Какое технологическое свойство почвы оказывает влияние на качество обработки

Обновлено: 04.07.2024

Условия, определяющие качество обработки почвы

Условия, определяющие качество обработки почвы. От них зависит эффективность любого приема обработки почвы, они определяют основные технологические операции. В свою очередь, качество обработки почвы зависит от конструкции применяемых орудий (форма отвала плуга и др.), скорости движения орудий и технологических свойств почвы. Важнейшие из них — связность, пластичность, липкость и физическая спелость.
Связность — способность почвы оказывать сопротивление раздавливанию и расклиниванию. Она зависит от механического состава, наличия органического вещества, солонцеватости и других причин. При вспашке плугами с предплужниками сопротивление меньше На легких почвах — песчаных, супесчаных и легких суглинках (0,2—0,35 кг/см2) и больше на тяжелых суглинистых и глинистых почвах (0,55—0,8 кг/см2), на целинных и залежных землях, на солончаках и солонцах (0,8— 2 кг/см2 и более).
Наличие большого количества перегноя (гумуса) повышает связность легких и структурных почв и уменьшает связность засоленных и тяжелых по механическому составу бесструктурных почв.
Пластичность — способность почвы под действием орудий обработки изменять свою форму и сохранять ее неопределенно долгое время. Пластичность имеет большое значение при обработке почвы, так как при нижней границе пластичности начинается деформация почвы.
Липкость почвы — способность почвенных частиц прилипать к другим предметам, например к рабочим органам почвообрабатывающих орудий. Измеряется она усилием (в граммах), приходящимся на единицу площади (см2), необходимым для вертикального отрыва почвы или горизонтального сдвига (с отвала плуга) прилипшей почвы. Липкость с увеличением глинистости спыленности структуры увеличивается; с ростом влажности почвы липкость сначала увеличивается, а затем падает. Но почвенные частицы способны прилипать и одна к другой, тогда липкость обусловливает создание мелкокомковатой структуры, а также корки, глыбистости.
Физическая спелость почвы — это такое состояние почвы, когда она при обработке не прилипает к рабочим органам орудий обработки и хорошо крошится. Она связана с влажностью почвы. В зависимости от механического состава и других показателей почвы влажность физической спелости колеблется в широких пределах от наименьшей влагоемкости. На легких по механическому составу почвах (песчаных, супесчаных) физическая спелость почвы наступает при влажности 40—70% наименьшей влагоемкости; на тяжелых — суглинистых и глинистых — при 50—65%. На почвах с хорошо выраженной структурой также меняется граница оптимальной влажности для ее обработки. Структурная почва при той же влажности, что и почва бесструктурная, обладает меньшей связностью и не прилипает к обрабатывающим орудиям. Поэтому на структурных почвах интервал влажности для хорошей обработки шире, чем на бесструктурных.
Глинистая почва с влажностью 80% и выше при обработке не крошится, а отрезается плугом лентами с глянцевитой поверхностью. Она плохо крошится и при высыхании образует крупные глыбы.

К основным свойствам почвы, от которых зависит качество обработки почвы, относятся: пластичность, липкость, связность, физическая спелость.

· Пластичность – способность почвы изменять свою форму под влиянием внешних сил без образования трещин и длительно сохранять ее. Пластичностью обладают глинистые, суглинистые и супесчаные почвы во влажном состоянии. Как в сухом, так и во влажном состоянии почвы не пластичны.

Влажность почвы, при которой она начинает течь, называется верхним пределом пластичности (предел текучести).

На пластичность почвы оказывают влияние состав коллоидной фракции, состав обменных катионов, содержание гумуса. С увеличением гумусированности почвы пластичность уменьшается.

· Липкость – свойство влажной почвы прилипать к другим телам. На липкость существенное влияние оказывает механический состав почвы. Глинистые почвы обладают большей липкостью, чем песчаные.

При увеличении степени насыщения почвы кальцием прилипание снижается, а натрием увеличивается. Из – за прилипания почвы к рабочим органам орудий их тяговое сопротивление увеличивается, и качество обработке ухудшается.

· Связность – способность почвы оказывать сопротивление внешнему усилию, стремящемуся разъединить почвенные частицы.

Она зависит от механического состава, структуры и влажности почвы. Наименьшую связность имеют песчаные почвы, наибольшую – глинистые. Бесструктурные почвы характеризуются максимальной связностью.

В сухом состоянии связность почвы наибольшая. По мере увлажнения почвы связность уменьшается и достигает наименьшего значения при влажности, характеризующей физическую спелость почвы.

· Биологическая спелость – почва делается рыхлой, но не распыленной, издает особый запах, темнеет, и становиться упругой. Эти изменения происходят в почве благодаря усиленной деятельности аэробных микроорганизмов, способствующих разложению органических веществ с выделением большого количества углекислого газа и летучих ароматических соединений. Биологическая спелость почвы неразрывно связана с е физической спелостью, которая наступает весной значительно раньше.

· Физическая спелость – состояние почвы, при котором она не прилипает к органам с\х орудий и хорошо крошится.

Весной раньше других наступает физическая спелость у песчаных и супесчаных почв, т.к. интервал влажности, при котором их можно обрабатывать, шире, чем у тяжелых почв. Высокое содержание гумуса способствует более раннему поспеванию почвы по сравнению с малогумусными.

Для придания почве благоприятной структуры ее необходимо обрабатывать в состоянии физической спелости. При обработке суглинистых и глинистых почв в спелом состоянии они легко крошатся на комки оптимального размера. При вспашке почвы в переувлажненном состоянии образуется сплошной пласт, который быстро теряет воду, и дальнейшее его разделывание приводит к сильному разрушению структуры. Вспашка сухой почвы сопровождается появлением крупных глыб и комков.

Наступление физической спелости почвы можно определить следующим образом. В нескольких местах на поле нужно взять немного почвы, слегка ее сжать и с высоты пояса человека уронить на землю. При этом спелая суглинистая и супесчаная почва распадается на мелкие комочки, а глинистая при падении не меняет сделанной в руке формы. Неспелая почва при падении сплющивается.

Физическая спелость почвы в пределах одного поля наступает неодновременно, поэтому обрабатывать ее надо выборочно, но по мере подсыхания отдельных участков.

Физико-механические свойства почвы — один из важнейших факторов, определяющих качество ее обработки и условия роста и развития культурных растений, уровень их урожайности. Наи­большее значение при этом имеют структура, плотность, твер­дость и липкость почвы. Эти свойства в сочетании с влажностью определяют готовность почвы к обработке, ее качество и условия жизни растений.

Агрономически ценная комковато-зернистая структура, при­давая почве рыхлое сложение, облегчает прорастание и распро­странение корней растений, а также уменьшает энергетические затраты на механическую обработку почвы. Бесструктурные по­чвы по сравнению со структурными, обладая большей связнос­тью, оказывают и более сильное удельное сопротивление при обработке.

Плотность и структурность пахотного слоя в значительной сте­пени зависят от гранулометрического состава почвы и ее генезиса. В процессе механической обработки почвы эти характеристики изменяются. Их трансформация направлена на оптимизацию ус­ловий аэрации корнеобитаемого слоя почвы.

Наиболее благоприятные условия воздухообмена для роста и развития сельскохозяйственных культур, возделываемых на под­золистых почвах, достигаются при механической обработке поч­вы, когда общая пористость составляет 45—55 %, некапилляр­ная 20—25, а капиллярная 25—30 % объема почвы. Оптимиза­ция воздухообмена в корнеобитаемом слое черноземов предпо­лагает повышение общей пористости до 60—65 %, а пористости аэрации до 25 %.

Понижение значений пористости аэрации до 12—15 % объе­ма почвы приводит к снижению урожайности возделываемых культур.

Стабилизация оптимальных значений воздухообмена обраба­тываемого слоя почвы во многом определяется структурностью почвы и и водоустойчивостью ее агрегатов.

Оптимальное содержание водопрочных агрегатов (0,25—10 мм) для оподзоленных почв составляет 30—45 %, черноземов 45—60 %. При этом в пахотном слое доля агрегатов диаметром 0,25—30 мм должна достигать 80 %, а глыбистость поверхностного слоя не превышать 20 %. Данный качественный состав почвенных агрега­тов позволяет пахотному горизонту длительное время поддержи­вать задаваемые параметры.

Утрата обрабатываемой почвой агрономически ценной струк­туры способствует ухудшению ее водно-воздушных свойств.

Пересыхание верхнего слоя приводит к повышению твердости почвы, которая оказывает значительное влияние на обработку по­чвы, рост корневой системы растений. Достижение критических значений твердости (при уплотнении почвы тяжелой сельскохо­зяйственной техникой) — 10 кг/см 2 обусловливает приостановку роста корневой системы растений. Это особенно важно для фор­мирования корнеплодов у сахарной свеклы, моркови, клубней у картофеля.

Повышение влажности почвы до определенного предела, когда сила сцепления между частицами почвы становится меньше, чем между почвой и рабочей поверхностью орудия, приводит к появ­лению липкости почвы. При этом происходит пластичное дефор­мирование почвы. Это приводит к нарушению пористости, зама­зыванию, образованию корки, глыб и плужной подошвы. Состоя­ние почвы при этом практически необратимо, т.е. не может быть устранено или изменено в короткий срок агротехническими при­емами.

Проблема улучшения физико-механических свойств почвы — одна из главных в земледелии, так как от этого зависят увеличе­ние урожайности сельскохозяйственных культур и повышение производства продукции растениеводства.

Множество приемов регулирования физико-механических свойств и восстановления почвенной структуры можно объеди­нить в три большие группы: механические, химические, биологи­ческие.

Приемы первой группы включают интенсивную механичес­кую обработку почвы, почвоуглубление, щелевание и т.д. Эти приемы позволяют существенно улучшить физико-механические свойства почвы. Однако действие их кратковременное, и поэто­му для достижения продолжительного эффекта необходимо сис­тематическое многократное применение их. Следует отметить, что систематические интенсивные механические обработки способ­ствуют увеличению доли микроструктуры (илистых фракций) в структуре почвы и снижают водопрочность. Следовательно, меха­нические приемы регулирования физико-механических свойств, улучшая почвенные условия роста и развития растений в момент их применения, обусловливают значительное ухудшение их в перспективе.

Приемы второй группы — химические, включают использование для улучшения структуры и физико-механических свойств почвы различных химических веществ, называемых структуроулучшателями. Применение их повышает коэффициент структурности почв. Использование этих веществ перспективно, но ограничено эконо­мической целесообразностью. К приемам этой группы можно от­нести известкование кислых почв и гипсование солонцов. В ре­зультате известкования почва становится структурной, увеличи­вается ее водопроницаемость и уменьшается плотность. Извест-106 кованные почвы имеют более благоприятные физико-механичес­кие свойства.

Гипсованием устраняют щелочную реакцию солонцовых почв, улучшают их физические свойства и структурное состояние. Твердость и сопротивление при обработке, липкость и другие физико-механические свойства в результате замещения погло­щенного натрия кальцием становятся более благоприятными в агрономическом отношении. Однако применением известко­вания и гипсования нельзя полностью решить проблему улуч­шения физико-механических свойств и структуры почвы, так как решение ее выходит далеко за пределы кислых и щелоч­ных почв.

Приемы третьей группы — биологические, они направлены на
повышение содержания органического вещества (гумуса) в поч­
ве. Эти приемы универсальны и долговечны. С увеличением со­
держания гумуса в почве улучшаются не только ее физико-ме­
ханические и химические свойства, но и все почвенные режи­мы: пищевой, водный, воздушный. Результаты наших исследова­ний свидетельствуют о том, что с повышением содержания гумуса в почве уменьшается ее плотность и повышается устойчивость к различным деформациям. При содержании гумуса в почве 3,7 % и более равновесная плотность почвы устанавливается на опти­мальной для культурных растений величине. Такие почвы да­же после принудительного уплотнения способны под действием естественных факторов (увлажнение, замораживание, высушива­ние) к разуплотнению и не требуют рыхления с целью регули­рования физических свойств. Почвы с содержанием гумуса ме­нее 3,7 % после принудительного уплотнения не восстанавлива­ют исходной плотности. На таких почвах необходима механи­ческая обработка как средство регулирования физико-механи­ческих свойств.

К биологическим приемам регулирования физико-механи­ческих свойств почвы относят: совершенствование севооборо­тов, включающее увеличение доли многолетних трав в струк­туре посевных площадей; применение сидеральных культур; увеличение объема вносимых органических удобрений; опти­мизацию обработки почвы, направленную на уменьшение ин­тенсивности и глубины рыхлений с целью снижения темпов минерализации органического вещества почвы и распыления структуры.

Контрольные вопросы и задания

1. Перечислите физико-механические свойства почвы. 2. Дайте характерис­тику агрономическиценной структуры. 3. Что такое спелость почвы? 4. Как обра­зуется плужная подошва? Каковы ее вред и пути преодоления? 5. Назовите при­емы регулирования физико-механических свойств почвы.

Почва – многофазная дисперсная среда, состоящая из твердых, жидких и газообразных частиц, перемешанных между собой в различных соотношениях. Как объект обработки почва является материалом, обладающим разнообразными свойствами в зависимости от ее вида, структуры и состояния. Свойства почвы имеют решающее значение для оценки качественных и энергетических показателей технологических процессов, происходящих в почве под воздействием рабочих органов почвообрабатывающих машин.

Механический состав. В зависимости от размеров твердые частицы почвы подразделяются на каменистые включения (размер частиц более 1 мм) и мелкозем (частицы размером менее 1 мм). При определении типа почвы по механическом составу анализируют только мелкозем и ориентируются на процентное содержание в почве физического песка и физической глины. Частицы размером менее 0,01 мм относят к почвенной глине, а более 0,01 мм – к физическому песку. По содержанию физической глины почвы получили различные наименования: глинистые (более 50% ‑ глина), суглинистые (50%-20% глины), супесчаные (20%-10% глины) и песчаные (менее 10% глины).

Чем больше в почве содержится физической глины, тем труднее она обрабатывается. Суглинистые и супесчаные почвы по своим свойствам занимают промежуточное положение и сравнительно легко крошатся, хорошо поглощают и удерживают влагу, обладают высоким плодородием.

Структура почвы. В процессе почвообразования происходит коагуляция и слипание первичных частиц, в результате чего образуются новые, более крупные агрегаты различного размера. Структурные образования размером 0,25 мм условно принято называть микроагрегатами, а более крупные – макроагрегатами почвы. Считается, что при механической обработке почвы нельзя допускать ее разрушения до частиц менее 0,25 мм, так как это приводит к разрушению структурных агрегатов и ветровой эрозии почв.

2. Физико-механические свойства почвы.

Применительно к целям обработки различают физические свойства почвы. Основные физические свойства почвы – влажность, скважность, плотность, структура, каменистость и т.д.

Коэффициент структурности почвы служит ее оценкой после обработки. Он определяется так:

где и – соответственно массы агрегатов размером 0,25…7 мм и остальной части почвы.

Абсолютная плотность почвы представляет собой отношение массы ту абсолютно сухой искусственно уплотненной почвы к ее объему V, то есть:

Объемная масса представляет собой отношение массы тн абсолютно сухой почвы с ненарушенным сложением (включая поры) к ее объему V, то есть:

Действительная объемная масса представляет собой отношение массы почвы тв с имеющейся в ней влагой к ее объему V, то есть:

Очевидно, что объемная масса и действительная объемная масса находятся в зависимости:

где W – весовая влажность в долях.

У культурной пашни среднее значение плотности ρ=1,0…1,1 г/см 3 и зависит от количества перегноя в ней. При ρ=1,2 г/см 3 – почва уплотнена, а при 1,3…1,4 г/см 3 сильно уплотнена.

Абсолютная влажность почвы Waхарактеризуется содержанием воды в единице веса сухого вещества и определяется по формуле:

где и ‑ масса, соответственно влажной и сухой почвы, г.

Относительная влажность Wo определяется при сравнении влажности почв разного механического состава по формуле:

где Wn ‑ полевая влагоемкость почвы – это количество воды, удерживаемая в себе обильно смоченная почва после стекания гравитационной влаги.

Оптимальной влажностью при обработке почвы можно считать: для подзолистой песчаной 12%, дерновоподзолистых суглинистых – 12…22%; черноземов – 17…30%.

Скважность (пористость) – это объем пустот в почве, заполненных водой и воздухом и определяемый из отношения объема пустот к общему объему исследуемой почвы:

Чем меньше диаметр твердых частиц, образующих почву, тем больше ее скважность. У глины и суглинистых почв она составляет 50…60%, у песчаных почв 40…45%, у торфяников – 80…90%.




3. Технологические свойства почвы.

Свойства почвы, которые проявляются только в процессе ее обработки и оказывают влияние на закономерности и характер протекания технологического процесса, называются технологическими. К ним относятся: способность к крошению, твердость, коэффициенты внешнего и внутреннего трения, сопротивления различного рода деформациями и т.д.

Способность почвы к крошению выражается отношением массы комков размером меньше 50 мм к массе почвы в пробе, выраженным в процентах. Пределом нецелесообразности обработки почвы считают количество пылевых частиц, близкое к 30% по объему.

Идеальной считается такая обработка почвы, когда на глубине заделки семян ее составные части достигают размеров 0,25-7 мм, что возможно только в состоянии физической спелости, то есть при оптимальной влажности.

Твердость почвы – способность сопротивляться внедрению в нее под давлением какого-либо твердого тела в виде конуса цилиндра или шара. Твердость – сравнительный показатель механических свойств почвы.

Для измерения твердости почв служат приборы – твердомеры (рис. 1).



Рисунок 1 – Твердомер:

а) схема твердомера: 1 – штанга; 2 – пружина; 3 – рукоятка; 4 – деформатор (наконечник); 5 – опора; б) диаграмма твердомера: 1 – с цилиндрическим наконечником; 2 – с коническим наконечником.

Для твердомеров стандартом предусматривается применение наконечников конической формы двух размеров: с площадью основания 1 см 2 и углом при вершине 2α=22°30’ – для твердых почв и с площадью основания 2 см 2 и углом 2α=30° ‑ для рыхлых почв. Твердомеры снабжаются пишущим устройством, которое вычерчивает диаграмму Р=f(h) при внедрении наконечника в почву. На данной диаграмме (рис. 2) можно выделить характерные участки. На участке ОА сопротивление почвы растет пропорционально ее деформации (точка А – предел пропорциональности). На участке АВ возрастание деформации не вызывает увеличения силы, то есть почва продолжает деформироваться без увеличения давления на нее (точка В – предел текучести). На участке ВС смятие и уплотнение почвы происходит под воздействием на нее конусообразного ядра из сильно уплотненной почвы, который расклинивает нижерасположенные слои, встречая постоянное сопротивление (точка С – предел пластичности).


Рисунок 2 – Диаграмма твердомера.

По данным этой диаграммы определяется стандартная твердость почвы по формуле:

где h – средняя ордината диаграммы твердомера, определяемая методом планиметрирования, см;

qп – жесткость пружины, определяемая тарировкой, Н/см;

S – площадь основания конуса, см 2 .

По диаграмме твердомера, кроме твердости почвы можно определить предельное значение удельного давления или несущую способность почвы:

и коэффициент объемного смятия:

где Ра и Рв – силы, отвечающие соответственно пределу пропорциональности и пределу текучести.

la – погружение плунжера в пределах пропорциональности, см.

Для жнивья, паров, лугов q = 5…10 Н/см 3 , для грунтовой дороги q = 50…90 Н/см 3 .

Трение почвы ‑ это сопротивление скольжению одного тела относительно другого, с ним соприкасающегося (внешнее трение), или одних частиц одного и того же тела относительно других (внутреннее трение). Трение характеризуется силой трения или силой реакции, вызванной внешней силой, стремящейся создать скольжение одной поверхности относительно другой при нормальном давлении.

Сила трения определяется по формуле:

где – нормальная сила, Н;

и - соответственно коэффициент и угол трения.

Коэффициент трения для разных почв колеблется от 0,25 до 0,90, угол трения от 14° до 42°. Для ориентировочных расчетов принимают f=0,5, что соответствует углу трения =26°30'.

Удельное сопротивление почв k принято в качестве показателя трудности обработки почв и определятся по формуле:

где Р ‑ общее сопротивление плуга, измеренное динамометром, Н;

а ‑ глубина пахоты, см;

b ‑ ширина захвата корпуса см;

п ‑ число корпусов плуга.

Удельное сопротивление почвы зависит от ее механического состава, структуры, степени уплотненности, задернелости, влажности и т. п.

Почвы с удельным сопротивлением до 3 Н/см 2 считаются легкими, от 3 до 5 - средними, от 5 до 7 - среднетяжелыми и от 7 до 12 Н/см 2 - тяжелыми.

Липкость почвы ‑ это способность почвы склеиваться и прилипать к различным поверхностям. Липкость характеризуется усилием, отнесенным к 1см 2 соприкасающейся с почвой стальной поверхности, необходимым для ее отрыва. Липкость зависит от влажности почвы, дисперсности, свойств материала рабочего органа, чистоты его поверхности и удельного давления. С увеличением дисперсности липкость почвы увеличивается. Поэтому глинистые почвы наиболее липкие.

Читайте также: