Плотность важнейших минералов почвы и гумуса

плотность скелета почвы r_ск – масса единицы объема абсолютно сухой почвы в естественном сложении (со всеми порами). О плотности скелета можно говорить только, если все поры почвы заполнены воздухом. Плотность скелета почвы всегда меньше плотности твердой фазы и меняется в широких пределах: плотность скелета минеральных почв 0,9-1,8 г/см³, болотных торфяных 0,15-0,40 г/см³. Верхние горизонты почв имеют меньшую плотность скелета, чем нижние уплотненные. Для большинства сельскохозяйственных культур оптимальная величина плотности скелета на суглинистых и глинистых почвах 1-1,2 г/см³.

пористость (порозность, или скважность) n соответствует суммарному объему всех пор между частицами твердой фазы почвы. Ее выражают в долях единиц или процентах от общего объема почвы. В зависимости от величины пор различают капиллярную (диаметр от 1 до 0,001 мм и менее) и некапиллярную пористость (диаметр более 1 мм). Размер пор зависит от механического и агрегатного состава: чем легче почва по механическому составу, тем больше размер пор. Сумма всех видов пористости составляет общую пористость почвы. С пористостью почвы связаны рыхлость и степень аэрируемости почвы и, следовательно, рост растений. В разных горизонтах минеральных почв пористость изменяется в широких пределах (25-80 %): в гумусовых горизонтах 50-60 %, в болотных торфяных почвах 80-90 %. Наибольшей порозностью обладают почвы с хорошо выраженной структурой, наименьшей – песчаные и оглеенные почвы. Для сельскохозяйственных культур оптимальной считается пористость 45-50 %.

Самые благоприятные условия увлажнения и воздухообеспеченности складываются в почвах при соотношении капиллярной и некапиллярной пористости 1 : 1. В агрономическом отношении важно, чтобы почвы имели наибольшую пористость капилляров, заполненную водой, и одновременно пористость аэрации не менее 15 % объема в минеральных и 30-40 % в торфяных почвах.

Влажность w оценивает количественное содержание воды в почве. Численно влажность почв выражают отношением массы воды, заполняющей поры, к массе сухой почвы в долях единиц или в процентах от массы сухой почвы. Для полевых исследований рекомендуется использовать специальную шкалу влажности почв.

В зависимости от количества влаги глинистые почвы меняют свое состояние: добавление воды к изначально сухой почве делает ее пластичной, а затем и текучей. Поэтому для тяжелых почв выделяют два критических состояния влажности (пределы Аттерберга): влажность на границе текучести w_т (верхний предел) и влажность на границе раскатывания w_р (нижний предел). В интервале между этими значениями влажности почва обладает пластичностью, а разность между их числовым выражением представляет собой число пластичности I_р. Под пластичностью понимают способность почвы изменять свою форму под влиянием какой-либо внешней силы без нарушения ее сплошности и сохранять приданную форму после устранения этой силы. Пластичность теснейшим образом связана с механическим составом почв: для почв глинистого состава I_р > 0,17; суглинистых I_р = 0,07¸0,17; супесчаных I_р < 0,07. Существенно влияют на пластичность состав коллоидной фракции почвы, состав поглощенных катионов и содержание гумуса.

Водные свойства

Разнообразные формы почвенной влаги определяют следующие водные свойства почв: влагоемкость, водопроницаемость, водоподъемную способность.

Влагоемкость – способность почвы вмещать и удерживать определенное количество воды. В зависимости от сил, удерживающих влагу в почве, различают максимальную адсорбционную, гигроскопическую, капиллярную, наименьшую и полную влагоемкость.

Полной влагоемкости соответствует полное насыщение почвы водой. Такое состояние почв возникает при залегании грунтовых вод у поверхности, когда на водоупорном слое скапливаются гравитационные воды, заполняя все поры почвы над водоупором или скапливаясь в понижении водоупорного слоя.

Наименьшая влагоемкость (в инженерно-геологической практике ее называют максимальной молекулярной) соответствует максимальному количеству физически связанной пленочной воды, которое может удержать почва на поверхности своих частиц сорбционными силами при ее отжатии из тяжелых почв или свободном гравитационном стоке из почв легкого состава. Величина наименьшей влагоемкости зависит от механического, минералогического и химического состава почвы, ее плотности и пористости.

Капиллярная влагоемкость – максимальное количество влаги, удерживаемой над уровнем грунтовых вод капиллярными (менисковыми) силами. Она, помимо мощности слоя, зависит от того, на какой высоте от зеркала грунтовых вод находится слой почвы: чем меньше эта высота, тем больше капиллярная влагоемкость. Величина ее обусловлена общей и капиллярной пористостью, а также плотностью почвы. Так как у тяжелых почв поры преимущественно капиллярные, то для них капиллярная влагоемкость равна или близка полной влагоемкости.

Способность сорбировать парообразную влагу называется гигроскопичностью, а поглощенная влага – гигроскопической. Сорбция воды зависит от механического, минералогического и химического состава почвы, а также от ее гумусированности. Когда относительная влажность воздуха приближается к 100 %, почва насыщается водой до величины максимальной гигроскопичности. По ее величине устанавливают влажность завядания растений. Отношение величины влаги завядания к максимальной гигроскопичности дает коэффициент завядания, который в подавляющем большинстве случаев равняется 1,3-1,5.

Максимальная адсорбционная влагоемкость – наибольшее количество прочносвязанной воды, удерживаемое сорбционными силами.

Наиболее влагоемкими являются гумусированные почвы тяжелого состава.

Водопроницаемость представляет собой способность почвы воспринимать и пропускать через себя воду. Поступая в почву, вода сначала быстро поглощается (впитывается) в результате образования пленочной и капиллярной форм почвенной влаги. Затем развивается процесс фильтрации, в котором принимает участие только гравитационная вода. Фильтрация может проявляться лишь при выпадении большого количества осадков, бурном снеготаянии или при орошении большими нормами. Водопроницаемость почв прямо пропорциональна пористости и обратно пропорциональна удельной поверхности почвенных частиц. Она также зависит от формы почвенных пор, механического состава, оструктуренности, температуры воды. На водопроницаемость существенно влияет состав поглощенных катионов почвы. При значительном содержании поглощенного натрия почвы быстро набухают и становятся практически непроницаемыми для воды.

Водоподъемная способность обусловливается капиллярным подъемом воды. Высота подъема, определяемая радиусом капилляров и поверхностным натяжением воды, зависит от структурных особенностей почвы, ее гранулометрического состава, формы зерен, минерального состава и др. С ростом дисперсности почв увеличивается ее водоподъемная способность. Максимальная высота капиллярного подъема для песчаных почв 1,5-2 м, для глинистых 3-4 м.

Таблица 10