Плотность твёрдой фазы почвы

К общим физическим свойствам почвы относятся плотность твердой фазы, плотность сложения и пористость. Их величины и динамика определяются составом, соотношением, взаимодействием твердой, жидкой, газообразной и живой фаз почвы.

Физические свойства оказывают большое влияние на развитие почвообразовательного процесса, плодородие почв и развитие растений.

Плотность твердой фазы почвы - это отношение массы ее твердой фазы к массе воды при 4°С. Для минеральных горизонтов большинства почв этот показатель составляет 2,4 - 2,8 г/см³, для торфянистых горизонтов - 1,4 - 1,8 г/см³. Эти значения определяют соотношение компонентов органической и минеральной частей почв. Вниз по профилю почвы плотность твердой фазы с уменьшением содержания гумуса повышается. Таким образом, повышение содержания гумуса, присутствие большого количества вторичных минералов ведут к снижению этого показателя. Для зональных почв с содержанием гумуса 4 - 8% в верхнем горизонте плотность твердой фазы составляет 2,6 - 2,65 г/см³.

Все отклонения от этих значений объясняются изменениями в составе минеральной части почвы и количеством органического вещества.

Плотность твёрдой фазы изучаемой почвы в среднем по профилю составляет - 2,71 г/см³, что означает, что почва обеспечена органическими веществами.

Плотность сложения почвы

Плотность сложения - это масса единицы объёма абсолютно сухой почвы в естественном сложении. Она зависит от минералогического и гранулометрического состава, структуры и содержания органического вещества в почве. Наименьшая плотность сложения обычно наблюдается в верхних горизонтах. Плотность может заметно увеличиваться в карбонатных иллювиальных горизонтах

Минералы с высокой плотностью твёрдой фазы, крупные механические элементы (песок) повышают плотность сложения. Но повышение количества органического вещества, увеличение физической глины (частиц <0,01 мм) способствует созданию агрономически ценной структуры, а это ведёт к снижению плотности сложения. Оптимальная плотность сложения верхних в горизонтах лёгких почв составляет 1,2 - 1,3 г/см³, в тяжёлых - 1,0 - 1,1 г/см³. На плотность почвы, используемой в сельскохозяйственном производстве, оказывает влияние обработка, после которой этот показатель снижается до 0,9 - 1,0 г/см³.

Знание плотности сложения позволяет рассчитать пористость почвы, запасы различных веществ. Например, запас влаги в определённом слое почвы определяется по формуле:

В = а · dv · H; (1)

где В - запас воды, м³/га;

а - влажность в %;

dv - плотность сложения,г/см³;

Н - мощность слоя, см.

Запас влаги можно перевести в мм., умножив полученный результат на коэффициент 0,1.

Таблица 2 - Влажность почвы

- 20 = В (А_пах) = 308 м³/га = 30,8 мм

- 50 = В (А_пах) + В (В₁) = 1012,25м³/га = 101,2 мм

- 100 = В (А_пах) + В (В₁) + В (В₂) + В (ВС) = 1947,15м³/га = 194,7 мм

По профилю: 1947,15 м³/га или 194,7 мм. В горизонте А_пах запас воды недостаточен, что показывает на глубокое иссушение почвы в летний период и промерзание в зимний период (таблица 2). На рисунках 3 и 4 показано, что наибольший запас влаги в горизонтах В₂, ВС что говорит о близости грунтовых вод в данной почве. Пополнение влаги в почве начинается с конца сентября, но наибольшее количество поступает в период таяния снега, когда почва на пашне промачивается до полной влагоёмкости на глубину 2 м. расход воды начинается с мая и продолжается всё лето. В течении года испаряется 370 - 550 мм влаги. Под лесом поступление и расход воды значительно больше, чем в открытой степи. Корнеобитаемый слой почвы для зерновых культур, достигающий глубины 2 м, может вместить в виде доступной влаги для растений около половины суммы годовых осадков.

Рисунок 3 - График - Влажность

Порозность

Порозность - это суммарный объем всех пор между частицами твердой фазы почвы. Она зависит от гранулометрического состава, структурности, деятельности почвенной фауны, содержание органического вещества, а в пахотных почвах и от приемов окультуривания.

Различают несколько форм порозности, главнейшей является капиллярная и некапиллярная.

Капиллярная представлена тонкими капиллярами, которые обеспечивают устойчивый запас влаги, а не капиллярная состоит из крупных капилляров, заполненных воздухом. Физические, водно-физические свойства горизонтов А₂ и В солодей неблагоприятны. Они отличаются высокой плотностью, характеризуются неводопрочной структурой, низкой водопроницаемостью. Вследствие плохой фильтрационной способности в солодях часто развито поверхностное заболачивание. Почвы, как правило, бедны подвижными формами азота и фосфора.

Общая порозность имеет наивысшие показатели в верхних горизонтах (50 - 60% от объема почвы) и снижается в нижележащих. Почвы с порозностью ниже 40% от объема почвы не являются агрономически ценными.

Для создания устойчивого запаса влаги в почве при одновременном хорошем воздухообмене необходимо, чтобы соотношение некапиллярной и капиллярной порозности составляло 1: 1.

Общую порозность вычисляют по формуле:

Робщ = (1 - dv/d) 100; (2)

где Робщобщая порозность, % от объема;

dv - плотность сложения, г/см³;

d - плотность твердой фазы,г/см³.

Таблица 3 - Физические свойства почвы

Пористость от объёма почвы определяем по формуле 2:

Р (А_пах) = (1 - 1,10/2,65) 100% = 58%

Р (В₁) = (1 - 1,29/2,71) 100% = 52%

Р (В₂) = (1 - 1,34/2,75) 100% = 51%

Р (ВС) = (1 - 1,40/2,77) 100% = 49%

Порозность вниз по профилю постепенно уменьшается - это естественный процесс, происходит за счет давления верхних слоев на нижние (рисунок 6). Удовлетворительна для пахотного слоя.

Рисунок 6 - График - Порозность