Определение сложения почвы

Под сложением почвы понимается внешнее выражение её плотности и порозности (порозность, или скважность, - это сумма всех пустот в почве). Сложение тесно связано с механическим составом, структурностью, влажностью и другими свойствами, определяющими связность почвенной массы. Сложение включает характеристики плотности, трещиноватости, пористости почвы.

Плотность почвы - важнейший агрономический признак почвы. В зависимости от степени плотности почвы создаются благоприятные или неблагоприятные условия для развития корней растений, изменяется её водо- и воздухопроницаемость, возрастает или уменьшается сопротивление её в процессе обработки сельскохозяйственными машинами. Степень плотности почвы зависит от сочетания многих факторов. Так, на лёгких почвах, если они не сцементированы, не возникает высокой плотности, глинистые почвы, напротив, склонны к образованию плотных горизонтов. В то же время комковатая, зернистая и ореховатая структуры, присутствие карбоната кальция, а также высокая насыщенность корнями и почвенной фауной делают рыхлыми даже глинистые почвы.

Плотность почвы при морфологическом анализе в полевых условиях определяют с помощью ножа: вдавливают его в нескольких местах каждого генетического горизонта, используя только мускульную силу руки. Следует учитывать, что на сухой и свежей почвах трение ножа сильнее, отчего плотность их будет казаться выше. Нож должен быть острым, с тонким лезвием, длиной до 20 см, с удобной рукояткой.

Различают 5 категорий плотности сложения.

1. Очень плотное сложение - почва почти не поддаётся копке лопатой, требуется применение лома или механического бура. В сухом состоянии она монолитная, нож не входит в почву или оставляет в почве лишь неглубокую отметку (1 - 2 см). Механическая прочность обусловлена цементацией почвенной массы минеральными коллоидами или высоким содержанием минералов группы монтмориллонита. Во влажном состоянии почва очень вязкая и пластичная. Очень плотное сложение характерно для слитых почв, иллювиальных горизонтов солонцов и сцементированных, оруденелых горизонтов гидроморфных почв.

2. Плотное сложение - почву копают лопатой с большим усилием. В сухом состоянии она монолитна, выбивается большими глыбами, во влажном - вязкая. Нож с трудом входит в стенку разреза всего на несколько сантиметров. Такое сложение характерно для иллювиальных горизонтов суглинистых и глинистых почв.

3. Уплотнённое сложение - почва поддаётся копке без особых усилий, лопата легко входит на глубину полштыка, при выбросе на поверхность почвенная масса распадается на структурные отдельности. Нож легко входит в стенку разреза на половину-четверть лезвия.

4. Рыхлое сложение - почва хорошо оструктурена, лопата легко погружается на полный штык. Нож входит в почву более чем на половину лезвия. Обычно встречается в пахотных горизонтах, если почву обрабатывали в состоянии физической спелости.

5. Рассыпчатое сложение характерно для пахотных горизонтов песчаных и супесчаных почв. Частицы почвы не связаны друг с другом, а почвенная масса отличается сыпучестью.

Трещиноватость почвы - один из показателей водно- физических свойств почвы. Трещины - это полости в почве, сильно вытянутые в двух направлениях при относительно небольшой ширине. Образуются они при сжатии или усадке почвы при высыхании. Способность к трещиноватости прямо связана с механическим и минералогическим составом почв: особенно сильно подвержены трещиноватости глинистые почвы, содержащие минералы монтмориллонитовой группы, сильно набухающие при увлажнении и уменьшающие свой объём при высыхании. Структурность почвы заметно снижает трещиноватость.

Образование в почве трещин говорит о начавшемся процессе её высыхания. Образующиеся трещины рвут и оголяют корневую систему растений, открывая глубокие горизонты почвы, вызывают потерю влаги из них, глубокие вертикальные трещины способствуют перемешиванию почвенной массы - по ним почва из гумусно-аккумулятивного горизонта попадает в нижележащую толщу.

Глубина поверхностных трещин варьирует в очень широких пределах: от нескольких миллиметров до 1-2 м. Ширина трещин также весьма разнообразна: от долей миллиметра до 10-20 см.

По степени трещиноватости почвы в зависимости от ширины трещин подразделяют следующим образом:

1) мелкотрещиноватые (тонкотрещиноватые) - менее 3 мм;

2) трещиноватые - 3-10 мм;

3) крупнотрещиноватые (щелеватые) - более 10 мм.

По глубине трещин также выделяют несколько градаций:

1) поверхностнотрещиноватые - менее 1 см;

2) неглубокотрещиноватые – 1 - 50 см;

3) глубокотрещиноватые – 50 - 100 см;

4) сверхглубокотрещиноватые - более 100 см.

Кроме характера трещиноватости почвы следует давать оценку количества трещин на квадратный дециметр, указывая их преобладающее развитие (вертикальное, горизонтальное, беспорядочное, образующее сетку). Например, преобладают тонкие трещины, распространены беспорядочно, до 10 шт./дм ; крупные трещины - единично, вертикальные.

Пористость почвы во многом определяет её водно - воздушный режим и в значительной степени влияет на её плотность. В тонких и особо тончайших порах возникают капиллярные явления, благодаря чему в почвенной толще способна удерживаться подвижная и доступная растениям вода. Более крупные поры способствуют сбросу избытка воды с поверхности почвы и проникновение её в более глубокие горизонты. По этим же порам осуществляется аэрация почвы (обмен почвенного воздуха с атмосферным), в результате чего почвенный воздух постоянно обогащается кислородом и освобождается от избытка углекислоты и других вредных газов.

Возникновение пористости связано с характером упаковки элементарных частиц и структурных отдельностей, с жизнедеятельностью почвенной фауны и корневых систем, с процессами выщелачивания растворимых веществ и газовыделения, с набуханием и усадкой почвенной массы и т.д.

Пористость почвы, особенно её тонкие разновидности, обязательно следует рассматривать и описывать на изломе комочка почвы, так как при срезе ножом или лопатой она замазывается, сглаживается. Пористость можно описать, например, так: преобладает губчатая пористость, тонкая пористость проявляется слабо. Под пористостью почвы понимают суммарный объём всех пор в единице объёма почвы. Общую пористость (%) рассчитывают по формуле

где dV - плотность почвы, г/см3; d - плотность твёрдой фазы, г/см3; 100 - коэффициент пересчёта в проценты.

В зависимости от размера преобладающих пор выделяют следующие типы сложения:

1) Тонкопористое - почва пронизана порами диаметром менее 1 мм;

2) Пористое - диаметр пор колеблется от 1 до 3 мм;

3) Губчатое - в почве встречаются пустоты размером 35 мм;

4) Ноздреватое (дырчатое) - размер пустот составляет 510 мм, что обусловлено деятельностью мелких землероев;

5) Ячеистое - пустоты превышают 10 мм, встречаются в субтропических и тропических почвах.

В связи с различной локализацией пор общая пористость подразделяется неагрегатную (если поры находятся внутри агрегатов) и межагрегатную (если поры расположены между агрегатами).

В порах размером до 8 000 мкм передвижение и удержание воды при увлажнении почвы осуществляется за счёт проявления капиллярных сил, вследствие чего все поры подразделяют на капиллярные и некапиллярные. Поры существуют как внутри, так и между агрегатами (рис. 5).

Некапиллярная пористость обычно выше в почвах с хорошо выраженной комковато - зернистой структурой (чернозёмы) или с песчаным гранулометрическим составом. Величина капиллярной пористости возрастает по мере увеличения степени дисперсности почв и ухудшения их агрегатированности (табл.).

Основные функции, выполняемые порами в почвах, связаны с процессами газообмена, а также с передвижением и удержанием влаги. Поэтому выделяют поры аэрации и поры обводнения.

Поры аэрации - крупные некапиллярные (> 8 000 мкм) и капиллярные (100 - 8 000 мкм) поры. Обычно вплоть до влажности почвы, равной предельно - полевой влагоёмкости, они заполнены воздухом. Благодаря наличию этих пор осуществляется газообмен между почвенными горизонтами, между почвой и приземным слоем воздуха. При сильном увлажнении почвы по порам аэрации гравитационная влага передвигается в глубь почвенного профиля, т.е. они обеспечивают водопроницаемость почв. Заполнение пор аэрации влагой ведёт к ухудшению воздушного режима почвы и развитию анаэробных процессов. Это происходит в результате формирования в профиле почвы водоупорных горизонтов, например плужной подошвы, или подъёма уровня грунтовых вод выше критического уровня.

Поры обводнения представлены капиллярными порами размером 10-100 мкм. Содержащаяся в них капиллярная влага находится в подвижном состоянии и передвигается в направлении градиента влажности, температуры, напора воды и т.д. Это влагосохраняющие и влагопроводящие поры. Влага, сосредоточенная в них, доступна для растений, а максимальное её количество обычно соответствует величине предельно - полевой влагоёмкости.

Капиллярные поры размером < 10 мкм заполнены связанной водой (адсорбционной, рыхло - или прочносвязанной), находящейся под действием сорбционных сил почвы. В эти поры не способны проникать корневые волоски, простейшие и водоросли, в них замедляется развитие микроорганизмов, они не участвуют в фильтрации, а влага, содержащаяся в них, весьма труднодоступна или совсем недоступна для растений. Поэтому такие поры называют неактивными. Их количество увеличивается при обесструктуривании и переуплотнении почв. С агрономической точки зрения они не представляют ценности в отличие от активных пор, в которых свободно передвигаются вода и воздух, а также размещается почвенная биота.

С пористостью почвы связаны влагоёмкость и воздухоемкость почв, водопроницаемость и водоподъёмная способность. Самые высокие показатели общей пористости отмечают в верхних гумусовых горизонтах почв, составляющих в среднем около 50 - 60%. В нижележащих горизонтах величина общей пористости существенно снижается и достигает 30 - 40%. Для оценки общей пористости суглинистых и глинистых по гранулометрическому составу почв используют шкалу Н.А. Качинского (табл.)

При оптимизации условий для произрастания сельскохозяйственных культур недостаточно оперировать только величиной общей пористости. Для со здания устойчивого запаса влаги в почве при одновременно хорошем воздухообмене (аэрации) необходимо, чтобы некапиллярная пористость составляла 55 - 65% от общей. Если она меньше 50%, то происходит ухудшение воздухообмена, что вызывает развитие анаэробных процессов. В агрономическом отношении очень важно, чтобы при увлажнении почвы до предельно-полевой влагоемкости пористость аэрации составляла в минеральных почвах не менее 15% от объема, в торфяных почвах - 30 -40%.

Относительно верхней границы оптимальных значений пористости аэрации единой точки зрения нет. В качестве ориентировочных для минеральных почв можно указать значения пористости аэрации на уровне 20 - 25% от объема почвы, а в условиях орошения - 30%.

Пористость аэрации вычисляют по формуле:

Исходя из ориентировочной оценки значений пористости аэрации, можно считать, что она несколько выше оптимальной.