Розділ 5 Фізині показники та фізико-механічні властивості грунту.

Фізичні показники ґрунту— це його питома та об’ємна маса і пористість.

Щільність твердої фази ґрунту характеризується через відношення маси твердої фази ґрунту до маси води того самого об’єму при 4°С і є безрозмірною величиною, залежною від хімічного та мінералогічного складу ґрунту. Її вимірюють у лабораторних умовах пікнометричним методом.

Щільністю ґрунту є маса висушеного ґрунту в одиниці об’єму (г/см³, кг/л, т/м³), яка змінюється в широких межах. Одразу після обробітку щільність орного шару мінімалізується, а потім під власною вагою, посиленою атмосферними опадами, ґрунт починає ущільнюватися, досягаючи через певний час рівноважного стану — характерного для кожного ґрунту.

Залежно від речовинного складу і будови профілю ґрунту щільність варіює в широких межах, досягаючи максимальних значень у підорній підошві та ілювіальних горизонтах. У ґрунтах з недиференційованим профілем щільність збільшується в нижніх горизонтах за рахунок поступового зменшення в тому самому напрямку вмісту гумусу і тиску шарів, що розміщуються вище. У диференційованих ґрунтах щільність може набувати різних значень в тих чи інших горизонтах (елювіальних, метаморфізованих, піщаних, біогенних тощо). Щільність ґрунту — дуже важливий показник, широко використовуваний у ґрунтово-генетичних, агромеліоративних, агротехнічних дослідженнях для оцінки будови ґрунту, його змін при антропогенному використанні (особливо в разі механічного обробітку), у розрахунках запасів ґрунтової вологи, поживних речовин, солей тощо. Цей показник вимірюється в польових умовах за допомогою кілець різного діаметра й об’єму, що вганяються в ґрунт без порушення його будови.

Фізико-механічні властивостіґрунтів враховують при конструюванні й експлуатації сільськогосподарських машин, нормуванні операцій з обробітку ґрунтів, зносу робочих органів, витрат паливно-мастильних матеріалів. До основних фізико-механічних властивостей, як зазначалось, належать твердість, питомий опір, зв’язність, опір розриву, зрушенню та роздавлюванню, липкість, пластичність, набрякання й усадка.

Твердістю є не що інше, як опір (кг/см²) проникненню в ґрунт будь-якого тіла певної форми (циліндра, конуса, кулі, клина). Твердість є дуже важливим діагностичним показником екологічного стану ґрунту, передусім його придатності для механічного обробітку (при твердості > 15 – 20 кгс/см² витрати на обробіток різко зростають), а також використовується для непрямої оцінки здатності ризосфер освоювати кореневмісний шар.

Питомий опір ґрунту характеризується через зусилля (кг/см²), що витрачається на підрізання шару, його оборот і тертя об робочу поверхню плуга. Це, за Горячкіним, сила тяги на гаку трактора (стискальне зусилля), віднесена до одиниці поперечного перерізу шару. Величину питомого опору ґрунтів установлюють за допомогою різних роботомірів. Величина питомого опору визначає вибір класу трактора й умов агрегатування, кількість причіпних знарядь, витрати пального. Наприклад, на піщаних і супіщаних дерново-підзолистих ґрунтах.

Зв’язність — це зусилля, здатне розчленувати ґрунт. Воно є найбільшим у глинистих ґрунтів з їх щільним укладанням дрібнодисперсних часточок. Зв’язність спричинюється різними типами зв’язків — найміцнішими є суто хімічні (виникають при контакті кристалічних решіток мінералів безпосередньо або через шари різного складу — крем’янки, необоротно зкоагульованих гумусових речовин, півтораоксидів) і молекулярними (фізичними, ван-дер-ваальсовими), що виникають у колоїдно-дисперсних системах при їх змочуванні й утворенні менісків вологи в місцях контакту поверхонь.

Опір ґрунту стиску, розриву, зрушенню, роздавлюванню, крутінню та іншим впливам є спеціальним міцнісним показником, що широко використовується при конструюванні ґрунтообробних знарядь, для характеристики статичних або динамічних деформацій, які виникають при взаємодії з ґрунтом різних механічних засобів, при будівництві інженерних споруд, доріг, аеродромів, міст.

Липкість — це зусилля (г/см²), потрібне для відриву ґрунту від металу (липкість «ґрунт — метал») або колеса (липкість «ґрунт — гума»). Н.А. Качинський поділяє ґрунти на виразно липкі (липкість > 15 г/см²), середньолипкі (2 – 5 г/см²) і слабколипкі (< 2 г/см²). Липкість виявляється тільки за певного рівня вологості, близького до верхньої межі пластичності.

Набрякання й усадка — здатність ґрунтів змінювати свій об’єм у процесі зволоження-висушування. Прояв цієї властивості зумовлений головним чином наявністю в ґрунті гідрофільних глинистих мінералів типу монтморилоніту з рухомими кристалічними решітками, здатними до так званого внутрішньо-пакетного або інтраміцелярного (осмотичного) зв’язування вологи. Склад обмінно-поглинених основ у колоїдному комплексі впливає на величину набрякання - одновалентні катіони посилюють цю здатність, полівалентні — послаблюють. Засоленість, як правило, зменшує набрякання. Надмірне набрякання ґрунту відчутно зменшує його зв’язність, посилює розмокання і руйнування. Усадка — протилежний набряканню процес, підпорядкований тим самим закономірностям. При усадці і підсушуванні ґрунт спочатку ущільнюється, а потім починає розтріскуватися. Набрякання й усадку прийнято оцінювати за зміною лінійних й об’ємних параметрів зразка ґрунту щодо початкових параметрів. Набрякання й усадка постійно чергуються, спричинюючи цим сезонну динаміку структурного (загалом фізичного) стану ґрунтів.

Пластичність— здатність ґрунтів змінювати свою форму під впливом зовнішнього навантаження і зберігати утворену форму після усунення навантаження. Ця властивість виявляється тільки у певному інтервалі зволоження між верхньою і нижньою межами пластичності. Різниця між цими межами (межі чи числа пластичності) тим вища, чим сильніше виражена пластичність. За меншої вологості ґрунт з пластичного переходить у напівтвердий і твердий, а за більшої — з пластичного в текучий чи напіврідкий стан .

У верхніх двох горизонтах фізико-механічних властивості не сприятливі, через наявність в ґрунтовому колоїдному вбирному комплексі катіонів Nа і К. Це значно погіршує розвиток рослин, затруднює механічний обробіток ґрунту.

Гранулометричний склад

Назва показників	Генетичний горизонт
	Hiks	H(i)ks	HP(i)ks/gl	Pkgls
Фракції мм:
1-025	1,61	1,98	2,32	1,45
0,25-0,05	10,20	9,04	8,34	5,35
0,05-0,01	44,90	51,53	46,10	43,33
0,01-0,005	4,84	4,99	6,78	3,33
0,005-0,001	3,04	2,52	1,58	1,31
<0,001	25,50	23,43	17,85	11,80
сума <0,01	30,40	30,95	26,20	16,40

У досліджуваному ґрунті виділяють такі горизонти:

• Hiks – Фізична глина - 33,38%;

Пісок – 11,81%;

Пил – 52,78%;

Мул – 25,50%.

Горизонт важкосуглинковий мулувато-пилуватий.

• H(i)ks - Фізична глина – 30,94%;

Пісок – 11,02%;

Пил – 59,04%;

Мул – 23,43%.

Горизонт важкосуглинковий мулувато-пилуватий

• HP(i)ks/gl – Фізична глина– 26,21%;

Пісок – 10,66%;

Пил – 24,46%;

Мул – 17,85%.

Горизонт середньосуглинковий мулувато-пилуватий.

• Pkgls – Фізична глина – 16,45%;

Пісок – 6,8%;

Пил – 47,97%;

Мул – 11,80%.

Горизонт легкосуглинковий мулувато-пилуватий.