1 Синоним - порозность.

Капиллярная порозность - объем пор, занятых капиллярами по­чвы, включая межагрегатные пространства.

Агрегатная порозность - объем пор в агрегатах или структур­ных отдельностях.

Межагрегатная порозность - пространства почвы между агре­гатами.

Порозность аэрации - пространства почвы, незанятые водой, но заполненные воздухом.

Наиболее значимы и востребованы исследователями и практиками общая порозность (Р) и порозность аэрации (Р_а).

Р = (1 - d_v/d)x 100,

где d_v - плотность почвы, d - плотность твердой фазы.

Р = Р - Р

где P_w - порозность занятая водой или в упрощенной форме, учи­тывая плотность воды, это влажность почвы, выраженная в про­центах.

Пористость почвы - величины динамичные, конкретно индивиду­альные и генетически присущие тем или иным почвам. Однако общим для всех почв является закономерность: чем выше плотность почвы, тем меньше ее порозность и наоборот. Так, плотность чернозема ти­пичного, а соответственно его пористость мало изменчивы в естествен ном состоянии. Плотность же чернозема слитого и его порозность из­меняется в широких пределах, от плотности 1,40 и порозности 48% во влажном состоянии, до плотности 1,95 и порозности 26% в сухом состоянии. Высокое содержание в почвах сильно набухающих мине­ралов типа монтмориллонита делают их весьма динамичными в от­ношении порозности.

Безусловно, обработка почвы существенно меняет порозность, де­лая ее оптимальной для возделываемых растений. Установлено, что порозность аэрации должна быть не менее 15%. В агротехнической практике вспашка, рыхление корнеобитаемого слоя, т. е. увеличе­ние ее пористости и, соответственно, снижение плотности - прием, имеющий практически такой же возраст, как и само земледелие. С техническим прогрессом в земледелие пришли глубокая плантажная вспашка или безотвальное рыхление до глубины 50-60 см, применя­емые при посадке многолетних насаждений. В зоне корнеобитания плотность уменьшается на 10-15%, а пористость увеличивается на 15-20%, скорость впитывания воды возрастает в два раза. Оптими­зация физического состояния почв как раз важна в этом случае для молодых укореняющихся растений. Со временем, примерно через 3- 4 года, почва приобретает исходное состояние, а молодые растения к тому времени уже набирают силу.

1.11.2. Экологическое значение плотности почв

Роль плотности в становлении свойств почвы и жизни растений многогранна. Она оказывает значительное влияние на накопление воды и пищи, на соотношение воды и воздуха в почве. Особенно не­благоприятное воздействие проявляется при повышенном уплотне­нии почвы. Это сказывается на водном режиме, газообмене и биоло­гической активности. При уплотнении почвы, т. е. при уменьшении ее объема, увеличивается доля твердой фазы и доля, занимаемая не­доступной влагой. При плотности 1,5-1,6 на долю доступной влаги приходится всего 5-10% от объема почвы, причем эта доля имеется только при высоком влагосодержании. Чем суше почва, тем большее угнетение испытывают растения от повышенной плотности. С увели­чением уплотнения на 0,1 г/см³ содержание недоступной растениям воды возрастает на 10%.

Степень неблагоприятности плотных почв во многом зависит от Минералогического состава. В слитых почвах, богатых монтморилло­нитом, отрицательное воздействие повышенного уплотнения усили­вают явления набухания и усадки. Объемное сжатие при высыхании почв (усадка) составляет почти 30%. Это приводит к разрыву корне­вых систем растений, а слитой слой, таким образом, исключается из корнеобитаемой толщи.

Плотность почвы оказывает влияние на численность микроор­ганизмов, на биологическую активность почвы. Нормальный газо­обмен нарушается при плотности более 1,45 г/см³. Начинает про­являться анаэробиозис. Он вызывается сокращением количества макропор и крупных капилляров, при этом снижается диффузия воздуха и газообмен между почвой и атмосферой. В почвах резко снижается содержание кислорода. Меняется направление биологи­ческого превращения веществ, подавляется разложение органиче­ского вещества.

Растения страдают от излишней плотности. Их реакция на уплот­нение почвы проявляется в снижении всхожести и ее запаздывании, в резких различиях в высоте, слабой окраске листьев, нарушении фор­мы корневой системы, деформации клубней и т. п. Все это приводит к снижению урожаев и общей биологической продуктивности. Небла­гоприятно также и очень рыхлое сложение. Наиболее оптимальные условия в пахотном горизонте для большинства растений создаются при плотности 1,0-1,2 (1,3) г/см³. Этой плотности соответствует порозность 55-60%. При таких показателях плотности почва хорошо водопроницаема и влагоемка. Некоторые культуры, например, хлоп­чатник, люцерна, люпин, лучше развиваются при более высоких зна­чениях плотности пахотного слоя. Особо выделяется рис, требующий для нормального роста и развития высокой плотности верхнего корнеобитаемого слоя.

Создание оптимальной плотности пахотного слоя - важнейший прием повышения урожайности. Оптимальная плотность пашни дает следующую прибавку урожая в сравнении с излишне уплотненными почвами: яровая пшеница 1,5 ц/га, просо 2,5, кукуруза на силос 25- 40, сахарная свекла 8-10, картофель 15.

Плотность пахотного слоя поддается регулированию с помощью обработки почвы: вспашки, прикатывания, культивации. Плотность пахотных горизонтов также в некоторых случаях можно регулировать глубокой безотвальной обработкой и рыхлением, плантажем. Однако в создании урожая участвуют не только верхние слои, но и вся корнеобитаемая толща, горизонты почвы глубже 40-50 см. Их физиче­ское состояние определяет качество почвы в целом. Проникновение корней в уплотненные горизонты с плотностью 1,40-1,55 (1,60) за­труднено, их развитие угнетается, а при плотности более 1,55 (1,60) рост корневой системы растений невозможен. На черноземах опти­мальной плотностью для большинства растений горизонта АВ счи­таются величины порядка 1,30-1,35. Обычно увеличение плотно­сти почвы в ее корнеобитаемом слое снижает урожайность зерновых культур на 10-15%.

Для плодовых деревьев учитывают плотность корнеобитаемого слоя: 20-200 (300) см у почв с коэффициентом увлажнения менее 1,0 (черноземы, коричневые, каштановые и другие почвы) и 20-100 см у почв с коэффициентом более 1,0 (дерново-подзолистые, серые, бурые лесные, желтоземы и пр.). По отрицательной реакции на уплотнение плодовые деревья располагаются в следующем порядке: оптималь­ная плотность почвы для черешни - менее 1,35; для яблони, гру­ши, абрикоса - 1,30-1,40; для сливы и вишни - 1,35-1,45 г/см³. Выше этих величин наблюдается угнетение деревьев, снижение уро­жайности, а при 1,55 (1,60) корневые системы не развиваются, дере­вья преждевременно гибнут.

Для почв влажных условий важен учет плотности почвообразующей породы ниже корнеобитаемой толщи. При высокой плотности подпочвы (более 1,55-1,60) нормальное развитие деревьев возможно только на склонах более 3°, а на равнинных участках деревья гиб­нут от избыточного увлажнения из-за отсутствия естественного дре­нажа.

Изучение зависимости продуктивности винограда от физических свойств показало тесную прямую корреляционную зависимость уро­жайности и общей порозности и обратную с плотностью почвы. При уплотнении активной корнеобитаемой толщи до 1,35 г/см³ и пороз­ности свыше 50% уровень плодородия почв для культуры виногра­да остается высоким. По уже при средней плотности 1,5 г/см³ и по­розности 45-50% урожайность снижается в два раза, а при плотно­сти более 1,7 г/см³ виноград гибнет. Уплотнение почвы отрицатель­но сказывается на накоплении сахара в ягодах и способствует росту кислотности.

1.11.3. Физико-механические свойства почв

' К физико-механическим свойствам почвы относятся пластичность, липкость, набухание, усадка, связность, твердость и сопротивление при обработке. Пластичность - способность почвы менять свою форму под действием внешних сил и сохранять полученную форму после прекращения механического воздействия. Пластичность опреде­ляет консистенцию почвы - степень подвижности слагающих по чву частиц под влиянием механического воздействия при различной влажности. Выделяют несколько форм консистенции:

а) твердая - почва имеет свойства твердого тела, не пластична;

б) полутвердая - переходное состояние между твердым и пластичным телом;

в) вязкопластичная - почва обладает пластичностью, но не прилипает к другим телам;

г) липкопластичная - почва обладает пластичностью и прилипает к другим телам;

д) вязкотекучая - почва в состоянии растекаться толстым слоем;

е) жидкотекучая - почва может растекаться тонким слоем.

В обычных условиях для почв характерны четыре первые формы консистенции. Однако в некоторых почвах с сильным переувлажне­нием в отдельные периоды наблюдаются и текучие состояния. Они определяют подвижность (ползучесть) почв - способность ее в пере­увлажненном состоянии течь под влиянием собственной массы. Теку­честь почв активно проявляется в тундре, а также на склонах в зонах выклинивания грунтовых вод. При этом создаются специфические солифлюкционные формы рельефа. Частный случай текучести - тик сотропность, когда переувлажненные почвы приобретают текучесть при механическом воздействии и снова переходят в твердое состояние в покое. Подобное явление обусловливает высокую уязвимость тун­дровых ландшафтов, когда даже при небольших механических воз­действиях происходит сползание тиксотропных масс по водоупорам и на поверхность выходят мерзлые неплодородные грунты. Опреде­ленное влияние оказывает текучесть (ползучесть) и на развитие эро­зионных процессов на склонах.

Липкость - свойство влажной почвы прилипать к другим те- V лам. В результате прилипания почвы к рабочим частям машин и ору­дий увеличивается тяговое сопротивление и ухудшается качество об­работки почвы.

Липкость определяет такое важное производственное свойство почв, как их физическая спелость. Физическая спелость почв об­условливается уровнем увлажнения, при котором исчезает способность почвенных «частиц»- прилипать к сельскохозяйственным ору­диям, но возникает способность самоагрегироваться. Нижний пре­дел физической спелости для разных почв различен, следовательно, липкость почв определяет оптимальные сроки и условия проведения полевых работ на конкретных почвенных разностях. Раньше других достигают состояния физической спелости почвы легкого грануломе­трического состава и гумусированные черноземы.

Состав поглощенных оснований почвы в значительной мере опреде­ляет ее липкость. Увеличение степени насыщенности почвы кальцием способствует снижению величины прилипания, тогда как с возраста­нием насыщенности натрием липкость почвы резко увеличивается.

На прилипание существенно влияет гранулометрический со­став почвы. У глинистых почв липкость наиболее значительна, у песка она наименьшая. По липкости почвы на предельно вязкие (>15 г/см²), сильновязкие (5-15), средние по вязкости (2-5), сла­бовязкие (< 2 г/см²).

Набухание - увеличение объема почвы при увлажнении. На­бухание присуще мелкоземистым почвам, содержащим большое ко­личество коллоидов, и объясняется связыванием тонкими частицами почвы молекул воды (увеличением гидратных оболочек). Величина набухания зависит от количества и качества коллоидов. Наиболее на-бухаемы глинистые почвы. Набухание тесно связано с составом гли­нистых минералов почвы. Минералы монтмориллонитовой группы с расширяющейся кристаллической решеткой обладают наибольшей набухаемостью, минералы каолинитовой группы - наименьшей. Ор­ганические коллоиды при увлажнении также сильно увеличиваются в объеме.

Большое влияние на набухание оказывает состав обменных кати­онов почв. При насыщении почв одновалентными основаниями (осо­бенно натрием) набухание достигает 120-150%, тогда как при насы­щении почв двух- и трехвалентными катионами значительного уве­личения в объеме при набухании не наблюдается.

Усадка - сокращение объема почвы при высыхании. Величина усадки обусловлена теми же факторами, что и набухание. Чем боль­ше набухание, тем сильнее усадка почвы.

Практически целесообразно использовать следующие разделения почв по набухаемости:

• при увлажнении объем увеличивается менее чем на 10% - сла­бо набухающие почвы;

• объем увеличивается от 10% до 20% - средне набухающие почвы;

• объем увеличивается от 20% до 30% - сильно набухающие почвы;

• и более 30% - очень сильно набухающие почвы. Связность - способность почвы сопротивляться внешнему

усилию, стремящемуся разъединить почвенные частицы. Вызыва­ется связность силами сцепления между частицами почвы. Степень сцепления обусловлена механическим и минералогическим составом, структурным состоянием почвы, влажностью и характером ее сель­скохозяйственного использования.

Наибольшей связностью характеризуются глинистые почвы, наи­меньшей - песчаные. Малоструктурные почвы в сухом состоянии имеют максимальную связность. Выражается она в килограммах на 1 см² (кг/см²).

Твердость - сопротивление, которое оказывает почва про­никновению в нее под давлением какого-либо тела (шара, конуса, цилиндра и т. д.). Твердость определяется специальными прибора­ми - твердомерами. Выражается в килограммах на 1 см². Высокая твердость - признак плохих физико-химических и агрофизических свойств почв. В этих условиях требуются большие затраты энергии на обработку, затрудняется прорастание семян, корни плохо прони­кают в почву. Она хуже пропускает влагу и воздух. На почвах со значительной твердостью растения развиваются плохо.

Твердость почвы зависит от ее увлажнения. По мере уменьшения влажности она резко возрастает.

С твердостью связана такая важная технологическая характеристика почвы, как сопротивление ее обработке. В обычном интервале влажности сопротивление почвы при обработке находится в прямой зависимости от твердости почвы.

Удельное сопротивление - усилие, затрачиваемое на под­резание пласта, его оборот и трение о рабочую поверхность. Удельным сопротивлением обусловливается величина силы тяги при вспашке почвы. Выражается удельное сопротивление в килограммах на 1 см².