2. Общие физические свойства почвы — плотность твердой фазы, почвы и пористость.

Плотность твердой фазы почвы (удельная масса) — отношение массы твердой фазы к ее объему. Это величина константная. Значение ее изменяется лишь в зависимости от содержания органического вещества (гумуса) и состава минеральной части почвы. Для дерново-подзолистых почв этот показатель колеблется от 2,40 до 2,65 г/см3, а для торфяно-болотных — от 0,5 до 1,4 г/см3.

Плотность почвы (объемная масса) — масса единицы объема абсолютно сухой почвы, взятой в естественном сложении так же, как и плотность твердой фазы, выражается в г/см3. Плотность является первичным и определяющим фактором всей физики почв. С ней непосредственно связаны водный, тепловой и воздушный режимы в почве.

Каждая сельскохозяйственная культура предъявляет свои требования к плотности почвы, которые меняются в течение всего вегетационного периода. Придание почве оптимальной плотности составляет важную задачу земледелия, она является величиной переменной и претерпевает изменение в процессе окультуривания почв. На нее влияют способ обработки почвы, гранулометрический состав, применение удобрений и даже в какой-то мере возделываемая культура. После глубокого рыхления, как правило, плотность почвы сильно снижается. Однако в дальнейшем под влиянием выпадающих осадков сил тяжести почвенных частиц, под воздействием почвообрабатывающих машин и орудий она увеличивается и достигает определенной постоянной величины. Такое состояние называется равновесной плотностью. Если она выше оптимальной для культуры, посев которой планируется, то почву необходимо рыхлить, если ниже — уплотнять.

Наилучшее условие для возделывания культур достигается, когда значение оптимальной и равновесной плотности почвы совпадают.

Задача земледелия — разработка путей оптимизации плотности пахотного слоя почв. Он считается рыхлым, если плотность не превышает 1,15, плотным — 1,15-1,35 и очень плотным — выше 1,35 г/см3.

Пористость (скважность) почвы — суммарный объем всех пор между частицами твердой фазы почвы, выражается в процентах от общего объема почвы. Зависит от целого ряда показателей и прежде всего от гранулометрического состава, структурного состояния, деятельности почвенных организмов, содержания органического вещества, способов и приемов обработки почвы. В почве поры могут находиться между отдельными механическими элементами, почвенными агрегатами и внутри агрегатов.

В зависимости от величины пор различают капиллярную и некапиллярную пористость. Капиллярная равна объему капиллярных промежутков почвы, некапиллярная — объему крупных пор. В сумме эти два вида пористости составляют общую пористость почвы.

Поры могут быть заполнены водой и воздухом.

За счет некапиллярных пор обеспечивается водопроницаемость и воздухообмен почвы. Капиллярные поры создают водоудерживающую способность почвы, тем самым определяя запас, доступный для растений влаги.

Для создания оптимальных условий влаги и воздухообмена в почве необходимо, чтобы некапиллярная пористость составляла 55-60 % общей пористости. Если она меньше 50 %, то в почве резко ухудшается воздухообмен, что приводит к развитию анаэробных процессов. Это свойственно для тяжелых почв с высокой плотностью.

Если некапиллярная пористость превышает 65 %, то снижается водоудерживающая способность почвы и тем самым ухудшается обеспечение растений влагой (легкие супесчаные и песчаные почвы).

В агрономическом отношении важно, чтобы почвы имели высокую некапиллярную пористость, заполненную водой, и одновременно пористость аэрации не менее 15-20 % объема — минеральные и 30-40 % — торфяно-болотные.

Соотношение объемов, занимаемых твердой фазой и различными видами пор, называется строением пахотного слоя. Оно определяется гранулометрическим составом почвы, ее агрегатным состоянием и взаимным расположением почвенных частиц и комков, т. е. сложением почвы.

Принято считать, что для дерново-подзолистых почв наиболее благоприятное соотношение между твердой фазой и порами — 1:1, так как при этом устанавливаются наилучшие условия водного, воздушного и пищевого режимов почвы.

Строение пахотного слоя можно регулировать путем изменения плотности почвы и структуры. Создание структурных почв является основой для всех других мероприятий, направленных на регулирование строения пахотного слоя. Наиболее быстрым и эффективным способом изменения строения является обработка. Все приемы обработки в значительной степени повышают общую пористость, увеличивая в основном объем некапиллярных пор, что улучшает водно-воздушные свойства и усиливает микробиологическую активность почвы.

Однако чрезмерная рыхлость почвы способствует большим потерям влаги, проявлению ветровой эрозии, слишком быстрой минерализации и вымыванию органического вещества, неравномерной заделке семян. Особенно трудно заделывать в рыхлую почву семена мелкосемянных культур, требующих неглубокой заделки, таких как лен, клевер, овощные, просо, травы и др. Поэтому часто прибегают к изменению строения почвы в сторону уплотнения, используя почвоуплотняющие орудия. Для создания оптимального строения и структурного состояния почвы применяют систему мероприятий, включающую правильные севообороты, разноглубинную обработку почвы, внесение удобрений и проведение мелиорации.

3. К физико-механическим свойствам почвы относятся пластичность, липкость, набухание, усадка, связность, твердость и сопротивление при обработке. Они имеют важное значение для оценки технологических свойств почвы, т. е. различных условий обработки, работы посевных и уборочных агрегатов.

Пластичность — это способность почвы изменять форму под влиянием какой-либо внешней силы без нарушения сплошности и сохранять полученную форму после устранения этой силы. Она зависит от ряда свойств почвы, обусловлена илистой фракцией и проявляется при определенном диапазоне влажности, характеризующем верхний и нижний пределы или границы пластичности. В сухом и переувлажненном состоянии почвы не обладают пластичностью.

В зависимости от влажности почвы различают следующие параметры пластичности: верхний предел, или предел текучести, — весовая влажность, при которой почва еще пластична, но уже начинается ее текучесть; нижний предел, или предел раскатывания — весовая влажность, при которой почва сохраняет пластичность, но уже начинается ее распад на отдельные агрегаты.

Нижняя граница пластичности — это граница влажности почвы, при которой возможна ее механическая обработка, или предел оптимальной влажности для обработки почвы. Значение величины верхней границы пластичности важно для определения устойчивости почв к водной эрозии. При влажности выше верхней границы пластичности почва способна растекаться и сползать вниз по склону. Это необходимо учитывать при планировании противоэрозионных мероприятий.

Липкостью называют способность почвы прилипать к соприкасающимся с ней поверхностям. Она отрицательно влияет на технологические свойства почвы, увеличивает тяговое сопротивление почвообрабатывающих машин и орудий, затрудняет движение транспорта и ухудшает качество обработки. Липкость проявляется при определенной влажности, сначала увеличивается одновременно с ней, а затем начинает уменьшаться.

По липкости почвы подразделяются на

предельно липкие — больше 15 г/см²,

сильно липкие — 5-15,

средне липкие — 2-5,

слабовязкие — 0,5-2

рассыпчатые — менее 0,5 г/см².

С ней связано такое важное агрономическое свойство почвы, как физическая спелость. Это состояние влажности, при котором почва хорошо крошится, не прилипая при этом к орудиям обработки. Физическая спелость в значительной степени зависит от гранулометрического состава и гумусированности почв.

Весной раньше других поспевают к обработке песчаные и супесчаные почвы и в первую очередь с большим содержанием гумуса.

Различают также биологическую спелость почвы, под которой понимают такое состояние, при котором начинается активное развитие биологических процессов. Для почв Украины оба вида спелости наступают почти одновременно.

Набухание — способность почвы увеличиваться в объеме при увлажнении. Наибольшую набухаемость из всех почв имеют глинистые. Это отрицательное свойство, поскольку при значительной выраженности приводит к разрушению почвенных агрегатов.

Усадка — уменьшение объема почвы при высыхании. Величина усадки обусловлена теми же факторами, что и набухание. При сильной усадке в почве образуются многочисленные трещины, разрывается корневая система растений, усиливается физическое испарение влаги.

Связность почвы — способность сопротивляться внешнему усилию, стремящемуся разъединить частицы почвы, вызывается силами сцепления между частицами почвы.

Наибольшей связностью обладают глинистые почвы, наименьшей — песчаные. Максимальная связность наблюдается при влажности почв, близкой к влажности завядания. Связные почвы лучше противостоят эрозии, однако при увеличении связности ее удельное сопротивление повышается, что затрудняет обработку.

Твердостью называется сопротивление почвы проникновению в нее под давлением какого-либо тела. Высокая твердость — признак плохих физико-химических и агрофизических свойств почвы. Это затрудняет прорастание семян и проникновение корней в почву. Она плохо пропускает влагу и воздух. На почвах с повышенной твердостью растения развиваются плохо.

Твердость почвы зависит от ее увлажнения и структурности. Распыленная (бесструктурная) почва при высыхании оказывает значительно большее механическое сопротивление, чем комковато-зернистая.

С твердостью связана такая важная технологическая характеристика почвы, как сопротивление почвы при обработке. В оптимальном интервале влажности сопротивление ее при обработке прямо зависит от твердости почвы.

Удельное сопротивление почвы — усилие, затрачиваемое на подрезание пласта, его оборот и трение о рабочую поверхность. Характеризуется сопротивлением почвы в кг, приходящемся на 1 см² поперечного сечения пласта почвы, поднимаемого плугом. Удельным сопротивлением обусловливается величина силы тяги при вспашке почвы.

Удельное сопротивление существенно изменяется в зависимости от вида сельскохозяйственного угодья. При обработке целинных и старозалежных земель оно возрастает на 40-50 % по сравнению со старопахотными почвами в пределах одного и того же типа и даже разновидности. На полях с пропашными культурами удельное сопротивление значительно меньше, чем под зерновыми и особенно под многолетними травами.

Удельное сопротивление зависит также от структурного состояния почвы и засоренности посевов сорняками. Хорошо оструктуренные, чистые от сорняков почвы оказывают меньшее сопротивление при обработке, чем бесструктурные и засоренные сорняками, особенно корневищными.

4. Структура — показатель физического состояния плодородной почвы. От нее зависит благоприятное строение пахотного слоя, водные, общие физические и физико-механические свойства и целый ряд других показателей. Механические элементы могут находиться в раздельном состоянии или быть склеены в структурные отдельности (агрегаты) различной формы и размера.

Способность почвы распадаться на агрегаты называется структурностью, а совокупность агрегатов различной величины, формы и качественного состава называется почвенной структурой.

В песчаных и супесчаных почвах механические элементы обычно находятся в раздельном состоянии. Такие почвы являются бесструктурными.

Суглинистые и глинистые почвы могут быть структурными, бесструктурными или малоструктурными.

В земледелии принята следующая классификация структурных агрегатов:

глыбистая структура — комки более 10 мм, (подразделяется на крупно- — более 100 мм и мелкоглыбистую — 10010 мм);

макроструктура — 0,25-10 мм, (подразделяется на крупно- — 10-3 мм, средне- — 3-1 мм и мслкокомковатую — 1-0,25 мм)

микроструктура — менее 0,25(подразделяется на грубую — 0,250>01 мм и тонкую — менее 0,01 мм)

Эти структурные отдельности имеют различный механизм образования и определяют различные водно-физические свойства.

При наличии агрономически ценной структуры в почве создается благоприятное сочетание капиллярной и некапиллярной пористости. Между агрегатами преобладают некапиллярные поры.

В бесструктурной почве механические элементы лежат плотно и образуются в основном капиллярные поры.

Эти особенности структурных и бесструктурных почв влияют и на их режимы.

Структурные почвы за счет некапиллярных пор хорошо впитывают влагу, которая в дальнейшем поглощается почвенными частицами, а промежутки между ними заполняются воздухом. Создаются благоприятные водно-воздушные условия. В такой почве почти отсутствует поверхностный сток, так как практически вся влага осадков поглощается почвой, а наличие некапиллярных пор препятствует ее испарению с поверхности. Поэтому в структурной почве создаются благоприятные условия обеспечения растений влагой и воздухом, а также протекания всех почвенных процессов.

В бесструктурную почву влага впитывается медленно, а значительная ее часть теряется вследствие поверхностного стока. Наличие капиллярных и почти полное отсутствие некапиллярных пор вызывает большие потери влаги от испарения. В такой почве часто может наблюдаться избыточное и недостаточное увлажнение.

При чрезмерном увлажнении все промежутки в почве заполнены водой, и воздух отсутствует, это способствует проявлению анаэробных процессов, в результате чего питательные элементы переходят в труднорастворимые соединения, и создается неблагоприятный питательный режим.

При недостаточном увлажнении в почве много воздуха, однако, растения испытывают недостаток в воде.

Агрономически ценная структура, обеспечивая рыхлое состояние почвы, облегчает прорастание семян и распространение корней растений, противостоит возникновению эрозии почвы. С точки зрения агротехнических требований ценной считается лишь мелкокомковатая и зернистая структура с пористыми агрегатами размером 0,25-10 мм

Важное свойство агрегатов — их механическая прочность и водостойкость, или сопротивление комков размывающему действию воды. Непрочные комки под воздействием внешних факторов разрушаются, особенно воды. В результате почва принимает раздельно-частичное состояние со всеми отрицательными свойствами. Она требует более частых обработок, что еще более усугубляет ее состояние.

Первостепенное место в структурообразовании занимают биологические факторы растительности и почвенных организмов. Под влиянием растительности происходит механическое уплотнение почвы, одновременное разделение ее на комки, а также растения являются источником органического вещества (гумуса). Особое место в структурообразовании отводится многолетней травянистой растительности. Многолетние травы обладают мощной корневой системой, образующей при разложении большое количество связанного с кальцием гумуса, который является лучшим структурообразователем. Поэтому там, где создаются благоприятные условия для развития травянистой растительности, формируются хорошо оструктуренные луговые и дерново-карбонатные почвы.

Значительная роль в создании почвенной структуры принадлежит роющим животным и дождевым червям. В результате их жизнедеятельности в почве образуется однородная и устойчивая структура.

Структура почвы является довольно динамичной и способна разрушаться и восстанавливаться. Управление всеми факторами, способствующими изменению структуры, позволяет поддерживать почву в необходимом состоянии.

К причинам утраты структуры относятся:

1) механическое разрушение почвенной структуры происходит вследствие механического воздействия при обработке почвы, при передвижении но ее поверхности машин и сельскохозяйственной техники. Чрезмерные проезды и проходы по полю приводят к раздавливанию почвенных агрегатов и распылению структурных отдельностей. Сильному разрушению подвергается структура при обработке переувлажненных земель. Поэтому важнейшие пути уменьшения механического разрушения — это обработка почвы в состоянии ее физической спелости, а также сокращение агротехнических приемов (минимализация обработок).

2) биологическое разрушение структуры связано, прежде всего, с процессом минерализации почвенного гумуса как основного цементирующего вещества при образовании структурных агрегатов. Это происходит в процессе неправильного подбора и чередования сельскохозяйственных культур и в результате интенсивной обработки почвы.

Восстановление и сохранение структуры — непременное условие ведения земледелия. Сохранение и улучшение структурного состояния почв достигается различными методами.

К агротехническим методам оструктуривания почв относятся посев многолетних трав, обработка почвы в спелом состоянии, известкование кислых и гипсование засоленных почв, внесение органических и минеральных удобрений.

Прочная почвенная структура восстанавливается и образуется под воздействием многолетних трав, однолетних сельскохозяйственных культур, развивающих мощную корневую систему. К таким культурам относятся озимые зерновые, кукуруза, однолетние бобово-злаковые травосмеси. Незначительное оструктуривает почву лен, картофель, свекла, овощные культуры.

Наращивая большую вегетативную массу, многолетние травы, особенно бобово-злаковые смеси, сильнее оструктуривают почву, чем однолетние сельскохозяйственные культуры, так как образуют мощную и сильно разветвленную корневую систему. Их корневые остатки содержат большое количество белков, углеводов и других соединении, являющихся благоприятной средой для деятельности микроорганизмов и образования гумусовых веществ. Корневые остатки однолетних растений к моменту их созревания содержат преимущественно клетчатку, малопригодную для гумусообразования.

Благоприятное оструктуривающее действие на почву оказывают органические удобрения. Так как в условиях интенсивного ведения сельскохозяйственного производства повсеместно широкое применение травосеяния невозможно, то главенствующая роль при этом должна принадлежать правильной агротехнике, особенно применению удобрений как одному из главных факторов улучшения структурного состояния пашни.

Структурообразующим фактором при внесении в почву навоза и компостов является органическое вещество.

Однако минеральные удобрения так же улучшают структуру почвы, так как косвенно влияют на структурообразование: стимулируют развитие растений, которые способствуют повышению содержания органического вещества в почве, являющегося энергетическим материалом для развитая микроорганизмов и образования структуры.

Для улучшения структуры почвы применяются различные структурообразователи, например, клеящие вещества (торфяной клей, гуминовые кислоты).

С 1950 г. в ряде стран в качестве искусственных структурообразующих веществ используются полимеры и сополимеры, главным образом состоящие из производных акриловой, метакриловой и маниловой кислот, названные «крилиумы». Несмотря на высокое структурообразующее действие полимеров, широкое их применение ограничивается сложностью изготовления и большими затратами на внесение. Поэтому в системе земледелия основными способами сохранения и улучшения структурных свойств почвы являются агротехнические.