грунта включает в себя несколько компонентов. Это:
- минеральная часть (материнская порода);
- органическая часть (или гумус);
- вода;
- почвенный воздух;
- живые организмы;
- новообразования и включения.
Именно гумус определяет ключевое свойство почвы - её плодородие. Не следует полагать, что грунт - образование исключительно "мертвое" и абиотическое. В нем проживает множество живых организмов - от бактерий до клещей и дождевых червей. В почвенной среде обитают даже представители семейства Млекопитающие (к примеру, крот).
Свойства и значение в природе
Невозможно правильно ответить на вопрос, что такое почва, не рассказав о её основных свойствах. Не менее важно знать и о её роли в природе и жизни человека.
Итак, основные свойства почвы - это:
- водопроницаемость (почва - это пористое образование, которое хорошо пропускает воду, однако это свойство зависит от структуры и механического состава конкретного грунта);
- влагоемкость (с другой стороны, почва способна и удерживать определенное количество влаги, питая тем самым корни растений);
- водоотдача (способность почвы поднимать воду вверх по грунтовым порам).
Однако самым главным (и уникальным) свойством этого природного образования является её плодородие - способность насыщать корни растений питательными веществами и водой, что, в свою очередь, обеспечивает их жизнедеятельность. С помощью рациональных методов обработки земель человек может повышать плодородность той или иной почвы.
Роль и место почвы в природе сложно переоценить. Ведь она, по сути, является именно тем "мостиком", который обеспечивает взаимодействие всех четырех оболочек Земли - литосферы, гидросферы, атмосферы и биосферы.
Процесс почвообразования
Как уже говорилось выше, грунт образуется в результате двух процессов: выветривания горной породы и жизнедеятельности организмов.
К факторам почвообразования можно отнести следующие:
- климатические особенности региона;
- рельеф;
- материнская горная порода;
- биота (растения и животные);
- деятельность человека.
Однако главным фактором почвообразования выступает именно климат территории. Он влияет не только на формирование грунтов, но и на их распределение по территории планеты (широтная зональность почв).
Климатические процессы влияют на формирование почвы непосредственно, определяя во многом её режим и структуру, а также косвенно (посредством растительности и животных организмов).
Основные типы и зоны почвы
Грунты, как и многие другие компоненты природы, подвержены географической (широтной) зональности. Так, можно выделить следующие (основные) почвы:
- Краснозём и желтозём - типы грунтов, формирующиеся в субтропическом и тропическом климате, в условиях повышенной увлажненности.
- Подзолистые почвы - бедные грунты, которые формируются под хвойными и смешанными лесами. Эти почвы распространены в умеренных широтах Европы и Северной Америки.
- Серо-бурые почвы - особый тип грунтов, который формируется под пустынями и полупустынями. Отличаются большой засоленностью, распространены в Центральной Азии.
- Чернозём - самый плодородный тип почв. Сформировался в степной и лесостепной зоне Евразии и Америки.
В зависимости от минерального состава и структуры, почва также может быть: глинистой, песчаной, каменистой, песчано-глинистой и т. п.
Глинистая почва содержит в своем составе около 40-60% глины. Она отличается специфическими свойствами: вязкостью, сыростью и пластичностью. Водопроницаемость такого грунта обычно не очень высокая. Именно поэтому глинистая почва крайне редко бывает полностью сухой.
Заключение
Почва - это особенное природное тело, с определенными свойствами и структурой. Однако главной, ключевой особенностью является её плодородность. Свойства почвы обуславливают очень важное её место в географической оболочке. Ведь именно она обеспечивает взаимодействие всех её структурных элементов. К тому же это важный экономический ресурс, от которого зависит продовольственная безопасность любой страны мира.
С приходом весны начинаются земляные работы. Я приезжаю в село к бабушке и помогаю ей садить картошку и рассаду. В сельской местности все люди занимаются земледелием. Это - их стиль жизни. Грунты формируются в разном климате, под разной растительностью и поэтому имеют разное плодородие . В моей местности находится чернозем, а это самые плодородные земли.
Плодородие – главная особенность почвы
Каждый день мы ходим по земле. Она везде нас окружает. Почва нас кормит! А задумывались ли Вы, почему в почве можно выращивать растительность? А ответ очень простой. Далее я как раз и расскажу об этой особенности грунтов.
Почва – это верхний слой земной коры. Она имеет свою особенность – это плодородие. А все потому, что в почве присутствует гумус (перегной) . Это верхний плодородный органический слой, который образуется в результате отмирания и перегнивания растительного мира и животных. Чем больше гумуса, тем больше плодородие. Его измеряют по 10-бальной шкале - это называется бонитет. Благодаря этому свойству мы имеем такую жизненно необходимую пищу.
Наша почва уникальная. Она имеет много основных и дополнительных свойств:
- гранулометрический состав – это соотношение в составе грунта разных минеральных элементов;
- скважность – это наличие пор (промежутков) в составе земли;
- влажность – сколько земля содержит в себе воды;
- твердость;
- липкость.
Но мы должны знать, что основным свойством почвы является плодородие .
Как образовалась почва
Почва образуется в результате о тмирания и разложения органики (флоры и фауны) и действия неорганической природы (ветра, воды и температуры) . Она начала появляется миллионы лет назад. Это очень сложный геологический и исторический процесс. Начали образовывается основные оболочки Земли и минералы. Ученые утверждают, что после появления воды и воздуха на Земле начали жить первые одноклеточные и водоросли. Извергались вулканы, а далее появились более сложные живые организмы.
Живая и неживая природа начали контактировать между собой. В итого появилась такая нужная для нас почва .