Физические и физико-механические свойства почв.

К общим физическим свойствам почв относятся плотность твердой фазы, плотность сложения и пористость.

Плотность твердой фазы почвы – отношение массы её твердой фазы к массе воды при 4ºС в том же объеме. [г/см³]. её величина определяется соотношением в почве компонентов органической и минеральной частей. Для органических веществ ( опад растений, торф, гумус) плотность твердой фазы – от 0,2 – 0,5 до 1,0 – 1,4 г/см³, а для минеральных соединений – от 2,1 – 2,5 до 4,0-5,18.

Плотность сложения – масса единицы объема абсолютно сухой почвы, взятой в естественном сложении [г/см³]. зависит от минералогического и гранулометрического составов, структуры и содежания органического вещества.

Верхние горизонты почвенного профиля, содержащие больше органического вещества, лучше оструктуренные, подвергающиеся рыхлению, имеют более низкую плотность, которая вниз по профилю возрастает. Плотность сильно влияет на поглощение влаги, газообмен, развитие корней, интенсивность микробиологических процессов, условия существования почвенных насекомых и животных.

Пористость – суммарный объем всех пор между частицами твердой фазы почвы [% от общего объема почвы]. Р(общ.)%=(1-dv/d)100, где (dv)- показатель плотности почвы, (d)- плотность твердой фазы.

Пористость зависит от гранулометрического состава, структурности, деятельности почвенной фауны, содержания органического вещества, в пахотных горизонтах – от частоты и приемов обработки и окультуренности почвы.

Различают капиллярную и некапиллярную пористость, составляющие вместе общую пористость. Поры могут быть заполнены водой и воздухом. Некапиллярные поры обеспечивают водопроницаемость воздухообмен, капиллярные – удерживают воду за счет капиллярных сил. Хороший и устойчивый запас влаги при нормальном воздухообмене, кода капиллярная пористость = 55 – 65% общей пористости. Для наилучшего обеспечения растения водой и воздухом и высокой эффективности применяемых удобрений и др. мероприятий по созданию высоких урожаев важно, чтобы почвы имели наибольшую капиллярную пористость, заполненную водой, и одновременно пористость аэрации не менее 15% объема в минеральных и 30-40% в торфяных почвах.

Физико-механические свойства имеют большое значение для оценки технологических свойств почвы – условий её обработки, работы посевных и уборочных агрегатов. К физико-механическим свойствам относятсят:

Пластичность – способность почвы деформироваться без образования трещин под воздействием внешних сил и сохранять приданную форму после прекращения механического воздействия. Обусловлена илистой фракцией и зависит от влажности почвы. 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 зависит от гранулометрического, минералогического и химического составов, состава обменных катионов. Наибольшей пластичностью обладают глинистые почвы, наименьшей – песчаные. Повышенное содержание обменного иона натрия увеличивает пластичность. Пластичные почвы имеют меньшее сопротивление к механическому воздействию.

Липкость – способность влажной почвы прилипать к другим телам. Определяется силой, требующейся для отрыва металлической пластинки от почвы, и выражается [г/см²]. разделяют на предельно вязкие (> 15 г/см²), сильно вязкие (5 – 15), средне вязкие (2 – 5) и слабовязкие ( <2 г/см²). Липкость оказывает отрицательное влияние на условия обработки. Зависит от гранулометрического, минералогического и химического составов почвы, её структурности и состава обменных катионов. Наибольшей обладают тяжелые бесструктурные и слабо оструктуренные почвы; насыщенность ППК ионом кальция снижает липкость, а внедрение в ППК иона натрия увеличивает её.

Набухание – увеличение объема почвы при увлажнении. Выражается в объемных процентах от исходного объема почвы. Наиболее выражено у глинистых минералах с расширяющейся решеткой, что обуславливает не только поверхностную сорбцию воды, но и проникновение её в межпакетные промежутки минералов. При этом объем таких коллоидов может увеличиваться в 2 раза. Повышению набухаемости способствует внедрение иона натрия в ППК. Набухаемость – отрицательное свойство; его проявление может сопровождаться выпиранием почвенной массы, разрушением структурных отдельностей.

Усадка - сокращение объема почвы при высыхании. Зависит от тех же факторов, что и набухание. Чем выше усадка, тем сильнее набухание. [в % от объема исходной почвы.]. приводит к образованию трещин, способствует непроизводительной потере влаги за счет испарения.

Связность – способность почвы сопротивляться внешнему усилию, стремящемуся разъединить почвенные частицы [кг/см²].обусловлена силами сцепления между частицами почвы, зависит от гранулометрического, минералогического и химического составов, влажности, и оструктуренности почвы и факторов, её обуславливающих (гумусированности, состава обменных катионов и др.).Наибольшей связностью обладают глинистые и почвы, содержащие большое количество обменного натрия.

Для качества – рыхление, перемешивание почвенных слоев, кошение почвы, вспашка.

Физическая спелость – состояние почвы, при котором она хорошо крошится на комки, не прилипая к орудиям обработки. Определяется влажностью почвы и зависит от тех же факторов, что связность и липкость.

Биологическая спелость – характеризуется таким температурым состоянием почвы, при котором активно развиваются биологические процессы ~10ºC

Твердость – свойство почвы в естественном залегании сопротивляться сжатию и расклеиванию [кг/см²]. высокая твердость – плохие агрофизические качества. зависит от влажности, гранулометрического состава, оструктуренности, состава поглощенных катионов, содержания гумуса. С понижением влажности почвы твердость возрастает почвы хорошо гумусированные и структурные имеют меньшие показатели твердости, чем млогумусные и бесструктурные. Насыщение ППК кальцием снижает твердость, а внедрение натрия значительно повышает её.

Удельное сопротивление – усилие, затраченное на подрезание пласта, его оборот и трение о рабочую поверхность [кг/см² поперечного сечения пласта, поднимаемого плугом].

Улучшение свойств

Надо учитывать значение гранулометрического и минералогического составов при выборе приемов регулирования физических и физико-механических свойств почв: выбор оптимальных сроков обработки почв разного гранулометрического состава в зависимости от их влажности, применение рыхления подпахотного слоя на тяжелых почвах,дифференцированное осуществление прямых приемов их изменения ( внесение органических удобрений, регулирование состава обменных катионов и др.)

Отрицательное влияние оказывает тяжелая техника, т.к. снижается порозность, особенно некапиллярная, ухудшаются условия для проникновения корней, уменьшается водообеспеченность растений и аэрация, содержание нитратов в почвенном растворе – следствие ухудшение урожая.

Современные технологи позволяют сокращать количество проходов агрегатов по полю, строгим соблюдением оптимальных сроков проведения полевых работ с учетом состояния влажности почвы, её физических и физико-мечанических свойств.

Водные свойства.

Вода обеспечивает перемещение веществ в пространстве. С содержание её в почве связаны скорость выветривания и почвообразования, гумусообразование, биологические, химические и физико-химические процессы. В ней растворяются питательные вещества, которые поступают в растения. Вода является терморегулятором почвы и растений, предохраняя от перегрева.

Поступает в почву в виде осадков, грунтовых вод, при конденсации водяных паров из атмосферы, при орошении. Влажность почвы характеризует содержание влаги в % к массе абсолютно сухой почвы.

Для создания 1 гр. Сухого вещества требуется от 200 до 1000 г воды. При недостатке воды в почве формируются неустойчивые и низкие урожаи.

При равной абсолютной влажности почвы могут содержать разное количество доступной воды, что обусловлено гранулометрическим составом почв, структурным состоянием, содержанием гумуса и др.

Основными водными свойствами почв являются водоудерживающая способность, водопроницаемость и водоподъемная способность.

Водоудерживающая способность – свойство почвы удерживать воду, обусловленное действием сорбционных и капиллярных сил. Небольшое количество воды, которое способна удерживать почва, называется влагоемкостью.

В зависимости от того в какой форме находится удерживаемая почвой влага, различают полную, наименьшую, капиллярную и максимально-малекулярную влагоемкость.

Полная (ПВ) – это количество влаги, удерживаемое почвой в состоянии полного насыщения, когда все поры заполнены водой.

Наименьшая(НВ) – это максимальное количество капиллярно-подвешенной влаги, которое способна длительное время удерживать почва после ее обильного увлажнения и свободного стекания воды при условии исключения испарения и капиллярного увлажненияза счет грунтовой воды. Зависит от гранулометрического состава, содержания гумуса и сложения почвы. Чем тяжелее по ранулометрическому составу, тем больше в ней гумуса, тем выше её наименьшая влагоемкость.

По мере испарения и потребления воды растения теряют сплошное заполнение водой капилляров, уменьшаются подвижность воды и доступность её растениям. Важность соответствующая разрыву капилляров – влажность разрыва капилляров (ВРК). Это гидрологическая константа почвы, характеризующая нижний предел оптимальной влажности. Для суглинистых и глинистых почв – 65 – 70 % НВ.

Капиллярная влагоемкость(КВ) – это максимальное количество капиллярно-подпертой влаги, которое может содержаться в почве.

Влажность завядания – это влажность, при которой растения начинают завядать.

Водопроницаемость почв – способность почв впитывать и пропускать через себя воду. Впитывание – это поглощение воды почвой и её прохождение в ненасыщенной водой почве. Фильтрация –передвижение воды в почве под влиянием силы тяжести и градиента напора при полном насыщении почвы водой.

В почвах тяжелого гранулометрического состава водопроницаемость ниже, чем в легких; присутствие в ППК поглощенного натрия или магния, способствующих быстрому набуханию почв, делает почвы практически водонепроницаемыми.

Водоподъемная способность – свойство почвы вызывать восходящее передвижение содержащейся в ней воды за счет капиллярных сил. Чем почвы тяжелее и менее структурны, тем больше потенциальная высота подъема воды, а скорость меньше. На скорость влияет минерализация грунтовых вод.

Баланс влаги в почве.

Водный режим - это совокупность явлений поступления влаги в почву, её удержание, расход и передвижение в почве. Количественно его выражают через водный баланс, характеризующий приход влаги в почву и расход из неё.

Коэффициент увлажнения(КУ) – отношение годовой суммы осадков к годовой испаряемости.

Типы водного режима:

1). Мерзлотный.В условиях многолетней мерзлоты. Мерзлый слой грунта водонепроницаем, является водоупором, над которым проходит надмерзлотная верховодка, которая обуславливает насыщенность водой верхней части оттаявшей почвы в течение вегетационного периода.

2). Промывной (КУ>1). В местностях, где сумма годовых осадков больше испаряемости. Весь профиль ежегодно подвергается сквозному промачиванию до грунтовых вод и интенсивному выщелачиванию продуктов почвообразования. Под влияние этого типа формируются почвы подзолистого типа, краснозёмы и желтозёмы. При близком залегании грунтовых вод, слабой водопроницаемости почв и почвообразующих пород формируется болотный подтип водного режима. Под его влияние формируются болотные и подзолисто-болотные почвы.

3). Периодически промывной (КУ=1, при колебаниях от 1,2 до 0,8). Средняя многолетняя сбалансированность осадков и испаряемости. Характерно чередование ограниченного промачивания почв и пород в сухие годы (непромывные условия) и сквозное промачивание (промывной режим) во влажные. Такой тип присущ серым лесным почвам, черноземам, оподзоленным и выщелоченным.

4). Непромывной тип (КУ<1). Распределение влаги осадков преимущественно в верхних горизонтах и не достигает грунтовых вод. Связь между атмосферой и грунтовой водой идёт через слой с очень низкой влажностью, близкой к ВЗ. Обмен влагой – путем передвижения воды в форме пара. Этот тип характерен для степных почв – черноземов, каштановых, бурых полупустынных и серо-бурых пустынных почв. Уменьшения осадков, увеличение испаряемости. (КУ снижается с 0,6 до 0,1)

Запасы влаги, накопленные в почвах степей весной, расходуются на транспирацию и физическое испарение и к осени их почти нет. В полупустынной и пустынной зонах без орошения земледелие невозможно.

5). Выпотной (КУ<1). В степной, полупустынной и пустынной зонах при близком залегании грунтовых вод. Преобладают восходящие потоки влвги по капиллярам от грунтовых вод. При высокой минерализации грунтовых вод в почву поступают легкорастворимые соли, происходит её засоление.

6). Ирригационный. Создается при дополнительном увлажнении почвы оросительными водами.

В зонах с избыточным увлажнением почв, используют агротехнические приемы, направленные на отвод избыточной влаги из верхних горизонтов: грядкование и гребневание, нивелировку микро- и мезопонижений. Осушение открытыми канавами и др.

Избыточное увлажнение можно устранить созданием мощного пахотного слоя и рыхлением подпахотного горизонта, что обеспечивает повышение влагоемкости почвы и просачивание влаги в нижние слои. Эта влага в засушливые периоды вегетации служит дополнительным резервом для растений.

В зонах, где бывают засушливые годы от недостатка влаги резко снижается урожай. Поэтому в такой зоне в отдельные годы целесообразно накопление и сбережение влаги атмосферных осадков.

В зонах с неустойчивым и недостаточным увлажнением почв основная задача – накопление, сохранение и продуктивное использование влаги выпадающих осадков для поддержания необходимой обеспеченности культур. Большое значение имеют мероприятия, направленные на ослабление стока воды, снегозадержание, уменьшение физического испарения воды из почвы. Важную роль играет система обработки чистыми парам, борьбе с сорняками, лесополосам. Зяблевая обработка, обеспечивая рыхлое строение пахотного слоя, способствует лучшему поглощению дождевых и талых вод, уменьшает поверхностный сток и снижает потери влаги на физическое испарение.

В засушливых районах эффективны кулисные пары, способствующие увеличению запасов продуктивной влаги в мертвом слое до 50 мм и более. Непроизводительные потери влаги на физическое испарение существенно уменьшаются при проведении весеннего боронования полей, и при рыхлении поверхностных горизонтов почвы после дождей. Применение минеральных и органических удобрений способствует более экономичному использованию влаги; водопотребление в расчете на 100 кг зерна снижается в среднем на 26%.

В овощеводстве для сохранения влаги применяют мульчирование почвы различными минералами.

В пустынно-степной и пустынных зонах основной способ – орошение.

Почвенный раствор.

Это жидкая фаза почв, которую еще называют почвенной водой. Это один из основных источников питания растений.

Источником почвенных растворов являются атмосферные осадки, вода водоносных горизонтов и конденсационная влага. В конденсационной воде содержатся растворенные газы в воде, поднимающейся по капиллярам от водоносных горизонтов, катионы и анионы растворенных солей, а в атмосферной воде еще и частицы пыли и ила. Дополнительным источником почвенной воды являются поливные воды с растворенными в них минеральными компонентами и взвесями механических элементов.

При приготовлении водных вытяжек происходит высокое разбавление твердой фазы между жидкой и твердой фазами. Лизиметрические же воды являются разбавленными почвенными растворами, так как образуются при просачивании талых дождевых и дождевых вод через трещины и крупные поры в периоды их переувлажнения.

Концентрация

В почвенных растворах содержаться минеральные, органические и органо- минеральные вещества в ионной, молекулярной и коллоидной формах, а также растворенные газы – кислород, диоксид углерода и др. важнейшими катионами являются: Са², Mg², H, K, Na

В почвенных растворах всегда содержаться водорастворимые органические вещества различной природы (продукты разложения, гумусовые вещества и т.д.). Коллоидно-растворимые формы веществ представлены в почвенных растворах органическими, органно-минеральными и минеральными соединениями. Для минеральных коллойдных форм характерны золи кремниевых кислот, а так же гидроксидов железа и алюминия.

У дерново-карбонатных почв общая концентрация почвенных растворов ниже, чем у пахотных дерново-подзолистых почв, так же ниже общая титровальная кислотность, содержание Са² и К, хотя обменных кальция и калия больше. В этом важную роль играют более высокая катионная емкость поглощения дерново-карбонатных почв, насыщенность ППК кальцием и низкая потенциальная кислотность.

Реакция почвенных растворов кислых дерново-подзолистых почв близка к нейтральной вследствие вытеснения водородными ионами почвенных растворов обменно-поглощенных катионов оснований при развитии потенциальной кислотности. Катионы оснований, переходя в почвенный раствор , снижают его кислотность. Следовательно, чем выше катионная емкость поглощения и степень насыщенности почв основаниями, тем благоприятней для растений реакция почвенного раствора

Оптимальный состав п.р. для растений.

В июле и августе в растворах повышается содержание элементов питания и усиливается поглотительная функция корней, т.к. нитрификационные процессы в почвах достигают наивысшего уровня, повышается фосфатазная активность почв и концентрация диоксида углерода в почвенном воздухе. Поэтому в растворе становится больше нитратного азота, фосфора и аммонийного азота. А к концу лета накапливаются кислотные продукты, следствием чего является возрастание кислотности почвенных растворов, сопровождаемое вытеснением иона кальция из ППК в раствор, и повышение обменной кислотности.

Для жизнедеятельности растений большое значение имеет осмотическое давление почвенных растворов, которое зависит от их концентрации и степени диссоциации растворенных веществ. Если осмотическое давление клеточного сока растений равно или ниже осмотического давления растворов, то поступление воды и питательных веществ в растения прекращается и они погибают.

Растворы незасоленных почв имеют осмотическое давление около 10 МПа, но оно может повышаться от избыточных доз минеральных удобрений и снижения влажности почв в засушливые периоды года, что отрицательно сказывается на урожае.

Наиболее высокое осмотическое давление у засоленных почв (более 150 МПа), которое выдерживают только определенные сельхоз культуры.

Регулирование.

Вытеснение минеральных удобрений – оно направлено на создание в почвенных растворах оптимальных количеств элементов-биофилов;

Внесение в почву адсорбентов (бентонитовых глин, цеолитов и др.), регулирующих катионную и анионную емкости поглощения, а следовательно, ионное равновесие между почвенным раствором и твердой фазой почв;

Регулирование концентрации диоксида углерода в почвенном воздухе применением органических удобрений или непосредственным его внесением до концентрации в почвенном воздухе не выше двух объемных процентов. Это улучшает ионный состав почвенных растворов как среды для питания растений;

Регулирование влажности почв, её водного режима обработками, орошением, мульчированием и т.д.;

Известкование кислых почв и гипсование щелочных;

Внесение бактериальных препаратов;

Тепловые свойства и тепловой режим почв. Система мероприятий по регулированию теплового режима в разных почвенно-климатических зонах. Основные показатели климата и их использование в агрономической практике Пермской области.

Тепловой режим почвы - изменение теплового состояния почвы во времени. Главный источник тепла, поступающего в почву, — солнечная радиация. Тепловое состояние почвы определяется теплообменом в системе: приземный слой воздуха — растение — почва — горная порода Тепловой режим почвы обладает вековой, многолетней, годовой и суточной цикличностью, сопряжённой со сменой режимов инсоляции и излучения. На Т. р. п. значительно влияют рельеф, растительность, снежный покров и др. факторы. Тепловой режим почвыоказывает непосредственное влияние на рост и развитие растительности. От теплового режима почвызависят рост и развитие с.-х. культур. Для его регулирования на плантациях, в садах, на полях применяют следующие приёмы: поделку гряд и гребней, искусственный обогрев, рыхление, густота посева, мульчирование, укрытие плёнкой, дождевание и др. Большие водоемы и водохранилища умеряют температуру воздуха.

Весьма простые мероприятия, например культура растений на гребнях и грядах, дают возможность создать благоприятные условия теплового, светового, водно-воздушного режима почвы на Крайнем Севере. Перспективно применение электрического, водяного и парового отопления, используя промышленные отходы энергии и неорганические природные ресурсы.

Задача заключается в том, чтобы управлять тепловым режимом почвы, особенно уменьшением промерзания и ускорением оттаивания ее.

Плодородие - понятие, виды. Элементы плодородия почв. Достижения наук и передовых хозяйств Пермской области в повышении плодородия почвы и продуктивности с/х земель.
Плодородие почвы - способность почвы обеспечивать растения усвояемыми питательными веществами, влагой и др. и давать урожай.
Различают потенциальное (естественное) и эффективное плодородие почвы. Потенциальное плодородие почвы определяется общим запасом в почве питательных веществ, влаги, а также другими условиями жизни растений. Эффективное (или актуальное, экономическое) плодородие почвы - возможность использования элементов плодородия растениями в данном году; зависит прежде всего от проведения всего комплекса агротехнических мероприятий. Важнейшие факторы плодородия почвы : 1)содержание необходимых для растений питательных веществ и их формы; 2)наличие доступной для растений влаги, 3)уровень устойчивости влажности; 4)хорошая аэрация почвы как важное условие развития корневых систем, а также жизнедеятельности микроорганизмов, обеспечивающих разложение органических и накопление питательных веществ в форме, усвояемой для высших растений; 5)механических состав, структурное состояние и строение; 6)содержание токсических веществ; реакция и др. Все элементы плодородия почвы взаимосвязаны, плодородие почвы зависит от факторов почвообразования: климата, почвообразующих пород, естественной и культурной растительности, рельефа, характер использования почвы. Существенное значение имеют введение в севообороты бобовых культур и улучшение условий для жизнедеятельности азотобактерий и других организмов, усваивающих азот из атмосферы. Устранение повышенной кислотности достигается известкованием почв, а повышенной щёлочности (солонцы) - гипсованием почв.
Регулирование запасов влаги достигается с помощью агротехнических и гидротехнических мероприятий (зяблевая вспашка, снегозадержание, ранневесеннее боронование, междурядная обработка посевов, орошение, осушение и др.). Наиболее высоким эффективным плодородия почвы характеризуются почвы, которые наряду с достаточным количеством влаги имеют хорошую аэрацию. Практическое решение вопроса плодородия – это создание условий для формирования микробной флоры в необходимом количестве и требуемого состава. Восстановление плодородия почв возможно и естественным путем за счет введения севооборота многолетних трав. Запахивание соломы – обоснованный прием, но без дополнительных мероприятий недостаточно эффективный. Использование озерного сапропеля также способствует повышению плодородия. Повышение плодородия путем восстановления микробного числа. Увеличение микробного числа достоверно происходит в 1000 – 2000 раз, а необходимая по составу микрофлора с 8 – 10% доходит до 60 – 75%. Одновременно с этим происходит увеличение активности свободных ферментов почвы в 5 – 6 раз, а активность ферментов микробов в 3 – 4 раза. Эти изменения резко активизируют процессы образования гумуса и восстановления структуры почвы.
Уникальный метод неоднократно был успешно апробирован в ряде хозяйств Поволжья, использован при возделывании зерновых, зернобобовых, кормовых культур.

Окультирование почв. Приемы окультирования. Показатели окультуренности почв. Пути создания почв с заданными свойствами для получения планируемого урожая. Аллелопатические свойств почв. Экологические особенности культур, как критерий выбора оптимальных почв для их выращивания.

Окультуривание почвы — улучшение неблагоприятных агрономич. свойств почвы. Применяют на почвах с низким естеств. плодородием. Методы окультуривания: биологический — обогащение почвы гумусом и биол. азотом (внесение органич. удобрений, введение в севооборот бобовых культур и смесей бобовых и мятликовых трав, посевы бобовых на зелёное удобрение, применение бактериальных удобрений и др.); химический — обогащение почвы доступными для р-ний элементами питания, устранение излишней кислотности и щёлочности, уничтожение сорняков (внесение минер, удобрений, известкование и гипсование почв, применение гербицидов); физический — оптим. обработка почвы, создание агрономически ценной структуры в пахотном слое, приемы регулирования водного, воздушного и теплового режимов почвы. Наилучшие результаты в повышении плодородия почв дает комплексное окультуривание почвы., включающее биол., хим. и физ. методы. Под влиянием окультуривания почвы увеличивается мощность гумусового слоя, улучшается структура почвы и качество гумуса, исчезает подзолистый горизонт, повышается содержание общего азота, фосфора, калия и снижается кислотность, усиливается биол. активность почвы и т. п., что приводит к повышению урожайности с.-х. культур. Высокоэффективным при окультуривании низкопродуктивных почв является внесение органических удобрений. Внесение на поля нетрадиционных видов удобрений (сапропелей, бесподстилочного навоза, компостов, приготовленных с добавлением соломы, льнокостры и других отходов сельскохозяйственного производства) способствует повышению плодородия низкопродуктивных переувлажняемых почв, улучшению природной среды озер и в значительной степени решает проблему утилизации отходов животноводческих комплексов.

Поиск по сайту: