Что влияет на плотность почвы

Обновлено: 05.10.2024

Плотность почвы в естественном состоянии (ранее абсолютный вес почвы) есть масса почвы включая все ее фазы (твердую, жидкую, газообразную) в единице объема. Выражается в г/см3, кг/м3, т/м3 и определяется чаще всего буровым методом, хотя можно применять и песчаный. Образец почвы, взятый при естественной влажности, взвешивается, и ■ масса делится на объем. Плотность изменяется во времени, что связано с динамикой влажности, а также с уплотнением почвы вследствие усадки.[ . ]

Плотность (или плотность сложения) почвы — масса единицы объема абсолютно сухой почвы, взятой в естественном сложении. Выражается она в г/см3. Плотность почвы зависит от минералогического и гранулометрического составов, структуры и содержания органического вещества. Она может существенно изменяться при обработках, под уплотняющим воздействием передвигающихся машин и орудий. Наиболее рыхлой почва бывает сразу после обработки, затем постепенно уплотняется, и через некоторое время ее плотность приходит в состояние равновесия, т. е. мало изменяется (до следующей обработки).[ . ]

Плотность почв колеблется от 1,0 до 1,8 г/см3. Она зависит от механического состава, содержания органического вещества и структурного состояния почвы.[ . ]

Плотность почвы и плотность твердой фазы почвы непосредственно связаны с весом афегатов, поэтому можно ожидать наличие связи этих показателей с противоэрозионной стойкостью. Однако в опытах Ц.Е.Мирцхулавы с фунтами такой связи не было выявлено. Это объясняется тем, что наряду с изменением плотности изменились и другие свойства фунтов, оказывающие влияние на их противоэрозионную стойкость. В тех случаях, когда сохраняются прочие равные условия, четко проявляется прямая зависимость противоэрозионной стойкости почв и фунтов от их плотности (Кузнецов, 1967).[ . ]

Плотность почвы также увеличивается в иллювиальных горизонтах выщелоченных и оподзоленных черноземов, в карбонатных и солонцеватых иллювиальных горизонтах обыкновенных, южных черноземов.[ . ]

ПЛОТНОСТЬ ПОЧВЫ — отношение массы сухой почвы, взятой без нарушения ее природного сложения, к ее объему.[ . ]

Почва представляет собой сложное тело, состоящее в основном из трех фаз: твердой, жидкой и газообразной. В зависимости от того, в каком сочетании производят определение, различают три понятия: плотность твердой фазы почвы (твердая фаза) й плотность скелета, или объемная масса (твердая и газообразная фазы) йу, плотность почвы в естественном ее состоянии (твердая, жидкая и газообразная фазы) йп.[ . ]

Плотность почвы определяют тем усилием, которое нужно затратить, чтобы вскопать почву, вдавить в нее нож. Структуру горизонтов оценивают по форме и величине отдельностей.[ . ]

Плотность почвы (¿о, г/см3) характеризуется массой 1 см3 абсолютно сухой почвы в ее естественном сложении.[ . ]

От плотности почвы зависят ее водно-воздушные, тепловые и биологические свойства. С уплотнением почв уменьшается их общая пористость, ухудшается доступ влаги к растениям, снижается аэрация и скорость фильтрации воды, затрудняется распространение корней.[ . ]

Величина плотности почвы в естественном состоянии используется для расчета объема земляных работ, расчета энергетических затрат при обработке почвы.[ . ]

Увеличение плотности почвы с 1,05 до 1,35 г/см3 при отсутствии комков размером 10—30 мм приводит к снижению урожайности на 35,6 %, тогда как аналогичное уплотнение при 50%-ном содержании агрегатов размером 10—30 мм снижает урожайность на 23,4 %. В пределах оптимальных значений плотности почвы количество агрегатов указанного размера не оказывает существенного влияния на урожайность ячменя.[ . ]

Повышенная плотность почв при попеременном увлажнении и иссушении затрудняет их обработку. Установлено, что для большинства сельскохозяйственных культур оптимальное соотношение различных фаз почвы должно быть следующим: твердая — 40—46 %, жидкая — 28—32, газообразная — 26—28 %, т.е. 1,5:1:1. Отношение растений к такому строению почвы сформировалось в процессе их эволюции, и одна из главных задач земледелия состоит в создании и поддержании указанного соотношения ее физических фаз.[ . ]

При измерении плотности почвы с поверхности блок датчика вводят в скважину на глубину 15—20 см. При этом измеряют усредненную плотность с поверхности почвы до 30 см — Л/’ь По этому отсчету, пользуясь графиком (рис. 143, кривая 2), определяют плотность сухой почвы ненарушенного сложения .[ . ]

При созревании почвы, т.е. при достижении ею физической спелости, проводится основная обработка почвы. Пропашные хорошо отзываются на глубокую обработку, поэтому, в зависимости от условий (характера сорной растительности, глубины гумусированного слоя почвы и др.) проводится или глубокая вспашка почвы или обычная (по глубине) вспашка с почвоуглублением, или глубокое рыхление почвы (до 30-35 см) соответствующими орудиями. После вспашки перед посевом пропашных чаще ограничиваются культивацией почвы орудиями со стрельчатыми лапами на глубину заделки семян. Срок проведения обработки выбирается в зависимости от влажности и плотности почвы, наличия и степени развития сорной растительности; в связи с этими факторами может возникнуть необходимость в применении других орудий, например РВК или лущильника.[ . ]

Ранней весной, когда почва просохнет настолько, что колеса тракторов уже не оставляют колеи, проводится боронование озимых для освобождение посевов от “снежной плесени", которая состоит из остатков отмерших растений, пленки водорослей и развивающихся на них микроорганизмов, в том числе патогенных для озимых культур. Собственно болезнь "снежная плесень", внешне проявляющуюся в образовании на растениях беловатого или розоватого налета, вызывает гриб Fusarium nivale, но в практике снежной плесенью обычно называют всю образущуюся после схода снега органическую пленку. Боронованием уничтожается также часто образующаяся в это время почвенная корка. Минеральные удобрения, если они вносились, частично заделываются в почву. Боронование проводится поверхностно поперек или под углом к направлению рядков растений, чтобы меньше их повредить. При этом чаще применяют сетчатые бороны, но, в зависимости от состояния растений и плотности почвы, можно пустить и легкие зубовые бороны.[ . ]

Разрушение структуры почвы и развитие процессов уплотнения характеризуется степенью увеличения плотности почвы - важного показателя ее деградации.[ . ]

Пористость (или скважность) почвы — суммарный объем всех пор между частицами твердой фазы почвы. Ее выражают в % от общего объема почвы и вычисляют по показателям плотности почвы (¿у) и плотности твердой фазы (г/).[ . ]

Приборы и оборудование. Для определения плотности почвы используют те же приборы и оборудование, что и для определения ее строения.[ . ]

При этом надо иметь в виду, что оптимальная плотность почвы — это интегральный показатель ее физического состояния и она не является строго определенной величиной, а представляет широкий диапазон значений давлений, который для одной и той же почвы может изменяться в зависимости от вида сельскохозяйственных культур, фаз их развития, особенностей вегетационного периода.[ . ]

В случае наличия естественной радиоактивности почв вводят поправку. Для этого по каждой измеренной глубине учитывают скорость счета почвы с одним ППИ (зонд без блока источника) и полученную скорость (Л/0) вычитают из отсчета N. Истинный отсчет в почве — Л/П=Л/ —Л 0. Пользуясь заводским градуировочным графиком, определяют плотность почвы ¿у г/см3 на разных глубинах.[ . ]

В местах скопления буровых растворов происходит увеличение плотности твердой фазы (от 2,6 до 2,8 г/см3) и плотности почв (от 1,12 до 1,50 г/см3), что является неблагоприятным фактором для развития растений.[ . ]

Учитывая тесную связь теплофизических характеристик с влажностью (ИР) И ПЛОТНОСТЬЮ ПОЧВЫ (йу) и друг с другом (А. И. Гупалло, 1956) предложил формулы для вычисления температуропроводности (/< ), теплоемкости (Су) и теплопроводности X.[ . ]

Живой травянистый, моховой и лишайниковый покров чувствительно реагирует на влажность почвы, характер гумуса, азотный режим, но не всего почвенного профиля, а преимущественно самых верхних почвенных горизонтов. Там, где специфические особенности верхних горизонтов почвы являются хорошими показателями особенностей всей почвенной толщи, используемой деревьями,— покров оказывает большие услуги при классификации древостоев. Там же, где характер верхних горизонтов почвы резко отличается от глубже лежащих, или там, где на нестойких растениях живого покрова сказалось: влияние огня при пожарах или огневой очистке, влияние заготовки и трелевки леса, а также пастьбы скота, изменение степени сомкнутости леса, уничтожение подлеска, резкое изменение плотности почвы в районах массового посещения леса человеком,— значение живого покрова как одного из показателей типа леса значительно ослабляется или совершенно утрачивается.[ . ]

Такой коэффициент уплотнения представляет собой отношение твердости нарушенной при лесозаготовке почвы к твердости целинной, ненарушенной почвы на одной и той же глубине. Рассматриваемая шкала имеет преимущество перед другими, т.к. в ней имеются количественные придержки, Однако, на наш взгляд, количественные придержки для каждой степени изменения, за исключением неизмененной, т.е. ненарушенной, приняты условно. Известно, что от плотности почвы (г/см3) в значительной мере зависят воздушный и тепловой режимы. Поэтому более полно можно было оценить изменения физических почв под влиянием лесозаготовительной техники, используя коэффициент уплотнения, вычисленный не по показателям твердости, а по плотности почв (г/см3).[ . ]

Кроме того, жидкие буровые отходы при попадании их в почву плохо смешиваются в ней, образуя крупные глинистые комки, обладающие высокой вязкостью и липкостью. При высыхании они не разрушаются, в результате чего резко ухудшается агрономическая ценность почвенной структуры. В местах скопления буровых растворов происходит увеличение плотности твердой фазы (от 2,6 до 2,8 г/см3) и плотности почв (от 1,12 до 1,50 г/см3), что является неблагоприятным фактором для развития растений [21 ].[ . ]

В полевых условиях им можно воспользоваться для определения объемной восприимчивости непосредственно в разрезе. В лаборатории воздушно-сухую почву измельчают в ступке и просеивают через сито с отверстиями диаметром 1 мм. Образец почвы помещают в коробку объемом 100—150 см3 из немагнитного материала. Почву взвешивают (рд), затем вычисляют плотность почвы в коробке dv, равную (V — объем, занятый почвой).[ . ]

Суммарное водопотребление и коэффициент водопотреб-ления для сельскохозяйственных культур можно рассчитать по результатам динамических определений влажности и плотности почвы. Для этого на изучаемых вариантах выделяют не менее двух площадок размером 2X2 м, яа одной возделывают изучаемые в опыте растения, на другой растения отсутствуют. Чистые площадки необходимы для разделения суммарного водопотребления на испарение физическое и транспирацию. В полевых опытах в условиях производства для характеристики водо-обеспеченности растений можно отказаться от чистых .площадок. На выделенных площадках через определенный промежуток времени определяют влажность и пла -ность почвы до глубины 100 см в каждом 10-сантиметр -¡вом слое, причем наблюдения эти сопровождаются учетом количества выпавших осадков. Для сокращения рас-•четов в дальнейшем определяют средние значения влажности и плотности почвы в слоях 0—30; 30—50 и 50— .100 см. Кроме того, для расчета запаса продуктивной ■ доступной растениям) влаги необходимо установить максимальную гигроскопичность почвы.[ . ]

Система зяблевой (позднелетне-осенней) обработки включает в себя послеуборочную обработку (иногда только ею и ограничивается), а также приемы, преследующие цели борьбы с сорняками, создание благоприятных условий для накопления влаги в почве (кроме районов избыточного увлажнения), и, если весной не предусматривается проведения основной обработки, создание оптимальной плотности почвы для развития последующей культуры. Эти цели осуществляются проведением поверхностных и мелких обработок (боронование, культивация, лущение), а также основных обработок почвы (вспашка, глубокое рыхление, чизелевание).[ . ]

Низкий уровень характеризуется при применении зональной агротехники постоянно более низкими средними урожаями. Под критическим уровнем содержания гумуса понимают такое его количество, при котором существенно ухудшаются агрономические свойства почвы и ее способность противостоять агрогенным нагрузкам. При этом плотность почвы, ее структурное состояние, физико-механические свойства пахотного слоя приближаются к свойствам почвообразующих пород.[ . ]

Контрольно-транспортное устройство — КТУ состоит из контейнера — цилиндра со свинцовым экраном внутри, который защищает оператора от ионизирующего излучения. Контейнер имеет две ручки, используемые для намотки кабеля, переноски прибора и в качестве подставки при горизонтальном расположении ППИ-1 для измерения плотности почвы с поверхности. Контейнер снабжен шкалой-индикатором глубины погружения, внутри его имеется зажим для фиксации (закрепления) ППИ-1. КТУ ППГР-1 аналогично КТУ ВПГР-1.[ . ]

Существует много методов измерения уровня почвенной поверхности. Наиболее широко применяемый (в силу своей простоты и доступности) - метод микронивелирования. Он заключается в устройстве на исследуемой площадке жестко фиксированных опор, на которые, по мере наступления сроков измерений, устанавливают на постоянной высоте от поверхности почвы металлическую рейку, по которой свободно перемещается тележка с прикрепленной к ней мерной иглой. Мерная игла снабжена нониусом и позволяет измерять вертикальную координату точки на поверхности почвы с точностью до 0,1 мм. Горизонтальную координату определяют с точностью до 1 мм (по линейке, укрепленной на направляющей рейке). Строго говоря, метод микронивелирования в указанной прописи позволяет построить только лишь профиль поверхности, а не саму поверхность. Имея два профиля поверхности почвы, полученные в одном створе в разное время, можно определить слой почвы, который утрачен вследствие эрозии за это время. Метод пригоден для работы с почвой в состоянии, близком к равновесному, при котором плотность почвы приблизилась к некоторой постоянной для данного угодья и сезона величине. В случае рыхлой почвы возможны ошибки в определении величины смыва, обусловленные усадкой почвы. Метод микронивелирования применяют при изучении всех видов эрозии.[ . ]

В засушливых районах Заволжья, Западной Сибири эффективны кулисные пары, способствующие увеличению запасов продуктивной влаги в метровом слое до 50 мм и более (Шульгин). Непроизводительные потери влаги на физическое испарение существенно уменьшаются при проведении весеннего боронования полей, а также при рыхлении поверхностных горизонтов почвы после дождей, предупреждающих образование корки. Послепосевное прикатывание почвы изменяет плотность поверхностного слоя пахотного горизонта по сравнению с остальной его массой. Разность плотностей почвы обусловливает капиллярный подток влаги из нижележащего слоя и помогает возникновению конденсации водяных паров воздуха. Применение минеральных и органических удобрений способствует более экономичному использованию влаги; водопотребление в расчете на 100 кг зерна снижается в среднем на 26 % (Листопадов, Шапошникова).[ . ]

Почва является гетерогенной многофазной дисперсной системой, состоящей из трёх фаз: твёрдой, жидкой и газообразной. Обозначим объём почвы как `V_t`, тогда `V_s`, `V_w` и `V_(air)` - это объёмы твёрдой, жидкой и газообразной фаз соответственно. Массы этих фаз обозначим как `m_s`, `m_w` и `m_(air)`. 1

Плотность твёрдой фазы почвы - это отношение массы твёрдой фазы почвы к объёму твёрдой фазы: 1

Плотность твёрдой фазы почвы также может обозначаться как `d` и может называться собственно плотностью почвы, удельным весом твёрдой фазы. 2

Плотность почвы - это отношение массы твёрдой фазы почвы к общему объёму почвы: 1

Плотность почвы также может называться плотностью сложения, объёмной плотностью, объёмной массой, объёмным весом или удельным весом скелета почвы. Может обозначаться как `d_v`. 2

Плотность почвы это масса единицы объёма абсолютно сухой почвы в её естественном, ненарушенном состоянии. Плотность почвы является одним из основных, фундаментальных свойств почвы. Плотность почвы не является постоянной, а зависит от влажности почвы (в большей мере - для суглинистых и глинистых почв, в меньшей - для песчаных). 1

Плотность естественной почвы никогда не может превышать 2 г/см 3 . Минимальные значения минеральных почв редко бывают ниже 0.8 г/см 3 , хотя плотность торфяных почв, торфов может снижаться и до 0.1 г/см 3 . 1

Класс по гранулометрическому составу	Плотность почвы [г/см 3 ]
Песок рыхлый 2	1.65 (1.5–1.75)
Песок связный 2	1.6 (1.5–1.7)
Супесь	1.5 (1.4–1.6)
Легкий суглинок	1.4 (1.3–1.5)
Средний суглинок	1.35 (1.3–1.4)
Тяжелый суглинок	1.3 (1.25–1.45)
Глина	1.25 (1.2–1.4)

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.

Общая порозность (пористость) почвы - это объём почвенных пор в почвенном образце по отношению к объёму всего образца: 1

Общую порозность почвы также могут обозначать как П_общ. В этом случае она, как правило, выражена в % от объёма почвы. 2

Объёмная влажность почвы - объём воды, содержащейся в объёме почвы: 1

Порозность аэрации (воздухосодержание) - это разница между общей порозностью и объёмной влажностью почвы; объём, занятый воздухом: 1

Для представления порозности, объёмной влажности и воздухосодержания в процентах от объёма почвы, необходимо умножить их значения на 100%. 1

В ряде случаев рекомендуется использовать величину, обратную плотности почв - отношение объёма почвы к массе этого объёма. Используя её, мы можем найти удельный объём пор почвы - отношение объёма пор почвы к массе твёрдой фазы почвы: 1

Нередко используют и коэффициент пористости (приведённую пористость) - отношение общего объёма пор в почве или грунте к объёму твёрдой фазы почвы: 1

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

Так как почвенный горизонт состоит из более мелких единиц - почвеных педов или агрегатов, можно выделить и объём пор агрегатов, их плотность и порозность. 1

Плотность агрегата - это отношение массы твёрдой фазы агрегата к его объёму: 1

Порозность агрегата - это отношение объёма пор агрегата во всем объёму агрегата: 1

Часто необходимо найти межагрегатную порозность - отношение объёма пор, находящихся в поровом пространстве почвы между агрегатами, ко всему объёму почвы. 1

Порозности почвы, агрегатная и межагрегатная имеют разные величины: в случае порозности почвы и межагрегатной порозности их относят к объёму почвы, а в сучае агрегатной - к объёму агрегата. Поэтому мы не можем проводить действия над ними. 1

Для нахождения межагрегатной порозности необходимо сначала найти величину суммарной агрегатной порозности - отношение объёма пор агрегатов ко всему объёму почвы: 1

`epsilon_(sum tt "агр") = V_(tt "пор")/V_t = (V_a - V_s)/V_t = rho_b/rho_a - rho_b/rho_s = (epsilon_a(1-epsilon)) / (1-epsilon_a) [tt "см"^3 / tt "см"^3]` 1

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

Иногда для обозначения суммарной агрегатной порозности используют П_агр, для порозности агрегата - П_а, а для межагрегатной порозности - П_м.агр. 2

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

Класс по гранулометрическому составу	Порозность (% объемный)
Песок рыхлый 2	37 (32–40)
Песок связный 2	38 (32–42)
Супесь	43 (40–46)
Легкий суглинок	47 (43–51)
Средний суглинок	49 (47–51)
Тяжелый суглинок	51 (49–53)
Глина	53 (51–55)

Рисунок 1. Соотношение объёма твёрдой фазы и пор по профилю серой лесной суглинистой почвы на лёссе. 2

Обозначения:
1. Поры "устойчивой аэрации"
2. Поры, заполняемые легкоподвижной водой
3. Поры, заполняемые среднеподвижной водой
4. Поры, заполняемые практически неподвижной водой (недоступной растениям)
5. > 0.3 мм
6. 0.3-0.06 мм
7. 0.06-0.03 мм
8. 0.03-0.01 мм
9. 0.01-0.003 мм
10. 0.003 мм) пор - около 2/3. Вниз по профилю снижается как общая порозность, так и доля крупных пор, зато возрастает доля пор, заполненных связанной водой.
Наименее благоприятны показатели порозности в горизонте `B_2` (60-90 см), что объясняется его оглиненностью и низкой биологической активностью.

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

Рисунок 2. Методика определения плотности твёрдой фазы почвы пикнометрическим методом 1 Рисунок 3. Типы пикнометров определения плотности твёрдой фазы почвы 2 Рисунок 4. Методика определения объёма агрегатов по объёму вытесняемого воздуха 2 Рисунок 5. Схема газового пикнометра для определения плотности твёрдой фазы почвы 1 Рисунок 6. Определение плотности трещиноватых, каменистых, рыхлых почв 1 Источники 1 Шеин Е. В. Курс физики почв. 2005. 2 Растворова О. Г. Физика почв (Практическое руководство). 1983.

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:

Робщ = (1– dv/ d)100,

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).

Плотность почвы — важная характеристика, показывающая, в каких условиях растут и развиваются растения. От плотности почвы зависят все грунтовые режимы: воздухообмен, водопроницаемость, влагоемкость, теплоемкость, микробиологические и окислительно-восстановительные процессы. Она влияет на технологические свойства, качество обработки почвы. Все это отражается на величине и качестве урожая. При рыхлом строении пахотного слоя создаются условия для повышенного расходования влаги на испарение, а при плотном — неблагоприятные для развития корней растений.

Значительный ущерб почвам наносит агрофизическия деградация, которая проявляется в уплотнении почвы и ухудшении ее структуры.

Основные причины уплотнения почвы:

высокая степень распаханности почв;
применение интенсивного возделывания почвы;
несоблюдение чередования культур в севообороте;
недостаточное количество органических удобрений, которые вносят в почву.

Ходовые системы средств механизации в земледелии имеют неодинаковые конструктивные параметры, а потому уплотняют почву по-разному: гусеничные трактора меньше уплотняют почву, чем колесные. Ходовые системы тракторов, в которых гусеницы имеют меньший шаг, а опорные катки — менее отдалены друг от друга, способны в меньшей мере уплотнять почву. От конструкции шин зависят удельные нагрузки на грунт, деформация его при буксировке, что влияет на уплотнение почвы. Больше уплотняется грунт на периферии поля.

В результате выпадения большого количества осадков уплотнения почвы увеличивается из-за увеличения его массы, или заплывания. Орошение уплотненных почв неэффективно, поскольку нередко приводит к цементации поверхности. После подсыхания на ней образуются огромные трещины.

Во время уплотнения почвы происходит:

увеличение удельной массы грунта;
снижение общей и особенно некапиллярной пористости;
замедление роста корневой системы — уменьшается общая масса корней и затрудняется проникновение корней в пахотные и подпахотные слои почвы;
уменьшение влагообеспеченности растений;
ухудшение водно-физических свойств: влагоемкости, скорости впитывания поливной воды, уменьшение водопроницаемости;
ухудшение аэрации и биологических процессов;
усиление поверхностного стока воды и смыва мелкозема;
ухудшение питательного режима почвы;
снижение урожайности и качества сельхозпродукции.

Больше всего испытывают уплотнение старопахотные почвы. В них образуются плужные подошвы, задержание воды на которых приводит даже к оглееванию. При этом активизируется анаэробная микрофлора, усиливаются восстановительные процессы, в результате чего образуются сероводород и аммиак, которые являются токсичными для растений. Чаще всего оценку плотности почвы дают за Н. А. Качинским (табл. 1).

Плотность почвы тесно связана с другими показателями, поскольку она влияет на режимы почвы. В. В. Медведев (2004) отмечает, что водный режим как совокупность процессов поступления, перераспределения, аккумуляции и испарения влаги в почве зависит от плотности сложения. В целом считается, что рыхлый грунт лучше воспринимает влагу, чем плотный. Впитывание влаги рыхлой почвой сопровождается ее уплотнением, быстрым наступлением равновесного состояния. В то же время резко уменьшается поступление влаги в почву. Чем пышнее и хуже оструктурененной является почва, тем стремительнее происходит затухание впитывания ею влаги. Перемещение влаги внутри почвы также зависит от ее плотности. В рыхлой почве глубина промачивания больше, чем в плотной. Плотность обусловливает также и восходящие потоки влаги: физическое испарение, транспирацию. Чрезмерно рыхлая почва быстро теряет влагу, плотная — медленнее, оптимальная транспирация наблюдается при умеренном уплотнении.

В формировании воздушного режима также особая роль принадлежит плотности сложения. Воздухообмен почвы с наименьшей влагоемкостью имеет обратную линейную связь с плотностью составления, причем теснейшая зависимость — в почвах суглинистого и глинистого гранулометрического состава. Также существует связь между составом газовой фазы почвы, динамикой и плотностью грунта.

Тепловой режим, как и два указанные выше, регулируются плотностью составления. От нее зависят теплопроводность и теплоемкость почвы. Рыхление или прикатывание можно рассматривать как приемы тепловой мелиорации. В то же время плотность осуществляет существенное влияние на биологический режим почвы. Так, чрезмерное уплотнение почвы приводит к снижению биологической и ферментативной активности, и, как следствие, снижает доступность для растений элементов питания.

В результате глубокой обработки формируется рыхлое сложение пахотного слоя на варианте вспашки (1,13 г/см 3 при выращивании ячменя ярового, 1,10 — кукурузы и 1,18 г/см 3 — пшеницы озимой в среднем за вегетацию) в слое 0-30 см. В сезонной динамике из-за естественной усадки в течение вегетационного периода происходит увеличение плотности в пахотном слое чернозема обыкновенного.

На разных вариантах обработки плотность по профилю пахотного слоя распределена неравномерно. При вспашке — самый рыхлый верхний, 0-10-сантиметровый, слой. Наличие чрезмерно рыхлого верхнего слоя приводит к непроизводительным потерям влаги, что особенно нежелательно в засушливых условиях Степи. На варианте минимальной обработки в середине вегетации культур (в июне) самым уплотненным был слой почвы 10-20 см — 1,24 г/см3 под ячменем и пшеницей озимой и 1,19 — под кукурузой. Наличие уплотненного слоя вблизи поверхности положительно влияет на сохранение влаги в почве.

В. В. Медведев (2006) подчеркивает, что система агротехнических мероприятий должна быть направлена не просто на улучшение определенного свойства почвы, а на приведение ее параметров в соответствие с потребностями конкретной культуры. Оптимальные значения плотности колеблются в широких пределах. Потребности растений в плотности зависят от вологопостачання, а также от уровня обеспечения питательными элементами. Так, в условиях недостаточного увлажнения зерновые культуры лучше отзываются на повышенную плотность.

Один из путей профилактики агрофизической деградации является минимизация обработки почвы. Однако довольно распространено мнение, что снижение интенсивности обработки почвы приведет к уплотнению пахотного слоя. Научным основанием для выбора глубины обработки является разница между фактическими и оптимальными (установленными для конкретной культуры) параметрами плотности посевного и подпосевного слоя почвы. Если эти показатели совпадают или близки — основание для уменьшения глубины основной обработки почвы. Особенно актуальным является анализ показателей плотности грунта при внедрении технологии прямого посева культур (нулевой обработке почвы), при которой посев культур осуществляют в необработанный грунт специальными сеялками. Эту технологию активно внедряют в Украине, особенно в засушливых регионах.

Равновесной считают плотность горизонтов, которые долгое время не обрабатывались. В табл. 3 приведены обобщенные данные значений равновесной плотности почв.

Оптимальной считается такая плотность, при которой при прочих равных условиях получают наибольшие урожаи сельхозкультур. Многочисленными исследованиями в почвенно-климатических зонах Украины были установлены оптимальные параметры агрофизических свойств почв при выращивании сельхозкультур (табл. 4).

В лесостепной зоне на серых оподзоленных почвах, черноземах оподзоленных и типичных, в зависимости от гранулометрического состава, оптимальная плотность составляет 1,0-1,4 г/см 3 ; в степной зоне на черноземах обыкновенных и южных, темно-каштановых почвах — 1,1-1,3 г/см 3 . Приведенные интервалы плотности не является константами. Они меняются во времени и, прежде всего, в зависимости от влажности почвы. При повышенной влажности оптимум меняется к низшим значений, в условиях недостаточного увлажнения — до высших (А. М. Малиенко, 1989).

Для пшеницы озимой оптимальный диапазон плотности составляет 1,00-1,30 г/см 3 . Всех вариантов технологий она находилась в этих пределах. Для кукурузы вышеприведенные показатели для чернозема обыкновенного составляют 1,10-1,25 г/см 3 . При вспашке почва была чрезмерно рыхлой как в начале вегетации (1,08 г/см 3 ), так и в период молочно-восковой спелости (1,09 г/см 3 ). Требовательные к плотности грунта культуры — в период прорастания и лестниц. Для яровых зерновых культур оптимальные параметры плотности — 1,16-1,20 г/см 3 . Такие значения были на всех вариантах обработки и составляли 1,16 г/см 3 на пахоте, 1,17 — на минимальном и 1,20 г/см 3 на нулевом обработки в слое почвы 0-30 см. Плотный грунт в нулевом варианте обработки содержал при посеве яровых больше продуктивной влаги, что создало условия для лучшего течения биологических процессов, роста и развития растений.

Оптимизация агрофизических свойств почвы тесно связана с его обработкой и выращиваемыми культурами.

Эффективные направления минимализации обработки почвы и ослабление негативного воздействия на него средств механизации:

использование комбинированных агрегатов;
применение широкозахватных агрегатов для уменьшения количества их проходов по полю;
замена полицевих обработок менее затратными — безотвальной и поверхностной;
использование на весенних полевых работах гусеничных тракторов или колесных, но широкопрофильными шинами;
обоснованная замена механических обработок применением гербицидов.

Минимальная и нулевая обработки создают оптимальную плотность в 0-30-сантиметровом слое чернозема обыкновенного. Учитывая вышесказанное, заметим, что наиболее эффективным способом улучшения физического состояния почв является уменьшение на них действия сельхозмашин и тракторов, а также соблюдение научно обоснованных севооборотов и внесение достаточного количества органических удобрений.

Читайте также: