Что такое плотность почвы

Научная электронная библиотека

6. Физические показатели почв

Плотность почвы – масса абсолютно сухого вещества почвы в единице ее объема ненарушенного естественного сложения.

Плотность определяет соотношение между фазами почвы, связана с ее структурным состоянием. Больше всего плотность зависит от сложения и структуры. Рыхлые почвы с зернистой и комковатой структурой большой пористостью мало плотные. Бесструктурные и слитые – плотные (табл. 3).

Плотность почв и грунтов

Глыбы после вспашка

Корка после полива

Чем больше органических соединений в почве, тем плотность ниже, чем больше минералов оксида железа – тем выше. Учет плотности почв позволяет сравнивать значения конкретного показателя (запасы воды, гумуса) в почвах объективно, не зависимо от их гранулометрического состава. Для этого применяют формулу:

где W (%) – значение определяемой величины в процентах; d – плотность почвы, г/смз; h – мощность слоя почвы, горизонта, в см.

Плотность твердой фазы (удельный вес) – средняя плотность почвенных частиц – масса сухого вещества почвы в единице его истинного объема твердой фазы, выраженная в г/смз или т/мз.

Плотность твердой фазы почвы зависит от ее минералогического состава, количества органических веществ. Плотность твердой фазы почвы малогумусных почв составляет 2,65–2,70 г/смз, у торфяных почв, обогащенных органическими соединениями – 1,4–1,8. Определение плотности твердой фазы почвы проводят по формуле:

где d – плотность твердой фазы почвы, г/смз; М – масса сухой почвы, г; В – масса мерной колбы с водой, г; С – масса мерной колбы с водой и почвой, г.

Пористость (общая порозность) – суммарный объем всех пор между частицами твердой фазы, % от общего объема почвы. Она выражает собой величину полной влагоемкости и полной воздухоемкости в объемных процентах. Общая порозность зависит от гранулометрического и минералогического состава почвы, ее структуры и плотности. В почвах песчаного гранулометрического состава ее значения составляют 35–40, глинистых – 44–50, гумусовых – 50–60, оглеенных – 26–28 %.

Порозность аэрации (некапиллярная порозность) учитывает поровые пространства в каждый момент почвы, на ее долю приходится не менее 15 %. Некапиллярная пористость обеспечивает воздухообмен (аэрацию) и водопроницаемость.

В агрономическом отношении важно, чтобы почвы имели максимальную капиллярную порозность (заполненные водой капилляры) и одновременно порозность аэрации (заполненные воздухом некапиллярные поры) не менее 15–22 % от объема, в хорошо оструктуренных почвах капиллярная порозность достигает 25–30 %.

Наиболее значимые параметры: общая порозность (Р) и порозность аэрации (Ра). Общую порозность определяют по формуле:

где Робщ – порозность, %; dv – плотность почвы, г/смз; d – плотность твердой фазы почвы, г/смз; dv/d – объем твердой фазы почвы; 100 – коэффициент пересчета в проценты.

Порозность аэрации (Ра) рассчитывают по формуле:

где Робщ – порозность, %; Рw – порозность, занятая водой или в упрощенной форме, учитывая плотность воды.

где а – влажность почвы, %.

У чернозема слитого плотность составляет 1,4 г/смз, порозность – 48 % во влажном состоянии и соответственно до 1,95 г/смз и 26 % – в сухом. Вспашка, рыхление увеличивают пористость, снижают плотность. В корнеобитаемом слое плотность снижается на 10–15 %, пористость растет на 15–20 %, скорость впитывания воды возрастает в двое. Оптимальные условия в пахотном слое создаются при плотности 1,0–1,2 смз и порозности, равной 55–60 %. Оценку общей порозности предложил Н. А. Качинский (табл. 4).

Источник

Что такое плотность почвы

Плотность почвы — масса единицы объема в т/м3 (или г/см3) абсолютно сухой почвы, взятой в естественном сложении. Она характеризует взаимное расположение почвенных частиц и агрегатов с учетом пространства между ними. Плотность почвы оказывает влияние на поглощение влаги, газообмен, развитие корневой системы растений, интенсивность микробиологических процессов.Плотность почвы зависит от свойств минералов, образующих твердую фазу, гранулометрического состава, структуры и содержания органического вещества. Оптимальная плотность пахотного горизонта для большинства культурных растений — 1,0. 1,2 г/см3.

К физическим свойствам почвы относятся структура, водные, воздушные, тепловые, общие физические и физико-механические свойства. В данном разделе рассматриваются общие физические и физико-механические свойства, все остальные свойства — в специальных разделах.К общим физическим свойствам относятся плотность почвы, плотность твердой фазы и пористость.Плотностью почвы называется масса единицы объема сухой почвы, взятой в естественном сложении. Выражается в г/см3.Плотность твердой фазы почвы — это отношение массы ее твердой фазы к массе воды в том же объеме при 4 °С.При определении плотности почвы измеряется масса почвы в единице объема со всеми порами, поэтому плотность почвенной массы, взятой в ненарушенном сложении, всегда меньше плотнос­ти твердой фазы почвы. Плотность минеральных почв и грунтов изменяется в широких пределах — от 0,9 до 1,8 г/см3, а торфя­ных — от 0,15 до 0,40 г/см3. Значения плотности твердой фазы почв и грунтов изменяются в пределах 2,4—2,8.Плотность почв зависит от минералогического, механического состава, а также от содержания в ней органических веществ, ее структурности, сложения и механической обработки, а плотность твердой фазы почв — минералогического состава и содержания органических веществ.С плотностью тесно связаны водный, воздушный и тепловой режимы почв. Для большинства сельскохозяйственных культур на суглинистых и глинистых почвах оптимальной является плот­ность 1,00—1,25 г/см3. Дальнейшее увеличение ее вызывает сни­жение урожайности.

Данные по определению плотности почвы и ее твердой фазы широко используются в почвоведении, земледелии, в сельскохо­зяйственной мелиорации. Ими четко характеризуют почвенный профиль, выявляя уплотненный (иллювиальный) горизонт, рых­лость или уплотненность пахотного горизонта. На основании по­казателей плотности почвы рассчитывают запасы в ней воды, гумуса, солей, питательных веществ.От плотности почвы нужно отличать ее твердость, под которой понимается сопротивление почвы сдавливанию или расклинива­нию, выражаемое в кг/см2.Данные по определению плотности твердой фазы почв исполь­зуют при определении механического состава почв пипеточным методом по Н. А. Качинскому, а также при расчете пористости почвы.Пористость — это суммарный объем всех пор между час­тицами твердой фазы почвы. Выражается она в процентах к об­щему объему почвы. Для минеральных почв интервал показате­лей пористости составляет 25—80 %.

43.понятия оптимальная и равновесная плотности почвы. Равновесная плотность — это плотность, которая формируется в необработанной почве (1–2 года) в естественном состоянии.При обработке почвы принимают во внимание засоренность полей и видовой состав сорняков, химические и водно-физические свойства почвы, степень окультуренности, строение пахотного слоя, сроки уборки предшественника.Лущение стерни дисковыми лущильниками на глубину 4–6 см уничтожает оставшиеся в поле сорняки и создает условия для прорастания их семян, осыпавшихся в почву. Прорастают зерна падалицы, на всходы которой откладывают яйца злаковые мухи и другие насекомые. Следующая за лущением глубокая зяблевая вспашка при хорошем обороте пласта, обеспечивающего полную заделку стерни, дает высокий эффект с точки зрения защиты растений. Она уничтожает проросшие сорняки и заделывает непроросшие семена в глубокие слои почвы, а также закрывает слоем почвы стерню и падалицу вместе с вредными насекомыми. Запашка стерни и падалицы — профилактическое мероприятие в борьбе с мучнистой росой, корневыми гнилями и другими заболеваниями зерновых. Лущение и культивация приводит к гибели до 70% хлебных жуков.Количественной характеристикой строения почвы служит вели­чина ее плотности. Различают равновесную и оптимальную плотности почвы. Равновесная плотность — это установившаяся плотность необработанной (1—2 года) почвы в естественном состоянии. Плотность почвы, при которой складываются благоприятные условия для роста растений и деятельности почвенных микроорганиз­мов, называют оптимальной.Изучение реакции культур на физическое состояние почв различного генезиса позволило выявить интервалы оптимальных зна­чений плотности почвы для зерновых и пропашных культур. Так, моделирование плотности сложения дерново-подзолистой среднеглинистой почвы показало, что в средние по увлажнению годы оптимальные ее параметры для зерновых колосовых культур составляют 1,1 — 1,3 г/см3, для пропашных — 1,0—1,2. Равновесная же плотность этой почвы находится в пределах 1,35—1,50 г/см3.Сопоставление показателей равновесной и оптимальной для ро­ста культур плотности позволяет определить необходимость обра­ботки почвы, в данном случае рыхления. Чем больше разность между этими величинами, тем интенсивнее и глубже должна обрабатываться почва. Например, с помощью вспашки дерново-подзолистой почвы ее плотность уменьшается с 1,4—1,5 до 0,8—0,9 г/см3 и почва приобретает рыхлое состояние. Плотность почвы зависит от гранулометрического состава, со­держания гумуса, водопрочных агрегатов, влажности почвы и дру­гих условий. Почвы тяжелого гранулометрического состава с большим содер­жанием илистой фракции и гумуса подвержены значительному на­буханию при увлажнении и разрыхлению. Это вызывает изменение как равновесной, так и оптимальной плотности.

Источник

§ 1. Плотность и порозность почвы

Примечания:
1. В скобках приведён наиболее вероятный диапазон. В данной таблице приведены ориентировочные значения физических свойств. В реальных условиях при непосредственных определениях эти усредненные значения и пределы варьирования могут значительно отличаться в связи с содержанием органического вещества, оструктуренностью, сельскохозяйственной обработкой, растительностью и многими другими факторами, существенно изменяющими приведенные ориентировочные значения.
2. Природные пески почти всегда слоисты. Вследствие этого приведенные данные весьма ориентировочны.

Коэффициент пористости и удельный объём пор почвы полезны при характеристике изменения пор почвы при уплотнении, почвенных деформациях, трещинообразовании и т.д. В почвоведении традиционно используется общая порозность почв `epsilon`. 1

Получив величину суммарной агрегатной порозности, можно рассчитать межагрегатную порозность: 1

Знание величин порозности важно для оценки состояния почвы. Так, в хорошо агрегированной почве основные запасы питательных веществ, микроорганизмов, влаги находятся внутри агрегатов и именно агрегаты обуславливают почвенное плодородие. Снижение агрегатной порозности является свидетельством ухудшения физического состояния почв. Основная функция межагрегатного пространства это проведение потоков веществ. В основном по межагрегатному поровому пространству происходит перенос воды и растворенных в ней веществ. Поэтому нередко указывают, что агрегатное пространство это хранилище основных почвенных запасов, а межагрегатное пространство это транспортные пути. Таким образом, функции этих частей порового пространства почвы во многом различны (накопление и постепенное расходование воды и веществ из агрегатной порозности, быстрый транспорт веществ в профиле почв по межагрегатной), поэтому при анализе полученных величин следует делать соответствующие выводы. 1

Примечания:
1. В скобках приведён наиболее вероятный диапазон. В данной таблице приведены ориентировочные значения физических свойств. В реальных условиях при непосредственных определениях эти усредненные значения и пределы варьирования могут значительно отличаться в связи с содержанием органического вещества, оструктуренностью, сельскохозяйственной обработкой, растительностью и многими другими факторами, существенно изменяющими приведенные ориентировочные значения.
2. Природные пески почти всегда слоисты. Вследствие этого приведенные данные весьма ориентировочны.

Значение плотности и порозности почвы

Излишне уплотнённая почва препятствует росту корней, содержит малое количество пор (то есть имеет низкую порозность). При низкой порозности в почве содержится мало воды, а при выпадении осадков поры быстро заполняются водой, что приводит к недостатку воздуха. 1

Излишне рыхлая почва имеет слишком большое поровое пространство и корни растений не имеют хорошего контакта с поверхностью твердой фазы, где содержатся в поглощенном состоянии многие элементы питания. 1

Проблема создания пахотного слоя, оптимального по физическому состоянию, по плотности – одна из важнейших проблем современной физики почв и агротехники. Она состоит в том, чтобы разрыхлить почву и не допустить уплотнения почвы тяжелой сельскохозяйственной техникой. Это требует своевременного проведения агротехнических работ, обязательно связанных с распашкой почвы. Почва особенно подвержена уплотнению при повышенной влажности. Стоит тяжелой технике лишь один раз заехать на поле, когда влажность несколько выше оптимальной для обработки, как поверхностный слой почвы становится излишне уплотненным. 1

Еще один аспект уплотнения – переуплотнение подпахотного слоя, так называемое накопительное, или подпочвенное, уплотнение. Действительно, под влиянием многократных проходов техники уплотнение наблюдается все глубже и глубже. Происходит образование подпахотного уплотненного, плохопроницаемого и для воды, и для воздуха слоя. Сложность в том, что контролировать внутрипочвенное уплотнение очень трудно: оно незаметно с поверхности почвы так, как видны, например, эрозия или поверхностное уплотнение. Анализ и прогноз этого явления тесно связан с оценкой физикомеханических свойств почв. 1

Таким образом, уплотнение как поверхностное, так и подпочвенное – весьма пагубное явление, неизменно сопровождающее интенсивное сельскохозяйственное производство. Вернуть же почву в прежнее состояние весьма затруднительно. С этим связан второй аспект проблемы – разуплотнение почвы. Как правило, разрыхлить поверхностный пахотный слой почвы несложно. Достаточно его вспахать, взрыхлить различными почвообрабатывающими орудиями. Но вот разрыхлить агрегаты – основное хранилище питательных веществ, воды, почвенной биоты – значительно сложнее. Агротехнические меры здесь не помогут. Восстановление внутриагрегатной порозности обязано деятельности почвенных микроорганизмов, накоплению специфических органических веществ. Необходимо применение органических и зеленых удобрений, влияющих на жизнедеятельность почвенных микроорганизмов, улучшающих состояние почвы. 1

Методики определения плотности и порозности почвы

Источник

Определение плотности почвы

Знание плотности почвы позволяет определить пористость, запасы влаги, элементы питания в почве, необходимые при расчете норм полива и количества вносимых удобрений.

Методика определения объемной массы.

Для определения объемной массы необходимо брать образцы почвы для анализа при ненарушенном сложении. Для выявления закономерности изменения плотности с увеличением глубины допускается взятие образцов с нарушением естественного сложения почвы.

Необходимо взять металлический бур-патрон и взвесить пустой вместе с двумя крышками. Для определения объема бура-патрона измерить его диаметр и высоту. Закрыть одну из крышек, в цилиндр совочком небольшими порциями насыпать воздушно-сухую почву, взятую с горизонта 0-25 см. Почву насыпать до верхней части цилиндра, при этом постукивать по его боковой части. После этого бур-патрон закрыть второй крышкой и взвесить вместе с воздушно-сухой почвой. Затем почву высыпать в тот же ящик, откуда она была взята, и повторить взвешивание второго и третьего образцов, взятых из того же ящика. Трехкратное взвешивание необходимо для получения более точного значения результатов.

Далее, точно таким же способом три раза насыпать в цилиндр и взвешивать почву со слоев 25 – 40 см и 40 – 100 см.

Массу воздушно-сухой почвы вычисляют путем вычитания из массы бура-патрона с воздушно-сухой почвы массы пустого бура-патрона. Массу абсолютно-сухой почвы рассчитывают с учетом поправки на влажность – 5%

Плотность (объемную массу) для каждого генетического горизонта рассчитывают путем деления массы абсолютно сухой почвы на объем бура-патрона.

Источник

ПЛОТНОСТЬ ПОЧВЫ

Плотность почвы возрастает по мере утяжеления гранулометрического состава, увеличения доли минералов тяжелой фракции (эпидота, гематита, амфиболов, пироксенов и др.), снижения содержании гумуса и ухудшения структуры.

Плотность почвы более вариабельный показатель, чем плотность твердой фазы. Она изменяется во времени и пространстве, особенно в верхних горизонтах подвергающихся постоянному воздействию климатических, биологических и антропогенных факторов. Особенно сильно на плотность влияют обработка почвы и воздействие техники, движущейся по поверхности почвы. Наиболее рыхлой почва бывает сразу после обработки (вспашки, культивации) а затем она постепенно начинает уплотняться. Через определенное время, которое зависит как от внешних факторов, так и от свойств самой почвы гранулометрического состава, степени оструктуренности, она достигает определенной плотности, мало изменяющейся во времени до следующей обработки. Такую постоянную плотность называют равновесной. Это довольно устойчивый физический показатель, обусловленный как генезисом почв, так и степенью их антропогенного изменения, т. е. степенью окультуренности или деградации. Равновесная плотность сложения почвы не всегда идентична оптимальной. Оптимальной считают такую плотность, при которой обеспечивается водно-воздушный режим, благоприятный для растений, и нормальное развитие их корневой системы. Ниже приведена оценка плотности суглинистых и глинистых по гранулометрическому составу почв (по Н. А. Качинскому).

Нижние значения указанных диапазонов оптимальны для более требовательных к плотности почвы пропашных культур, особенно корнеплодов, а также для культур, возделываемых в условиях повышенного увлажнения. Верхние пределы плотности оптимальны для менее требовательных к этому показателю зерновых культур сплошного сена и культур, выращиваемых в условиях недостаточного увлажнения. При увеличении плотности почвы на 0,01 г/см 3 в пределах оптимального интервала урожайность зерновых культур может снижаться на 35-60 кг/га. За пределами верхней границы оптимального интервала увеличение плотности на 0,01 г/см приводит к снижению урожайности зерновых культур в среднем на 100 кг/га, картофеля на 150-200 кг/га.

Уплотнение почвы после обработки сверх оптимальных значений чаще всего связано с их плохой оструктуренностью. существенный вклад в этот процесс вносит неумеренное использование тяжелой сельскохозяйственной техники. В среднем значительная часть поля подвергается 2-4-кратному воздействию ходовых систем сельскохозяйственных машин, а отдельные участки – 8-10-кратному. При этом глубина деформации почвы варьирует от 20-30 до 50-6О см и более. Уплотнение почвы происходит не только в вертикальном, но и в горизонтальном от центра следа движителя направлении на 35-70 см.

Плотность сложения почвы имеет важное агрономическое значение, поскольку сильно влияет на условия жизни растений и почвенных организмов.

Сильно уплотнённая сухая почва оказывает большое сопротивление развитию корневой системы растений. Для обработки такой почвы требуются дополнительные энергетические затраты. При уплотнении почвы сокращается количество макропор и крупных капилляров, увеличивается доля горизонтально ориентированных пор. В результате этого снижается предельно-полевая влагоемкость, ухудшается газообмен почвы, возрастает содержание влаги, недоступной для растений. Плотные почвы имеют плохую водопроницаемость, поэтому значительное количество воды, поступающей на их поверхность, не проникает в глубь профиля, а испаряется или же при наличии уклона формирует поверхностный сток, вызывая развитие эрозии.
На переуплотненных почвах снижается эффективность минеральных удобрений. При сильном увлажнении в плотных почвах все поры заполняются водой, в результате чего развиваются анаэробные условия и активизируются соответствующие группы микроорганизмов.

Вследствие переуплотнения почвы снижается урожайность сельскохозяйственных культур. В зависимости от почвенно-климатической зоны недобор урожая составляет 5.25 %. Отрицательные последствия от переуплотнения почвы часто нельзя устранить в процессе последующих обработок. Такие последствия сказываются на продуктивности сельскохозяйственных культур в течение 2-8 лет. Поэтому регулирование плотности почвы — важный фактор оптимизации условий произрастания сельскохозяйственных культур. Мероприятия по окультуриванию почв следует проводить при минимальном количестве обработок.

Источник