8

Почвоведение

Лекция 6

Обще физические свойства. Почва – сложный компонент лесной экосистемы, обладающий множеством свойств. Для целей прогноза устойчивости и экологического нормирования необходимо отобрать довольно ограниченное количество свойств почвы, но достаточное для отображения существа прогнозируемых процессов. Процессы отображаются в изменении свойств. Необходимыми для этого физическими свойствами почвы являются её плотность (), удельная масса (d), влагоемкость, коэффициент впитывания и фильтрации (K_f), определяющие их гранулометрический состав и гумусность почвенных горизонтов, а также влажность.

Кроме того, для целей прогноза и экологического нормирования необходимо и знание некоторых водных свойств почвы, таких как максимальная молекулярная влагоёмкость (ММВ), наименьшая влагоёмкость (НВ) и полная влагоёмкость (ПВ). Желательно также иметь и экспериментально полученное значение величины удельной поверхности почвенных горизонтов (S_уд).

Определение удельной массы почвы. Удельная масса горизонта почвы числено равна отношению массы твёрдой минеральной части к её обьёму. Определяется величина d пикнометрическим методом (Вадюнина, Корчагина , 1986: Ломтадзе, 1990).

Рис. 1.3. Определение плотности твердой фазы почвы

Одновременно определяют влажность образца воздушно-сухой почвы, так называемую гигроскопическую влажность, W_t. Рассчитывают плотность твердой фазы p_s:

где m_s - масса абсолютно сухой почвы [г], m1, - масса воздушно-сухой почвы в пикнометре [г], W_r - гигроскопическая влажность (% к массе абсолютно сухой почвы), V- объем почвы в пикнометре [см³], рассчитываемый как V = V₁ - (m3 – т2)/р_w, где F, - объем пик­нометра [см³], т_ъ - масса пикнометра с почвой после кипячения и долитой до метки водой, т₂ - масса пикнометра с почвой [г], p_w- плотность воды [г/см³]. Второй член разности (т3 - т₂)/p_w предcтавляет собой не что иное, как объем долитой воды.

Приведу лишь некоторые полезные в методологическом плане советы по упрощённым способам его определения. Без большой погрешности удельную массу почвенных горизонтов можно определить по их известному гранулометрическому составу, пользуясь приведённой ниже таблицей 1.

Таблица 1.

Удельный вес некоторых почвогрунтов.

Гранулометрический состав почвенного горизонта	Удельная масса, г/см^3
песок	2, 66
супесь	2, 70
суглинок	2, 72
глина	2, 76
лёссовидный суглинок	2, 68
лёсс	2, 65

Заметное влияние на величину d оказывает содержание органического вещества в почвенном горизонте (особенно для заторфованных верхних горизонтов лесных почв). Обработка имеющегося в научной литературе материала о влиянии содержания органического вещества на величину d почв и грунтов (Сеськов, 1977; Рубинштейн, 1986) свидетельствует, что с достаточной степенью точности значение d можно получить, зная содержание органического вещества (в %) и пользуясь приведённой выше таблицей 5, по следующей зависимости (Росновский, 1997):

(1.1)

где d_m - удельная масса минеральной основы по табл. 6; d_t - удельная масса органического вещества (d_t ~ 1, 48 г/см³); Q - содержание органического вещества, %.

Например, имеется почва супесчаного гранулометрического состава. Содержание гумуса в ней 10%, тогда удельная масса равнв:

d = 2,66 – [(2,66-1,5)/100]×10 = 2,54 г/см³.

Определение плотности почвы. Плотность (или плотность сложения) почвы — масса единицы объема абсолютно сухой почвы, взятой в естественном сложении. Выражается она в г/см³. Плотность почвы зависит от минералогического и гранулометрического составов, структуры и содержания органического вещества. Она может существенно изменяться при обработках, под уплотняющим воздействием передвигающихся машин и орудий. Наиболее рыхлой почва бывает сразу после обработки, затем постепенно уплотняется, и через некоторое время ее плотность приходит в состояние равновесия, т. е. мало изменяется (до следующей обработки).

Плотность почвы () или так называемая обьёмная масса сухого вещества определяют методом режущего кольца (Вадюнина, Корчаггина, 1985; Ломтадзе, 1990). Для её определения отбирают точно фиксированный обьём почвенного горизонта природного сложения и природной влажности. Для таких целей очень удобно пользоваться гильзами для компрессионных испытаний из полевой лаборатории Литвинова (ПЛЛ - 9), которые имеют крышки и строго фиксированный объём – 50 см³. Отобранные образцы закрывают в гильзе крышками и обматывают изолентой для последующего определения природной влажности почвы. Отобранные таким образом образцы сначала взвешиваются (для определения их влажности), затем с ними проводят фильтрационные и компрессионные испытания и лишь затем высушивают в сушильном шкафу для определения величины . Зная величины  и d можно определить исходные пористость (n) и коэффициент пористости (е), для чего используются зависимости:

n = 1 - /d; (3.12)

Коэффициентом пористости (е) почвы или грунта называется отношение объема пор грунта (или почвенного горизонта) к объему его скелета (твердой фазы), т.е.

где n - объем пор в единице почвы или грунта.

Пористость выражают в % от общего объема почвы и вычисляют по показателям плотности почвы W и плотности твердой фазы (d).

Очевидно, что сумма объемов пор и частиц равна единице (т + п = 1). Тогда, принимая во внимание, что п = 1-т, можем получить несколько иное выражение для коэффициента пористости:

Необходимо отметить еще некоторые важные соотношения, которые вытекают из определения коэффициента пористости. Для этого запишем следующие уравнения:

Решая эту систему уравнений относительно и и от, получим:

2) объем твердых частиц в единице объема горизонта:

1) объем пор грунта или почвенного горизонта в единице его объема:

Нужно отметить, что коэффициент пористости и его производные играют очень важную роль в механике грунтов и инженерно-экологическом почвоведении при расчете деформаций грунтов.

Пористость зависит от гранулометрического состава, структурности, деятельности почвенной фауны, содержания органического вещества, в пахотных горизонтах — от частоты и приемов обработки и окультуренности почвы.

Различают капиллярную и некапиллярную пористость, составляющие вместе общую пористость. Поры могут быть заполнены водой и воздухом. Некапиллярные поры обеспечивают водопроницаемость и воздухообмен, капиллярные — удерживают воду за счет капиллярных сил. Для создания хорошего и устойчивого запаса влаги при одновременном нормальном воздухообмене (аэрации) необходимо, чтобы капиллярная пористость составляла 55— 65 % общей пористости. Если она меньше 50 %, то воздухообмен ухудшается и может возникнуть анаэробные условия. Для наилучшего обеспечения растений водой и воздухом и высокой эффективности применяемых удобрений и других мероприятий по созданию высоких урожаев важно, чтобы почвы имели наибольшую капиллярную пористость, заполненную водой, и одновременно порис­тость аэрации не менее 15 % объема в минеральных и 30-40 % в торфяных почвах.

Таблица 1.