3.1 Гранулометрический состав

В результате процессов выветривания плотные горные породы превращаются в рыхлую массу, состоящую из частиц различного размера, которые называются механическими элементами. Механические элементы, близкие по размерам, объединяются во фракции. Совокупность механических фракций представляет гранулометрический состав почвы.

Табл. 2. Чернозем осолоделый

Табл. 3. Серая лесная осолоделая

Табл. 4. Лугово-черноземная

Табл. 5. Солонцы

3.2 Общие физические свойства почв

К общим физическим свойствам почв относятся плотность твёрдой фазы почв, плотность почвы в целом, пористость почвы.

Плотность твёрдой фазы - средняя плотность почвенных частиц - масса сухого вещества почвы в единице его истинного объёма, т. е. в единице объёма твёрдой фазы почвы, выраженная в г/см³ или т/м³.

Различные типы почв имеют неодинаковую плотность твёрдой фазы. Её величина для минеральных почв колеблется от 2,4 до 2,8 г/см³ и зависит от минералогического состава почвы и содержания органических компонентов. Типична следующая закономерность: чем больше в почвах органических веществ, тем ниже их плотность, и чем больше в почвах минералов окислов железа, тем выше плотность твёрдой фазы.

Плотность почвы - масса сухого вещества почвы в единице её объема естественного ненарушенного сложения, выраженная в г/см^3 или т/м^3. Плотность изменяется в широких пределах: у минеральных - от 0,9 до 1,8 г/см³, у торфянистых болотных - от 0, до 0,40 г/см³.

На величину плотности влияет минералогический и механический состав почв, содержание в них органического вещества, структурность, сложение. Существенное влияние на плотность оказывает обработка.

Наиболее рыхлой почва бывает короткий период после обработки, а затем начинается её уплотнение. После какого-то срока почва достигает определённой плотности, которая затем мало изменяется. Такая плотность называется равновесной.

В верхних горизонтах чернозёмов плотность 1,0 - 1,2 г/см³. под влиянием приемов окультуривания верхние горизонты пахотных почв имеют более низкий показатель плотности.

Для большинства сельскохозяйственных культур оптимальная величина плотности на суглинистых и глинистых почвах 1 - 1,2 г/см³. Дальнейшее увеличение её снижает урожай сельскохозяйственных культур.

Пористость - Суммарный объём всех пор между частицами твёрдой фазы почвы. Пористость выражается в процентах от общего объема почвы. В разных горизонтах минеральных почв пористость изменяется в широких пределах (25-80%), в гумусовых горизонтах обычно составляет 50-60%, для болотных торфяных почв 80-90%.

В зависимости от величины пор различают капиллярную и некапиллярную пористость.

Капиллярная пористость равна объему капиллярных промежутков почвы, некапиллярная - Объему крупных пор. Сумма видов пористости составляет общую пористость почвы.

Пористость почвы прежде всего определяется ее структурностью, а также зависит от плотности, механического и минералогического состава. В макроструктурных почвах на поры приходится большая часть объема; в микроструктурных почвах - меньшая часть объёма почвы.

С общей пористостью связаны водопроницаемость, воздухопроницаемость и воздухоёмкость, газообмен между почвой и атмосферой.

3.3 Физико-механические свойства

К физико-механическим свойствам почвы относятся пластичность, липкость, набухание, усадка, связность, твёрдость и сопротивление при обработке.

Физико-механические свойства зависят от минералогического и гранулометрического составов, содержания гумуса, структурного состояния и обменных катионов.

Пластичность - способность почвы менять свою форму под действием внешних сил и сохранять полученную форму после прекращения механического воздействия. (глинистые и суглинистые почвы во влажном состоянии)

Липкость - свойство влажной почвы прилипать к другим телам. 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 обуславливается уровнем увлажнения, при котором исчезает способность почвенных «частиц» прилипать к сельскохозяйственным орудиям, но возникает способность самоагрегироваться. Раньше других достигают состояния физической спелости почвы лёгкого гранулометрического состава и гумусированные черноземы.

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). Наиболее набухаемые 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 объёме.

Большое значение на набухание оказывает состав обменных катионов почв.

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

Наибольшей связностью характеризуются глинистые почвы, наименьшей - песчаные. Малоструктурные почвы в сухом состоянии имеют максимальную связность. Выражается в кг/см2.

Твёрдость - сопротивление, которое оказывает почва проникновению в нее какого-либо тела. Высокая твердость признак плохих физико-химических и агрофизических свойств почв. Она хуже пропускает воду и воздух. На почвах со значительной твердостью растения развиваются плохо.

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

С твердостью связана такая важная техническая характеристика почвы, как сопротивление её обработке. В обычном интервале влажности сопротивление почвы при обработке находится в прямой зависимости от твёрдости почвы. Измеряется в кг/см².

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

3.4 Физико-химические свойства

Почвенный раствор - влага почвы находящаяся во влагожидкостном состоянии с растворенными в ней веществами.

Реакция почвенного раствора. Характерным свойством почвы является её реакция. Она проявляется при взаимодействии почвы с водой или растворами солей и определяется наличием свободных ионов Н+ и ОН- в почвенном растворе. Она зависит также от обменности катионов.

Реакция почвенного раствора в различных почвах колеблется от pH 3,5 до 8-9. Наиболее кислую реакцию имеют болотные почвы. Кислой реакцией характеризуются подзолистые и дерново-подзолистые почвы (pH 4-6). Черноземы имеют реакцию близкую к нейтральной.

Реакция может быть:

1. сильнокислой 3-4

2. кислой 4-5

3. слабокислой 5,1-6,5

4. нейтральной 6,5-7,1

5. слабощелочной 7,2-7,5

6. щелочная 7,5-8,5

7. сильнощелочная >8,5

Гидролитическая кислотность - вся кислотность, проявляющаяся при действии гидролитической щелочной соли.

Степень насыщенности почв основаниями - это количество поглощенных оснований, выраженное в процентах от емкости поглощения. Она показывает, какая часть от емкости поглощения приходится на обменные основания, и в разных типах почв колеблется от 5 до 100%.

Каждая почва способна удерживать в поглощенном состоянии лишь определенное количество катионов. Эта величина называется емкостью катионного обмена.

Табл. 6. Чернозем осолоделый

Табл. 7. Темно-серая осолоделая

Табл. 8. Лугово-черноземная

Обладают значительной емкостью обмена. Сумма обменных оснований в гумусовом горизонте достигает 36-47 мг-экв, на глубине 40-50 см - 20-25 мг-экв на 100 г почвы.

Табл. 9

Среди обменных катионов 85-89% суммы приходится на долю кальция, около 10-14 мг-экв - на долю магния.

Табл. 10. Солонци

3.5 Содержание гумуса

Табл. 11. Содержание гумуса в черноземе осолоделом

Табл. 12. Содержание гумуса в темно-серой осолоделой почве

Табл. 13. Содержание гумуса в лугово-черноземных почвах

Табл. 14. Содержание гумуса в солонцах

Расчет запасов гумуса в почве:

Расчет запасов гумуса в почве производится по формуле:

Запасы гумуса т/га = А*h*d

Где А - содержание гумуса в %;

h - мощность слоя почвы, см;

d - плотность слоя почвы, г/см³;

Запас гумуса в черноземе осолоделом:

1. 10,7 * 20 * 1,15 = 246,1 т/га (в пахотном слое 0-20 см)

2. 8 * 10 * 1,3 = 104 т/га

3. 1,4 * 10 * 1,4 = 19,6 т/га

4. 1,3 * 10 * 1,55 = 20,15 т/га

5. 246,1+104+19,6+20,15=389,85 т/га (в метровом слое)

Запас гумуса в темно-серой осолоделой почве:

1. 5,79 * 20 * 1,4 = 162,12 т/га (в пахотном слое 0-20 см)

2. 3,55 * 10 * 1,3 = 46,15 т/га

3. 1,31* 10 * 1,3 = 17,03 т/га

4. 1,05 * 10 * 1,3= 13,65 т/га

5. 162,12+46,15+17,03+13,65=238,92 (в метровом слое)

Запас гумуса в лугово-черноземной почве:

1. 8,5 * 20 * 1,15 = 195,5 т/га (в пахотном слое 0-20 см)

2. 5,67 * 10 * 1,25 = 70,88 т/га

3. 2,6 * 10 * 1,35 = 35,1 т/га

4. 1,41 * 10 * 1,45 = 20,45 т/га

5. 195,5+70,88+35,1+20,45=321,93 т/га (в метровом слое)

Запас гумуса в солонце:

1. 9,6 * 20 * 1,15 = 220 т/га (в пахотном слое 0-20 см)

2. 7,86 * 10 * 0,9 = 70,74 т/га

3. 4,1 * 10 * 1 = 41 т/га

3.6 Водные свойства и водный режим почв. Расчет и оценка запасов продуктивной влаги в почве

Важнейшими водными свойствами почв являются водоудерживающая способность, водопроницаемость и водоподъемная способность.

Водоудерживающая способность - свойство почвы удерживать то или иное количество воды, обусловленное действием сорбционных и капиллярных сил.

Чем больше глин, вторичных минералов, гумусовых солей и чем выше гумусированность почвы, тем сильнее способность почвы сорбировать влагу (её гигроскопичность). Поглощенная влага называется - гигроскопической.

Гигроскопичность зависит от влажности окружающей среды, когда относительная влажность воздуха приближается к 100%, почва насыщается водой до величины, называемой максимальной гигроскопичностью.

Влагоемкость - количество воды, характеризующее водоудерживающую способность почвы.

Различают следующие виды влагоемкости:

1. Капиллярная (КВ) - количество воды удерживаемое в капиллярно-подвижном состоянии. Грунтовая вода поднимаясь образует капиллярную кайму.

2. Наименьшая (НВ) - максимальное количество влаги, которое способна удерживать почва в полевых условиях.

3. Полная (ПВ) - все поры насыщены водой.

Разница между полной и наименьшей влагоемкостью называется максимальной водоотдачей.

Водопроницаемость - способность почвы воспринимать и пропускать воду.

Стадии:

1. впитывание

2. фильтрация

При застое воды (низкой водопроницаемости) происходит заболачивание, смыв и размыв почв.

При повышенной водопроницаемости вода быстро опускается за пределы корневого слоя.

Водоподъемная способность - свойство почвы вызывать капиллярный подъем влаги.

Это свойство служит дополнительным водоснабжением почв, благодаря ему грунтовые воды оказывают большое внимание на почвообразование и развитие агрономических свойств почв.

Водный режим почв - это совокупность всех явлений поступления влаги в почву, ее передвижения, удержания в почвенных горизонтах и расхода из почвы.

Статьи прихода воды в почву: атмосферные осадки, грунтовые воды, конденсация из паров воды, поверхностный боковой приток, внутрипочвенный боковой приток.

Статьи расхода воды из почвы: испарение, транспирация, фильтрация, поверхностный сток, внутрипочвенный боковой сток. Все величины прихода и расхода воды выражаются в мм или в м³/га.

Типы водного режима формируются под воздействием основных статей водного баланса, ведущими из которых являются осадки и испаряемость. Отношение осадков к испаряемости характеризуется коэффициентом увлажнения (КУ).

Промывной водный режим формируется в гумидных областях, где осадки превышают испаряемость (КУ>1). Атмосферные осадки ежегодно промачивают почвенно-грунтовую толщу до уровня почвенно-грунтовых вод, часто весной и осенью в таких посевах формируется верховодка.

Периодически промывной водный режим формируется на границе влажных и полувлажных областей (КУ 0,8-1,2). Для таких областей характерно промачивание атмосферными осадками почвенно-грунтовой толщи до уровня грунтовых вод один раз в 10-15 лет.

Непромывной водный режим формируется в полувлажных и полусухих областях (КУ 1-0,33). Почвенная толща промачивается в пределах 1-2,5 метра. Между промачиваемой толщей и капиллярной каймой грунтовых вод существует горизонт с постоянной в течение всего года низкой влажностью, близкой к ВЗ.

Аридный водный режим образуется в сухих областях (КУ<0,33). В течение всего года в почвах влажность приближается к ВЗ и только после выпадения осадков несколько увеличивается.

Выпотной водный режим складывается в почвах семиаридного и аридного климата (КУ<0,55) при неглубоком залегании грунтовых вод.

Капиллярная кайма грунтовых вод поднимается к поверхности почв, при этом влага испаряется, а растворенные в ней соли скапливаются в поверхностных горизонтах.

Десуктивно-промывной водный режим формируется на почвах семиаридного и аридного климата (КУ<0,55), но при более глубоком залегании грунтовых вод, чем у почв с выпотным режимом. Поэтому капиллярная кайма не достигает поверхности почвы, но охватывает зону распространения корневых систем и испаряется не физически, а десуктивно через посредство растений.

Паводковый водный режим характерен для речных пойм и дельт, где поверхность почвы ежегодно или раз в несколько лет подвергается затоплению паводковыми водами. Он распространен во всех природных зонах и сопровождается накоплением аллювиальных отложений.

Амфибиальный режим формируется при постоянном или длительном затоплении почв.

Мерзлотный водный режим характерен для областей вечной мерзлоты. В течении большей части года вода находится в форме льда, и только в летние месяцы почва оттаивает на небольшую глубину и формируется надмерзлотная верховодка.

Водозастойный водный режим характерен для болотных почв атмосферного и грунтового увлажнения при плохом дренаже.

Периодически водозастойный режим характерен для болотных почв грунтового увлажнения с ярко выраженными сезонными колебаниями уровня грунтовых вод. Влажность почв при этом варьируется от полной влагоемкости до уровня ниже наименьшей влагоемкости.

Ирригационный водный режим создается при искусственном орошении. Он может существенно различаться в зависимости от норм и типа орошения, глубины залегания грунтовых вод, наличия и характера искусственного дренажа, водного режима природной зоны.

Осушительный водный режим создается при искусственном осушении болотных и заболоченных почв.

Расчет запасов продуктивной влаги в почве

W = 0,1* (В - ВЗ) * h *d

Где W - запас влаги, мм;

0,1 - коэффициент для пересчета в мм;

В - полевая влажность, %;

ВЗ - влажность завядания, %;

h - мощность слоя почвы, см;

d - плотность слоя почвы, г/см³.

Табл. 15. Данные для расчета продуктивной влаги темно-серой лесной подзолистой почвы

По ВЗ:

1. 0,1*(13,5-8)*10*1,1=6,5

2. 0,1*(13,8-7,1)*10*1,15=7,7

Для слоя 0-20 см запас продуктивной влаги равен: 6,5+7,7=14,2. Содержание воды менее 20 мм, что говорит о том, что оценка продуктивной влаги в пахотном слое является неудовлетворительной.

3. 0,1*(15,8-6,2)*10*1,25=12

4. 0,1*(13,5-5,2)*10*1,3=10,8

5. 0,1*(15,5-4,2)*10*1,35=15,3

6. 0,1*(14,9-6,4)*10*1,4=11,9

7. 0,1*(15,5-5,8)*10*1,45=14,07

8. 0,1*(16-8)*10*1,5=9,5

9. 0,1*(16,1-9)*10*1,55=11

10. 0,1*(15,3-8)*10*1,6=11,7

Для слоя 0-100 см запас продуктивной влаги равен: 6,5+7,7+12+10,8+15,3+11,9+14,07+9,5+11+11,7=110,5. Содержание воды входит в промежуток от 130 до 90 мм, что говорит о том, что оценка продуктивной влаги в метровом слое является удовлетворительной.

По НВ:

1. 0,1*(22,7-8)*10*1,1=16,17

2. 0,1*(22,1-7,1)*10*1,15=17,25

Для слоя 0-20 см запас продуктивной влаги равен: 16,17+17,25=33,42. Содержание воды входит в интервал от 30 до 40 см, что говорит о том, что оценка продуктивной влаги в пахотном слое по НВ является удовлетворительной.

3. 0,1*(21,9-6,2)*10*1,25=19,63

4. 0,1*(19,8-5,2)*10*1,3=18,98

5. 0,1*(19,6-4,2)*10*1,35=20,79

6. 0,1*(19,5-6,4)*10*1,4=18,34

7. 0,1*(20,6-5,8)*10*1,45=20,72

8. 0,1*(20-8)*10*1,5=18,6

9. 0,1*(19-9)*10*1,55=15,5

10. 0,1*(18-8)*10*1,6=16

Для слоя 0-100 см запас продуктивной влаги равен:16,17+17,25+19,63+18,98+20,79+18,34+20,72+18,6+15,5+16=181,98. Содержание воды является более 160 мм, что говорит о том, что оценка продуктивной влаги по НВ в метровом слое является очень хорошей.

4. Агропроизводственная группировка и бонитировка почв

1 категория. Земли, пригодные под пашню: темно - серые оподзоленные, темно-серые оподзоленные глеевые, темно-серые оподзоленные в комплексе с луговыми оподзоленными 25%, темно-серые оподзоленные в комплексе с черноземно-луговыми оподзоленными 10-25%, темно-серые слабосильно оподзоленные в комплексе с серыми оподзоленными 10-25%, черноземы оподзоленные в комплексе с лугово-черноземными оподзоленными и светло-серыми оподзоленными, черноземы оподзоленные маломощные в комплексе с темно-серыми оподзоленными, лугово-черноземные оподзоленные, черноземно-луговые оподзоленные

2 категория. Земли, пригодные преимущественно под сенокосы: светло-серые оподзоленные, серые оподзоленные, серые оподзоленные глеевые, серые оподзоленные в комплексе с луговыми оподзоленными 10-25%, серые оподзоленные в комплексе со светло-серыми оподзоленными 10-25% и луговыми оподзоленными 10-25%, луговые оподзоленные.

3 категория. Земли пастбищные, после улучшения могут быть использованы под другие сельскохозяйственные угодия: серые сильно оподзоленные глеевые, серые сильно оподзоленные в комплексе с черноземно-луговыми оподзоленными, луговые оподзоленные.

4 категория. Земли мало пригодные под сельскохозяйственные угодья: перегнойно-болотные, торфянисто-болотные, торфяно-болотные, торфяники.

5 категория. Земли, не пригодные под сельскохозяйственные угодья: аллювиально-луговые, аллювиально-слоистые, слабо задернованные пески и супеси, сочетание почв по склонам балок, лугово-болотные.

Бал бонитета:

Вычисляют по формуле:

Б=Пф*100

Пм

Где Б - балл оценки;

Пф - фактическое значение оценочного признака;

Пм - значение того же признака почвы, принятого за эталон.

В Новосибирской области за стандарт принят средневыщелаченый среднемощный среднесуглинистый чернозем дренированной лесостепи. Для оценки качества почвы взяты показатели, непосредственно определяющие степень её плодородия.

Мощность гумусового горизонта 40 см - 100 баллов. Содержание гумуса в верхнем слое 8% - 100 баллов. pH водной суспензии 7,0 - 100 баллов. Гранулометрический состав среднесуглинистый - 100 баллов. Количество осадков в дренированной лесостепи, где находится почва эталон, 400 см, что соответствует КУ=1. С учетом коэффициента увлажнения стандартная почва оценивается в 100 баллов. Урожайность яровой пшеницы в передовых хозяйствах 30 ц/га также принята за 100 баллов.

Расчет 1: почва чернозем осолоделый имеет мощность гумусового слоя 33 см, содержание гумуса 10,7%, рН - 6,1. гранулометрический состав - среднесуглинистый.

Балл по гумусу = 10,7*100 = 133,75

8

Балл по мощности = 33*100 = 82,5

40

рН - 95. Гранулометрический состав - 100.

Средний балл = 133,75+82,5+95+100 = 102,81

4

При количестве осадков 450 мм коэффициент увлажнения составит 1,025. с учетом увлажнения данная почва будет иметь 105,4 баллов (102,81*1,025).

Урожайность 8,6 ц/га, что является намного ниже эталона (30 ц/га), таким образом почва чернозем осолоделый относится к лучшим почвам, но используется не рационально.

Расчет 2. Почва лугово-черноземная имеет мощность гумусового слоя 30 см, содержание гумуса - 6,5%. рН - 6,0. Гранулометрический состав среднесуглинистый.

Балл по гумусу = 6,5*100 = 81,25

8

Балл по мощности = 30*100 = 75

40

рН - 95. Гранулометрический состав - 100.

Средний балл = 81,25+75+95+100 = 87,81

4

При количестве осадков 450 мм коэффициент увлажнения составит 1,025. с учетом увлажнения данная почва будет иметь 90 баллов (87,81*1,025).

Урожайность 8,6 ц/га, таким образом почва чернозем осолоделый относится к лучшим почвам, но используется не рационально.

Табл. 16. Предварительная шкала бонитировки почв по Благовидову