3.2.3. Фізичні властивості ґрунту.

До фізичних властивостей ґрунту відносяться гранулометричний склад, агрегатний склад, загальні фізичні, фізико-механічні, водні, теплові та повітряні властивості ґрунтів.

а) гранулометричний склад

Гранулометричний склад є стабільною ознакою ґрунту, успадкованою від материнської породи. Грунтогенезис може призвести до певного перерозподілу по профілю, наприклад, мулу (у підзолистих, солонцюватих, лесивованих ґрунтах), а тепер людина здатна і докорінно змінювати гранулометрію ґрунту.

Проінформаваність щодо гранулометричного складу грунто-підгрунтя є обов’язковою передумовою оптимального добору сільськогосподарських культур для різних ґрунтів.

Механічні елементи – це тверда фаза ґрунту, яка складається із часток різних розмірів.

Механічний склад ґрунту – визначають за відчуттями при розтиранні, станом сухого ґрунту. Відносний вміст в ґрунті або породі механічних елементів.

Фракції ґрунту за М.О. Качинським – це група частинок, діаметр яких знаходиться у визначених межах.

Фізична глина – сума всіх механічних елементів ґрунту, розміром менше 0,01мм.

Фізичний пісок – сума всіх механічних елементів ґрунту, розміром більше 0,01мм.

Методи визначення механічного складу ґрунту:

а) сухий

б) мокрий

Сухий метод визначення механічного складу ґрунту:

Сухий ґрунт випробовують на дотик, кладуть його на долоню і старанно розтирають пальцем. Механічний склад ґрунту визначають за відчуттями при розтиранні, станом сухого ґрунту, за кількістю піску.

Мокрий метод визначення механічного складу ґрунту:

Зразок розтертого ґрунту зволожують і перемішують до тістоподібного стану, при якому ґрунти володіють найбільшою пластичністю. З підготовленого ґрунту на долоні скатують кульку і намагаються розкотати його в шнур товщиною 3мм, потім звернути в кільце діаметром 2-3мм.

Гранулометричний склад ґрунтів представлений в таблиці 3.2.

Таблиця 3.2.

Гранулометричний склад грунту

Індекс Ґрунтів	Глибина відбору зразка, см	Вміст фракцій (в %) розміром діаметру часток в мм							Фізична глина, <0,01мм		Назва ґрунту за гранулометричним складом
		1-0,25	0,25-0,05	0,05-0,01	0,01-0,005	0,005-0,001	<0,001
К^тк[сн];2,1,1 Л,↓,↓	0-20	0,38	8,27	38,69	8,29	10,43	33,94	52,66		Пилувато-важкосуглинковий
К^тк[сн];2,1,1 Л, ↓,↓	0-20	0,54	4,54	40,14	10,08	9,64	35,06	54,78		Пилувато-легкоглинистий
Л^тк[сн];2,1,1 Л, ↓,↓	0-20	0,32	3,60	39,31	7,94	12,16	36,37	56,77		Пилувато-легкоглинистий
Бл^л[сн-ск];3,1,1 Л, ↓,↓	0-20	0,24	3,45	40,43	7,46	10,90	37,52	55,88		Легко глинистий оглеєний

Згідно з таблицею 3.2.1. фізична глина менше < 0,01мм знаходиться в межах від 52,66% до 56,77%.

Механічні фракції поділяються на дві великі групи: фізичний пісок (розміром 1-0,25, 0,25-0,5, 0,05-0,01) та фізична глина (розміром 0,01-0,005, 0,005-0,001 та менше 0,001),їх сума завжди дорівнює 100%.

б) агрегатний склад (структура)

Структура ґрунту – це ґрунтові грудочки або агрегати різної величини і форми, варіативно сполучені в ґрунтовому горизонті. Агрегати складаються з механічних елементів зцементованих між собою.

Макроагрегати – агрегати діаметром більше 0,25мм.

Мікроагрегати – агрегати діаметром менше 0,25мм.

Агрономічно-цінні агрегати – це агрегати розміром від 1мм до 3мм. Чим більше в ґрунті структур таких розмірів, тим краща структура ґрунту.

Водотривка структура ґрунту – якщо агрегати не розмиваються під дією води.

Структурний грунт – містить більше 55% водоміцних агрегатів розміром від 0,25 до 10мм. Має здатність краще накопичувати вологу атмосферних опадів, утримувати її тривалий час, повніше і якісніше забезпечувати потребу рослини у воді. У них кращими є умови для проростання насіння, росту і розвитку кореню рослин, через, що врожаї вирощуваних культур на них формуються неодмінно високими і гарантовано стабільними.

Агрономічне значення структури полягає в тому, що вона позитивно впливає на наступні властивості, а також режими ґрунтів: фізичні властивості – пористість, щільність складення; водний, повітряний, тепловий, окисно-відновний, мікробіологічний та режим живлення; фізико-механічні властивості – кіркоутворення, протиерозійну стійкість ґрунтів.

Структура ґрунту динамічна. Вона може руйнуватись і відновлюватись під дією різноманітних факторів.

До меліоративними методів покращення структурності ґрунтів, а також підвищення водоміцності агрегатів, відноситься сіяння багаторічних трав, обробка ґрунту в стиглому стані, вапнування кислих та гіпсування солонцевих ґрунтів, внесення органічних та мінеральних добрив.

Агрегатний склад ґрунтів господарства зазначений у таблиці 3.3

Таблиця 3.3

Агрегатний склад ґрунтів

Індекс ґрунтів	Глибина відбору зразка, см	>10	5-10	3-5	1-3	0,5-1	0,25-0,5	<0,25	Сума агрегатів розміром 0,25-10 мм, %
К^тк[сн];2,1,1 Л,↓,↓	0-20	18,84	23,03	13,50	17,48	17,05	4,10	6,00	75,16
К^тк[сн];2,1,1 Л, ↓,↓	0-20	19,48	23,82	8,72	20,10	13,61	8,40	5,87	74,65
Л^тк[сн];2,1,1 Л, ↓,↓	0-20	19,71	24,08	19,04	19,71	8,23	8,24	5,99	79,3
Бл^л[сн-ск];3,1,1 Л, ↓,↓	0-20	21,74	24,32	10,11	19,97	10,50	9,13	4,23	74,03

За результатами агрегатного аналізу вираховуємо коефіцієнт структурності (К), за формулою: К = a/b,

де a - сума агрегатів від 0,25 до 10 мм,%;

b - сума агрегатів розміром менше 0,25мм та більше 10мм,%.

І.Розрахунок суми агрегатів від 0,25 до 10 мм,% :

1. а = 23,03+13,50+17,48+17,05+4,10+ = 75,16% - відмінний

2. а = 23,82+8,72+20,10+13,61+8,40+ = 74,65% - відмінний

3. а = 24,08+19,04+19,71+8,23+8,24 = 79,3% - відмінний

4. а = 24,32+10,11+19,97+10,50+9,13+4,23 = 74,03%- - відмінний

ІІ. Розрахунок суми агрегатів розміром менше 0,25мм та більше 10мм,%:

1. b = 6+6 = 12 %;

2. b = 5,87+5,87 = 11,74%;

3. b = 5,99+5,99 = 11,98%;

4. b = 4,23+4,23 = 8,46 %.

ІІІ. Розраховуємо коефіцієнт структурності ґрунтів, який визначається за результатами агрегатного аналізу.

Чим більше коефіцієнт структурності (К), тим краща структура ґрунту.

1. К₁= 23,03+13,50+17,48+17,05+4,10= 6,26%

12

2. К₂= 23,82+8,72+20,10+13,61+8,40= 6,35%%

11,74

3. К₃= 24,08+19,04+19,71+8,23+8,24 = 6,61%

11,98

4. К₄=24,32+10,11+19,97+10,50+9,1= 8,75 %

8,46

Це означає,що грунт має відмінну структуру

Висновок: одним із найдоступніших агротехнологічних заходів збереження і поліпшення структури ґрунтів є їх своєчасна ( за оптимальної вологості) культурна оранка (хоча її вплив також є неоднозначним). Ґрунтообробна техніка, крім ущільнення, чинить на грунт найрізноманітніші впливи, призводячи до зміни його структури, щільності, інших фізико-механічних властивостей. Цьому сприяє перевертання, кришіння, розпушування, вирівнювання поверхні ґрунту, створення спеціального мікрорельєфу. Істотно поліпшують агрегатний склад ґрунтів ( підвищують водостійкість агрегатів) багаторічні трави, оптимально включені в сівозміну, - цьому сприяє розгалужена тонковолокниста коренева система конюшини, люцерни, тимофіївки, багатьох інших трав.

Біологічні заходи є найбільш універсальними й добре відомими з давніх часів, екологічно орієнтованими, ефективними майже на всіх ґрунтах. Це передусім внесення гною та інших органічних добрив (компости, торф, сапропель тощо). Хімічними способами є вапнування, гіпсування та штучне оструктурювання ґрунтів.

Структура ґрунту відновлюється під впливом однорічних сільськогосподарських культур, передусім таких, як пшениця, соняшник, кукурудза та інших культурних рослин з добре розгалуженою глибокою кореневою системою, яка виявляє чітко виражену оструктурю вальну дію, сидерати, рослинні рештки.

в) загальні фізичні властивості

Грунтогенез неможливо уявити поза впливом на цей біосферний мікропроцес розмаїтого спектра фізичних властивостей усіх його учасників, які завжди взаємодіють у пористому, явно оструктуреному субстраті. Саме через це в будь-якому ґрунті розрізняють два фізичних показники його щільності – щільність ґрунту і щільність твердих фаз ґрунту. Дуже багато ґрунтових процесів визначаються їх фізико-механічними властивостями, які виявляються в разі дії зовнішніх навантажень. Їх поділяють на деформаційні (без руйнування ґрунту при навантаженнях – стискуваність, просадність, ущільнення), міцність (поведінка ґрунтів при руйнівних навантаженнях – зсув, розрив), реологічні (характеризують ґрунт під впливом тиску із часом – в’язкість, пластичність).

До фізичних властивостей ґрунту відносять:

Щільність – це маса одиниці об’єму абсолютно сухого ґрунту взятого в нормальному складані.

Щільність твердої фази – це відношення маси твердої фази до об’єму твердої фази.

Загальна пористість (сумарний об’єм шпар усіх розмірів) виражається у відсотках від об’єму непорушеного ґрунту за даними питомої й об’ємної маси.

До фізико-механічних властивостей ґрунту відносять: твердість, зв’язаність, липкість, набрякання, усадка, пластичність.

Твердість – це опір проникненню в ґрунт будь-якого тіла певної форми. Він змінюється від 3-5 до 40-45кгс/см², а у висушеному важко суглинковому ґрунті навіть до 150-180кгс/см².мінімальне значення спостерігається у зволожених ґрунтах легкого гранулометричного складу. При підсушуванні ґрунту його твердість різко зростає.

Зв’язаність – це здатність ґрунту протистояти зовнішнім зусиллям яке прагне роз’єднати зовнішні частинки. Воно є найбільшим у глинистих ґрунтів з їх щільним укладанням дрібнодисперсних частинок. Із збільшенням у ґрунтах вмісту крупнодисперсних елементів та їх оструктурюванні зчеплення слабшає і зв’язаність зменшується.

Липкість – це зусилля (г/см²), потрібне для відриву ґрунту від металу або колеса. Липкість виявляється тільки за певного рівня вологості, близького до верхньої межі пластичності. При обробітку ґрунту в стані липкості поверхневий шар зазнає найгрубішої деформації. Найбільшу липкість мають солонці і солонцюваті ґрунти важкого гранулометричного складу. Піщані ґрунти не мають липкості. При вологості, коли виявляється липкість, якісно обробити ґрунт неможливо.

Набрякання – це збільшення об’єму ґрунту при зволожені.

Усадка – це зменшення об’єму ґрунту в результаті висихання.

Пластичність – здатність ґрунтів змінювати свою форму під впливом зовнішнього навантаження і зберігати утворену форму після усунення навантаження. У пересушеному і перезволоженому стані ґрунти не мають пластичності. Ця властивість виявляється тільки у певному інтервалі зволоження між верхньою і нижньою межами пластичності. За меншої вологості ґрунт з пластичного переходить у напівтвердий і твердий, а за більшої – з пластичного в текучий чи напіврідкий стан.

Число пластичності – це різниця між вологістю на межі стікання та вологістю межі розкатування.

Дані щільності, щільності твердої фази та загальна пористість даного господарства наведені в нижче зазначеній таблиці 3.4.

Таблиця 3.4

Загальні фізичні властивості ґрунту

Індекс ґрунтів	Глибина відбору зразка, см	Щільність,г/см^3	Щільність твердої фази, г/см^3	Загальна пористість, %
К^тк[сн];2,1,1 Л,↓,↓	0-20	1,37	2,68	49
	20-40	1,39	2,69	48
	40-60	1,43	2,70	47
К^тк[сн];2,1,1 Л, ↓,↓	0-20	1,40	2,64	46
	20-40	1,39	2,68	48
	40-60	1,43	2,69	46
Л^тк[сн];2,1,1 Л, ↓,↓	0-20	1,23	2,64	53
	20-40	1,19	2,65	55
	40-60	1,24	2,65	53
Бл^л[сн-ск];3,1,1 Л, ↓,↓	0-20	1,13	2,72	58
	20-40	1,16	2,72	57
	40-60	1,18	2,79	57

Щільність ґрунту для орного шару 0-20см для всіх чотирьох ґрунтів знаходиться в межах від 1,18-1,39/см³, з глибиною щільність збільшується, так, наприклад, ґрунт 2-й - щільність збільшується від 1,36-1,39г/см³, для 3-го - щільність збільшується від 1,36-1,39/см³. Це говорить про те що верхній шар ґрунту пригодний для вирощування сільськогосподарських культур.

Оцінку щільності ґрунтів проводимо за допомогою таблиці 4. оцінка щільності ґрунтів (методичних рекомендацій).

Пористість ґрунтів для кожного шару грунту визначають за формулою:

Р_заг. = ( 1- d/d_v )*100%

P_0-20 = (1-1,37/2,68)*100 = 49%(задовільна)

P_20-40 = (1-/1,39/2,69)*100 = 48%(задовільна)

P_40-60 = (1-/1,43/3,70)*100 = 47%(задовільна)

P_0-20 = (1-1,40/2,64)*100 = 46%(задовільна)

Р_20-40=(1-1,39/2,68)*100=48%(задовільна)

Р_40-60=(1-1,43/2,69)*100=46%(задовільна)

Р_0-20=(1-1,23/2,64)*100=53%(задовільна)

Р_20-40=(1-1,19/2,65)*100=55%(задовільна)

Р_40-60=(1-1,24/2,65)*100=53%(задовільна)

Р_0-20=(1-1,13/2,72)*100=58%(задовільна)

Р_20-40=(1-1,16/2,72)*100=57%(задовільна)

Р_40-60=(1-1,18/2,79)*100=57%(задовільна)

Пористість чотирьох ґрунтів орного шару 0-20см знаходиться в межах від 46-58%.

Висновок: поліпшення фізичних властивостей ґрунтів здійснюють агротехнічними, хімічними і біологічними способами.

Агротехнічними є різні способи обробітку ґрунту, за допомогою яких можна якісно підготувати посівний шар, зруйнувати підорну підошву, брили, здійснити безліч інших агрономічних корисних операцій.

Хімічними способами є вапнування, гіпсування та штучне оструктурювання ґрунтів. Заходи хімічної меліорації такі, як вапнування кислих і гіпсування солонцюватих ґрунтів позитивно впливають на фізичні і фізико-механічні властивості (твердість, опір обробітку, липкість та ін.).

Біологічні заходи є найбільш універсальними й добре відомими з давніх часів. Це передусім внесення гною та інших органічних добрив (різноманітних компостів, торфу тощо).

г)водні властивості ґрунту

Водні властивості ґрунтів характеризуються сукупністю властивостей, які визначають поглинання, збереження і пересування в них води (передусім сорбцію, усмоктування, фільтрацію, водопідйомною здатністю), а також енергетичні властивості, що становить потенціал ґрунтової вологи і всмоктувальної сили ґрунту.

Властивість ґрунту утримувати вологу називається вологоємністю.

Відповідно до існуючих у ґрунті форм води виділяють такі грунтово-гідрологічні константи:

ГВ – гігроскопічна вода

ВВ – вологість в’янення

МГВ – максимальна гігроскопічна вологоємність

НВ – найменша (польова) вологоємність

КВ – капілярна вологоємність

ДАВ – діапазон доступної вологи.

Волога в’янення рослин (ВВ) – це доступна волога або продуктивна.

Найменша польова вологоємність (НВ) – це максимальна кількість води яка утримується в відмінному стані, при її зволоженні зверху і більшому відтоці гравітаційної води, який утримується в природних умовах в стані рівноваги.

Гігроскопічна вода – утворюється за рахунок поглинання молекул води з повітря та утримання її навкруги ґрунтових частинок (ГВ). Властивість ґрунту поглинати водяний пар з повітря називається гігроскопічністю.

МГВ – максимальна гігроскопічна вологоємність – є важливою водно-фізичною константою ґрунту, за допомогою неї визначають вологу в’янення рослин.

Дані водних властивостей ґрунтів господарства зазначені в таблиці 3.5

Таблиця 3.5

Ґрунтові гідрологічні константи

Індекс ґрунтів	Глибина відбору зразка, см	Форми ґрунтової вологи, %				Вологоємність, %			ДАВ
		ГВ	МГВ	ВВ	НВ		КВ ПВ
К^тк[сн];2,1,1 Л,↓,↓	0-20	4,1	8,2	10,9	20,5		30,7 0,49	26,3
	20-40	5	10	13,4	25		32,7 0,48	32,2
	40-60	5,5	11	14,7	27,5		33 0,47	109,8
К^тк[сн];2,1,1 Л, ↓,↓	0-20	4,0	8	10,7	20		29 0,46	9,2
	20-40	3,7	7,4	9,9	18,5		29 0,48	23,9
	40-60	3,5	7	9,3	17,5		28 0,46	70,3
Л^тк[сн];2,1,1 Л, ↓,↓	0-20	4,3	8,6	11,5	21,5		33 0,53	24,6
	20-40	6,1	12,2	16,3	30,5		39 0,55	33,7
	40-60	6,9	13,8	18,5	34,5		40 0,53	119,04
Бл^л[снск];3,1,1 Л, ↓,↓	0-20	6,8	13,6	18,2	34		42 0,58	35,7
	20-40	6,7	13,4	17,9	33,5		41 0,57	49,9
	40-60	6,7	13,4	17,9	33,5		40 0,57	110,4

Гігроскопічна вода в даних ґрунтах для орного шару (0-20см) коливається в таких межах від 4,7 до 8,8%, а максимальна гігроскопічна вологоємність – від 5,0 до 10,2%.

Даємо оцінку польової вологоємності (НВ) (за допомогою таблиці 6. додатку Д, методичних рекомендацій).

1) 20,5 %– Задовільна

2) 25%– Задовільна

3)27,5 %– Задовільна

4) 20% - Задовільна

5)18,5%- Задовільна

6)17,5%- Задовільна

7)21,5%- Задовільна

8)30,5%- Задовільна

9)34,5%- Задовільна

10)34%- Задовільна

11)33,5%- Задовільна

12)33,5%- Задовільна

Визначаємо діапазон доступної вологи(ДАВ) за формулою:

ДАВ=(НВ-ВВ)*d*h*0,1

1)(20,5-10,9)*20*1,37*0,1=26,3

2)(25-13,4)*20*1,39*0,1=32,2

3)(27,5-14,7)*60*1,43*0,1=109,8

4)(20-16,7)*20*1,40*0,1=9,2

5)(18,5-9,9)*20*1,39*0,1=23,9

6)(17,5-9,3)*60*1,43*0,1=70,3

7)(21,5-11,5)*20*1,23*0,1=24,6

8)(30,5-16,3)*20*1,19*0,1=33,7

9)(34,5-18,5)*60*1,24*0,1=119,04

10)(34-18,2)*20*1,13*0,1=35,7

11)(33,5-17,9)*20*1,16*0,1=49,9

12)(33,5-17,9)*60*1,18*0,1=110,4.

Висновок: найбільш радикальним засобом поповнення водних ресурсів є регулювання стоку.

Регулювання стоку здійснюють різними агролісомеліоративними, агротехнічними та іншими засобами, які, однак, діють далеко не завжди ефективно. Керування стоком стає ефективним лише за умови ретельного обліку всіх ландшафтно-біокліматичних особливостей з вибором адекватного їм екологічно орієнтованого комплексу заходів – складових блоків регіональної протиерозійної організації території. Наприклад, у Степу рекомендується проводити:

• глибоку зяблеву оранку на 27-30 (35)см – звичайну (з оборотом шару), ґрунтопоглиблювальну (без обороту – плоскорізну) та снігозатримання;

• окультурювання ґрунтів (формування добре гумусованого глибокого орного шару);

• перехоплення стоку на межі й у середині ланів лісосмугами, поселеними найпростішими гідротехнічними спорудами;

• регулювання скидання не поглиненої стічної води для зменшення і розмиву ґрунтів;

• створення на ріллі водоємного мікро- та нанорельєфу з розпушеним ґрунтом – зменшує стік на 10мм, а під просапними затримує зливові опади, вдвічі більші за ємність мікрорельєфу;

• на сильно порізаних вимоїнах та яругами схилах вирівнювання та часткове засипання їх схилів у комплексі з водорегулювальними валами і травосіяннями.