Каким свойством обладает почва
Что такое почва и каковы ее свойства
Почва – образованный природными и геологическими процессами поверхностный слой земной коры, обладающий плодородием, т. е. пригодный для произрастания различных форм растений.
Именно этот относительно тонкий верхний слой человек использует для выращивания с.-х. культур, имеющих хозяйственное назначение. Для того, чтобы сохранить и повысить плодородие этого тонкого слоя коры, необходимо применять рациональные приемы и средства для обработки почвы, с учетом ее физических и технологических свойств, а также почвенно-климатических условий.
***
Как образовалась почва?
Почва – уникальное образование, тончайшим слоем устилающее поверхность многих районов нашей планеты. Она является одним из важнейших факторов развития и процветания жизни на Земле – как флоры, так и фауны.
Появление почвы связано с взаимодействием органической и неорганической природы, причем органика является главным образующим звеном, без наличия которого почвообразование невозможно.
Миллионы лет назад Земля представляла собой безжизненную планету, в недрах и на поверхности которой протекали бурные природные и геологические процессы, повлекшие образование различных минералов, воды и атмосферы.
С появлением на планете воды и атмосферы, как утверждают биологи, появились и первые живые организмы – одноклеточные и микроскопические животные и водоросли, довольствовавшиеся неорганической пищей – минералами, солями, газами и другими веществами на молекулярном уровне, растворенными в воде. Они были ничтожно крохотными и практически не влияли на процессы, протекающие в окружающем мире. Тем не менее, именно эти существа положили начало почвообразованию на Земле.
Природно-геологические процессы (извержения вулканов, потоки лавы, ветра, осадки, солнечные лучи и т. п.) подготовили минеральную компоненту почвы – частицы глины, песка, ила и т. п. Отмирающие организмы – вначале микробы, затем и более высокоразвитые – криль, медузы, рыбы, земноводные – оседали на дно водоемов и смешивались с неорганической “кожей” планеты, формируя гумус и жидкие органические компоненты. С отступлением водоемов, а также с началом освоения животными и растениями суши, почвообразование приняло более широкие масштабы.
Так появилась почва – плодородный слой нашей планеты. Вначале формирование почвы протекало очень медленно – ведь органики на Земле было мало, затем, по мере освоения планеты живыми существами, этот процесс стал ускоряться. Тем не менее, и в наше время формирование почвенного слоя даже в самых благоприятных районах – чрезвычайно медленный процесс – за столетие мощность почвенного слоя увеличивается не более чем на два сантиметра.
По утверждению классика агрономии – Юстуса Либиха (1803 – 1873), почва – главное богатство любого государства, основа процветания и благополучия его граждан. Более того – падение и взлет наций этот немецкий ученый связывает именно с отношением к плодородному слою своей земли.
***
Свойства почвы
Для того, чтобы правильно обрабатывать и использовать почву для выращивания сельскохозяйственных (далее – с.-х.) культур, а также эффективно использовать с.-х. технику с соблюдением природоохранных требований, следует знать, что представляет собой почва, как таковая, ее свойства и характеристики, влияющие на плодородие, т. е. повышение урожайности.
Любая почва состоит из твердой, жидкой и газообразной составляющих частей, раздробленных и перемешанных между собой. От соотношения в почве газообразной и жидкой составляющих зависят ее технологические свойства (сухая, влажная, рыхлая, плотная и т. д.), т. е. возможность обработки.
Питательные свойства почвы во многом зависят от минералогического состава ее твердой составляющей, т. е. от первичных горных пород, из которых образована почва в данной местности, а также от количества в ней разложившейся органики – останков произраставших ранее растений и погибших животных. Оба эти фактора напрямую связаны с природно-климатическими условиями в регионе.
***
Основные физические свойства почвы:
– гранулометрический состав;
– скважность (порозность, пористость);
– плотность (объемная масса, или отношение массы образца к его объему);
– влажность.
Кроме основных свойств, почвы имеют дополнительные свойства:
– твердость;
– фрикционные свойства;
– липкость;
– удельное сопротивление почвы.
Гранулометрический состав – относительное содержание в почве первичных элементарных частиц (механических элементов) различного размера, которые подразделяют на фракции: камни (крупнее 3 мм), гравий (1-3 мм), песок (0,05-1 мм), пыль (0,001-0,05 мм), ил (0,0001-0,001 мм) и коллоидные частицы (менее 0,0001 мм).
В основе классификации почв по гранулометрическому составу положено условное разделение элементарных почвенных частиц на две основные фракции: физическую глину (размер частиц менее 0,01 мм), и физический песок (размер частиц более 0,01 мм).
В зависимости от содержания физической глины все виды почвы подразделяют на:
– глинистые (содержание физической глины более 50 %);
– суглинистые (содержание физической глины от 20 до 50 %);
– супесчаные (содержание физической глины от 10 до 20 %);
– песчаные (содержание физической глины менее 10%).
Глинистые почвы хороши для питания растений, но очень тяжелы в обработке, особенно во влажном состоянии. Органика в них разлагается медленно. Глинистые почвы называют тяжелыми почвами.
Песчаные почвы бедны элементами питания растений, плохо удерживают влагу, но очень легки в с.-х. обработке, поэтому их и называют легкими почвами. Органика в легких почвах разлагается быстро.
Наиболее удобными для выращивания с.-х. культур считаются суглинистые и супесчаные почвы, поскольку они легки в обработке, содержат достаточно большое количество питательных веществ, неплохо удерживают влагу, т. е. обладают хорошим плодородием.
Еще одно важное качество почвы – структурность.
Различают песчаные бесструктурные почвы, глинистые почвы со сплошной структурой и почвы с агрегатной структурой, т. е. состоящие из почвенных комочков, образованных склеиванием мелких частиц и элементов. Структурные агрегатные почвы (с максимальным содержанием комочков величиной 0,25 – 7 мм) считаются наиболее благоприятными для с.-х. земледелия, поскольку обеспечивают хорошее питание, воздушный и водный режимы растениям.
Скважность почвы (пористость, порозность) – отношение объема пустот в образце почвы к общему объему этого образца и выражается в процентах. Скважность почвы зависит от размеров почвенных частиц, и составляет для песчаных и супесчаных почв – 40-50%, для глинистых и суглинистых почв – 50-60 %, для торфяников – 80-90 %.
Плотность почвы – отношение массы почвенного образца к его объему, причем образец берется без нарушения естественного сложения почвы (без разрыхления, уплотнения и т. п. ).
Плотность почвы напрямую зависит от ее гранулометрического состава и скважности. Чем пористей и рыхлей почва – тем выше ее плодородные свойства и ниже плотность. Обычно плотность различных почв варьирует в пределах от 0,9 до 1,8 г/см3.
Для разных видов с.-х. культур существует наиболее оптимальная плотность почв, например:
– зерновые колосовые культуры – 1,1 – 1,3 г/см3;
– картофель и подсолнечник – 1,0 – 1,2 г/см3;
– сахарная свекла – 1,1 – 1,5 г/см3 и т. д.
Влажность почвы – характеризуется наличием в ее составе воды, как в связанном, так и в свободном состоянии. На технологические свойства почвы (в т. ч. липкость, пластичность) влияет только свободная вода, доступная корням растений. При оптимальном количестве влаги в почве она легко крошится на частицы, и для ее обработки необходим минимум затрат энергии. Такое состояние почвы называют ее физической спелостью.
Влажность почвы оценивают по абсолютной составляющей и относительной составляющей.
Абсолютная влажность – соотношение между сухой составляющей почвы и влагой, содержащейся в ней (в %).
Относительная влажность – соотношение между абсолютной влажностью образца почвы и максимальной влагоемкостью этого образца, т. е. до предела насыщенного водой (в %).
Физическая спелость почвы наступает при абсолютной влажности 15-30 % и относительной влажности – 40-70 %.
Твердость почвы – ее способность сопротивляться смятию. Обычно твердость измеряют специальным прибором – твердомером, имеющим плунжер-конус, вдавливаемый в образец почвы. Полученный отпечаток измеряют и по формулам определяют твердость образца в н/см2.
Фрикционные свойства почвы – качественная характеристика, выражающаяся в трении почвы о поверхность рабочих органов машин при обработке или внутреннем трении между слоями почвы.
Липкость почвы – способность частиц почвы склеиваться и прилипать к различным предметам, в т. ч. и к рабочим органам машин. Липкость, в основном, зависит от гранулометрического состава почвы и ее влажности, а также материала рабочего органа машины. Повышенная липкость существенно снижает качество обработки почвы и повышает тяговое усилие при обработке, что сказывается на повышении затрат.
Удельное сопротивление почвы – усилие, необходимое для обработки (например, вспашки) единицы площади поперечного сечения пласта. По затрачиваемому усилию почвы подразделяют на тяжелые, среднетяжелые, средние и легкие.
***
Небольшой видеоролик рассказывает о том, что такое почва, как она образуется и какие типы почвы встречаются в нашей стране. Фильм предназначен для школьников, однако будет интересен и тем, кто изучает основы агрономии.
Важно: для просмотра фильма необходимо, чтобы на вашем компьютере была установлена программа просмотра видеоматериалов из Интернета Adobe Flash Player (если у вас ее нет, можно бесплатно скачать здесь), ну и, конечно же, достаточная скорость.
***
Исследование образцов почвы
Источник
Почва – поверхностный слой земной коры, несущий на себе растительный покров суши и обладающий плодородием. Колоссальное вечное природное богатство, неиссякаемый источник, обеспечивающий человека продуктами питания, животных — кормами, а промышленность — сырьем. Веками и тысячелетиями создавалась она, и умножать это богатство — долг земледельца. Чтобы правильно использовать почву, надо знать, как она образовалась, её строение, состав и свойства.
Основатель научного почвоведения В. В. Докучаев показал, что почва есть самостоятельное природное тело, образовавшееся из поверхностных слоев горных пород под совместным действием воды, воздуха и различных организмов. Таким образом, природными факторами почвообразования являются материнская (почвообразующая) горная порода, климат (вода, воздух, тепло), живые организмы (растения, животные и микроорганизмы), рельеф местности и возраст страны (т. е. продолжительность почвообразования). В условиях хозяйственного использования почвы фактором почвообразования становится также хозяйственная деятельность человека (обработка, мелиорация, удобрения, посевы, эксплуатация лесных и других угодий, устройство постоянных плодовых и иных насаждений и т. п.). Совокупность почвы того или иного участка земной поверхности называют его почвенным покровом.
Агрофизические свойства почвы.
В отличие от горной породы, характерным и неотъемлемым свойством почвы является ее плодородие – способность обеспечивать растущие растения питательными веществами и влагой и тем самым участвовать в создании урожая. В зависимости от условий образования почвы природное плодородие может достигать различного уровня. Почва служит основным средством сельскохозяйственного производства и всеобщим предметом человеческого труда. Подвергаясь воздействию человека, она приобретает эффективное плодородие, которое зависит от уровня науки и техники, а также от системы общественных отношений.
Характеризуя процесс почвообразования и факторы, его обусловливающие, П. А. Костычев (1949) на первое место выдвигал физические свойства почвы, особенно плотность ее сложения. И. Б. Ревут (1975) считал, что с плотностью сложения связан весь комплекс физических и биофизических процессов в почве.
П. Г. Семихненко (1972) писал, что частыми обработками ухудшаются структура и сложение почвы и с этими неблагоприятными условиями вынуждены бороться еще более частыми обработками почвы. Круг замкнулся. Радикально улучшить агрофизические свойства почв на фоне отвальной вспашки не представляется возможным. Значительное улучшение агрофизических свойств почвы возможно при обработке ее без оборота пласта с оставлением на поверхности стерни и пожнивных остатков.
Плотность сложения почвы. При оставлении на поверхности почвы стерни и пожнивных остатков не образуется почвенной корки, благодаря чему улучшатся водопроницаемость и воздухообмен; накапливается больше влаги, и почва разуплотняется; увеличивается содержание органического вещества в верхнем слое почвы, что повышает ее структурность; при рыхлении без оборота пласта постепенно исчезает плужная подошва.
Удельный вес почвы – отношение веса твердой фазы (почвенных частиц) к весу того же объема воды при 4°С. Наибольший удельный вес имеет минеральная почва, например песчаная с высоким содержанием кварца (удельный вес 2,65); удельный вес перегноя и торфа 1,6. Поэтому почвы с большим количеством гумуса отличаются меньшим удельным весом (так, у мощного чернозема он 2,37).
Объемный вес почвы – вес единицы объема (1 см3) сухой почвы в ее естественном состоянии. Объемный вес пахотного слоя грубозернистой песчаной почвы 1,8; подзолистой суглинистой 1,2; типичного чернозема 1,0 (удельный и объемный вес почвы в перегнойном горизонте меньше, чем в нижележащих горизонтах).
Исходя из объемного веса, вычисляют вес пахотного слоя на 1 га. Для подзолистых суглинков он будет 2,5 – 3 тыс. т. (при глубине 20 см.). Величина плотности определяется удельным весом почвенных частиц и зависит от зональных особенностей почв. Плотность пахотного слоя дерново-подзолистых почв 1,2 – 1,4 г. на 1 см3, черноземов около 1 г., подпахотных горизонтов до 2 г. на 1 см3.
Почва состоит из твердой фазы (почвенных комочков) и промежутков между ними, или пор. Общий объем пор в процентах по отношению ко всему объему почвы называется пористостью, или скважностью почвы. Поры могут быть заняты водой или воздухом. Агрономически наиболее благоприятно, когда поры почвы, занятые водой и воздухом, имеют отношение 1:1. Такое соотношение отражает благоприятный водный и воздушный режим в почве, способствует биологической активности.
Пористость различают капиллярную (объем промежутков капиллярного сечения), некапиллярную (промежутки более широкие, чем капилляры) и общую.
Физико-механические свойства почвы – связность, пластичность, липкость, набухание и усадка – имеют значение при механической обработке, так как от них зависит удельное сопротивление почвы орудиям обработки.
Ø Связность способность почвы противостоять механическому воздействию. Она зависит от силы сцепления частиц. Наибольшей связностью обладают почвы тяжелые, уплотненные, пересохшие.
Ø Пластичность – способность почвы во влажном состоянии изменять форму и сохранять ее. Наиболее высокая пластичность присуща глинистым почвам, менее пластичны супесчаные и песчаные почвы.
Ø Липкость – прилипание почвы к орудиям обработки. Глинистые бесструктурные почвы, а также насыщенные натрием (солонцы) отличаются сильной липкостью. Прилипание увеличивается с повышением влажности почвы.
Ø Набухание – способность почвы изменять объем вследствие увлажнения и замерзания. К набуханию способны почвы с большим содержанием органического вещества, насыщенные натрием, а также тяжелые (глинистые) почвы, богатые коллоидами. При изменении объема в почве могут образовываться трещины, а также происходить разрывы корне, выпирание узла кущения и другие, неблагоприятные для растений явления.
Ø Усадка почвы – процесс, обратный набуханию, проявляющийся при высыхании, свойственен бесструктурным почвам.
Для агрономической характеристики состояния почвы, под которой понимают пригодность почвы для механической обработки. Она зависит от состояния влажности, связности, пластичности, липкости.
Спелая почва легко обрабатывается орудиями, не прилипает к ним, не мажется, не образует глыб, а крошится при обработке на мелкие комки.
В результате систематического уплотнения почвы пяткой плуга при вспашке на одну и ту же глубину, образуется в верхней части подпахотного слоя плотная прослойка почвы, или плужная подошва. Для предупреждения ее возникновения следует пахать поле на разную глубину и в разных направлениях.
Вода, находящаяся в почве и содержащая различные растворенные в ней вещества, называется почвенным раствором. Почвенная влага испытывает действие сил различного характера: силы тяжести, сорбционных сил, исходящих от поверхности почвенных частиц, капиллярных и осмотических. Сорбционные силы достигают значительной величины (несколько тысяч атмосфер), но действуют на короткое расстояние и создают вокруг почвенных частиц оболочку из прочносвязанной влаги, состоящую из двух молекулярных слоев. Плотность ее, по-видимому, более единицы – она не способна растворять электролиты. Поверх этой оболочки образуется слой рыхлосвязанной влаги, толщиной 10 –15 молекулярных слоев, которая отличается от обыкновенной воды лишь тем, что ее молекулы определенным образом ориентированы по отношению к почвенным частицам. Сорбция воды частицами почвы (гигроскопичность почвы) может начинаться с сорбции водяного пара. Наибольшее количество воды, которое может быть сорбировано из водяного пара при относительной влажности воздуха, близкой к 10%, называется максимальной гигроскопичностью почвы. Водоподъемная способность почвы обусловлена капиллярными силами и выражается в том, что влага поднимается над уровнем грунтовой воды. Высота подъема тем больше, чем тяжелее почва по механическому составу и чем, следовательно, мельче в ней поры. В песчаных почвах высота подъема 30 – 40 см, в суглинистых и глинистых может достигать 3 – 4 м. Такая влага в природе встречается над зеркалом грунтовой воды; называется она капиллярно подпертой влагой и образует так называемую капиллярную кайму. В слое над капиллярной каймой (надкапиллярном слое) содержится подвешенная влага, которая удерживается преимущественно сорбционными, отчасти капиллярными силами. Наибольшее количество подвешенной влаги соответствует наименьшей влагоемкости почвы. Часть влаги, содержащаяся в почве сверх этой величины, в том числе и в капиллярной кайме, способна передвигаться под влиянием силы тяжести (гравитационная влага). Под водопроницаемостью почвы понимают ее способность фильтровать через себя воду. Водопроницаемость тем выше, чем легче механический состав почвы. В почвах глинистых и суглинистых водопроницаемость зависит от степени их оструктуренности. Растения могут усваивать не всю полученную влагу. Прочносвязанная влага полностью не усвояема для растений, с трудом усвояется и часть рыхлосвязанной. Устойчивое завядание растений начинается при влажности, которая называется почвенной влажностью устойчивого завядания; она несколько превышает максимальную гигроскопичность (в 1,3 – 1,5 раза). Содержание влаги в почве (влажность почвы) выражают в процентах от веса почвы или от ее объема; запас влаги в том или ином слое почвы – в миллиметрах водного слоя.
Совокупность поступление влаги, ее передвижения и расхода называется водным режимом почвы. Он играет большую роль в почвообразовании и влагообеспечении растений. Важнейший источник влаги для растений – атмосферные осадки. Залегающая не глубоко от поверхности грунтовая вода тоже может быть источником влаги. Влага атмосферных осадков, поступающая на поверхность почвы, частично стекает по ней, образуя поверхностный сток, который может вызвать смыв и эрозию почвы. Остальная часть проникает и впитывается в почву. Она может расходоваться на десукцию ее растениями и затем возвращаться в атмосферу в процессе транспирации растений. Часть влаги испаряется в атмосферу непосредственно, а часть может стекать в грунтовые воды. В зависимости от относительного развития этих явлений может создаваться водный режим разного типа. Г. Н. Высоцким было установлено три основных типа водного режима почвы: промывной, непромывной и выпотной. При промывном режиме, характерном для почв степной полосы, количество впитавшейся влаги равно количеству , возвратившемуся в атмосферу путем прямого испарения или дусукции и транспирации растениями. При этом корнеобитаемый слой к концу лета сильно просыхает. Под корнеобитаемым слоем образуется постоянно существующий сухой горизонт, влажность которого равна или близка к влажности завядания – так называемый мертвый горизонт иссушения. Выпотной тип водного режима создается при близком к поверхности залегания грунтовых вод и при условии, что количество испаряющейся непосредственно или через растения влаги больше, чем сумма осадков. Разность покрывается за счет поступления влаги из грунтовых вод, которые «выпотевают» в почву. Этот тип водного режима характерен для почв вторичного засоления.
Тепловой режим почвы определяется притоком тепла, важнейший источник которого – солнечная радиация, нагреванием почвы и последующим ее охлаждением. В тепловом режиме наблюдается двойной – суточный и годовой – режим. Как в суточном, так и в годовом режимах имеются две волны (нагрева и охлаждения), причем с увеличением глубины обе они появляются с опозданием тем большим, чем больше глубина. Суточные колебания температур простираются на глубину до 50 – 60 см., а годовые – до 15 – 18 м. В местностях с низкими температурами зимой наблюдается промерзание почвы. Его глубина может варьировать от нескольких сантиметров до нескольких метров, в зависимости от температуры воздуха и толщины снежного покрова. Оттаивание почвы весной может начинаться снизу, еде до схода снежного покрова. По мере освобождения поверхности почвы от снега она начинает оттаивать сверху вниз. В зависимости от глубины промерзания и температуры мерзлого слоя полное оттаивание может завершаться весной или в середине (даже в конце) лета. В северных районах с коротким и холодным летом успевает оттаять лишь верхний слой почвы, под которым находится слой мерзлой почвы (явление вечной мерзлоты).
Источник